城市軌道交通供電系統(tǒng)相關(guān)問題探討

王鵬

【摘 要】城市的建設(shè)腳步加快，公共交通發(fā)展迅速，城市軌道交通作為便捷、快速的交通方式已逐漸成為城市交通的重要組成。在城市軌道交通中供電系統(tǒng)是維持軌道交通正常運(yùn)行的關(guān)鍵，供電系統(tǒng)包括兩大部分，一是由城市電網(wǎng)引入的電源，二是軌道交通的內(nèi)部供電系統(tǒng)即主變電所、牽引供電系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)和雜散電流防護(hù)及接地系統(tǒng)等。文章就當(dāng)前軌道交通發(fā)展情況，以及供電系統(tǒng)的供電方式選擇、供電制式、雜散電流防護(hù)這幾個要點(diǎn)展開討論，以期為優(yōu)化軌道交通建設(shè)提供參考。

【關(guān)鍵詞】城市；軌道交通；供電系統(tǒng)

前言

我國的城市化進(jìn)程在不斷加快，城市建設(shè)日新月異，人們對于城市交通的需求也越來越大，城市軌道交通的出現(xiàn)緩解了地面交通壓力，對我們的生活具有十分積極的意義。在城市軌道交通系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)是軌道交通的基礎(chǔ)與重心，深入探討供電系統(tǒng)的設(shè)計要點(diǎn)，抓住關(guān)鍵問題，才能更好的優(yōu)化軌道交通建設(shè)，為交通事業(yè)發(fā)展獻(xiàn)力。

1.城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀

我國城市軌道交通建設(shè)起步晚，但是近十幾年的發(fā)展十分迅速，2000年我國只有北京、上海、廣州三個城市有軌道交通線路，到2014年開通了軌道交通的城市已經(jīng)上升至22個，我國大陸建成并通車的軌道線路合計已超過1700km，未來三年我國城市軌道交通建設(shè)將會達(dá)到高峰，預(yù)計到2020年，全國會有將近50個大、中城市擁有城市軌道交通，總里程超過7000 km，更多的現(xiàn)代化大都市將不斷地加入到城市軌道建設(shè)中來，我國軌道交通行業(yè)已經(jīng)進(jìn)入一個跨越式的發(fā)展新時期，而我國也將成為世界上最大的城市軌道交通市場。

2.城市軌道交通供電方式的選擇

2.1供電方式的分類

城市軌道交通呈網(wǎng)絡(luò)狀發(fā)展格局，供電方式不可能簡單的為一種固定模式，城市軌道交通的供電系統(tǒng)由城市電網(wǎng)引入電源，根據(jù)不同城市的交通布局規(guī)劃和電網(wǎng)構(gòu)成特征來具體確定，電源方面要考慮的內(nèi)容包括電壓等級、接入電源點(diǎn)分布、電源容量、電網(wǎng)管理等，一般情況下，供電方式可以分為集中式供電、分散式供電、混合式供電三種。

2.1.1集中式供電：此方式是在軌道沿線均衡設(shè)置供電專用的變電所，變電所從城市電網(wǎng)引入電源，主變壓器采用110kv/35kv電壓等級，建立起獨(dú)立的軌道交通供電體系，而不對附近居民供電。集中供電穩(wěn)定可靠，不受其他負(fù)荷影響，維修管理便捷，但是集中供電的投資較高，在廣州、上海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)應(yīng)用較多。

2.1.2分散式供電：分散式供電不需要建立專門的變電所，電源從城市電網(wǎng)就近處引入，此方式能極大降低資金投入，但是分散式供電的獨(dú)立性差，不僅要給軌道交通運(yùn)行提供電能，還要負(fù)責(zé)附近的居民用電，容易受到城市電網(wǎng)負(fù)荷的影響，供電質(zhì)量無法保證；另外因?yàn)楣╇妬碓捶稚ⅲ焕诮y(tǒng)一運(yùn)營管理，對供電系統(tǒng)效益有不良影響。

2.1.3混合式供電：混合式供電即聯(lián)合上述兩種供電方式，以集中供電為主，分散供電為輔，因?yàn)樵诩泄╇姷倪^程中，中壓網(wǎng)絡(luò)末端與主變電所之間的距離較遠(yuǎn)，末端會產(chǎn)生較大的電壓損失，為了保障供電系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，要求電壓損失控制在額定電壓的5%以下，如果中壓網(wǎng)末端電壓損失難以滿足供電要求，就需要從附近電網(wǎng)引入中壓電源以輔助供電。混合式供電的投資適中，并且能夠滿足供電的穩(wěn)定與可靠的需求，所以應(yīng)用比較廣泛。

2.2供電方式的選用原則：要與城市電網(wǎng)供電情況相匹配；要考慮城市整體軌道交通規(guī)劃方向；供電方式應(yīng)當(dāng)安全可靠；供電方式要經(jīng)濟(jì)靈活。

3.城市軌道交通的供電制式

城市軌道交通相對于城際列車來說站點(diǎn)的間距短，周邊空間小，絕緣的安全距離小，因此對供電電壓的要求不是很高，城市軌道交通的供電電壓等級多集中在550～1500V之間，我國規(guī)定采用750V和1500V兩種，并且均采用直流供電制式，直流傳輸線路不產(chǎn)生電抗壓降，在電壓等級相同的情況下，電壓損失方面優(yōu)于交流電，且建造接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較簡單。在我國牽引網(wǎng)饋電方式分為架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種基本類型，一般750V采用第三軌饋電方式，1500V采用架空接觸網(wǎng)饋電方式。

供電制式的選用原則：①要滿足客流量的需求，一般城市軌道交通的設(shè)計基礎(chǔ)為預(yù)期的乘坐旅客的客流量，一般大運(yùn)量的城市多采用1500V電壓，架空接觸網(wǎng)饋電，中小運(yùn)量的城市多選擇750V電壓和接觸軌饋電方式；②供電一定要安全可靠；③根據(jù)實(shí)地情況選擇合適的牽引網(wǎng)，選擇使用壽命長的牽引網(wǎng)，以減少后期維護(hù)，節(jié)約成本；④牽引網(wǎng)的選擇要便于安裝以及后期的事故搶修和維護(hù)。

4.雜散電流的產(chǎn)生及防護(hù)

4.1雜散電流的產(chǎn)生機(jī)理

城市軌道直流牽引供電系統(tǒng)多采用走行軌作為回流通路，但是由于走行軌和道床之間不可能完全絕緣，因此回流電流并不是全部從走行軌返回，會有一部分流入道床和隧道結(jié)構(gòu)，從而形成雜散電流。

4.2雜散電流的危害

如果在鋼軌的附近埋設(shè)有管道或者其他的金屬結(jié)構(gòu)，當(dāng)走行軌回流時，雜散電流就會通過金屬的導(dǎo)電性而流通至金屬構(gòu)件，從而產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕。如果長時間的承受電化學(xué)腐蝕，鋼軌和埋地金屬結(jié)構(gòu)都會受到嚴(yán)重的損壞，對走行軌的安全穩(wěn)定以及周邊埋地管線都會造成很大的不良影響。

4.3雜散電流的防護(hù)措施

雜散電流的防護(hù)主要有兩種措施，前期控和后期排，雜散電流的主要影響因素有牽引電流、機(jī)車到牽引變電所之間的距離和走行軌的縱向電阻以及對地過渡電阻等，首先要從根源上杜絕雜散電流的產(chǎn)生。對應(yīng)的防護(hù)措施有：雜散電流的大小與牽引點(diǎn)變所距離的平方成正比，因此要合理設(shè)置牽引變電所的位置；牽引網(wǎng)采用雙邊供電方式，雜散電流能減少致單邊供電方式的四分之一；加強(qiáng)走行軌的對地絕緣水平，使用絕緣扣件、絕緣墊等阻截雜散電流；雜散電流的大小與牽引網(wǎng)回流通路電阻的大小成正比，因此要保持鋼軌回流通路的順暢；加強(qiáng)日常維護(hù)工作，保證雜散電流的防護(hù)措施能長效持久。

4.4雜散電流的監(jiān)測

雜散電流腐燭防護(hù)系統(tǒng)建立之后，可以把雜散電流限制在一定的范圍之內(nèi)，但隨著運(yùn)營年代的增加，絕緣系統(tǒng)不斷老化，性能逐漸降低，鋼軌的泄漏阻抗會逐漸變小，產(chǎn)生的雜散電流也將逐年增加。所以必須設(shè)置完備的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)視雜散電流對軌道主體結(jié)構(gòu)鋼筋和設(shè)備的腐蝕情況，以便及時采取相應(yīng)的措施。雜散電流監(jiān)測可釆用分布式監(jiān)測系統(tǒng)的方式，分布式雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)由參比電極、道床收集網(wǎng)測試端子、隧道結(jié)構(gòu)鋼筋測試端子、傳感器、監(jiān)測裝置、測試電纜及雜散電流綜合測試裝置構(gòu)成。在每個測試點(diǎn)，將參比電極端子和測試端子接至傳感器，將該車站區(qū)段內(nèi)的上下行傳感器通過測試電纜連接到位于牽引所內(nèi)的監(jiān)測裝置，監(jiān)測裝置通過變電所綜合自動化系統(tǒng)送到車輛段的雜散電流綜合監(jiān)測裝置，雜散電流綜合監(jiān)測裝置和工業(yè)控制機(jī)相連，工業(yè)控制機(jī)和打印機(jī)組成的微機(jī)管理系統(tǒng)將接收到的數(shù)據(jù)形成數(shù)據(jù)庫儲存在電腦硬盤內(nèi)，同時可以對所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計和分析。監(jiān)測系統(tǒng)能夠測量整體道床結(jié)構(gòu)鋼筋、車站結(jié)構(gòu)鋼筋的極化電位，同時還能實(shí)時監(jiān)測鋼軌電位、鋼軌泄漏阻抗及鋼軌縱向電阻。

5.結(jié)語

城市軌道交通對于我們的城市發(fā)展和日常生活有著非常重要的意義和作用，也是推動社會進(jìn)一步發(fā)展的主要動力，城市軌道交通的供電系統(tǒng)作為軌道運(yùn)行的基礎(chǔ)，需要有科學(xué)合理的、滿足城市交通運(yùn)行需要的供電系統(tǒng)的設(shè)計和規(guī)劃，因此我們應(yīng)加強(qiáng)對供電系統(tǒng)的研究和探討，為優(yōu)化城市交通做好準(zhǔn)備工作，更好的推進(jìn)交通事業(yè)的建設(shè)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]王小峰.城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計方法[J].電氣化鐵道，2010（4） .

[2]趙大偉.城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波分析及抑制方法初探[J].軌道交通裝備與技術(shù)， 2015（4）.