城市軌道交通供電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行的仿真研究

宇文平

摘 要：本文通過對(duì)城市軌道交通的背景及發(fā)展體出交通供電系統(tǒng)研究的重要性，再通過大量實(shí)際數(shù)據(jù)進(jìn)行深度挖掘研究。提出我國城市軌道交通供電系統(tǒng)的詳細(xì)組成，和供電四天技術(shù)要求，通過對(duì)供電系統(tǒng)運(yùn)作的詳細(xì)說明來進(jìn)行供電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行的仿真研究。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；供電系統(tǒng)；動(dòng)態(tài)運(yùn)行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.134

經(jīng)過50多年的城市軌道交通建設(shè)，我國從1965年北京地鐵一號(hào)投入運(yùn)營到2006年，全國城市軌道交通總里程達(dá)5000公里再到2009年，成為世界上僅次于美國的城市軌道交通大國，總運(yùn)營里程數(shù)達(dá)1000多公里。我國對(duì)城市軌道交通業(yè)的發(fā)展極其重視，萬億級(jí)別的投資也常有發(fā)生，資金主要投入到城市軌道交通的普及及技術(shù)的研發(fā)工作中去。城軌供電系統(tǒng)的工作狀態(tài)對(duì)整個(gè)城軌體系的運(yùn)轉(zhuǎn)有著至關(guān)重要的影響，所以在學(xué)術(shù)界對(duì)城軌體系的研究中，供電系統(tǒng)動(dòng)態(tài)運(yùn)行的研究是最常見的。

1 城市軌道交通

城市軌道交通分為地鐵、輕軌、獨(dú)軌等，根據(jù)其分類軌道交通有著不同的運(yùn)營交通方式。城市軌道交通因其安全、快捷、準(zhǔn)時(shí)、舒適、無污染等優(yōu)點(diǎn)深受廣大人民的喜愛，又因其軌道運(yùn)行的獨(dú)特性，可以不占用陸上面積，保護(hù)地面景觀的優(yōu)點(diǎn)，各城市紛紛進(jìn)行城市軌道交通建設(shè)，但是因投資成本較大，運(yùn)行技術(shù)發(fā)雜，安裝周期較長(zhǎng)，目前全國只有大型都市才裝有城市軌道交通系統(tǒng)。

1.1 供電系統(tǒng)組成

城市軌道交通供電系統(tǒng)由變電所、接觸軌、回流網(wǎng)三個(gè)基礎(chǔ)部門組成。牽引電力的供電機(jī)制主要是電流制、電壓等級(jí)和饋電方式，按照我國國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，城市軌道交通采用DC1500V和DC750V兩種電壓制式，再根據(jù)城市實(shí)際客流量情況進(jìn)行選擇。

1.2 城軌系統(tǒng)和供電系統(tǒng)的選擇條件

城市供電系統(tǒng)需滿足一定的條件要求，才能完成正常的運(yùn)行工作。供電系統(tǒng)需滿足供電的安全性，安全問題無論何時(shí)都是重中之重。供電系統(tǒng)需便于安裝拆卸，便于零部件的更換和維修，萬億有事故產(chǎn)生，要保證能夠快速進(jìn)行事故搶修。再其次就是整體的美觀性了，供電制式也是城市景觀的一種，整潔、簡(jiǎn)約的現(xiàn)代城軌系統(tǒng)及供電系統(tǒng)也是能吸引眾多游客的。

2 國際城軌交通供電系統(tǒng)的發(fā)展

2.1 國外城軌供電系統(tǒng)技術(shù)

國外城軌供電系統(tǒng)技術(shù)最先進(jìn)的當(dāng)屬歐洲各國了，直流制式、低頻單相交流制、工頻單相交流制三種主要供電制式的應(yīng)用讓人耳目一新。不同供電制式對(duì)應(yīng)著直流電機(jī)、交流電機(jī)以及直流交流電機(jī)混合技術(shù)。舉例來說，歐洲的英國、法國、比利時(shí)三個(gè)國家的首都之間用城軌連接起來，但是它們采用的供電制式完全不同。法國使用25kV的交流接觸軌供電，比利時(shí)采用的是3KV的直流接觸軌供電，英國則采用第三軌的集電式直流750V的供電系統(tǒng)。國家之間采用不同供電技術(shù)卻能夠使用同一條城軌線，充分體現(xiàn)了歐洲城市軌道交通供電技術(shù)的先進(jìn)性。

2.2 國內(nèi)城軌供電系統(tǒng)技術(shù)

城軌供電系統(tǒng)主要是向城市軌道交通列車提供牽引用電及城市軌道交通進(jìn)行運(yùn)營服務(wù)時(shí)的其他公共設(shè)施的供電。我國城市軌道交通供電系統(tǒng)目前是南北地區(qū)分開技術(shù)供電，北方主要采用DC750V的第三軌饋電技術(shù)，南方采用的是DC1500V的接觸軌饋電法。

3 750V與1500V供電制的詳情

供電制750V與1500V的具體差異性體現(xiàn)在：設(shè)備的安裝、成本、供電性能、使用壽命、維修成本、土建費(fèi)用等方面。我國城市軌道交通供電系統(tǒng)分為交流高中壓系統(tǒng)（HMV）、牽引供電系統(tǒng)（TPS）、接觸軌系統(tǒng)（OCS）、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）。牽引變電所采用集中供電、分散供電和混合供電三種方式，分為單邊、雙邊供電。電力監(jiān)控系統(tǒng)有很多的子系統(tǒng)，分別是控制中心、通信管道、被控站系統(tǒng)，實(shí)時(shí)監(jiān)控著城軌線上所有變電所和供電設(shè)備的狀態(tài)供電系統(tǒng)對(duì)供電電源也有著基本要求：兩路電源必須來自不同變電站；進(jìn)線電源的容量需滿足變電負(fù)荷的等級(jí)需求；需有兩路電源分列運(yùn)行，起保障作用；變電站的電源點(diǎn)的位置要靠近城軌線路。

牽引軌常有雜散電流現(xiàn)象的發(fā)生，也就是牽引電流發(fā)生泄漏，進(jìn)入到隧道或者軌床上的現(xiàn)象。它會(huì)對(duì)城軌交通系統(tǒng)中的電氣設(shè)備的正常工作產(chǎn)生不同程度的影響，并對(duì)泄漏位置處的城軌造成損害。

4 城軌交供電系統(tǒng)模擬研究法

城市軌道的客流量較大，對(duì)精密度要求較高，但是因列車車型較大且價(jià)格高額，很難在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行數(shù)據(jù)獲得，所以便有了模型仿真模擬運(yùn)行，對(duì)設(shè)備設(shè)施的運(yùn)行進(jìn)行數(shù)據(jù)獲得分析處理。

進(jìn)行供電系統(tǒng)仿真研究的原因是，整體系統(tǒng)體系較大，電壓也很難達(dá)到要求，所以在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，采用可調(diào)負(fù)載柜作為模擬供電負(fù)載，既降低了成本又保證實(shí)驗(yàn)的安全性，還使實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性得到保障。這套體系可以保證對(duì)供電設(shè)備的結(jié)構(gòu)、控制回路進(jìn)行客觀的模擬電氣試驗(yàn)，還可以進(jìn)行各種現(xiàn)實(shí)運(yùn)營時(shí)的操作，進(jìn)行具體的實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行故障模擬，以進(jìn)行問題解決實(shí)驗(yàn)。模擬仿真實(shí)驗(yàn)研究具有安全、節(jié)能、省錢、穩(wěn)定、準(zhǔn)確的特點(diǎn)，被大多數(shù)研究員所采用，甚至還作為專業(yè)院校的實(shí)訓(xùn)方式普及開來。

5 結(jié)束語

城市軌道交通供電系統(tǒng)的運(yùn)行動(dòng)態(tài)仿真研究，對(duì)于改進(jìn)供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提升效率具有特殊意義，有助于進(jìn)行故障分析，預(yù)習(xí)故障處理方針，便于進(jìn)行供電系統(tǒng)工作狀態(tài)研究，有利于供電系統(tǒng)的專業(yè)技術(shù)改造，降低成本，有利于城軌系統(tǒng)在各大小城市的普及。用于鉆研供電系統(tǒng)分結(jié)構(gòu)的安裝及拆卸，使其簡(jiǎn)潔化，降低操作難度，使城軌交通系統(tǒng)的投資成本降低，減少安裝的周期，有利于進(jìn)行全國普及，像是地鐵、輕軌、獨(dú)軌等，按照當(dāng)?shù)貙?shí)情進(jìn)行合理選擇安裝。使我國城軌技術(shù)在國際上具有話語權(quán)，促進(jìn)我國科技發(fā)展，提升綜合國力。

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