城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)及其關鍵技術

王宏宇

摘 要：城市軌道交通用電負荷大致可以分為以下兩類：電動公交車、客車所需要的牽引車輛用電；道路區(qū)間、高速休息區(qū)、收費站、車站以及其他建筑物照明用電等。隨著科技的進步，車流量的迅速增加，這對城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的抗壓能力要求也在加大。本文首先介紹了城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的理論基礎，其中較為常見的供電方式是直流式和交流式；接著本文主要針對交流牽引供電系統(tǒng)進行展開討論，介紹了系統(tǒng)的構成和其中的關鍵技術。

關鍵詞：城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)；交流式；抗壓能力

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.01.083

1 引言

隨著科技的飛速發(fā)展，交通行業(yè)也在逐漸壯大起來，我國各大一、二線城市都開始紛紛修建輕軌、地鐵、動車組等線路，在便捷了市民交通出行的同時，卻給城市軌道交通供電系統(tǒng)帶來了不小的壓力[1]。各國交通專業(yè)的學者，紛紛將注意力集中到牽引供電系統(tǒng)的設計和創(chuàng)新上，這一系統(tǒng)中較為常見的有直流式和交流式，以及雙制式。這些供電系統(tǒng)旨在當車流量處于高峰期時可以對線路進行持續(xù)、高效、穩(wěn)定的供電。所以對于車流、人流量較大的城市，對其供電系統(tǒng)的研究，就顯得格外有意義。

2 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)

國內外普遍采用的城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的類型多為交流25千伏以及直流1500伏兩種形式，現(xiàn)在也逐漸興起了將這兩種供電制式相結合的模式，稱為雙制式供電系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)主要是為了提供電動機車、輕軌、地鐵的用電，采用牽引網絡進行電流輸送。這一系統(tǒng)是電流輸出形式、電壓強度，以及供電系統(tǒng)類型的集合。城市軌道交通供電系統(tǒng)將直接影響到市民的出行安全、工程項目可以申請的規(guī)格、項目搭建標準、工程可融資金等問題，所以正逐漸引起國內外廣大學者的關注[2]。下面主要針對牽引供電系統(tǒng)的直流制和交流制分別進行簡單的介紹。

（1）直流制。城市中的變電所、牽引網以及接觸網的設計和搭建方式主要采用直流1500伏特的供電方式。此類型的牽引網采用了雙邊供電方式，若出現(xiàn)線路故障則換用大雙邊供電方式，從而達到跨越區(qū)域供電的效果。此外，直流制供電方式還采用了雜散電流保護機制。直流制式可以很好的將電能分流到各個網絡，且可以進行較遠距離的傳輸，但是由于它的變電模式，導致可以提供的供電距離較短，會增加一部分設備投資成本，此外該系統(tǒng)傳輸速率較低。綜上，此系統(tǒng)并沒有很強的優(yōu)勢可言[3]。

（2）交流制。交流制式的牽引供電系統(tǒng)，則采用25千伏特的交流電進行傳輸，牽引變電所多采用單向的“電壓—電壓”相接方式，變電所內裝配有兩部變壓器，這兩部變壓器多采用雙繞組的單相變壓方式，它們結合在一起構成了一角開口的三角形結構，其中被接入電網的端口是高壓側的兩個開口端以及一個公共端口，接地的一端是低壓側的公共端，其他兩個開口端分別與牽引側母線相接。對于降壓系統(tǒng)而言，除了終端降壓以外，在線路的區(qū)間內也設置了加壓系統(tǒng)，方便區(qū)間內的設備照明使用。但是因為該系統(tǒng)長時間處在動態(tài)取流的狀態(tài)，接觸壓力極大，所以采用交流制牽引供電方式對設備的耐磨損要求極高。

3 交流牽引供電系統(tǒng)及關鍵技術

近些年隨著人們生活水平的提升，對出行的要求也正在加大，各大城市紛紛建構了自己的地鐵輕軌系統(tǒng)，隨之而來的是對電網電力系統(tǒng)更高的要求[4]。最初的電網線路搭建主要采用的是直流制，現(xiàn)今時代也只有歐洲一些國家的部分線路仍沿用直流制。自上世紀60年代，世界范圍內修建的新線路全部都采用了交流制式。而交流制式的牽引供電系統(tǒng)也為大家展現(xiàn)了諸多優(yōu)點，如：供電效果好、成本較低、電流量大、不存在雜散電流等。但是仍有一些缺點，如：當換相接入小型電網時會產生分相；牽引電流的諧波會產生一定的電磁干擾。

（1）電纜牽引網。目前常用的牽引接觸網主要采用1500伏特直流電壓進行供電，在一些特殊情況時，會使用750伏特。若采用交流電對接觸網進行供電，它的等效電路如下[5]：

城內輕軌、地鐵的牽引網應有上下行兩條線路，并且應采用并聯(lián)的方式，與此同時還應搭建備用的電纜線路，這條線路可以和正常電纜一起工作，它們互為備用。這樣可以增強線路的可靠性，還可以提升供電電能的總量，削減功率損失[6]。

（2）牽引網分段供電與保護。由于電纜牽引網具有長距離傳輸、可輸送電能大等優(yōu)點而被廣泛使用，但是若采用上下行并行線路，成本較高，且設備搭建較為復雜，所以一般采用分段供電的形式。電纜和接觸網的分段設計既可以是同步進行的，又可以是分段完成的。為了便于施工，一般在變壓器處采用統(tǒng)一分段，在其他區(qū)間線路中多采用分開分段。這樣既可以提升系統(tǒng)的可靠性，又可以進行分段保護，使故障風險降到最低[7]。

（3）主變電所供電方案。主變電所的供電方式主要依賴地鐵、輕軌等設備的數(shù)量和它們所處的位置，所以供電方式可采用單線、雙線和多線的方案，以適應不同的設備需求[8]。

4 結論

目前由于人們對出行的需求不斷增加，各國交通事業(yè)也有了翻天覆地的變化，對于交通線路中不可缺少的供電系統(tǒng)，本文主要從交流牽引供電系統(tǒng)的電纜牽引網、分段供電保護、供電方案等方向入手，對其進行了介紹，這種牽引供電系統(tǒng)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在可靠性強、傳輸電能大、成本相對較低等方面。

參考文獻：

[1]李群湛.城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)及其關鍵技術[J].西南交通大學學報，2015（02）：199-207.

[2]劉煒，李群湛，陳民武等.城市軌道交通交直流統(tǒng)一的牽引供電計算[J].電力系統(tǒng)保護與控制，2010，38（08）：128-133.

[3]陳琳，王黎，李宗昉等.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的主接線設計[J].信息技術，2012（05）：156-160.

[4]岳巍.新型牽引供電系統(tǒng)初探[J].城市建設理論研究（電子版），2014（36）：4413-4414.

[5]張維鵬.論談地鐵牽引供電系統(tǒng)整流機組建模的研究[J].城市建設理論研究（電子版），2015（20）：2728-2729.

[6]楊春燕，鄭士富.牽引變電所多制式供電改造方案的研究——科學利用國鐵供電資源，避免地鐵供電重復建設[J].科技信息，2009（13）：333-334.

[7]李建民，王麗紅.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)整流機組的接入與輸出方案[J].城市軌道交通研究，2007，10（10）：64-66，70.

[8]郭紅衛(wèi)，吳佐民，全恒立等.新型能饋式牽引供電系統(tǒng)短路仿真[J].都市快軌交通，2010，23（05）：110-112.