淺談城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展

張瑋

摘 要：隨著我國的城市化進程逐漸加快，表現(xiàn)出城市規(guī)模的擴大以及城市人口的增多，因此，城市軌道交通工程能確保運力最佳的前提下最小化成本解決城市擁堵問題由尤為重要。而本文就牽引供電系統(tǒng)以及不同的形式來進行介紹，以此實現(xiàn)我國城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的不斷完善。

關(guān)鍵詞：城市軌道;交通牽引;供電系統(tǒng);技術(shù)發(fā)展

1 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)概述

1.1 城市軌道交通牽引直流供電系統(tǒng)

直流牽引供電系統(tǒng)在城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中運用的比較多，其重要性不言而喻。直流牽引供電系統(tǒng)一般是1500V/750V供電，采用雙邊供電的方式，這種供電方式能在一定程度上保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定，如果一邊出現(xiàn)問題，單邊供電也能滿足運行要求。采用直流制牽引供電系統(tǒng)運行時，要注意對保護配置的選擇，確保保護能覆蓋線路近段和遠端，保證系統(tǒng)供電的安全。此外，城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)采用直流牽引供電方式在一定程度上縮短了供電距離，這加大供電的投資成本。

1.2 城市軌道交通牽引交流供電系統(tǒng)

目前多數(shù)城市中采用的是交流牽引供電系統(tǒng)，此種供電系統(tǒng)采用的是單向連接的供電方式，就是在變電站中進行兩臺變壓器的同時安裝和使用，而且使用雙繞組的單項變壓的變壓器。通過將整個結(jié)構(gòu)搭建為開口的三角形形狀，來確保供電系統(tǒng)運行的高效性。為了保證此交流牽引供電系統(tǒng)的正常和穩(wěn)定運行，就需要在供電系統(tǒng)的終端以及線路的區(qū)間中進行降壓系統(tǒng)的設(shè)置，還可以保護線路中的照明系統(tǒng)。此外針對交流牽引供電系統(tǒng)中的設(shè)備，對其耐磨性也提出了較高的要求，需要保證其可以在動態(tài)取流的狀態(tài)下可以長時間的穩(wěn)定運作，實現(xiàn)系統(tǒng)使用壽命的延長。

2 城市軌道交通供電系統(tǒng)應(yīng)用要求

城市軌道供電系統(tǒng)主要是由三個部分組成，分別是外部供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)和動力照明系統(tǒng)。城市軌道交通所使用的供電方法都是直流供電，是因為城市軌道交通車輛功率較小，供電時間短，所以對于供電電壓的要求并不高。根據(jù)城市的實際交通情況，采取相應(yīng)的供電系統(tǒng)，在這過程中需要從經(jīng)濟、運行維護等方面進行考慮。供電系統(tǒng)作為城市軌道交通的核心動力，為了能夠保證城市軌道列車在運行過程中不會受到影響，就要在選擇時保證供電系統(tǒng)安全可靠，而且要根據(jù)城市客流量進行考慮，如上海、廣州這樣的一線城市，就會使用DC1500v接觸網(wǎng)來提供電力，保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定。

3 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展

3.1 供電方法的選擇方法

城市軌道交通供電系統(tǒng)在建設(shè)時，安全性是關(guān)鍵之一，對于城市軌道交通供電系統(tǒng)建設(shè)的安全性來說，需要注意以下幾個方面：第一，需要確定供電系統(tǒng)的供電穩(wěn)定性，供電穩(wěn)定性對于城市軌道交通的運行有著非常大的影響，必須要引起人們的重視。如果供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性不高，容易出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象，就會導(dǎo)致列車停車，會增加安全事故的出現(xiàn)，最終也會影響列車運行服務(wù)。第二，供電系統(tǒng)需要具有穩(wěn)定的抗干擾能力，如果受到外界的影響較大，就可能會導(dǎo)致設(shè)備損壞，為了能夠保證設(shè)備的安全以及人身的安全，就需要提高供電系統(tǒng)的抗干擾能力，減少問題的出現(xiàn)。第三，選擇正確的功能的供電方法，能夠最大程度上減少城市軌道交通供電系統(tǒng)受到外界因素的影響，進而保證不會影響到人們的正常生活。

3.2 第三軌

這第三種就是第三軌。第三軌由接觸軌、膨脹接頭、魚尾板、端部彎頭、防爬器和安裝底座等部分組成。采用的是鋼鋁復(fù)合軌，這種復(fù)合型材料，耐磨損、重量輕，導(dǎo)電率高，材料質(zhì)量很高。接觸軌有溫度伸縮頭和正常接頭，這樣能根據(jù)不同溫度調(diào)節(jié)，保證軌道的安全運行。安裝底座的材料是絕緣體，保證了底座的安全，整體軌道的質(zhì)量是相當(dāng)高的，就是技術(shù)要求比較高，這種軌道安裝需要采用高技術(shù)，豐富經(jīng)驗的施工人員。第三軌的使用一定會提高城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展水平，保證軌道交通的發(fā)展。在未來發(fā)展中一定會全面推廣使用。

3.3 新型半導(dǎo)體器件的應(yīng)用

近年來，常規(guī)硅材料的半導(dǎo)體在性能開發(fā)上也達到了極致，上升空間較為有限，而SiC材料被視作半導(dǎo)體領(lǐng)域革命性的創(chuàng)新，相較于硅材料有顯著優(yōu)勢，不僅在開關(guān)速度上有所提升，而且器件自身損耗更低，對作業(yè)環(huán)境下高溫耐受能力更佳，也能較好解決常規(guī)器件的關(guān)斷拖尾電流問題，也就是說，通過應(yīng)用SiC器件，能夠達到更高開關(guān)頻率，使電能轉(zhuǎn)換質(zhì)量更高，而且整體結(jié)構(gòu)更加簡單，減小對器件工作中冷卻的要求，使其具有輕量化的特點，當(dāng)其與牽引供電系統(tǒng)結(jié)合，可對軌道交通帶來更高的供電可靠性與經(jīng)濟性。

3.4 直流供電系統(tǒng)漏電保護技術(shù)

在城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)當(dāng)中，另一項關(guān)鍵技術(shù)就是漏電保護技術(shù)，而漏電保護技術(shù)的應(yīng)用主要包括以下內(nèi)容。在城市軌道車站中需要設(shè)置相應(yīng)的接地軌，而橋體和接地軌連接之后就可以達到直流供電系統(tǒng)接地良好的目的，軌道交通駛進車站，就可以進行良好的接地，然后在運行過程中釋放大量電荷，最大程度上保證乘客生命安全和設(shè)備安全;在城市軌道交通的整個運行過程中架設(shè)接地軌，這樣就可以借助供電系統(tǒng)漏電保護技術(shù)使整個軌道交通處于接地狀態(tài)，從而保證軌道交通在運行過程中不容易有靜電電荷出現(xiàn)，能夠最大程度上保證軌道列車的安全可靠性;負極軌連接軌道車體，之后將負極軌設(shè)立在牽引變電所進行接地的位置。通過漏電保護技術(shù)可以避免列車在運行過程中積累靜電電荷，節(jié)約接地軌建設(shè)經(jīng)費。

3.5 柔性接觸網(wǎng)

第一種，柔性接觸網(wǎng)。這種接觸網(wǎng)是城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中最常見的供電系統(tǒng)布置方法之一，通過鏈形懸掛和簡單懸掛進行工作，相較而言，這種方式更加便捷，在布置中不用承力線，只需要導(dǎo)線，結(jié)構(gòu)比較簡單，支柱的高度低，這種簡單且便捷，成本適中的方法通常用于輕軌和無軌電車的供電系統(tǒng)中。雖然它便捷且簡單，但是也存在一些缺點，它的跨度小，在運行中容易出現(xiàn)震動問題。鏈形懸掛與簡單懸掛相比，其能進行有效連接，跨度大，它通常用在電氣化鐵路和城市內(nèi)快速的地鐵中，能有效保證供電系統(tǒng)的平穩(wěn)運行。

3.6 剛性接觸網(wǎng)

對剛性接觸網(wǎng)的應(yīng)用在我國城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)運行中的成效更加顯著。剛性接觸網(wǎng)通過對硬質(zhì)金屬條的應(yīng)用，取代傳統(tǒng)導(dǎo)線，確保懸掛效果。綜合實踐應(yīng)用表明，對剛性接觸網(wǎng)的應(yīng)用，優(yōu)勢明顯，增加接觸面積，消除傳統(tǒng)城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)存在的問題。我國大多數(shù)城市內(nèi)部軌道交通系統(tǒng)多為從下到上，這種轉(zhuǎn)換對剛性接觸網(wǎng)的應(yīng)用，使得其應(yīng)用優(yōu)勢更加明顯，實現(xiàn)無縫對接，無需更換操作。剛性接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)設(shè)置一般采用集電弓方式進行布置，傳統(tǒng)接觸網(wǎng)應(yīng)用過程中出現(xiàn)脫落的問題被全面規(guī)避，接觸網(wǎng)的布置與應(yīng)用更加穩(wěn)定、可靠，通常比較適用于速度快的城市軌道交通系統(tǒng)。

4 結(jié)束語

綜上所述，針對目前我國大力發(fā)展的城市軌道交通方式來說，為了確保其供電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運行，針對目前較為常用的交流牽引供電系統(tǒng)以及部分城市中應(yīng)用的直流牽引供電系統(tǒng)，需要在對接觸網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進行合理應(yīng)用的同時，還要重點在確定變電站的位置之后，合理應(yīng)用基于第三軌的供電技術(shù)、絕緣保護及時以及牽引網(wǎng)分段供電和保護技術(shù)等先進技術(shù)，在確保城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)安全運行的同時。

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