城市軌道交通供電系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)

朱治

摘 要：軌道交通目前在城市交通系統(tǒng)中越來越受歡迎，它主要由列車、列車站、交通線路、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)和供電系統(tǒng)等部分組成，本文主要討論這些部分中的供電系統(tǒng)，供電系統(tǒng)主要在列車運(yùn)行過程中為整個(gè)軌道交通系統(tǒng)提供穩(wěn)定、安全、可靠的電能，供電系統(tǒng)的動(dòng)力源是牽引電機(jī)，牽引電機(jī)分為直流牽引電機(jī)和交流牽引電機(jī)，隨著科技的發(fā)展，軌道交通系統(tǒng)的列車數(shù)越來越多，交流牽引電機(jī)逐漸走進(jìn)了人們的生活取代了直流牽引電機(jī)，交流牽引電機(jī)的性能主要是功率密度高、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠、防空轉(zhuǎn)性能好。本文分析的是交流牽引供電系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；交流牽引；供電系統(tǒng)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.06.137

1 城市軌道交通交流牽引供電系統(tǒng)概述

列車在運(yùn)行時(shí)候的動(dòng)力來自于牽引電機(jī)，牽引電機(jī)有兩種，分別是直流牽引電機(jī)和交流牽引電機(jī)，列車目前采用交流牽引電機(jī)的數(shù)量越來越多，主要是交流牽引電機(jī)的功率承受能力高于直流牽引電機(jī)，直流牽引電機(jī)具有換向環(huán)等機(jī)械結(jié)構(gòu)，而交流牽引電機(jī)沒有，所以交流牽引電機(jī)能夠在更高的轉(zhuǎn)速下面工作，因此目前軌道交通列車上的直流牽引電機(jī)也越來越快的被交流牽引電機(jī)鎖取代。

交流牽引供電系統(tǒng)鏈接方式為單向鏈接，它具有兩臺(tái)變壓器，變壓方式為雙繞組單向變壓，它的外部結(jié)構(gòu)看起來像是一個(gè)開口的三角形，電網(wǎng)的兩端分別是高低電壓，低壓的一端接地，高壓的一端是電網(wǎng)的接入端，其他的端口與牽引電機(jī)的母線連接，供電系統(tǒng)的終端是需要降壓的，所以加了降壓系統(tǒng)，但是其他地方，比如照明用電需要偏高一點(diǎn)的電壓，所以也就采用了增壓系統(tǒng)，這樣方便其他用電器正常工作。但是交流牽引供電系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間需要處于取流的狀態(tài)，也就導(dǎo)致了牽引供電系統(tǒng)的接觸結(jié)構(gòu)的長(zhǎng)期摩擦，需要非常耐磨的材料才能滿足這種要求。

2 交流牽引供電系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 牽引變電站位置確定

牽引變電站位置的確定比較麻煩，不可能在每一個(gè)列車站都設(shè)置牽引變電站，變電站位置的設(shè)置需要考慮多方面的因素，比如牽引系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，牽引系統(tǒng)的各部分的電壓等級(jí)等，我么需要對(duì)牽引供電網(wǎng)絡(luò)的電網(wǎng)的電壓損失等因素進(jìn)行詳細(xì)計(jì)算才能得到一些網(wǎng)絡(luò)能耗等諸多影響結(jié)果。

2.2 牽引變電站電氣主接線

確定牽引變電站的位置之后我們需要采用一根母線分兩段運(yùn)行的方式，通過從變電站引出一根母線，之后分成兩根輸出，電壓都是27.5kV，一個(gè)變電站有兩個(gè)整流器組，他們分別在母線引出的兩根子線上面工作，這種結(jié)構(gòu)的好處在于當(dāng)一個(gè)整流器不能正常運(yùn)行的時(shí)候另一個(gè)整流器還能正常工作，不會(huì)影響整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行，滿足供電要求，而且直流饋線也被采用到了系統(tǒng)當(dāng)中，這樣可以采用單區(qū)段接觸網(wǎng)雙向供電，這樣可以在兩個(gè)整流器都不能正常運(yùn)行的時(shí)候可以采用接觸網(wǎng)單邊供電。

2.3 牽引變電站繼電保護(hù)配置

軌道交通牽引供電系統(tǒng)存在著很多保護(hù)方式，這樣可以對(duì)整流器的正常工作進(jìn)行保護(hù)。第一是電流速斷保護(hù)，它可以保護(hù)母線和饋線之間的故障；第二是反時(shí)限過電流保護(hù)，這種保護(hù)方式是保護(hù)電路，當(dāng)電路出現(xiàn)短路情況的時(shí)候，短路電流越大，保護(hù)裝置的啟動(dòng)時(shí)間越快；第三是牽引變壓器丁時(shí)限過電流保護(hù)，它是第二種保護(hù)方式的備用保護(hù)措施，他的保護(hù)裝置啟動(dòng)時(shí)間要更快更短；第四種是溫度保護(hù)，這種保護(hù)方式主要是保護(hù)變壓器，當(dāng)變壓器的工作溫度高于允許工作的溫度范圍的時(shí)候保護(hù)裝置啟動(dòng)并報(bào)警；第五種是二極管保護(hù)，當(dāng)電路中二極管發(fā)生短路的時(shí)候啟動(dòng)保護(hù)裝置。

2.4 交流牽引供電系統(tǒng)

前面已經(jīng)提到，目前軌道交通的數(shù)量越來越多，大型城市也都建立了四通發(fā)達(dá)的軌道交通網(wǎng)絡(luò)，這些軌道交通網(wǎng)絡(luò)的供電系統(tǒng)主要是交流牽引供電系統(tǒng)，逐漸取代了直流牽引供電系統(tǒng)，交流牽引供電系統(tǒng)的主要優(yōu)勢(shì)在于它的功率密度高、經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單運(yùn)行可靠、防空轉(zhuǎn)性能好，但是也有自己的缺點(diǎn)，在小型電網(wǎng)中容易產(chǎn)生分相，而且還會(huì)產(chǎn)生電磁干擾。

2.5 關(guān)鍵技術(shù)分析

（1）電纜牽引網(wǎng)。交流電對(duì)接觸網(wǎng)供電采用的是并聯(lián)供電，一條母線分成兩條子線進(jìn)行供電，這種供電線路能夠保證彼此成為備用線路，這樣的交流供電方式比原來的直流供電方式要好，供電的可靠性大大增加，減少了電能的損失。

（2）牽引網(wǎng)分段供電與保護(hù)。牽引網(wǎng)的供電方式采用的是分段供電，主要是針對(duì)長(zhǎng)距離輸電情況的，原來的供電方式主要是上下行并行輸電，但是長(zhǎng)距離輸電過程中投入的成本會(huì)比較高，所以在遠(yuǎn)距離輸電中我們采用的是分段供電，這種供電方式還可以讓整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的工期段進(jìn)行，分段完工，此外，分段供電還可以對(duì)每一段的供電系統(tǒng)進(jìn)行分段保護(hù)。

（3）主變電所供電方案。主變電站的供電方案需要針對(duì)不同的情況采取不同的方案，滿足不同的設(shè)備需求。

3 接觸網(wǎng)

接觸網(wǎng)是這個(gè)牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，設(shè)備通過電弓和電靴等部件從接觸網(wǎng)上面獲取相應(yīng)的電能，接觸網(wǎng)是列車能夠獲取電能的保障，是列車平穩(wěn)運(yùn)行的保證，它由如下特點(diǎn)：第一是接觸網(wǎng)一旦發(fā)生故障則整個(gè)系統(tǒng)都會(huì)癱瘓；第二是接觸網(wǎng)在供電的時(shí)候由于電弓和電靴的摩擦?xí)a(chǎn)生電弧，容易發(fā)生故障；第三是整個(gè)接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)與制造需要嚴(yán)格要求，防止后期的故障多發(fā)。

4 結(jié)束語

綜上所述，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，各個(gè)城市之間人們的出行不斷增多，導(dǎo)致交通壓力也在不斷的增加，在每一條交通線路中都不能缺少供電系統(tǒng)。文章從交流牽引供電系統(tǒng)中對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的電纜牽引網(wǎng)、分段供電保護(hù)裝置、供電方案設(shè)計(jì)等方面進(jìn)行研究，得出了交流牽引供電系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)相對(duì)較大，適合我國(guó)的交通供電線路的發(fā)展。

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