摘要：在改革开放的新时期，我国的城市建设在不断的加快，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
随着我国的城市化进程也在逐渐加快，表现出城市规模的扩大以及城市人口的增多。而城市轨道交通工程能确保运力最佳的前提下最小化成本解决城市拥堵问题。而本文就牵引供电系统以及不同的形式来进行介绍，实现我国城市轨道交通牵引供电系统相关技术的不断完善。
1城市轨道交通交流牵引供电系统概述
列车在运行时候的动力来自于牵引电机，牵引电机有两种，分别是直流牵引电机和交流牵引电机，列车目前采用交流牵引电机的数量越来越多，主要是交流牵引电机的功率承受能力高于直流牵引电机，直流牵引电机具有换向环等机械结构，而交流牵引电机没有，所以交流牵引电机能够在更高的转速下面工作，因此目前轨道交通列车上的直流牵引电机也越来越快的被交流牵引电机锁取代。交流牵引供电系统连接方式为单向连接，它具有两台变压器，变压方式为双绕组单向变压，它的外部结构看起来像是一个开口的三角形，电网的两端分别是高低电压，低压的一端接地，高压的一端是电网的接入端，其他的端口与牵引电机的母线连接，供电系统的终端是需要降压的，所以加了降压系统，但是其他地方，比如照明用电需要偏高一点的电压，所以也就采用了增压系统，这样方便其他用电器正常工作。但是交流牵引供电系统长时间需要处于取流的状态，也就导致了牵引供电系统的接触结构的长期摩擦，需要非常耐磨的材料才能满足这种要求。
2城市轨道交通供电系统及电力技术
2.1基于第三轨的供电技术
此种供电技术是一种基于目前我国在城市轨道交通建设中比较常用的第三轨供电网络所应用的供电技术，上述网络中比较常用的就是钢铝复合型材料作为主要材质，并且也表现出具有较高导电性能的特点。应用此种供电网络可以实现电能损耗的降低，而且也不需要在轨道的沿线进行馈电电缆的设置，实现了建设成本的节省。此外，此种技术中的主要结构就是接触轨、接头、端部弯头、防爬器以及底座等。其中比较常用的接触轨接头主要有正常接头以及温度伸缩接头两种。前者就是需要通过铝制的鱼尾来对其进行固定，并且要保持与支持点之间的距离大于600mm。而对于后者来说，此种接头的使用对于环境温度变化因素而导致的接触轨伸缩的问题进行有效避免。
2.2交流牵引供电系统的保护配置
受城市交通压力影响，交流牵引供电系统在使用过程中要配备高效的保护装置，减少停电断电对百姓出行带来的不便。通过使用供电变压器的电流速断保护装置来实现对轨道交通交流牵引供电系统的整体维护，保障供电的稳定性。这一保护装置可以进行反时限过电流保护，来减少母线与馈线之间出现故障的可能性。另一方面，这一保护系统可以根据短路电流大小适度调整保护装置的启动时间，实现高效化安全防护，减少故障对供电系统带来的损害。
2.3供电系统中谐波分析及治理
在城市轨道交通供电系统中由于存在非线性负荷，如牵引整流机组、荧光灯和UPS电源等，会产生大量的谐波，降低电能质量。供电网络中的谐波不仅会对供电线路产生附加损耗，影响系统中电气设备的正常运行，还会对通信系统产生干扰。在直流制牵引供电系统中，整流机组是产生谐波的主要原因。限制谐波的方法有增加整流装置的脉波数，加装无源或有源滤波器等措施。
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2.4牵引变电站电气主接线
确定牵引变电站的位置之后我们需要采用一根母线分两段运行的方式，通过从变电站引出一根母线，之后分成两根输出，电压都是27.5kV，一个变电站有两个整流器组，他们分别在母线引出的两根子线上面工作，这种结构的好处在于当一个整流器不能正常运行的时候另一个整流器还能正常工作，不会影响整个供电系统的运行，满足供电要求，而且直流馈线也被采用到了系统当中，这样可以采用单区段接触网双向供电，这样可以在两个整流器都不能正常运行的时候可以采用接触网单边供电。
2.5迷流腐蚀及防护
直流制牵引供电系统中，利用走行轨作为电流的回流线，但由于钢轨对地不是完全绝缘，会导致部分电流杂散流入道床，并经由钢筋、水管等金属导线流回牵引变电所，从而形成迷流。迷流会对轨道交通中的金属产生电解腐蚀，导致走行轨以及地下金属设备受到严重损坏。对迷流的处理方法主要是防治和监测相结合。防治主要是减少杂散电流值，常用的方法有加强走行轨对地绝缘，在沿线设置合理的迷流收集网和排流柜等排流装置，以便将迷流引回牵引变电所负极。检测是指通过专用检测系统检测轨地阻抗和运输结构的腐蚀电位，为迷流腐蚀防护提供精确地数据，指导轨道的养护和保养等工作。
2.6交流牵引供电系统在城市轨道交通中的应用
在城市轨道交通交通中采用交流牵引供电系统，通过单向链接来实现电网和变压器之间的协调运作。使用中首先需要安装两台采用双绕组单项变压的变压器，然后通过电网来使整个结构形成开口三角形，以此实现供电系统的高效运作。这样整体化的供电系统由于合理配置电网的高压端和低压端，实现各端口与牵引母线的紧密连接，进而保障了供电系统的高效性。由于对整个系统采取了加压系统设置，以此来保障使用过程中的稳定性，保障城市轨道交通可以正常供电。但另一方面，由于交流牵引供电系统需要在长时间动态取流的状态下运作，因此在系统设备安装过程中要提高其耐磨性，进而提升系统的使用寿命。
3牵引供电系统结构和分析
3.1牵引供电系统供电制式
城市轨道交通牵引供电系统的供电制式多为直流制和交流制两种形式，近年来也逐渐兴起了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接触网
此种供电网络方式在目前的城市轨道交通系统中比较常用，此种供电方式在实现电流回流的过程中需要对导线的一个电机和金属轮轨进行利用，且在目前比较常用的主要有柔性接触网以及刚性接触网两种。其中对于前者来说，其主要是对导线的性能进行利用，减少支撑点所承担的负荷，在目前的城市无轨电车以及轻轨中比较常用。但是此种接触网具有较大的悬挂点硬度以及较小的整体跨度，这就容易导致在实际的使用过程中出现轻微振荡的现象，因此不太适合在高速行驶的城市轨道交通形式中应用。而且在实际的使用过程中也无需更换列车和轨道，可以通过集电弓的大量使用来实现整体运行速度的提升。
结语
综上所述，随着经济的发展，各个城市之间人们的出行不断增多，导致交通压力也在不断的增加，在每一条交通线路中都不能缺少供电系统。文章从交流牵引供电系统中对整个系统的电缆牵引网、分段供电保护装置、供电方案设计等方面进行研究，得出了交流牵引供电系统的优势相对较大，适合我国的交通供电线路的发展。
参考文献：
[1]李群湛.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].西南交通大学学报,2015,50(02):199-207.
[2]王宏宇.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].山东工业技术,2017(01):97.
论文作者:刘涛毅
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
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