城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)分析

許宏達(dá)

摘要：近年來，軌道交通在眾多城市發(fā)展得非常迅速，不少城市又新建了軌道交通線路。城市軌道交通極大地便利了人們的生活，解決了路上交通擁堵的狀況，同時帶動了周邊經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。供電系統(tǒng)是城市軌道交通一個重要的環(huán)節(jié)，為供應(yīng)整個城市軌道交通供應(yīng)安全穩(wěn)定的電能。供電系統(tǒng)由牽引電機(jī)作為動力，目前使用較多的的是交流牽引供電系統(tǒng)，本文就城市軌道交通的交流牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行了闡述，并對其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：軌道交通、交流牽引、供電系統(tǒng)、關(guān)鍵技術(shù)

隨著城市經(jīng)濟(jì)水平的提高，人們的出行也在不斷增多，加大了城市交通的壓力。軌道交通的發(fā)展大大緩解了城市的交通壓力，其中供電系統(tǒng)是城市軌道交通運(yùn)行中非常重要的保障。

一、城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)綜述

軌道交通一般由列車、列車軌道、列車站、各種控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等構(gòu)成，列車運(yùn)行的動力來源于牽引電機(jī)，而牽引電機(jī)又有交流牽引電機(jī)和直流牽引電機(jī)。綜合來說，交流牽引電機(jī)的功率承受力優(yōu)于直流牽引電機(jī)，而且交流牽引電機(jī)不需要換向環(huán)等一些機(jī)械結(jié)構(gòu)，因此在軌道交通供電系統(tǒng)上交流牽引電機(jī)漸漸取代了直流牽引電機(jī)。交流牽引供電系統(tǒng)最大的優(yōu)點在于其功率高、結(jié)構(gòu)相對簡單、成本消耗低、防空轉(zhuǎn)性能強(qiáng)，但是它相對直流牽引電機(jī)的一個缺點是它可能會產(chǎn)生電磁干擾，是今后還需要加強(qiáng)改善的地方。

交流牽引供電系統(tǒng)采用單向鏈接，它包含兩臺變壓器，采取雙繞單向變壓。電網(wǎng)的一端為高壓，與電網(wǎng)的接入端連接，電網(wǎng)的另一端為低壓，低壓接地，電網(wǎng)的其余端口連接牽引電機(jī)母線。供電系統(tǒng)終端需要降壓，因此增加了降壓系統(tǒng)。而一些如照明系統(tǒng)則需要偏高一些的電壓，因此又加入了增壓系統(tǒng)。整個供電系統(tǒng)中合理運(yùn)用降壓和增壓裝置，保障了每個系統(tǒng)的正常工作。另外，由于交流牽引供電系統(tǒng)需要長時間處于取流狀態(tài)，導(dǎo)致接觸面需要長期摩擦，因此必須選擇最為耐磨的材料。

二、 交流牽引供電系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成

（一） 供電方式

城市軌道交通最為普遍的應(yīng)用就是地鐵和鐵路。以地鐵而言，其供電方式是采用雙邊供電，即通過兩側(cè)的牽引變電所進(jìn)行負(fù)擔(dān)，盡可能降低牽引網(wǎng)的電壓損失。雙邊供電的方式是目前地鐵建設(shè)供電的主要方式，保障了地鐵軌道交通的穩(wěn)定。以鐵路而言，其供電方式主要有直接供電、帶回流線直接供電、自耦變壓器供電等方式。鐵路的供電方式通過對吸流線對電流的返回牽引來進(jìn)行有效利用，還能夠?qū)︿撥壆a(chǎn)生的電流與回路形成減少阻抗，降低對通信的干擾。這種供電方式結(jié)構(gòu)也相對簡單，便于后期的維護(hù)，也便于推廣和應(yīng)用。

（二）接觸網(wǎng)

接觸網(wǎng)是交流牽引供電系統(tǒng)中的重要組成結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)通過電弓和電靴等結(jié)構(gòu)從接觸網(wǎng)上獲取需要的電能，有效保障列車的平穩(wěn)運(yùn)行。接觸網(wǎng)的作用有很大，首先如果接觸網(wǎng)發(fā)生故障，那么整個供電系統(tǒng)都將會癱瘓。其次，由于電弓和電靴等結(jié)構(gòu)在工作時經(jīng)過摩擦產(chǎn)生電弧，很容易出現(xiàn)故障。因此，接觸網(wǎng)的設(shè)計和制造都需要按照嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，以防后期出現(xiàn)過多的故障。

三、 交流牽引供電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)

（一） 牽引變電站的位置確定

不是每個列車站都需要設(shè)立牽引變電站，這樣不僅浪費(fèi)了成本，也造成了資源浪費(fèi)。牽引變電站的位置確定需要綜合考慮多方面因素，例如牽引系統(tǒng)內(nèi)部的電壓等級、網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，在建設(shè)過程中需要通過實地測量和精確計算合理分配。

（二） 基于第三軌的供電技術(shù)

基于第三軌的供電技術(shù)是我國目前在軌道交通建設(shè)當(dāng)中常用的供電技術(shù)，它一般采用鋼鋁復(fù)合型材料，這種材料具有較好的導(dǎo)電性能。基于第三軌的供電技術(shù)可以有效降低電能損耗，無需再在軌道沿線設(shè)置饋電電纜，大大節(jié)約了建設(shè)成本。另外，此項技術(shù)的接觸軌有兩種接頭，一種是正常的接頭，它就是需要利用鋁制的魚尾進(jìn)行固定，并且需要保持距離支持點大約600毫米的距離。另一種接頭是能夠根據(jù)溫度進(jìn)行伸縮，有效避免了軌道熱脹冷縮的問題。

（三） 電纜牽引網(wǎng)

利用交流電對牽引接觸網(wǎng)供電，采取并聯(lián)的連接方式，同時還配備備用的電纜線。在平時的工作中，備用電纜線路可以與正常電纜同時工作，提高了供電電能，減少功率的損失，作為備用油提高了線路的安全性。

（四） 電纜牽引網(wǎng)的分段供電技術(shù)

電纜牽引網(wǎng)可以長距離傳輸，并且它可輸送的電能大，在現(xiàn)代軌道交通上被廣泛應(yīng)用。如果牽引網(wǎng)是采用上下并行線路供電，但是其搭建就會相對復(fù)雜而且成本高，因此對于電纜牽引網(wǎng)更適合采用分段供電。分段供電不僅可以將軌道交通建設(shè)分段進(jìn)行，還可以對每段供電系統(tǒng)提供有效的分段保護(hù)。遇到某個線路停電斷電，這時候交流牽引供電系統(tǒng)中的電流速斷裝置便會起到保護(hù)作用，不會影響整個供電系統(tǒng)，實現(xiàn)了供電系統(tǒng)是穩(wěn)定性。另外，這些保護(hù)裝置還可以降低母線和饋線的故障概率，它可以根據(jù)短路電流的強(qiáng)弱來控制保護(hù)裝置啟動的時間，做到安全高效保護(hù)，保障整個供電系統(tǒng)的性能。

（五） 主變電所供電方案

主變電所供電主要根據(jù)城市軌道交通的數(shù)量和位置進(jìn)行設(shè)計，根據(jù)不同的設(shè)備要求提供相對應(yīng)的供電方式。在主變電所還需要設(shè)置負(fù)序補(bǔ)償裝置，降低牽引供電系統(tǒng)的功率。

四、結(jié)語

城市的軌道交通發(fā)展給人們的生活和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展都帶來了非常明顯的改變，我國軌道交通還需要不斷加強(qiáng)核心技術(shù)的研究，同時保障各系統(tǒng)的安全，防止故障的產(chǎn)生。作為每一條軌道線路必不可少的供電系統(tǒng)，交流牽引供電系統(tǒng)和其關(guān)鍵技術(shù)是目前城市軌道交通的重要研究項目。交流牽引供電系統(tǒng)不僅為我國節(jié)約了建設(shè)成本，還保證了我國城市軌道交通的平穩(wěn)運(yùn)行。

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（作者單位：蘇州市軌道交通集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司）