地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統比較研究

于洋

摘 要 我國電力牽引系統技術的發展已走在世界的前沿，牽引供電系統是一套結構復雜、精度極高的系統，因此要在實際的運行中保障其安全性，使其供給合格、穩定的電力，從而確保了地鐵和電氣化鐵路的安全運行。在地鐵和電氣化鐵路的運行過程中要做好牽引供電系統的檢查和維護工作，尋找系統的薄弱環節，同時要制定相應的應急預案，全方位地提升高鐵與電氣化鐵路牽引供電系統可靠性。

關鍵詞 地鐵；電氣化鐵路；牽引供電系統

1 地鐵牽引供電系統供配電方式

1.1 集中供電方式

集中供電方式是城市地鐵供電系統最常用的，是從城市電網接入電源，并且根據用電容量和城市軌道的長短來建立專門的變電站，沿著地鐵線通常要建立2-3座110kV和220kV的主變電所。35kV中壓網絡縱向連接上級變電所、下級牽引變電所以及降壓變電所，構成電網的主體，下級各變電所以橫向連通的方式形成軌道交通的內部供電網絡，這樣集中供電的好處是便于城軌公司的集中管理，在出現任何供電問題時也能夠集中解決。另外，各個牽引變電所之間由35kV和10kV環網電纜供電，提升了電路系統的可靠性。

1.2 分散供電方式

分散供電方式是按照城規供電的原則來接入的，從城市電網引入多路電源，并由區域變電所進行降壓供電，通常供電所使用的電壓為19kV，以分散供電方式來為地鐵供電可以保障每一座牽引變電所和降壓變電所都能獲得雙路電源，提升了供電的穩定性[1]。

2 電氣化鐵路的牽引供電系統概覽

2.1 鐵路牽引供電系統的供電方式

（1）直接供電方式。電氣化鐵路牽引系統的直接供電方式又被稱為單邊供電方式，供電原理是使用電力化鐵路產生單項交流負荷并且能夠在周圍的接觸網上產生交變磁場，形成電磁波，從而會對附近的通信設備和無線電裝置造成干擾，一定程度上影響了鐵路周邊的正常生產生活。目前我國鐵路通信采用高屏性能的同軸電纜，接觸網產生的電磁干擾影響很小，無須使用任何防護措施，對周邊的生產生活的影響可以忽略不計。但目前我國電氣化鐵路的相關技術發展迅速，使得電磁干擾的問題迎來了新的挑戰，現提供的解決方案是在接觸網供電方式上采取相對應的防護措施，從而衍生出不同的供電方式。部分消除電磁干擾的方式是在接觸網與接觸懸掛相同高度的位置接上附加導線，當電力產生牽引作用時，附加導線能產生與接觸網大小相等、方向相反的電流，從而形成相反的電磁干擾，進而相互抵消。

（2）自耦變壓器（AT）供電方式。自耦變壓器供電方式的工作原理是利用變電所55kV輸出電壓，通過自耦變壓器的耦合，變壓比為2：1，向接觸網輸送電力，在變電所的一端接入接觸網，在用電端口接入正饋線，通常這種正饋線架設在田野或者空曠無人區，要保障接觸懸掛線與之等高，并將點抽頭與鋼軌相接。正饋線的作用和BT供電方式中的NF線類似，能夠起到防干擾的功能，但前者的抗干擾功能要略勝一籌。另外，在正饋線下方還應當架設一條保護線，用來防止接觸網絕緣破損時保護跳閘，并且還可以提供避雷和防干擾的功能。

（3）直供+回流的供電方式。此供電方式的工作原理是供電帶回流線的直接供電方式，這種供電方式能夠與鋼軌相連，具備防干擾作用，并且不需要附加吸流變壓器，能夠改善網壓，簡化接觸網絡結構，使供電系統更加安全穩定。

2.2 鐵路牽引供電系統構成

鐵路牽引供電系統對供電功率的要求很高，否則無法維持高速運行，因此需要依靠專門的外部供電裝置來提供列車的電能。牽引供電系統是從電氣化鐵路接入電力系統輸電網絡接引電源，通過變電所降壓轉換后為電力機車提供動力的電力供給網絡。因為鐵路牽引供電系統功率大，所以產生的負序電流現象相較其他的電氣化鐵路系統更加突出。為了緩解這個問題，當前鐵路牽引變電所的短路容量設計得越來越大，用以擴大負序電流的承載能力，但這類措施直接導致投資成本的升高，并且不能完全解決負序電流對電力系統的負面影響，因此要繼續尋求新的對策來解決牽引供電系統的負序電流問題[2]。

3 地鐵和電氣化鐵路牽引供電系統保護對比

3.1 地鐵運行的牽引供電保護原理

地鐵供電系統包括交流中壓系統和直流牽引系統，對于交流中壓系統的保護有專門的國家規程和行業規范，是相關科研人員研究出的可靠、可行的方案，直流牽引供電系統保護的最大特點是系統的“多電源”和消除故障多發區。在對這二者的保護中最基本的是發生短路等電路故障時要立即切斷電源，防止故障問題的事故化。消除故障多發區是優化配置，提升系統穩定性必須要遵循的規定，通過相關的規定來對系統進行故障排查，對于問題多發的系統部件與設置要進行更換并提升檢察、探傷的頻率。

除了通過以上兩部分的保護之外，還要提升地鐵運行的牽引供電的可靠性，可以從下幾個方面入手：其一，加強對牽引供電系統的管理工作，加強設備操作工的相關培訓，并加入定期職業考核機制，不斷提升工作人員的職業素質。其二，定期和不定期進行故障演戲，檢驗工作人員對故障設備的應急處理能力，訓練工作人員在最短的時間內處理緊急時間，將故障帶來的威脅降到最低。其三，采取分點式的電路供電，在電路發生故障時能防止整個電路受到影響而導致交通系統的癱瘓。

3.2 電氣化鐵路運行的牽引供電系統保護原理

電氣化鐵路的牽引供電系統受到牽引負荷大小的影響，這會直接影響變壓器溫度，鐵路牽引供電系統的容量負荷及其變壓器的溫升變化情況直接決定了電氣化鐵路的牽引供電系統的壽命長短。牽引負荷增加會導致牽引變壓器溫度的升高，從而降低變壓器的使用壽命，所以在實際的運行過程中，針對不同的運輸要求應采用不同的優化方案，這能在節省電力費用開支的同時降低牽引變壓器的壽命損耗，從而最大限度地提升了經濟效益。

4 結束語

隨著我國城市交通壓力的不斷升高，各地對地鐵和鐵路的建設正如火如荼地開展，我國的鐵路和城市地鐵建設已步入正軌。牽引供電系統的安全性和穩定性直接決定了地鐵的運行質量，出現電力供應故障會給乘客的生命財產安全帶來影響，因此要利用新的技術和新的建設方案不斷加強牽引供電系統的可靠性和安全性，加強牽引變壓器的過載能力和使用壽命，使其滿足當今社會快節奏、低消耗、低污染的生產生活。

參考文獻

[1] 吳旭峰.探討電氣化鐵路牽引供電系統事故恢復技術[J].商品與質量·建筑與發展，2014，（2）：55.

[2] 張喜龍.地鐵牽引供電系統可靠性分析[J].江西建材，2017，（13）：

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