中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用

陳啟德

摘要：目前，城市交通的擁堵不堪、城市用地的日趨緊張以及各式交通工具對城市環境的污染程度的上升，使得城市地鐵的發展成為了解決以上問題的關鍵，地鐵供電系統對我國軌道交通的發展發揮著重要作用。文章對中壓交流并網供電技術的構成、優點、控制參數等主要內容，中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用以及其應用的意義進行了介紹。

關鍵詞：中壓交流電；并網供電技術；城市交通軌道；地鐵列車；城市交通 文獻標識碼：A

中圖分類號：U416 文章編號：1009-2374（2017）02-0051-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.024

伴隨著現代經濟的高速發展，城市交通軌道的規模不斷擴大，運營系統也在不斷成熟，面對著形形色色的交通方式，地鐵已經成為現代人在城市生活中的最佳選擇，在現代生活的發展過程中，地鐵憑借著運輸量大、運輸速度快的優勢在解決城市用地和交通擁擠等問題上發揮著不可替代的作用。供電系統是地鐵工程中最重要的系統之一，它能夠有效地為地鐵列車和各種輔助設備提供電能，而供電技術作為供電系統的關鍵，中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用是地鐵安全可靠運行的重要保證。

1 中壓交流并網供電技術概述

1.1 中壓交流并網供電技術的優點

中壓交流并網供電技術的優點在于有效地改善了傳統的交叉式供電系統結構復雜，設備笨重且數量多，成本高，可靠性低且不易于維護的劣勢，其在地鐵列車供電系統上的應用能夠達到簡化電路，易于控制的目的，并且保證地鐵列車的安全運行。

1.2 中壓交流并網供電技術的控制參數

中壓交流并網供電技術的控制參數與地鐵供電系統的逆變器輸出端有直接關系，通常相關熱源會采用測量公用電流和電壓的方式對中壓交流并網供電技術的控制參數進行測量，這免除了過去傳統的對每個電機分別進行速度測量的繁瑣的過程，有效地提高了工作效率，保證了工作質量。

2 中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用

中壓交流并網供電技術的出現和其在城市交通軌道上的應用，使得城市地鐵列車的供電輔助系統更加成熟，在運行過程中也更加安全可靠。現階段，中壓交流并網供電技術已在大中型城市的地鐵輔助供電系統上得以應用，相比于傳統的交叉式供電結構，中壓交流并網供電技術能夠更加快速、準確地應對地鐵在運行過程中可能出現的各類供電故障情況，為地鐵的安全平穩運行提供了安全保障。

2.1 中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用原理

中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用原理在于三點：當地鐵列車再生制動時、當地鐵列車處于加速狀態時、當地鐵列車出現惰行狀況時。下面對這三種應用原理分別進行介紹。

2.1.1 當地鐵列車再生制動時，中壓直流電將會發出牽引動作，致使整個電網出現電壓升高的狀態，這時需要中壓交流并網供電技術進行電壓平衡工作，其工作路徑是利用變換器改變電路模式，使得地鐵列車供電系統的超級電容組再生制動能量，達到降低直流并牽引電網電壓的目的。

2.1.2 當地鐵列車處于加速狀態時，與第一種情況恰恰相反的是，中壓直流電將會發出牽引動作，致使整個電網出現電壓降低的狀態，當然此時直流牽引電網電壓也將會被拉低，中壓交流并網供電技術進行電壓平衡工作，其工作路徑是用過控制器改變電路模式，使得地鐵列車供電系統的儲能裝置與電網實現導通，這樣一來可以達到降低地鐵列車供電系統的峰值，由此可以達到節能減排的目的。

2.1.3 當地鐵列車出現惰行狀況時，地鐵列車供電系統的能量存儲狀態可能會出現與正常運行過程中的差異，這時則需要中壓交流并網供電技術進行電容平衡工作，其工作路徑是借助控制器對地鐵列車供電系統的能量存儲狀態進行平衡，以達到能量存儲平衡的目的。

總之，中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用是為了解決地鐵列車運行過程中可能出現的種種問題而存在的。

2.2 中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用系統

2.2.1 地鐵列車輔助供電系統概述。

首先，地鐵列車的輔助供電系統的基礎設備有逆變器，在輔助供電系統不斷成熟和發展的過程中，尤其是中壓交流并網技術的應用，輔助供電系統越來越精簡、越來越實用。

其次，地鐵列車根據電壓的不同，可分為高壓、中壓和低壓，中壓交流并網供電技術在地鐵輔助供電系統中的應用電壓一般為400/230V，如果地鐵列車因某些不可抗力的原因出現供電方面緊急狀況時，中壓交流并網技術與輔助供電系統最長可緊急供電45分鐘。

最后，地鐵列車的輔助供電系統主要服務于地鐵的車廂內外照明、空調、空壓機以及牽引冷卻風機等部分，對地鐵的整體運行情況有著重要的影響和意義。

2.2.2 地鐵列車輔助供電系統結構。傳統的地鐵列車輔助供電系統結構，多利用交叉式供電方式，其結構具有一定的復雜性和多樣性，而新型的地鐵類車輔助供電系統則利用了新型的中壓交流并網供電技術，其系統具有集中化和精簡化的優勢（詳情可參考圖1：地鐵列車輔助供電系統結構）。

圖1 地鐵列車輔助供電系統結構

2.3 中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用模式

就現階段中壓交流并網供電技術的成熟度來說，其在地鐵列車的應用可分為電阻耗散型、逆變回饋型以及超級電容儲能型三種模式。

2.3.1 電阻耗散型是當前國內外大中型城市地鐵列車中常用的中壓交流并網供電技術應用模式，其應用原理與地鐵列車再生制動時相似，但容易造成能源的不合理利用，對節能環保的現代綠色出行方式造成影響。

2.3.2 逆變回饋型應用模式主要是通過大功率電子逆變器進行電壓平衡來保證輔助供電系統的正常運作。其優勢在于節能環保，完成速度快，對外界溫度影響較小，而缺點在于設備損耗大，電路結構復雜，維護費用高，增加地鐵運行的整體費用。

2.3.3 超級電容儲能型是利用中壓交流并網供電技術，并借助控制器對地鐵列車供電系統的能量存儲狀態進行平衡。

3 中壓交流并網供電技術在地鐵列車上應用的意義

3.1 提高地鐵的節能效果

中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的逆變回饋行應用模式對外界環境的溫度影響較小，同時能夠有效地達到節能減排的效果。之所以能夠產生這樣的效果是因為中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的逆變回饋行應用過程中能夠有效地減少制動電阻因散熱而產生的能耗，并減輕地鐵列車的重量，從而達到節能減排的明顯效果。眾所周知，現代社會不僅僅是經濟發展的社會，是綠色環保的社會，更是資源節約型和環境友好型的社會，中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用不僅符合綠色環保的時代主題，更能夠對改善城市環境、提高城市居民生活質量、減緩全球變暖速度起到十分重要的作用。

3.2 增加整體效益

中壓交流并網供電技術在地鐵列車上超級電容儲能型的應用中具有結構簡單、效率高等優點，由此可以知道中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用可以有效地增加整體的運營效益。

當地鐵列車開始運行時，通過中壓交流并網供電技術在地鐵列車上超級電容儲能型的應用，并利用其平衡電容的功能，避免地鐵列車的相關用電設備受到干擾，使地鐵列車的整體運行變得既輕松又簡單。

3.3 促進城市交通發展

中壓交流并網供電技術在地鐵列車上應用的最大意義在于促進城市交通的進一步發展，地鐵列車在大中型城市的應用為解決城市交通擁擠不堪和城市能源和土地資源匱乏問題提供了新的方向，并促進了城市居民更好地使用高效、便捷、優質的公交出行服務。中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用也將進一步提高地鐵列車運行的安全程度，保證乘客的使用安全，提高城市居民日常的機動性，促進城市居民生活節奏的加快，對于提高城市居民的生產積極性和生產力有著巨大的幫助，進而推動現代經濟的進一步發展，為我國能夠更快更好地邁向現代化社會做出了巨大的貢獻。

3.4 環網接線中的應用

通過以上的分析了解到中壓交流并網供電技術在地鐵列車中的作用，在地鐵行業中得到廣泛的應用，其中環網接線則主要應用了中壓交流并網供電技術，與傳統供電技術相比，具有供電可靠性高、安全性高等優勢。傳統的環網接線方式在供電網絡運行的過程中，一旦供電線路出現故障，則需要消耗大量的經濟以及花費大量的時間進行維修，而且在維修過程中還需要進行人工倒閘，只有在維修完成之后才能恢復正常供電，總的來說供電穩定性較差。而地鐵列車環網接線應用了中壓交流并網供電技術，有兩個獨立的平行電源，一旦一個電源出現問題，另一個電源會正常供電，并不會影響環網的正常運行。在維修過程中，主要將故障區域隔離，再對其進行維修，保證非故障區域正常供電，進而保證環網運行的可靠性。環網主要利用合并開關的方式對線路進行控制，提高環網控制的可靠性，彌補了傳統供電系統的弊端。

3.5 地鐵中壓交流環網系統的應用

環網系統是保證地鐵列車正常運用的關鍵，隨著人們對地鐵交通的重視，對地鐵列車運營的安全性也越來越重視，在科學技術飛速發展下，地鐵列車環網系統也在不斷改進和創新，將中壓交流并網供電技術應用供電網絡設計中，主要需要做到以下三點：

3.5.1 供電線路的容量應留有一定的容量空間，避免負荷過高或用電量增加而影響到供電系統的穩定性。

3.5.2 應保證線路連接簡單，保證系統運行的經濟性、靈活性以及可靠性，同時更便于后期的維修維護工作。

3.5.3 由于地鐵交通的發展極為迅速，環網系統的用電量也在不斷增加，因此為了滿足地鐵未來的發展趨勢，在環網系統設計中應留有備用線路。另外，中壓交流并網供電技術的應用，應保證環網設計按照最高標準設計，一旦某一條線路發生故障，備用線路承載最大負荷時，需要保證供電系統能夠正常工作，這樣才能保證地鐵列車運行的安全性、可靠性。

4 結語

中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用對城市交通國道發展的意義和作用，城市交通軌道發展到今天經歷了十分復雜和漫長的過程，每一個細節、每一個過程都需要相關人員悉心鉆研和拿捏。現階段，中壓交流并網供電技術在地鐵列車上的應用還在不斷優化和不斷進步，傳統交叉式供電結構與新型中壓交流并網供電技術的融合和發展也在不斷推進當中，同時這也將是現代供電技術發展的重要方向，有理由相信，現代供電技術將會有更加廣闊的未來，而城市交通的發展也將有著更加美好的明天。

參考文獻

[1] 地鐵設計規范（GB 50157-2003）[S].

[2] 城市軌道交通技術規范（GB 50490-2009）[S].

[3] 城市軌道交通工程測量規范（GB 50308-2008）[S].

（責任編輯：蔣建華）