城市軌道交通互通互聯中牽引供電系統的關鍵技術淺析

李先敏

摘要：牽引供電系統是軌道交通運輸的基礎設施。目前國內城市軌道交通的牽引供電系統，多以交流式為主。從實際應用效果來看，具有經濟性好、可靠性高、適應性強等一系列優勢。在設計和構建交流牽引供電系統時，需要考慮其供電制式的選擇，這直接影響到軌道交通建設標準以及資源的共享，對市域鐵路、國鐵或地鐵的互聯互通也有極大的影響。因此，必須掌握其中的一些關鍵技術，包括牽引變電站的電氣主接線技術、繼電保護配置技術等。只有選擇合適的技術方案，才能保證牽引供電系統的穩定運行，保障城市軌道交通車輛的行駛安全，同時滿足城市軌道交通互通互聯的發展需要。

關鍵詞：城市軌道交通;牽引供電系統;繼電保護;電氣主接線

引言：作為城市軌道交通的核心組成，牽引供電系統中包含了主變電所、牽引變電所、接觸網、回流線路等部分。隨著城市軌道交通運行荷載的增加，以及電氣系統結構的復雜化、電氣設備種類的多樣化，對牽引供電系統提出了更為嚴格的要求。探究牽引供電系統中關鍵技術的創新與應用，既是保證當下城市軌道列車穩定運行的基礎內容，同時也是促進我國城軌交通事業發展的必要條件。本文以交流牽引供電系統為例，對其關鍵技術進行了簡要探討。

一、城市軌道交通牽引供電系統的形式

1、直流式

城市中的變電所、牽引網以及接觸網的設計和搭建方式主要采用直流750V或直流1500V的供電方式。此類型的牽引網采用了雙邊供電方式，若出現線路故障則換用大雙邊供電方式，從而達到跨越區域供電的效果。此外，直流制供電方式還采用了雜散電流保護機制。其應用優勢在于接觸網無分相、列車運行順暢，但是缺點也比較明顯，例如造價相對較高，需要使用換向環等機械裝置，增加了故障發生率。因此，現代城市軌道交通的牽引供電系統，逐漸用交流牽引電機代替直流牽引電機。

2、交流式

交流制式的牽引供電系統，則采用25千伏特的交流電進行傳輸，牽引變電所多采用單向的“電壓—電壓”相接方式，變電所內裝配有兩部變壓器，這兩部變壓器多采用雙繞組的單相變壓方式，它們結合在一起構成了一角開口的三角形結構，其中被接入電網的端口是高壓側的兩個開口端以及一個公共端口，接地的一端是低壓側的公共端，其他兩個開口端分別與牽引側母線相接。在降壓系統的設計上，采用了“終端降壓+區間加壓”相結合的方式，在滿足區間內照明系統正常用電和穩定運行的前提下，達到了終端降壓的目標。交流牽引供電系統的結構如圖1所示。

3、交流牽引供電系統的應用優勢

結合實踐應用效果，交流牽引供電系統的優勢主要體現在三個方面：（1）經濟性好。牽引供電和動力照明等不同的系統，分別獨立使用電纜，相比于直流模式下的合用電纜，能夠降低一定的費用。交流系統中，不需要安裝迷流防護裝置、整流機組、儲能裝置，在硬件設備的采購、安裝與后期維護上，也可以節省一大筆可觀的費用。從另一方面來看，由于硬件設備減少，對場地空間的占用也隨之減少，用地成本降低。（2）可靠性高。由于交流牽引供電系統的結構組成相對簡便，刪減了串聯元件、換向環、整流機組等，因此后期維護方便，整個系統的運行更加穩定、可靠，相同工作環境下發生故障的概率更低。另外，采用分段供電技術、狀態辨識技術，也可以做到交流系統故障隱患的早發現、早處理，也有助于系統可靠性的提升。（3）適用性強。采用綜合自動化系統對交流牽引供電系統進行運行管控，可以適用于不同的環境。

二、城市軌道交通交流牽引供電系統關鍵技術

1、牽引變電站位置的選擇

在設計牽引變電站的布設位置時，需要綜合考察各種影響因素，例如交流牽引供電系統的網絡結構，以及不同區間的電壓等級等。另外，出于成本控制和維護管理方面的考慮，不可能做到一個列車站設計一座牽引變電站。因此在選擇位置時，還要照顧到多個列車站正常用電的需求。技術人員應設計多套牽引變電站位置設計方案，然后從電壓損失、網絡能耗等方面，再進行對比、擇優，最終確定出最佳的牽引變電站布設位置。

2、牽引變電站電氣主接線

技術人員在明確了牽引變電站安裝位置后，從變電站中引出1條母線，然后再分成2條電壓為27.5kV的分線，每條分線連接一組整流器組。在交流牽引供電系統正常運行時，只接入一個整流器組，另一個為備用。若正在運行的整流器組發生故障，則自動投切到另一臺設備，從而確保了牽引變電站可以保證持續性供電。另外，該系統中還應用了直流饋線技術。在某個區間內，相互配合形成了接觸網雙向供電。即便是2臺整流器組均發生了故障，也能夠通過接觸網單邊供電，滿足城市軌道列車的正常用電需要。

3、牽引變電站繼電保護配置

在繼電保護裝置方面，使用微機保護。硬件安裝方面，通常情況下不需要單獨使用框架泄露保護。根據保護對象不同，選擇合適的繼電保護技術，也是需要重點關注的內容。（1）在環網進出線柜連接中，高壓電源進出線、獨立牽引電源進出線，分別提供獨立的端口，保證線路不會產生交叉、沖突。將光纖差動保護作為主保護，同時為了提高繼電保護效果，選擇電流比較保護作為備用保護。兩者相互配合，進一步提高了變電站穩定與安全運行的效果。（2）對于繼電保護裝置的本體，可以選擇的保護技術也有多種，比較常用的有過電流保護、失壓保護等等。（3）對于牽引變壓柜，由于分設兩條支路，每條支路的保護技術也有差異。其中，對于牽引支路可以采取電流速斷保護、過流保護;對于回流支路，可以采取電壓保護。（4）對于交流上網饋線柜，也是采用主備雙保護。主保護采用di/dt+Δi作為主保護，以電流速斷保護、雙邊鏈條保護作為后備保護。

結語：互聯互通可以有效溝通國鐵、市城鐵路以及地鐵，方便在不同軌道交通形式間進行部分直通客流，因此設計并選擇能夠相互兼容的牽引方式、供電制式和信號系統顯得尤為關鍵。隨著我國城市軌道交通建設規模的不斷擴大，電氣系統結構的日趨復雜，關于牽引供電系統設計與使用的優化與研究也成為一項重點課題，目前，交流牽引供電系統由于具有可靠穩定、性價比高等優勢，逐漸成為城市軌道交通系統的首選。在應用這種模式時，需要從牽引變電站位置的科學選擇、電氣主接線的設置以及繼電保護技術等方面，把握其中的一些關鍵技術，才能真正保證供電的穩定與持續，進而有效的保障城市軌道交通車輛的運行安全。

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