城市軌道交通牽引供電及電力技術(shù)研究

楊瑞

摘? 要：城市軌道交通的構(gòu)建目的是緩解城市交通壓力，提高通行率。牽引供電及電力技術(shù)作為城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)中較為重要的組成部分，加深對(duì)其研究，對(duì)于提升城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行效率有著顯著作用。文章就對(duì)城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)及其技術(shù)進(jìn)行分析探討，以供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通，牽引供電，電力技術(shù)

牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通的重要?jiǎng)恿δ茉矗瑫r(shí)也是維護(hù)城市軌道交通安全的基礎(chǔ)。隨著城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的快速發(fā)展，牽引供電系統(tǒng)的重要性也逐漸凸顯，優(yōu)化牽引供電系統(tǒng)性能，更新其核心技術(shù)，也成為人們研究的重點(diǎn)。

1我國(guó)城市軌道交通發(fā)展現(xiàn)狀

城市軌道交通主要以地鐵、輕軌、公共汽車這三種交通方式為主。據(jù)現(xiàn)有資料記載，最早開始修建軌道交通的城市為英國(guó)，修建時(shí)間在1854年，整個(gè)軌道交通網(wǎng)絡(luò)經(jīng)歷9年時(shí)間修建完成，并正式投入使用。當(dāng)時(shí)社會(huì)的城市交通壓力還不是十分明顯，城市軌道交通的修建，單純的是為提高人們的出行效率，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)。之后隨著社會(huì)的進(jìn)步，城市建設(shè)需求的增多，交通堵塞現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。為此，很多城市開始加大城市軌道交通的建設(shè)力度，我國(guó)自然也不例外。至今為止，我國(guó)城市軌道交通的發(fā)展速度逐漸加快，以北京、上海等地的軌道交通最為發(fā)達(dá)，運(yùn)營(yíng)里程最長(zhǎng)。

2城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)

城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)以交流牽引和直流牽引兩種形式為主。兩種模式的融合應(yīng)用不僅可優(yōu)化牽引供電系統(tǒng)的性能，還能提高服務(wù)質(zhì)量，確保各種不同類型交通設(shè)備的安全穩(wěn)定運(yùn)行。此外，對(duì)牽引供電系統(tǒng)及技術(shù)實(shí)行研究探討，還有助于增強(qiáng)城市軌道交通的安全性，為人們的出行提供保障。

2.1直流供電系統(tǒng)

在目前城市運(yùn)轉(zhuǎn)中，為維護(hù)人們的正常生產(chǎn)生活，在電能供應(yīng)上一般會(huì)利用變電站、牽引網(wǎng)、接觸網(wǎng)的等設(shè)備完成電能的平穩(wěn)供應(yīng)，電流及電壓以1500伏的直流電供電為主。而軌道交通牽引供電系統(tǒng)中，則是采用床供電的模式來保證城市軌道交通運(yùn)行對(duì)電能的需求。這種模式在供電中，一側(cè)出現(xiàn)故障問題，另一側(cè)可替換運(yùn)行，加強(qiáng)電流及電壓的穩(wěn)定性，降低交通故障帶來的危險(xiǎn)隱患。

另外，在雙向牽引系統(tǒng)供電網(wǎng)的設(shè)置中，可通過直流牽引的方式來改進(jìn)電網(wǎng)的運(yùn)行質(zhì)量，增強(qiáng)各區(qū)域電流及電壓劃分的均勻性、科學(xué)性，以促進(jìn)電氣設(shè)備的高效運(yùn)轉(zhuǎn)，避免線路過長(zhǎng)存在的供電事故。再者，在雙向直流牽引系統(tǒng)中，變電模式的設(shè)置縮短了電能供應(yīng)距離，降低資金、資源的損耗，以滿足城市軌道交通的建設(shè)及保護(hù)要求。

2.2交流牽引供電系統(tǒng)

與直流牽引供電系統(tǒng)不同，交流牽引供電系統(tǒng)采用的單項(xiàng)連接方式，在變電站中安裝兩臺(tái)變壓器來實(shí)現(xiàn)單項(xiàng)變壓，以加強(qiáng)各環(huán)節(jié)電流及電壓供應(yīng)的穩(wěn)定性，避免危險(xiǎn)的發(fā)生。在交流牽引供電系統(tǒng)設(shè)置中，整個(gè)結(jié)構(gòu)要以三角形展開布置，低壓端要進(jìn)行接地處理，高壓端直接與電網(wǎng)接入端口連接，其他端口則分別連接在母線上，以保證電能的及時(shí)輸送。不過在設(shè)置過程中需要注意以下內(nèi)容：

交流牽引供電系統(tǒng)中的降壓系統(tǒng)，需要設(shè)置在供電系統(tǒng)終端與線路區(qū)間位置上，以促進(jìn)系統(tǒng)的正常運(yùn)行，交流供電系統(tǒng)中使用的機(jī)械設(shè)備，要具備較高的耐磨性，這樣才能確保在瞬間接觸壓力增大的條件下，機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)。

3城市軌道交通牽引供電的電力技術(shù)

3.1接觸網(wǎng)

接觸網(wǎng)在設(shè)置過程中，只會(huì)單獨(dú)設(shè)置一個(gè)電極，利用機(jī)電裝置取電后，電力機(jī)車會(huì)通過金屬輪軌將電流實(shí)施回流處理，增大電能使用率。如果使用膠輪系統(tǒng)，則接觸網(wǎng)在設(shè)計(jì)中會(huì)設(shè)置兩根不相接觸的導(dǎo)線，通過兩個(gè)集電桿實(shí)現(xiàn)取電作業(yè)。接觸網(wǎng)按照懸掛方式，可分為鏈形懸掛、簡(jiǎn)單懸掛和剛性懸掛這三種，按照屬性特征可分為柔性懸掛和剛性懸掛兩種。鏈形懸掛及簡(jiǎn)單懸掛就屬于柔性懸掛的一種。

1）柔性接觸網(wǎng)

簡(jiǎn)單懸掛具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、支柱高度低、支撐點(diǎn)承載負(fù)荷輕等優(yōu)勢(shì)。再加上其在設(shè)置過程中只有導(dǎo)線沒有承力線的特征，在輕軌及無軌電車的設(shè)計(jì)中得到了廣泛應(yīng)用。不過簡(jiǎn)單懸掛在設(shè)置中，懸掛點(diǎn)上存在硬點(diǎn)，跨度較小。所以在運(yùn)行時(shí)很容易出現(xiàn)振蕩問題，高速運(yùn)轉(zhuǎn)下很容易發(fā)生危險(xiǎn)。鏈形懸掛與簡(jiǎn)單懸掛相反，其是通過導(dǎo)線和承力線共同作用來加強(qiáng)實(shí)用效果的，且有效解決了簡(jiǎn)單懸掛存在的不足，在大跨度、高速度、長(zhǎng)距離的電氣化鐵路中，鏈形懸掛得到了大量的使用。而在城市地鐵中，如果使用鏈形懸掛，則運(yùn)行速度甚至可以達(dá)到每小時(shí)120千米以上。

2）剛性接觸網(wǎng)

剛性懸掛是利用硬質(zhì)金屬條替換軟質(zhì)導(dǎo)線形成的一種新型懸掛方式。其利用第三軌供電接觸面積較大這一優(yōu)勢(shì)，解決了因鋼軌過重導(dǎo)致的懸掛困難這一問題。在現(xiàn)今城市軌道交通建設(shè)中，通過剛性懸掛的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了地上地下線路間的無縫對(duì)接，且無需更換車輛即可完成運(yùn)輸作業(yè)。此外，剛性懸掛由于使用了集電弓，因此并不會(huì)出現(xiàn)應(yīng)用集電靴時(shí)容易脫落的情況，確保運(yùn)行速度變得更高。

3.2基于第三軌的供電技術(shù)

第三軌供電是城市軌道交通建設(shè)中另一個(gè)最常使用的供電模式，其通過鋼鋁復(fù)合材料的應(yīng)用，在保證供電質(zhì)量的同時(shí)，降低了電能損耗，省略了饋電電纜安裝流程，做到成本的有效節(jié)約。第三軌供電網(wǎng)絡(luò)是由接觸軌及接頭、端部彎頭、防爬器、安裝底座這幾部分構(gòu)成的。其中的接觸軌接頭以正常接頭和溫度伸縮接頭這兩種為主。前者在設(shè)計(jì)中要求固定在魚尾板上，并與支持點(diǎn)保持600毫米以上的距離，后者在應(yīng)用中有效降低了溫度變化帶來的接觸影響。

另外，在第三軌基礎(chǔ)上，還出現(xiàn)了智能壽命預(yù)測(cè)技術(shù)，其是建立壽命預(yù)測(cè)模型來對(duì)功能損耗、溫度、溫差變化等予以分析和統(tǒng)計(jì)，合理計(jì)算系統(tǒng)使用壽命及性能，提高供電質(zhì)量。具體來說，在智能壽命預(yù)測(cè)技術(shù)中，包括功耗計(jì)算，結(jié)溫預(yù)測(cè)、數(shù)據(jù)分析和壽命預(yù)測(cè)這四部分內(nèi)容。功耗計(jì)算是通過變流器運(yùn)行來進(jìn)行能耗損耗的計(jì)算，結(jié)溫預(yù)測(cè)是在能耗數(shù)據(jù)及熱網(wǎng)絡(luò)模型的基礎(chǔ)上，開展結(jié)溫時(shí)間變化曲線的統(tǒng)計(jì)分析，數(shù)據(jù)分析自然是對(duì)不同溫差、結(jié)溫平均數(shù)據(jù)的分析和研究，壽命預(yù)測(cè)則是計(jì)算模塊使用壽命。

4結(jié)語

通過上文的論述，明確了解了城市軌道交通建設(shè)中，牽引供電系統(tǒng)的重要性及技術(shù)要點(diǎn)，以此加快我國(guó)軌道交通前進(jìn)腳步，滿足社會(huì)建設(shè)需求。

參考文獻(xiàn)

[1]? 韓孟.城市軌道交通牽引供電及電力技術(shù)[J].交通世界，2017（36）

[2]? 李志慧.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)再生能量吸收技術(shù)的發(fā)展與選擇[J].城市軌道交通研究，2018（6）