（东莞市轨道交通有限公司）
摘要：城市轨道交通供电系统的稳定性和可靠性是城市轨道交通正常有效运行的重要保障，该文介绍了城市轨道交通供电系统的组成、结构及各技术在地铁中的应用，并对供电系统中的电力技术进行了分析，提出了解决问题的方法。
关键词：城市轨道交通；供电系统；牵引变电；电力技术
引言
供电系统是城市轨道交通的源头，负责线路的供电和运输，以及牵制着城市轨道交通的质量和效率。截至2019年3月，东莞地铁共建设运营了1条线路，线路总长达到了37.8km，日最大客流量达到25万人次。随着城市轨道交通网络越来越发达，运营线路越来越长，对城市轨道交通供电系统可靠性的要求越来越高，因此研究和讨论供电系统的结构和能源技术的分析具有非常重要的意义。
一、城市轨道交通供电系统组成
作为城市电网的重要用户，城市轨道交通通常直接从当地供电电网引入电能。供电系统主要由环网系统，牵引系统和照明系统组成。外部电源可以看作是铁路城市交通供电系统与城市电网之间的接口，电能从城市电网引入轨道供电系统，供电系统主要负责为沿线运行的车辆以及车站一、二级负荷供电。
二、电源系统供电方式
城市轨道交通的线路相对较长，供电范围较广，呈线性分布，根据各地城市电网的发达程度以及线路实际情况，其供电方式一般有三种：集中供电，分布供和混合供电。
2.1 集中式供电
所谓的集中供电是指沿城市轨道交通线路，根据线路的容量和长度，安装专用的主降压变电站，为整条线路提供外部电源。每个主变电站都有两个独立且具有一定可靠性的110kV交流电源，然后电压下降到内部轨道交通系统所需的电压水平（通常为交流35kV或交流10kV）。
集中式供电有利于地铁公司的运营与管理，各变电所通过隧道形成环网供电，可靠性较高。但是需要建立单独的主变电所，并且主变电所需配备2台大功率降压变压器，投资成本较高。集中式供电系统相对独立性较强，自成系统，目前国内外包括上海、广州、南京、香港、德黑兰等地均采用这种供电方式，东莞轨道交通2号线也采用同样供电方式，共设旗峰公园主变电所及厚街主变电所。
2.2 分散式供电
所谓的分散式供电意味着线路沿着来自城市中压网络的线路分布，直接或通过电源的打开和关闭来供应多个电源，间接地用于牵引变电站和用于下行变电站的外部电源。
分散式供电不需要建立主变电所，投资成本相对较低，但是由于直接从城市电网中压引入，供电质量会被周围居民用电影响，供电质量的稳定性较低，也不方便管理。分散式供电与城市电网关系紧密，运营管理相对复杂，最早应用于北京地铁1、2号线，目前长春轻轨、大连轻轨、北京地铁4、5、9等线均在使用。
2.3 混合式供电
混合式供电是集中供电与分布式供电的组合供电方式，根据城市电网的现状和未来规划，以及铁路城市交通供电系统的需求，吸收前两种供电方式的优势。目前，武汉市第一期轨道交通采用基于集中供电的混合动力方案，北京地铁10号线二期采用基于分散式供电的混合动力方案。
无论采用何种供电方式都要保证牵引供电系统和动力照明系统的供电可靠性，各变电所都应有两路独立的电源进线，且互为备用。
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三、牵引供电系统结构和分析
3.1 牵引供电系统供电制式
城市轨道交通供电制式多为直流制和交流制，近年来也将直流制和交流制相结合的模式，即双制式供电系统。其中直流制是牵引供电系统中常用的供电制式，牵引变电所将从中压网络引入的电流经降压整流机组变为直流电（DC1500V或DC750V），然后将直流电输送到牵引网上，向列车提供电能。直流制供电是出于地铁牵引电机的需求，可以将整流装置安装在牵引变电所，减轻车身重量；同时直流牵引网供电连贯，可以在故障运行时进行双边供电向单边供电和大双边供电的供电方式切换，保障列车的可靠受电。但直流制供电也有着一定的弊端，如线路损耗较大、杂散电流危害、再生能量反馈难和供电距离较短等。
3.2 牵引网的构成
在城市轨道交通牵引系统中，牵引网络是供电网络的总称，包括馈线，接触网络，铁路总线和返回线路，接触网络是用于从列车接收电力的直接装置之一，并且根据安装位置分成架空接触网和接触轨。
四、城市轨道交通供电系统相关技术的探讨
4.1 供电系统中谐波分析及治理
在城市交通供电系统中，由于存在非线性负载，例如牵引整流器单元，荧光灯和不间断电源，将产生大量谐波以降低电力质量。供电网络中的谐波不仅会造成电力线路的额外损耗，还会影响系统电气设备的正常运行并影响通信系统。在牵引直流电源系统中，整流器单元是谐波产生的主要原因。限制谐波的方法是增加整流脉冲的数量并安装无源或有源滤波器。
4.2 供电系统中无功功率补偿
城市轨道交通中的电力照明系统包含大量低功率因数的低压电气设备。如果系统中的功率因数太低，电源线中的损耗将增加，导致发射和配电设备中的严重发热，以及增加电源线的无功电压的下降，这将导致线路末端的电压过低甚至出现电压相位和电流差异变大，以及更严重的谐波分量。因此，地铁建设过程中一般会考虑增加相关无功功率补偿装置。
4.3 迷流腐蚀及防护
在直流制牵引供电系统中，轨道总线用作返回线路，但由于车辆轮轨未完全与地面隔离，因此一些电流将流到轨道的基部并通过诸如钢杆和水管的金属线流回牵引变电站，这会产生一股弱流。铁路运输中的弱流将导致金属的电解腐蚀，这将导致对行人轨道和地下金属设备的严重损坏。通常使用的方法是加强滚动轨道与地面的绝缘，并沿着该线路安装合理的流动收集装置，例如湍流收集网络，以将湍流引导回牵引变电站的负极。以及通过特殊检测系统检测运输结构的轨道阻抗和腐蚀电位，提供准确的数据以防止湍流腐蚀，指导轨道的维护和保养。
4.4 供电系统继电保护技术
在城市轨道交通供电系统中，继电保护技术可以在保护电源供电运行方面发挥重要作用，在发生故障时，可以快速有效地拆除有缺陷的设备或发出警报。对于交流供电装置，一般提供过载保护和零序电流保护，适用于配电变压器高压侧和输入电缆的过载和单相短路操作。为了保护直流馈线，主要特性是防止电流中断，防止电流积聚和电流增加，过流保护，双侧浪涌保护，防止接触网络过热和自动重合闸。在供电系统的继电保护中，可以使用具有更高灵敏度和速度的差动保护措施作为主保护；即，传输线两端的保护装置通过通信通道纵向连接，两端的电气值在相对端传输，以便进行比较，并评估是否实施保护动作。
结束语
城市轨道交通为人们提供了便利，同时给轨道交通供电系统提出了新的要求。该文对城市轨道交通供电系统进行了详细的介绍，并且就供电系统中的关键电力技术进行了分析，这对于城市轨道交通供电系统的改进和优化有着重要的意义，也值得人们对其展开更为深入细致的研究。
参考文献：
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[2]罗益.城市轨道交通牵引供电及电力技术分析[J].科技经济导刊，2018.
[3]陈杰.新一代智能化城市轨道交通牵引供电系统关键技术[J].电气时代，2018（7）.
[4]李志慧.城市轨道交通牵引供电系统再生能量吸收技术的发展与选择[J].城市轨道交通研究，2018.
论文作者:丘佳舒
论文发表刊物:《河南电力》2019年2期
论文发表时间:2019/10/14
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