地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統比較分析

莊蓉

摘要：現階段牽引供電系統在我國地鐵與鐵路領域中的應用較為常見，不僅可以保障地鐵車輛的高效運行，亦推動我國鐵路事業朝著電氣化的方向持續發展。鑒于此，本文立足于牽引供電系統在地鐵、電氣化鐵路中應用的分析，在此基礎上進行牽引供電系統在不同領域的應用比較，以供參考。

關鍵詞：電氣化;地鐵;牽引供電系統;比較;鐵路

作為前沿技術之一，牽引供電系統在我國電氣化鐵路與地鐵領域得到有效應用。但是因牽引供電系統存在高精密性、結構復雜等特點，所以需保證地鐵車輛與鐵路車輛運行期間牽引供電系統始終維持穩定的運行狀態。在此背景下，加強對電氣化鐵路與地鐵中牽引供電系統應用比較的研究，可以為提升牽引供電系統運行安全性，優化系統檢修與管護工作提供重要參考。

一、 電氣化鐵路牽引供電系統分析

（一） 供電方式

牽引供電系統應用于電氣化鐵路中，常見供電方式包括：

（1） 直接供電。直接供電形式原理體現為，在形成單項交流負荷的同時以周圍接觸網為載體形成交變磁場，又稱為單邊供電方式。附近通訊設備會因交變磁場形成的電磁波而造成干擾。為解決此問題，針對接觸網電磁干擾的形成選用同軸電纜，通過其高屏蔽性能來實現干擾抑制，使得附近設備運行不受電磁干擾影響。而隨著鐵路技術發展，使得直接供電形式產生新的電磁干擾問題[1]。為解決干擾問題，部分鐵路采用相互抵消方式，即將附加導線安設于接觸懸掛、接觸網同等高度位置，其附加導線能在牽引作用產生時形成相反方向的電流，進而達到電磁干擾抵消的目的。

（2） 自耦變壓器供電。此供電方式運行原理體現為，依托于自耦變壓器的應用，將變電所55KV電壓變壓比控制在2：1進行電力輸送（如圖1）。以空曠區或田野區域為例，接觸網與變電所連接，正饋線與用電端口連接，為確保電力輸送正常，需控制鋼軌與點抽頭連接，并以同等高度進行接觸懸掛線的設置。此供電系統中正饋線具有抗干擾功能，且效果優于BT供電中的NF線[2]。此外，為避免接觸網因絕緣破損問題發生跳閘現象，需結合情況進行保護線的架設。

（3） 直供+回流供電。進行運行原理的分析，體現為直接供電過程中能夠做到帶回流線，通過鋼軌連接來達到電磁干擾抑制的目的，且網壓無需借助吸流變壓器改善，確保供電系統的穩定運行。

（二） 系統結構

鐵路運行期間，為滿足車輛高速運行需求，牽引供電系統需依托于外部供電裝置來滿足其高功率需求。通過變電所進行輸電網絡電源的降壓轉化，形成電力供給網絡為車輛提供動力來源。而因牽引供電系統功率相對較高，所以在運行期間極易產生高負序電流。對此，現階段常采用短路容量擴大設計的方式來解決高負序電流問題，但此方式應用成本較高，且無法做到對負面影響的全面消除，亟需借助全新手段進行負序電流問題解決。

二、 地鐵牽引供電系統分析

（一） 供配電方式

（1） 集中供電。作為地鐵常用供電形式，集中供電運行原理為：依據軌道長度、用電用量等因素分析，構建變電站與主變電所，通過上級變電所、下級降壓、牽引變電所構成供電網絡體系，經城市電網中的電源進行降壓轉化，以橫向連通形式為主進行軌道內部供電（如圖2）。此供電形式優勢體現為集中式管理、供電可靠等。同時，通過設置環網電纜供電來保證系統運行穩定性[3]。

（2） 分散供電。分析分散供電方式運行原理，主要是從城市電網中依照相關規定原則進行多路電源的引入，經區域變電所降壓后以分散供電形式進行內部供電。此供電方式優勢在于為牽引、降壓變電所進行雙路電源的提供，實現供電系統的穩定運行。

（二） 系統結構

分析牽引供電系統的構成，囊括牽引網、牽引變電所兩部分，在實際運行中，依據對供電系統運行狀態的分析，進行牽引網、牽引變電所的實時調節，避免因供電所與供電系統之間不一致而影響到地鐵車輛穩定運行。另外，供電系統除維持車輛供電之外，還負責對照明系統等其他設備供電。

三、 電氣化鐵路與地鐵牽引供電系統對比

（一） 地鐵供電系統保護。地鐵供電系統的組成囊括直流牽引、交流中壓兩系統，不同供電系統特點不同，例如交流中壓系統的保護目前已有規范性的方案，且制定針對性的行業規范與規程。而直流遷移供特點體現為多電源保護，需要做到在供電保護器件進行故障多發區的消除。針對地鐵牽引供電系統的防護，需做到短路時第一時間切斷電源，避免因短路問題長久存在而造成嚴重事故問題。對于故障多發區的解決，則需結合實際情況進行配置優化，在遵循相關規定標準的前提下，全面排查系統是否存在故障問題，定期檢查與更換易故障部件，加大對故障多發區的探測頻率，進而提升供電系統保護效果。此外，還可通過定期開展人員培訓、加大對故障維護演習的開展頻次等方式，提升對供電系統的維護能力。

（二） 電氣化鐵路供電系統保護。電氣化鐵路供電系統運行過程中，其變壓器溫度受到牽引負荷大小的直接影響，而溫度的變化再加上容量負荷的影響，關乎到供電系統的運行壽命。對此，需做到在運行期間依據運輸要求的分析，核制定針對性供電系統優化措施，在保證供電系統穩定運行的前提下，采用科學措施來縮減系統電力成本，并延長變壓器的運行年限，提高對供電系統的保護效果。

四、結束語

綜上所述，依據對上文牽引供電系統應用差異的分析，闡明在運行期間其供電系統需采用不同措施來保證系統的穩定、安全運行。對此，為避免因供電系統故障而影響到乘客安全，需采用先進技術、科學措施方案來保證供電系統的穩定運行。

參考文獻：

[1]馬繼承. 地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統比較分析[J]. 中國高新科技， 2020， No.66（06）：122-123.

[2]韓冬曉. 地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統比較研究[J]. 科技創新與應用， 2018， 05（No.225）：177-178.

[3]丁二鵬. 地鐵與電氣化鐵路的牽引供電系統比較研究[J]. 電力系統裝備， 2018（006）：225-226.

（作者單位：青島地鐵集團運營分公司）