深圳地铁运营集团有限公司
摘要：地铁由于运载量大、快捷，是人们出行首选交通工具。然而地铁的安全稳定运行，需要电力的支撑，包括各种运行设备。因此，地铁直流系统安全稳定性，对地铁正常运行有着巨大影响。本文主要谈谈地铁直流牵引供电技术，供同行借鉴参考。
关键词：轨道交通；直流牵引；供电系统
一、直流牵引供电系统
就我国目前阶段的供电方式来说，大部分的城市为了保障为人们的日常工作和生活提供稳定的电流和电压，都会在城市的变电站、牵引网、接触网的安置和運行过程中，采取 1500V 直流电的供电方式。而双轨道交通牵引作为一种对用电需求更高的城市轨道交通方式，需要在实际的运行过程中采取两边都供电的模式，这一模式的采用是为了防止当一边的供电系统出现故障时，另一边的供电系统能够接替进行工作，从而保障城市轨道交通的正常运行，不会造成城市交通故障，对使用者也是一种保障。此外，还会辅助以直流牵引供电网的保护，借助杂散电流的保护方法，将使用的电能、电压、电能等均匀地分配到每一个运输网络，从而保证每一个用电器都能够保持正常的工作，而且对于长距离的运输线路来说，也具有一定的保障作用，不会由于线路过长而出现故障。另外，城市轨道交通的自身变电模式的应用，会缩短供电的距离，从而增加了工程的经济资源损耗，这也说明这种直流制的牵引供系统不适合在大面的城市轨道交通中进行建设。城市轨道系统依靠直流牵引供电系统输送电能，如果没有电能的支持，城市轨道系统将陷入瘫痪。城市轨道相较于其他轨道而言既有着一定的相似，不过也有着些许的不同。因此并不能直接将其他轨道系统的设计方案套用到城市轨道建设。虽然城市轨道于近些年才在我国开始流行，不过在国外已经有了很多的运营实验与研究数据。目前国内外最常见的供电系统主要包括直流1500伏与交流25千伏两种。国内经常将两种供电模式联络，称为双制式供电。牵引供电目的是为地铁、轻轨、电动机车供电，用牵引网络完成电流输送。直流1500伏供电采取的是双边供电。如线路出现故障则需要加强双边供电应用，实现跨区供电。此外直流供电因使用杂散电流，因此能够实现分散输送目的，实现远距离电流传输。不过受限于自身变电模式影响，直流1500伏供电实际供电距离较短，且供电传输率较慢。因此这种供电系统并不具备供电竞争优势。交流25千伏供电使用的连接方式为电压—电压。变电所配备多部两部变压器，用单项变压，组成开口三角结构，一端接入电网端口，另一端接入低侧公共端。因这种供电系统长时间处于被动状态，所以接触压力较大，会对供电设备造成较为明显的磨耗。当前国内城市轨道研究集中在保护及安全系统，借助于对主要技术原理进行实验研究，为国内轨道建设与设计提供数据帮助。
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二、城市轨道交通牵引供电系统
（一）牵引供电系统结构
典型的城市轨道交通供电系统一般包括高压供电源系统（城市电网）、牵引供电系统与动力照明供电系统三部分。高压供电源系统采用不同的供电方式经交流母线为牵引供电系统输送高压（35kV）或中压（10kV）三相交流电，牵引供电系统通过牵引变电所将三相交流电转变成适用于轨道车辆的低压直流电（750V或1500V），经馈电线将直流电输送至牵引网（接触网或第三轨），轨道车辆通过受流器（受电弓或受电靴）与接触网的直接接触获得电能，并由走行轨和回流线返回至负极。
（二）牵引供电短路故障
城市轨道交通牵引供电系统短路故障主要包括牵引网短路故障、直流母线短路故障和整流机组内部短路故障等。其中，牵引网长期处于与受电弓的动态摩擦的工作状态下，牵引网装置直接暴露于大气环境下，工作环境受天气状态与环境污染等因素的影响，易发生短路故障。一旦发生短路故障，线路保护装置动作导致线路供电中断，影响轨道交通正常运营。牵引网短路故障根据故障原因不同，可分为金属性短路故障、非金属性短路故障及特殊情况下的异常运行状态，根据故障点距变电站位置不同可分为近端短路故障和远端短路故障。
三、牵引供电系统模型
（一）整流机组模型牵引
变电站作为轨道交通牵引供电系统中进行交直流变换的关键环节，其主要工作设备是由整流变压器与整流器组组成的整流机组。整流机组作为供电系统中的非线性负载，是产生交流侧谐波电流，造成电力系统电流波形畸变的根本原因之一，对轨道车辆的驱动系统产生干扰，影响轨道交通系统用电设备和信号系统的正常运行，甚至造成输电线路故障。通常，牵引变电站将整流机组并联以减小整流元件的导通角、增加整流装置脉动数的方式减少交流电源端的低次谐波，从而将注入城市高压电网的谐波含量控制在许可范围内，降低对城市电网系统的影响。目前，牵引变电站通常将两台相位相差±7.5°的12脉波整流机组并联，组成24脉波整流机组系统。首先，将两个三相桥式整流电路和整流变压器构成12脉波整流电路。其中，整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法，构成幅值大小相等、相位相差30°的两组输出电压，输出电压在每个交流电源周期中脉动12次，将这两组电压接入相互并联的三相桥式整流电路中，即构成12脉波整流电路。其次，使用移相变压器将两路12脉波整流电路分别移相±7.5°，将移相后的12脉波整流电路并联构成24脉波整流电路。
（二）接触网—轨道外电感
牵引网的阻抗模型既包括暂态内阻抗，还包括外电感值。接触网与轨道的外电感是指外部空间磁场与导体内电流交链形成的电感。对于任一轨道或接触网中的电流，与其交链的磁场既有自身电流产生的磁场，也有其它轨道或接触网中电流产生的磁场。因此，接触网和轨道的外电感包括外自感和互感。对于不同的牵引网结构，其计算方式不同，现采用架空接触网与双轨道结构计算其外电感值。
四、结束语
轨道交通是近些年国内逐渐兴起的交通工具，相较于汽车、公交等系统，轨道交通噪音低、污染小，且不会出现拥堵问题，能够大大改善城市居民出行质量。因此非常适用于国内交通质量存在缺陷的大中型城市。作为城市交通网中的重要一环，在国内城市化及人口数量不断增加的同时，越来越多的城市开始引入了轨道交通方式。轻轨、地铁等交通工具在改善交通压力的过程中，发挥出了很大的作用。综上所述，以上内容就是对城市轨道交通直流牵引供电系统有关技术研究的论述。
参考文献
[1]王寅.轨道电力牵引中高效友好的电能利用[J].内燃机与配件，2017（19）：103-104.
[2]高圣夫，刘炜，郑杰，李群湛，陈继勇.直流牵引供电系统钢轨电位限值问题及其治理方案[J].城市轨道交通研究，2017，20（08）：59-63.
[3]梁沛然，郭俞潞.直流牵引供电系统潮流分布的研究[J].煤矿机电，2017（03）：64-67.
[4]吴晗.城市轨道交通牵引供电系统再生制动仿真研究[D].中国矿业大学，2017.
[5]宋平岗，吴继珍，董辉.新型牵引供电系统直流侧二次波动分析与抑制[J].电工技术学报，2017，32（09）：80-91.
[6]李夏青，田行军.地铁直流牵引供电回路电气参量的数值计算[J].城市轨道交通研究，2014（6）.
[7]王晓博，尚志坚.城市轨道交通直流牵引供电系统接触网残压研究[J].城市轨道交通研究，2015（9）.
[8]李学武.城市轨道交通供变电技术[M].成都：西南交通大学出版社，2016，：166199.
论文作者:黄山
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第08期
论文发表时间:2019/9/10
标签：供电系统论文; 轨道交通论文; 城市论文; 故障论文; 轨道论文; 电流论文; 系统论文; 《科学与技术》2019年第08期论文;