城市軌道交通供電系統及電力技術探析

（國電南瑞科技股份有限公司，江蘇南京市，210000） 劉艷麗

（國電南瑞南京控制系統有限公司，江蘇南京市，210000） 丁德饒

1 城市軌道交通供電系統的供電方式

城市軌道交通系統遍布城市的主要活動區域，具有線路長、涉及范圍廣的特點，需要結合城市電網建設情況和線路分布選擇合適的供電方式[1]。在挑選供電方式時需要對城市電網發達水平、電網負擔能力、補充電壓情況進行綜合分析，并且需要考慮后續是否需要和其他交通線路擴充共享資源。

1.1 分散式供電

分散式供電是指以沿線分散的方式布置線路，從城市中央網絡內引進多路電源，是外部供電的方式之一，可以為牽引變電所以及降壓變電所提供電能，包括直接提供電能以及利用電源開閉進行間接提供兩種方式。在分散式供電模式下所需要投入的成本較少，主要原因是不用單獨設置主變電所，例如長春輕軌以及大連輕軌都選擇分散式供電模式。雖然成本投入較少，但是分散式供電下的供電質量極其容易受到外界因素的影響。分散式供電是從城市電網中壓網絡中引入，周圍居民的用電情況會影響到供電穩定性，特別是進入夏季用電高峰期較多，容易使城市軌道交通系統運行出現不穩定的現象，后續管理難度也較大，會增加城市軌道交通系統運營管理復雜程度[2]。

1.2 集中式供電

集中供電需要設置專門的主降壓變電所，可以給城市軌道交通線路供應電能，是外部供電的主要方式，在具體的供電過程中需要將用電容量和線路長度作為變電所設置的主要考慮因素。在變電所內需要設置兩路進線電源，且進線電源需要保持為獨立狀態，做好降壓處理，保證電壓負荷供電系統運行的電壓需求。該種供電方式可以為城市軌道交通系統運營以及管理活動的開展提供重要便利，利用環網供電的方式為變電所提供電能，具有較強的可靠性。

1.3 混合式供電

混合式供電融合了集中式以及分散式兩種供電模式的特點，主要將集中式供電作為主要的供電模式，在個別運行區域會利用城市電網中壓引入的方式對電能進行補充，保證了電能供應的有序性[3]。混合式供電具有兩種供電方式的優勢，提升了供電計劃的靈活程度，供電可靠性有所上升，在北京、武漢等地區開始使用了混合式供電模式，其中前者將集中式供電作為主要的供電方式，后者將分散式供電作為主要的供電方式，這需要結合各地的發展情況進行選擇。

2 城市軌道交通供電系統結構特點

在城市軌道交通供電系統中主要使用牽引供電系統，該種系統是指通過電力系統獲取電能，利用變壓處理、變相處理以及換流處理后向城市軌道交通列車提供充足的電能，可以完成電能傳輸、配電等各類功能。在牽引供電系統運行過程中包括交流制以及直流制兩類，具有不同的優勢和特點，目前隨著城市軌道交通系統運行規模持續擴大，專家提出可以將兩類供電系統進行融合，形成雙制式供電系統，能夠保證電力供應的穩定性和充足性。

2.1 直流制牽引供電系統

直流至牽引供電系統在具體的應用過程中并不常見，通常在特殊接觸網、牽引網或者變電站建設活動中進行應用，通常會利用1500伏直流電的方式進行供電。在通電之后牽引變電所會通過中央網絡得到電能，利用降壓整流機組可以對電流進行處理，形成直流電。在城市軌道交通系統中會利用雙邊供電的模式供應電能，當一邊線路產生故障問題后可以及時進行更換，由另一邊負責供電，能夠確保牽引供電系統的有序運行。

2.2 交流制牽引供電系統

交流制牽引供電系統應用廣泛，在具體的應用過程中利用單項鏈接的模式進行供電，在安裝過程中需要在變電站內設置變壓器，利用雙繞組單項電壓的模式構建開口三角形網絡結構，能夠有效提高網絡結構的穩定性，保證城市軌道交通系統的有序運行。在該種系統下，電網接入端的端口屬于高壓端口，確保用電持續性以及穩定性。

3 城市軌道交通供電系統電力技術分析

3.1 柔性接觸網

柔性接觸網在城市軌道交通供電系統中應用較多，是供電系統布置較為常見的手段，包括鏈形以及簡單兩種懸掛方式。簡單懸掛模式應用較為方便，在處理時并不需要額外設置承力線，針對導線進行合理布置即可滿足運行需求，整體構造較為簡單，支柱高度也較低，在城市輕軌以及無軌電車的供電活動中應用較多。鏈形懸掛主要是使用懸索進行連接，在承力線以及導線間搭建連接的方式，具有跨度大和速度快的特點，解決了簡單懸掛模式在應用過程中所存在的問題，可以在地鐵系統、電氣化鐵路中進行使用，為供電系統的穩定運行提供了重要的基礎保障。

3.2 剛性接觸網

剛性接觸網在建設時主要是指在懸掛方面改變了以往傳統建設活動中導線的使用，選擇硬質金屬條進行替代，能夠進一步提升懸掛效果。剛性接觸網的使用可以有效增加接觸的面積，改變以往牽引供電系統所出現的各類問題。剛性接觸網能夠形成無縫對接的模式，在進行使用時不需要更換，通常利用集電弓的模式布置剛性接觸網結構，規避以往接觸網在使用時經常產生的脫落現象，提高接觸網穩定性以及可靠性，在運行速度快的交通系統中可以進行使用。

3.3 迷流腐蝕及防護方式

在直流至牽引供電系統中會設置走形軌，以此為基礎可以當做電流回流線，然而因為鋼軌的絕緣并不屬于完全絕緣，會讓個別電流雜散進入到道床內，之后通過鋼筋或者水管這一類裝置進入到牽引變電所內部，從而引發迷流的出現。在對該問題進行處理時，主要利用防治技術和檢測技術進行結合的模式，重點針對雜散電流值進行控制，可以通過提升走行軌對地絕緣性的方式避免該問題的產生。

4 結語

城市軌道交通建設是我國所關注的重點基礎工程之一，可以連接不同區域，加強經濟文化交流，因此必須要確保其運行的穩定性，否則會給人們的日常生活帶來影響。城市軌道交通供電方式包括分散式供電、集中式供電、混合供電，供電系統分為直流制、交流制兩類牽引供電系統，可以保證供電的穩定性。在供電系統管理過程中可以利用柔性接觸網、剛性接觸網、繼電保護技術、迷流腐蝕及防護技術、諧波問題治理技術等電力技術對城市軌道交通系統運行的潛在隱患和風險進行處理，降低運行風險的出現幾率，完善電力技術管理機制。