摘要：我国电力牵引系统技术的发展已走在世界的前沿，牵引供电系统是一套结构复杂、精度极高的系统，因此要在实际的运行中保障其安全性，使其供给合格、稳定的电力，从而确保了地铁和电气化铁路的安全运行。
关键词：地铁；电气化铁路；牵引供电；比较
1 地铁牵引供电系统的基本构成
1.1 地铁牵引供电系统供配电方式
地铁牵引供电系统所使用的供配电方式主要为两种，即集中供电方式与分散供电方式。我国地铁供电一般采用直流1500V电压等级。
1.1.1集中供电方式
集中供电方式是城市地铁供电系统最常用的，是从城市电网接入电源，并且根据用电容量和城市轨道的长短来建立专门的变电站，沿着地铁线通常要建立2～3座110kV和220kV的主变电所。35kV中压网络纵向连接上级变电所、下级牵引变电所以及降压变电所，构成电网的主体，下级各变电所以横向连通的的方式形成轨道交通的内部供电网络，这样集中供电的好处是便于城轨公司的集中管理，在出现任何供电问题时也能够集中解决。另外，各个牵引变电所之间由35kV和10kV环网电缆供电，提升了电路系统的可靠性。
1.1.2分散供电方式
分散供电方式是按照城规供电的原则来接入的，从城市电网引入多路电源，并由区域变电所进行降压供电，通常供电所使用的电压为35kV，以分散供电方式来为地铁供电可以保障每一座牵引变电所和降压变电所都能获得双路电源，提升了供电的稳定性。
1.2 地铁车辆供电系统构成
地铁供电系统负责向地铁和用电设备提供电能，一般分为高压供电部分和地铁内部供电部分。其中高压供电部分直接从城市电网取电，供电方式一般包括集中式供电、分散式供电和混合式供电。而地铁内部供电主要包括牵引供电系统和照明供电系统，牵引供电系统会将三项高压交流电变成适合地铁车辆应用的低压直流电。馈电线会将牵引变电所的直流电送到接触网上，地铁会通过受流器直接在接触网上获得电能。动力照明供电系统主要提供照明、风机、水泵等动力机械的供电，主要由降压变电所和动力照明配电线路组成。
1.3 地铁车辆牵引供电系统构成
地铁车辆牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网两个部分组成，目前地铁牵引供电系统通常采用直流供电方式，其中牵引变电所示地铁车辆牵引供电的核心。牵引变电站的位置和容量是由地铁车辆在运行高峰期的车流密度和车辆型式通过牵引供电计算得出，其中牵引变电所的容量在设置时需要满足供电合理，运营方便，满足高峰运营时的最大负荷需求，并且当牵引变电站出现故障时，其相邻的变电站需要具有一定的过负荷能力，并能保证地铁车辆的正常运行。牵引网是指在线路周围铺设为地铁车辆提供电能的装置，主要由正极接触网供电和负极走行轨回路两部分组成，其供电方式主要包括供电轨和供电网两种方式供电，根据不同线路特点选择不同的供电方式。
2 电气化铁路牵引供电系统的简介
2.1 铁路牵引供电系统的供电方式
电气化铁路牵引供电系统的供电方式主要有直接供电方式、自耦变压器（AT）供电方式以及直供+回流的供电方式。
2.1.1直接供电方式
电气化铁路牵引系统的直接供电方式又被称为单边供电方式，供电原理是使用电力化铁路产生单项交流负荷并且能够在周围的接触网上产生交变磁场，形成电磁波，从而会对附近的通讯设备和无线电装置造成干扰，一定程度上影响了铁路周边的正常生产生活。目前我国铁路通信采用高屏性能的同轴电缆，接触网产生的电磁干扰影响很小，无需使用任何防护措施，对周边的生产生活的影響可以忽略不计。但目前我国电气化铁路的相关技术发展迅速，使得电磁干扰的问题迎来了新的挑战，现提供的解决方案是在接触网供电方式上采取相对应的防护措施，从而衍生出不同的供电方式。部分消除电磁干扰的方式是在接触网与接触悬挂相同高度的位置接上附加导线，当电力产生牵引作用时，附加导线能产生与接触网大小相等、方向相反的电流，从而形成相反的电磁干扰，进而相互抵消。
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2.1.2自耦变压器（AT）供电方式
自耦变压器供电方式的工作原理是利用变电所55kV输出电压，通过自耦变压器的耦合，变压比为2：1，向接触网输送电力，在变电所的一端接入接触网，在用电端口接入正馈线，通常这种正馈线架设在田野或者空旷无人区，要保障接触悬挂线与之等高，并将点抽头与钢轨相接。正馈线的作用和BT供电方式中的NF线类似，能够起到防干扰的功能，但前者的抗干扰功能要略胜一筹。另外，在正馈线下方还应当架设一条保护线，用来防止接触网绝缘破损时保护跳闸，并且还可以提供避雷和防干扰的功能。
2.1.3直供+回流的供电方式
此供电方式的工作原理是供电带回流线的直接供电方式，这种供电方式能够与钢轨相连，具备防干扰作用，并且不需要附加吸流变压器，能够改善网压，简化接触网络结构，使供电系统更加安全稳定。
2.2 牵引供电系统的构成
在探究牵引供电安全管理问题之前首先要介绍一下高速电气化铁路的牵引供电系统的构成，牵引供电系统其主要的组成部分是牵引变电以及接触网。对牵引供电系统构成进行分析，其系统中所用电流回路主要是根据牵引变电站所反馈过来的电线，然后通过接触网对列车产生电力，且在钢轨的作用下实现回流连接，进而实现接地网的闭合电路。目前，列车牵引供电系统最重要的功能就是将电力系统中的电源引入到变电站中，且借助变压器将电压进行转变，以能适应电力机车所应用的电压，进而将压制好的电压通过馈出线引入到接触网中，然后通过电力机车上的受电弓来实现电压的应用。
2.3 牵引供电系统的负荷特性
与普通铁路牵引供电系统相比，牵引供电系统所具有的负荷特点是存在一定优势的。以普通铁路牵引供电系统特点进行分析，其主要适用在一些线路阻力以及牵引负载的机车负荷方面，其在负荷上相对较小。反之，对牵引供电系统具有的优势则是其负荷的增加不仅在克服线路阻力和牵引负载，它更多的消耗在列车克服高速行驶的空气阻力所需要的动力上。
3 地铁和电气化铁路牵引供电系统保护对比
3.1 地铁运行的牵引供电保护原理
地铁供电系统包括交流中压系统和直流牵引系统，对于交流中压系统的保护有专门的国家规程和行业规范，是相关科研人员研究出的可靠、可行的方案，直流牵引供电系统保护的最大特点是系统的“多电源”和消除故障多发区。在对这二者的保护中最基本的是发生短路等电路故障时要立即切断电源，防止故障问题的事故化。消除故障多发区是优化配置，提升系统稳定性必须要遵循的规定，通过相关的规定来对系统进行故障排查，对于问题多发的系统部件与设置要进行更换并提升检察、探伤的频率。
除了通过以上两部分的保护之外，还要提升地铁运行的牵引供电的可靠性，可以从下几个方面入手：其一，加强对牵引供电系统的管理工作，加强设备操作工的相关培训，并加入定期职业考核机制，不断提升工作人员的职业素质。其二，定期和不定期进行故障演习，检验工作人员对故障设备的应急处理能力，训练工作人员在最短的时间内处理紧急时间，将故障带来的威胁降到最低。其三，采取分点式的电路供电，在电路发生故障时能防止整个电路受到影响而导致交通系统的瘫痪。
3.2 电气化铁路运行的牵引供电系统保护原理
电气化铁路的牵引供电系统受到牵引负荷大小的影响，这会直接影响变压器温度，铁路牵引供电系统的容量负荷及其变压器的温升变化情况直接决定了电气化铁路的牵引供电系统的寿命长短。牵引负荷增加会导致牵引变压器温度的升高，从而降低变压器的使用寿命，所以在实际的运行过程中，针对不同的运输要求应采用不同的优化方案，这能在节省电力费用开支的同时降低牵引变压器的寿命损耗，从而最大限度地提升了经济效益。
结语
随着我国城市交通压力的不断升高，各地对地铁和铁路的建设正如火如荼地开展，我国的铁路和城市地铁建设已步入正轨。本文通过对地铁和电气化铁道供电方式的异同分析，说明了两者在牵引供电系统保护的差异。
参考文献：
[1]吴旭峰. 探讨电气化铁路牵引供电系统事故恢复技术[J].商品与质量•建筑与发展，2014（2）.
[2]张喜龙. 地铁牵引供电系统可靠性分析[J].江西建材，2017（13）：205-205.
论文作者:薛植
论文发表刊物:《基层建设》2018年第12期
论文发表时间:2018/6/19
标签：供电系统论文; 方式论文; 地铁论文; 电气化铁路论文; 变电所论文; 负荷论文; 变压器论文; 《基层建设》2018年第12期论文;