城市軌道交通供電系統動態運行的仿真研究

宇文平

摘 要：本文通過對城市軌道交通的背景及發展體出交通供電系統研究的重要性，再通過大量實際數據進行深度挖掘研究。提出我國城市軌道交通供電系統的詳細組成，和供電四天技術要求，通過對供電系統運作的詳細說明來進行供電系統動態運行的仿真研究。

關鍵詞：城市軌道交通；供電系統；動態運行

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.134

經過50多年的城市軌道交通建設，我國從1965年北京地鐵一號投入運營到2006年，全國城市軌道交通總里程達5000公里再到2009年，成為世界上僅次于美國的城市軌道交通大國，總運營里程數達1000多公里。我國對城市軌道交通業的發展極其重視，萬億級別的投資也常有發生，資金主要投入到城市軌道交通的普及及技術的研發工作中去。城軌供電系統的工作狀態對整個城軌體系的運轉有著至關重要的影響，所以在學術界對城軌體系的研究中，供電系統動態運行的研究是最常見的。

1 城市軌道交通

城市軌道交通分為地鐵、輕軌、獨軌等，根據其分類軌道交通有著不同的運營交通方式。城市軌道交通因其安全、快捷、準時、舒適、無污染等優點深受廣大人民的喜愛，又因其軌道運行的獨特性，可以不占用陸上面積，保護地面景觀的優點，各城市紛紛進行城市軌道交通建設，但是因投資成本較大，運行技術發雜，安裝周期較長，目前全國只有大型都市才裝有城市軌道交通系統。

1.1 供電系統組成

城市軌道交通供電系統由變電所、接觸軌、回流網三個基礎部門組成。牽引電力的供電機制主要是電流制、電壓等級和饋電方式，按照我國國家相關標準，城市軌道交通采用DC1500V和DC750V兩種電壓制式，再根據城市實際客流量情況進行選擇。

1.2 城軌系統和供電系統的選擇條件

城市供電系統需滿足一定的條件要求，才能完成正常的運行工作。供電系統需滿足供電的安全性，安全問題無論何時都是重中之重。供電系統需便于安裝拆卸，便于零部件的更換和維修，萬億有事故產生，要保證能夠快速進行事故搶修。再其次就是整體的美觀性了，供電制式也是城市景觀的一種，整潔、簡約的現代城軌系統及供電系統也是能吸引眾多游客的。

2 國際城軌交通供電系統的發展

2.1 國外城軌供電系統技術

國外城軌供電系統技術最先進的當屬歐洲各國了，直流制式、低頻單相交流制、工頻單相交流制三種主要供電制式的應用讓人耳目一新。不同供電制式對應著直流電機、交流電機以及直流交流電機混合技術。舉例來說，歐洲的英國、法國、比利時三個國家的首都之間用城軌連接起來，但是它們采用的供電制式完全不同。法國使用25kV的交流接觸軌供電，比利時采用的是3KV的直流接觸軌供電，英國則采用第三軌的集電式直流750V的供電系統。國家之間采用不同供電技術卻能夠使用同一條城軌線，充分體現了歐洲城市軌道交通供電技術的先進性。

2.2 國內城軌供電系統技術

城軌供電系統主要是向城市軌道交通列車提供牽引用電及城市軌道交通進行運營服務時的其他公共設施的供電。我國城市軌道交通供電系統目前是南北地區分開技術供電，北方主要采用DC750V的第三軌饋電技術，南方采用的是DC1500V的接觸軌饋電法。

3 750V與1500V供電制的詳情

供電制750V與1500V的具體差異性體現在：設備的安裝、成本、供電性能、使用壽命、維修成本、土建費用等方面。我國城市軌道交通供電系統分為交流高中壓系統（HMV）、牽引供電系統（TPS）、接觸軌系統（OCS）、電力監控系統（SCADA）。牽引變電所采用集中供電、分散供電和混合供電三種方式，分為單邊、雙邊供電。電力監控系統有很多的子系統，分別是控制中心、通信管道、被控站系統，實時監控著城軌線上所有變電所和供電設備的狀態供電系統對供電電源也有著基本要求：兩路電源必須來自不同變電站；進線電源的容量需滿足變電負荷的等級需求；需有兩路電源分列運行，起保障作用；變電站的電源點的位置要靠近城軌線路。

牽引軌常有雜散電流現象的發生，也就是牽引電流發生泄漏，進入到隧道或者軌床上的現象。它會對城軌交通系統中的電氣設備的正常工作產生不同程度的影響，并對泄漏位置處的城軌造成損害。

4 城軌交供電系統模擬研究法

城市軌道的客流量較大，對精密度要求較高，但是因列車車型較大且價格高額，很難在實驗室里進行數據獲得，所以便有了模型仿真模擬運行，對設備設施的運行進行數據獲得分析處理。

進行供電系統仿真研究的原因是，整體系統體系較大，電壓也很難達到要求，所以在進行實驗時，采用可調負載柜作為模擬供電負載，既降低了成本又保證實驗的安全性，還使實驗數據的準確性得到保障。這套體系可以保證對供電設備的結構、控制回路進行客觀的模擬電氣試驗，還可以進行各種現實運營時的操作，進行具體的實驗，進行故障模擬，以進行問題解決實驗。模擬仿真實驗研究具有安全、節能、省錢、穩定、準確的特點，被大多數研究員所采用，甚至還作為專業院校的實訓方式普及開來。

5 結束語

城市軌道交通供電系統的運行動態仿真研究，對于改進供電系統結構，提升效率具有特殊意義，有助于進行故障分析，預習故障處理方針，便于進行供電系統工作狀態研究，有利于供電系統的專業技術改造，降低成本，有利于城軌系統在各大小城市的普及。用于鉆研供電系統分結構的安裝及拆卸，使其簡潔化，降低操作難度，使城軌交通系統的投資成本降低，減少安裝的周期，有利于進行全國普及，像是地鐵、輕軌、獨軌等，按照當地實情進行合理選擇安裝。使我國城軌技術在國際上具有話語權，促進我國科技發展，提升綜合國力。

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