城市軌道交通交流牽引供電系統及其關鍵技術

王鈺爍

摘要：城市軌道交通系統具有起停頻繁、行車密度大等特點。雖然采用直流制牽引供電系統供電具有一定優勢，但也存在雜散電流等問題，治理成本較高、治理措施復雜等。因此，交流制牽引供電系統得到了廣泛應用。

關鍵詞：城市軌道交通;交流牽引供電系統;關鍵技術

隨著科技的飛速發展，交通業也在逐步壯大。我國一、二線城市已紛紛修建輕軌、地鐵、動車組等線路，這不僅方便了市民的交通出行，也給城市軌道交通供電系統帶來了巨大壓力。各國交通專業學者都在關注牽引供電系統的設計與創新，直流式、交流式、雙制式在該系統中較常見。這些供電系統旨在車流量達到峰值時為線路提供連續、高效和穩定的供電。因此，供電系統的研究對車流、人流量大的城市具有重要意義。

一、城市軌道交通牽引供電系統

1、直流制。城市變電所、牽引網和接觸網主要由直流1500V供電方式設計及搭建。該類型牽引網采用雙邊供電方式，當線路發生故障時，采用大雙邊供電方式，以達到跨區域供電的效果。此外，直流制供電方式也采用雜散電流保護機制。直流制能很好地將電能分流到各網絡并遠距離傳輸，但由于其變電方式，可提供的供電距離較短，會增加部分設備投資成本，而且系統的傳輸速率較低。因此，該系統無較強優勢可言。

2、交流制。交流制牽引供電系統采用25kV交流電傳輸，牽引變電所大多采用單向“電壓-電壓”相接方式，變電所配置兩臺變壓器，變壓器大多采用雙繞組單相變壓方式，它們組合成一角開口的三角形結構，其中與電網相接的端口是高壓側的兩個開口端和一個公共端口，接地端是低壓側的公共端，另外兩個開口端分別與牽引側母線相接。對于降壓系統，除終端降壓外，在線路區段還設置一個加壓系統，以方便區間內設備的照明使用。但由于系統長期處于動態取流狀態，接觸壓力大，因而交流制牽引供電方式對設備的耐磨性要求較高。

二、城市軌道交通交流牽引供電系統的關鍵技術

1、變電站位置的確定。在軌道交通運營過程中，牽引供電系統的設計關系到其運營經濟性及安全性。其中，變電站的位置應通過考察驗算確定。一般來說，根據牽引網架結構的特點及其對牽引供電電壓的要求，然后通過實地考察，最終確定牽引變電站合適位置。同時，計算不同距離下的電壓損失，以確定最經濟的供電距離，保證牽引供電系統的電能質量要求。

2、交流牽引供電系統的保護配置。受城市交通壓力的影響，在使用交流牽引供電系統時需配備保護裝置，以減少停斷電對人們生活出行等的影響。通過正確應用供電變壓器電流速斷保護裝置，在全面維護軌道交通交流牽引供電系統的基礎上，保證供電的穩定性。保護裝置可實現反時限電流保護，減少母線和饋線的故障。另外，保護系統還能圍繞短路電流適當調整保護裝置的啟動時間，以增強安全防護效果，減少故障對供電系統的損害。

3、牽引變電站電氣主接線。牽引降壓混合變電站位置確定后，建設中需采用27.5kV單母線分段運行。從主變電站引入2路27.5kV交流電源，分別接入27.5kV一/二段母線。每個混合變電站需建設兩套整流器組，以便在同一27.5kV母線上并聯運行，該設計能有效保證兩套整流器組的功率輸出均勻，減少對通信線路的影響。當混合變電站中的一臺整流機組出現問題時，另一臺可繼續工作，以滿足供電要求。在兩個混合變電站之間建設一條直流饋線，以便為同一區段的接觸網提供雙向供電。通過這種設計，當混合變電站中的兩組整流器出現問題時，接觸網可滿足單邊供電。

4、關鍵技術。①電纜牽引網。若建設過程中接觸網采用交流供電，可采用并聯方式，并可搭建備用供電線路，使兩條供電線路均能正常使用，互為備用線路。與原直流供電方式相比，該交流供電方式提高了供電可靠性，提升了供電總量，降低了功率損失程度;②牽引網分段供電及保護。直流牽引供電網可遠距離傳輸，在初期建設中得到廣泛應用。但若采用上下行并行線路建設，投入成本相對較高，搭建設備相對復雜，一般采用分段式供電形式。這樣，線路和接觸網的設計可同時進行，也可分開完成。為便于建設期間工人施工，變壓器處也將采用統一分段，其他區間則分開分段，以提高供電線路的可靠性，降低故障風險，實施分段保護;③主變電所供電方案。該供電方式主要根據交通線上設備的數量和位置，采用單線、雙線、多線等不同方案設計，可滿足不同設備的不同需求。

5、接觸網。現代有軌電車按供電方式可分為接觸網供電、無接觸網供電。無接觸網供電包括磁性吸附供電、第三軌供電、電磁感應供電、超級電容供電、電池包供電。

電力牽引系統的組成非常復雜，其中接觸網占有重要的地位。在電靴或電弓的幫助下，可在接觸網中獲得電能。同時，接觸網還可提高列車運行的安全性和可靠性。其主要特點為：①由于電力機車與接觸網的關系，不能采用備用方式。只要接觸網出現問題，整個區間的供電將無法正常運行;②接觸網下的電力機車運行速度快，因此或多或少會出現由于電弓離線引起的電弧。同時，運行環境相對暴露，比其他電力線路更易發生故障;③在接觸網建設初期，需對導線張力、高度、接觸網彈性、均勻度等提出嚴格要求，以確保電動車組在接觸網內安全、高效地獲取電能。接觸網可分為兩種類型：柔性和剛性。其中，柔性接觸網包括簡單懸掛和鏈式懸掛，結構簡單，支柱高度低，屬于簡單懸掛的特點，支撐點承受的載荷不重，因此廣泛應用于城市輕軌和無軌電車。鏈形懸掛采用懸索將導線與承力線連接起來，解決了簡單懸掛中的硬點和小跨度問題。因此，鏈形懸掛在大跨度、長距離、高速電氣化鐵路中得到了廣泛應用。剛性接觸網具有運營維護工作量小、事故影響范圍小、結構簡單等優點。

總之，隨著社會經濟的不斷發展，城市交通壓力越來越大，人們對交通的需求及要求也逐漸提高。城市軌道交通作為一種交通方式，其載客量及通行速度遠超過陸上交通，是一種高效的交通工具。軌道交通交流牽引供電系統是軌道交通的重要組成部分，能提高軌道交通運行質量，還能保證運行穩定性及安全性。

參考文獻：

[1]王宏宇.城市軌道交通交流牽引供電系統及其關鍵技術[J].山東工業技術，2017（01）.

[2]廖黎明.城市軌道交通交流牽引供電系統及其關鍵技術[J].中國高新區，2018（06）.

[3]付生奎.城市軌道交通交流牽引供電系統及其關鍵技術[J].科學與財富，2019（36）.