摘要：城市轨道交通一般运用电力牵引的方式。近年来，为了缓解地面交通压力，城市轨道交通得到了快速的发展，越来越多的高新科技技术得到推广和应用。车辆行驶的密度、间隔的时间、行驶速度不断提高，再加上城市轨道交通地下线路和大运量的特点，更加突显供电系统在轨道交通中的重要性。
关键词：城市轨道交通；供电系统；设备运用
引言：
当前我国城市轨道交通已经普及，城市轨道交通的供电系统是轨道交通运行的动力源头，其肩负着机车运行以及各种设备正常工作的重大责任。供电系统的可靠性与安全性将会直接影响到城市轨道交通的安全与服务水平。因此，针对城市轨道交通供电系统设备及其应用进行研究有着重大的实际意义。
1城市轨道交通供电系统的构造
城市交通轨道供电系统的构造相对来说比较复杂，主要包括以下几个方面：电力源、供电电路、主变电站、电力监控系统、变压器、照明系统、开关、防护系统和接地系统等。不同的系统具有不同的作用，这些系统之间相互作用，密切配合，这样才能保证供电系统的顺利运行。电力源的主要作用是为城市交通轨道机车的运行提供动力支持；供电电路则是电路运输的途径，保证电力能够顺畅的运输。照明系统提供灯光服务；电力监控系统是对系统的运行进行检测。城市轨道交通供电系统的变压器主要使用的是110kV的变压器，变压器在工作时能够实际的运输情况改变电压的大小，保证整个供电系统的运转。供电系统的开关也可以分为不同形式，包括绝缘开关以及直流开关，直流开关在电路出现故障时会自动断开，减少损失，绝缘开关与直流开关的区别在于直流开关的核心是直流断路器，而绝缘开关的核心则是真空断路器。供电设备在城市轨道交通中发挥着重要的作用，供电设备运行正常能够保证机车正常运行，提升运输效率；反之如果供电设备出现故障，机车在行驶是缺乏动力支持，机车无法顺利的运行。
2外电源
城市轨道交通供电系统的外电源主要源自于外部电力系统，即为城市供电网。一般来说，城市轨道交通的供电形式分为三种，分别是集中式供电、分散式供电以及混合式供电。其中，集中式供电方式使用的是城市供电网的高压电网，能够显著改善城市轨道交通供电系统的电源电压以及电容量，实现电力专供，提升城市轨道交通供电的可靠性。分散式供电则是从城市电网的多处分散地引入多条中压电源来作为城市轨道交通的电源，其供给点亮与城市电网的电力资源是共享的。分散式供电要求城市电网拥有大量的中压电源点。而混合式供电方式则是同时拥有集中式供电与分散式供电的优势，使用机制灵活，能够满足城市轨道交通不同的用电需求，使得城市轨道交通的供电系统更加安全可靠。
3牵引供电系统
城市轨道交通中的牵引供电系统主要包括牵引变电所以及牵引网。其中牵引变电所所设计的容量与位置要满足城市轨道交通的使用需求以及运作便捷，要兼顾城市轨道交通在最高峰运营时段的最大负荷的需求来进行设计。在牵引供电系统中牵引变压器与配电器均是十分重要的设备，通常采用空气自冷式干式变压器。电力电缆的敷设按照地铁设计规范，在地下的电缆需要使用低烟无卤阻燃电缆，而地面敷设的电缆则可以选择低烟阻燃电缆。是主要用于应急照明以及为消防设备供电的电缆在进行地面敷设的过程中则要根据实际情况来选择低烟无卤耐火铜芯电缆，以保证使用安全。牵引变电所的开关可以根据电压的实际情况来选择真空开关或六氟化硫灭弧开关。与此同时，为了避免直流牵引负荷所导致的谐波电流流入城市电网中，牵引整流机组使用12脉波并列运行，形成24脉波整流，从而满足避免高次谐波进入电网的需求。这一技术与在电网侧段加设滤波装置来说要更加便捷，经济效益更高，有利于运营管理工作，同时为轨道交通车辆提供的电流更加稳定。
4动力照明系统
城市轨道交通供电系统的动力照明相对于普通的动力照明供电系统并没有存在显著的差异。通过动力变压器的处理，电压均使用三相AC380V，为了保证群众的安全以及设备的正常使用，系统使用了TN-S相五线制。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆我国城市轨道交通动力照明系统的容量计算相对略大，而根据地铁设计股份中配电变压器的容量需要满足一台配电变压器在停止运行时，另外一台配电变压器可以承担供电范围内远期的一级与二级负荷。鉴于此，城市轨道交通配电变压器的负载率初期需要得到近50%，远期需要达到60%。这样一来不仅仅可以控制变压器的损耗，同时还可以在其中一台变压器出现故障时，另外一台变压器可以正常运行，并且满足城市轨道交通的一级、二级负荷需求。与此同时，提升城市轨道交通配电变压器的负载率不仅仅可以减少供电系统的成本，降低轨道交通的初次投资成本，同时还能够避免地铁初期在运行过程中有可能出现的测量精度误差、CT变比选择等情况。
5杂散电流腐蚀防护系统
城市轨道交通的供电系统都是利用设置在沿线的牵引变电所，通过架空接触网的形式向轨道列车输送电能，并且通过走行轨来作为回流线路进行回流处理。但是，走行轨自身拥有电阻，无法与地面做到完全绝缘，所以部分电流必然会泄露至地面，而这部分泄露的电流则被成为杂散电流。杂散电流会对建筑工程钢筋、地下金属管线造成电化学腐蚀，从而形成安全隐患。因此，城市轨道交通都建立了杂散电流的腐蚀防护系统，始终贯彻预防为主，加强监测的防护原则。降低回流钢轨的纵向电阻，以保证牵引回流系统的顺畅；隔离杂散电流的泄露途径，避免杂散电力进入主体结构。在回流钢轨上敷设杂散电流收集网，通过杂散电流的收集与漂流系统来减少杂散电流的外漏。
6自动控制系统
为了提高城市轨道交通供电系统的可靠性和自动化程度，城市轨道交通供电系统设置了自动控制系统——电力监控PSCADA系统。
电力监控系统运用计算机和网络技术，采用分层分布式结构，由中央监控中心(0cC)主站系统(包括复式系统)、车站变电所子站系统、车辆段隔离开关监控系统以及车站内的基础设备、接触网设备及通信单元组成。主变电所、牵引变电所和动力照明变电所的信息经过信息终端和通道接入电力监控系统中，通过地铁通信系统(主干网)形成一个完整的系统网络结构。
由于计算机控制技术的普及，一些城市的轨道交通综合监控系统正在将电力监控系统纳入其中。但是，根据IEC61508标准，将可靠性和功能安全性要求完全不同的两个系统融为一体并不妥当，因为电力监控系统所要求的系统可靠性和功能安全性要远高于综合监控系统，两者合一不利于城市轨道交通系统工程造价的降低和设备的运营管理。
7防止迷流设施
(1)减少回流钢轨纵向电阻，降低钢轨电位和提高回流轨对地过渡电阻，确保畅通的牵引回流系统，隔离和控制所有的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入地铁的主体结构、设备及相关设施；
(2)在回流钢轨的整体道床中设置杂散电流收集网，通过杂散电流的收集和排流系统，提供杂散电流返回变电所负极的金属通路，减少杂散电流向外泄漏；
(3)测量杂散电流的大小，为运营维护提供依据，从而设计完备的杂散电流检测系统；
(4)当监测电流超过一定限值时，启动排流装置，将金属结构中的杂散电流人为地回流到钢轨或变电所负极；
(5)设置与大地绝缘的独立回流轨。
结束语：
近年来，我国城市轨道交通的发展已经越来越成熟了，相关的供电系统配备的也都是非常成熟的设备和技术。但由于城市轨道交通本身的特殊性，使得其对于供电系统的安全性、设备的可靠性有着非常严苛的要求。所以，在城市轨道交通供电系统设备的选择上以及应用过程中，需要充分考虑其的安全需求，确保轨道交通的正常用电。
参考文献：
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[3]王小峰.城市轨道交通供电系统的设计方法[J].电气化铁道.2017(04)
论文作者:周雅琴,杨丽娟
论文发表刊物:《防护工程》2018年第30期
论文发表时间:2019/1/16
标签：轨道交通论文; 供电系统论文; 城市论文; 电流论文; 系统论文; 变电所论文; 变压器论文; 《防护工程》2018年第30期论文;