城市軌道交通供電系統相關問題探討

張益賀 王志純

沈陽渾南現代有軌電車運營有限公司

城市軌道交通供電系統相關問題探討

張益賀 王志純

沈陽渾南現代有軌電車運營有限公司

城市軌道交通的供電系統作為軌道運行的基礎，需要有科學合理的、滿足城市交通運行需要的供電系統的設計和規劃，本文對城市軌道交通供電系統相關問題進行了探討。

城市軌道；交通供電；問題探討

一、關于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，直流傳輸線路不產生電抗壓降，在電壓等級相同的情況下，電壓損失方面優于交流電，且建造接觸網結構比較簡單。在我國牽引網饋電方式分為架空接觸網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計基礎為預期的乘坐旅客的客流量，一般大運量的城市多采用1500V電壓，架空接觸網饋電，中小運量的城市多選擇750V電壓和接觸軌饋電方式；②供電一定要安全可靠；③根據實地情況選擇合適的牽引網，選擇使用壽命長的牽引網，以減少后期維護，節約成本；④牽引網的選擇要便于安裝以及后期的事故搶修和維護。

2.城市軌道交通供電方式的選擇

二、關于城市轉道交通供電方式的分類

城市軌道交通呈網絡狀發展格局，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由城市電網引入電源，根據不同城市的交通布局規劃和電網構成特征來具體確定，電源方面要考慮的內容包括電壓等級、接入電源點分布、電源容量、電網管理等，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。

一是集中式供電：此方式是在軌道沿線均衡設置供電專用的變電所，變電所從城市電網引入電源，主變壓器采用110kv/35kv電壓等級，建立起獨立的軌道交通供電體系，而不對附近居民供電。集中供電穩定可靠，不受其他負荷影響，維修管理便捷，但是集中供電的投資較高，在廣州、上海等經濟發達地區應用較多。

二是分散式供電：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立性差，容易受到城市電網負荷的影響，供電質量無法保證；另外因為供電來源分散，不利于統一運營管理，對供電系統效益有不良影響。

三是混合式供電：混合式供電即聯合上述兩種供電方式，以集中供電為主，分散供電為輔，因為在集中供電的過程中，中壓網絡末端與主變電所之間的距離較遠，末端會產生較大的電壓損失，就需要從附近電網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定與可靠的需求，所以應用比較廣泛。

三、關于雜散電流的產生及防護

城市軌道直流牽引供電系統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構，從而形成雜散電流。如果在鋼軌的附近埋設有管道或者其他的金屬結構，當走行軌回流時，雜散電流就會通過金屬的導電性而流通至金屬構件，從而產生電化學腐蝕。如果長時間的承受電化學腐蝕，鋼軌和埋地金屬結構都會受到嚴重的損壞，對走行軌的安全穩定以及周邊埋地管線都會造成很大的不良影響。

雜散電流的防護主要有兩種措施，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生。對應的防護措施有：雜散電流的大小與牽引點變所距離的平方成正比，因此要合理設置牽引變電所的位置；牽引網采用雙邊供電方式，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；加強日常維護工作，保證雜散電流的防護措施能長效持久。

雜散電流腐燭防護系統建立之后，可以把雜散電流限制在一定的范圍之內，但隨著運營年代的增加，絕緣系統不斷老化，性能逐漸降低，鋼軌的泄漏阻抗會逐漸變小，產生的雜散電流也將逐年增加。所以必須設置完備的雜散電流監測系統，監視雜散電流對軌道主體結構鋼筋和設備的腐蝕情況，以便及時采取相應的措施。

四、各級負荷停電的范圍及影響

一級負荷停電：屬于非常嚴重的大面積停電，影響甚廣，所有軌道交通供電系統均停電，各變電所供電出現故障，導致所有車站、車輛段兩路的交流電源停電，軌道交通會被迫停運，應立即疏散乘客。恢復供電的時間長短會受到供電局恢復能力的制約，非常難以控制，停電時間也有可能超過預計的停電時間或應急電源的使用時間。

二級負荷停電：屬于較嚴重的停電事故，影響頗大，但不是所有變電所全部停電，軌道交通會有一個供電系統是正常供電，導致較大范圍的車站或車輛段全部停電，可能會出現超大單邊供電，正在行駛的列車可以正常運行到下一站，應該適當地疏散乘客。二級負荷停電事故產生的主要原因是主變電所設備故障或供電網故障。供電調度采取主變電所之間形成支援的供電方式，在倒閘后，可以恢復供電。一般情況下，不需要關閉車站。但是因為供電網處于非正常狀態，所以，二級負荷停電事故很有可能演變為一級負荷停電事故。

三級負荷停電：屬于一般的停電事故，影響較小，局部車站或車輛段出現交流電源故障，可能是單邊供電，列車依然可以保證正常時間間隔的行駛。三級負荷停電事故產生的主要原因是供電設備的故障。供電調度改變供電系統的運行方式，基本上，有些車站可以短時間內恢復供電，少數車站可能因為故障處理時間較長，不得不關閉。

五、結語

城市軌道交通對于我們的城市發展和日常生活有著非常重要的意義和作用，也是推動社會進一步發展的主要動力，城市軌道交通的供電系統作為軌道運行的基礎，需要有科學合理的、滿足城市交通運行需要的供電系統的設計和規劃，因此我們應加強對供電系統的研究和探討，為優化城市交通做好準備工作，更好的推進交通事業的建設發展。

[1] 王小峰.城市軌道交通供電系統的設計方法[J].電氣化鐵道，2015(4).

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