城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的技術(shù)發(fā)展研究

陳杰

摘要：為了緩解目前我國(guó)城市化進(jìn)程中不斷擁堵的城市交通擁堵程度，近年來(lái)我國(guó)加大了各個(gè)城市中的軌道交通建設(shè)力度。針對(duì)其中比較重要的牽引供電系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，本文在對(duì)其作用以及交流以及直流牽引供電系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行介紹之后，重點(diǎn)研究不同的牽引供電系統(tǒng)的相關(guān)技術(shù)，以供參考。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;牽引供電系統(tǒng);技術(shù)發(fā)展

引言

隨著我國(guó)的城市化進(jìn)程也在逐漸加快，表現(xiàn)出城市規(guī)模的擴(kuò)大以及城市人口的增多。而城市軌道交通工程能確保運(yùn)力最佳的前提下最小化成本解決城市擁堵問(wèn)題。而本文就牽引供電系統(tǒng)以及不同的形式來(lái)進(jìn)行介紹，實(shí)現(xiàn)我國(guó)城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)相關(guān)技術(shù)的不斷完善。

牽引供電系統(tǒng)的內(nèi)部構(gòu)成

供電方式

以目前城市軌道交通形式中比較常見(jiàn)的地鐵為例，其通常所采用的供電方式為雙邊供電方式，也就是通過(guò)左右兩側(cè)牽引變電所來(lái)對(duì)牽引網(wǎng)進(jìn)行負(fù)擔(dān)的方式，來(lái)對(duì)牽引網(wǎng)上的電壓損失進(jìn)行盡量降低。此種供電方式在目前的地鐵工程中比較常用，而且在實(shí)際應(yīng)用中也表現(xiàn)出通過(guò)此種集中供電方式而保障整個(gè)城市軌道交通穩(wěn)定發(fā)展的優(yōu)勢(shì)，而且還對(duì)社會(huì)秩序的維持也起到關(guān)鍵作用。

此外還有其他的供電方式就是普通鐵路的供電方式，應(yīng)用比較廣泛的供電方式主要有直接供電方式、自耦變壓器供電方式以及帶回流線直接供電方式等。此種普通的供電方式就是對(duì)吸流線對(duì)電流的返回牽引進(jìn)行利用，通過(guò)此種供電方式可以在對(duì)鋼軌產(chǎn)生電流與回路形成阻抗進(jìn)行減少和控制的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信干擾的降低。而且此種供電方式的結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，便于后期開(kāi)展維護(hù)工作，也便于在目前的牽引供電系統(tǒng)中推廣應(yīng)用。

接觸網(wǎng)

此種供電網(wǎng)絡(luò)方式在目前的城市軌道交通系統(tǒng)中比較常用，此種供電方式在實(shí)現(xiàn)電流回流的過(guò)程中需要對(duì)導(dǎo)線的一個(gè)電機(jī)和金屬輪軌進(jìn)行利用，且在目前比較常用的主要有柔性接觸網(wǎng)以及剛性接觸網(wǎng)兩種。其中對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，其主要是對(duì)導(dǎo)線的性能進(jìn)行利用，減少支撐點(diǎn)所承擔(dān)的負(fù)荷，在目前的城市無(wú)軌電車以及輕軌中比較常用。但是此種接觸網(wǎng)具有較大的懸掛點(diǎn)硬度以及較小的整體跨度，這就容易導(dǎo)致在實(shí)際的使用過(guò)程中出現(xiàn)輕微振蕩的現(xiàn)象，因此不太適合在高速行駛的城市軌道交通形式中應(yīng)用。而且在實(shí)際的使用過(guò)程中也無(wú)需更換列車和軌道，可以通過(guò)集電弓的大量使用來(lái)實(shí)現(xiàn)整體運(yùn)行速度的提升。

城市軌道交通牽引直流供電系統(tǒng)

目前在其中一路供電線路出現(xiàn)故障之后可以通過(guò)另一條線路來(lái)對(duì)其牽引供電區(qū)段進(jìn)行供電來(lái)保證城市軌道的正常運(yùn)營(yíng)。而且此系統(tǒng)在應(yīng)用時(shí)也會(huì)進(jìn)行相對(duì)雜散的電流保護(hù)措施以及回流系統(tǒng)的應(yīng)用來(lái)對(duì)電能分布的均勻性進(jìn)行保障，實(shí)現(xiàn)對(duì)整體供電體系穩(wěn)定性的確保。但是由于此種直流供電系統(tǒng)會(huì)受到其自身變電模式的限制而具有較小的供電距離和較低的電能傳送效率，而且在實(shí)際應(yīng)用中也表現(xiàn)出需要較為繁瑣的維護(hù)措施以及消耗較大的維護(hù)成本等問(wèn)題。

城市軌道交通牽引交流供電系統(tǒng)

目前多數(shù)城市中采用的是交流牽引供電系統(tǒng)，此種供電系統(tǒng)采用的是單向連接的供電方式，就是在變電站中進(jìn)行兩臺(tái)變壓器的同時(shí)安裝和使用，而且使用雙繞組的單項(xiàng)變壓的變壓器。通過(guò)將整個(gè)結(jié)構(gòu)搭建為開(kāi)口的三角形形狀，來(lái)確保供電系統(tǒng)運(yùn)行的高效性。為了保證此交流牽引供電系統(tǒng)的正常和穩(wěn)定運(yùn)行，就需要在供電系統(tǒng)的終端以及線路的區(qū)間中進(jìn)行降壓系統(tǒng)的設(shè)置，還可以保護(hù)線路中的照明系統(tǒng)。此外針對(duì)交流牽引供電系統(tǒng)中的設(shè)備，對(duì)其耐磨性也提出了較高的要求，需要保證其可以在動(dòng)態(tài)取流的狀態(tài)下可以長(zhǎng)時(shí)間的穩(wěn)定運(yùn)作，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)使用壽命的延長(zhǎng)。

交流牽引供電系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)分析

交流牽引供電系統(tǒng)中變電站位置的確定

為了確保交流供電系統(tǒng)后期的高效運(yùn)行，需要在對(duì)不同車站的位置和距離進(jìn)行實(shí)地測(cè)量之后，對(duì)配套的牽引系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和牽引網(wǎng)電壓進(jìn)行確定，在此基礎(chǔ)上來(lái)對(duì)變電站的位置進(jìn)行合理選擇和確定。還要在上述過(guò)程中詳細(xì)計(jì)算電壓損失以及供電質(zhì)量等數(shù)據(jù)信息，保證變電站位置的科學(xué)性與合理性。

基于第三軌的供電技術(shù)

此種供電技術(shù)是一種基于目前我國(guó)在城市軌道交通建設(shè)中比較常用的第三軌供電網(wǎng)絡(luò)所應(yīng)用的供電技術(shù)，上述網(wǎng)絡(luò)中比較常用的就是鋼鋁復(fù)合型材料作為主要材質(zhì)，并且也表現(xiàn)出具有較高導(dǎo)電性能的特點(diǎn)。應(yīng)用此種供電網(wǎng)絡(luò)可以實(shí)現(xiàn)電能損耗的降低，而且也不需要在軌道的沿線進(jìn)行饋電電纜的設(shè)置，實(shí)現(xiàn)了建設(shè)成本的節(jié)省。此外，此種技術(shù)中的主要結(jié)構(gòu)就是接觸軌、接頭、端部彎頭、防爬器以及底座等。其中比較常用的接觸軌接頭主要有正常接頭以及溫度伸縮接頭兩種。前者就是需要通過(guò)鋁制的魚(yú)尾來(lái)對(duì)其進(jìn)行固定，并且要保持與支持點(diǎn)之間的距離大于600mm。而對(duì)于后者來(lái)說(shuō)，此種接頭的使用對(duì)于環(huán)境溫度變化因素而導(dǎo)致的接觸軌伸縮的問(wèn)題進(jìn)行有效避免。

交流牽引供電系統(tǒng)的電纜牽引網(wǎng)分段供電與保護(hù)技術(shù)

針對(duì)目前應(yīng)用比較廣泛的交流牽引供電系統(tǒng)，通常為了實(shí)現(xiàn)傳輸過(guò)程中電能消耗的降低，不僅需要進(jìn)行電纜牽引網(wǎng)的安裝，而且采用牽引網(wǎng)分段供電的方式。此牽引網(wǎng)主要是通過(guò)上下兩條線路來(lái)進(jìn)行支撐的，而且這兩條線路是通過(guò)并聯(lián)的方式進(jìn)行連接。此外，為了減少由于停電斷電而對(duì)城市軌道交通以及人們的正常出行所帶來(lái)的硬性，這就需要在對(duì)交流牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行整體保護(hù)的過(guò)程中對(duì)供電變壓器的電流速斷保護(hù)裝置進(jìn)行應(yīng)用來(lái)實(shí)現(xiàn)供電穩(wěn)定性的提升。此外，此種保護(hù)裝置在實(shí)現(xiàn)上述保護(hù)的同時(shí)，還可以對(duì)母線與饋線之間的故障概率進(jìn)行降低，并且能夠按照短路電流的大小來(lái)對(duì)保護(hù)裝置的啟動(dòng)時(shí)間進(jìn)行調(diào)整，確保安全防護(hù)的高效化，實(shí)現(xiàn)故障對(duì)供電系統(tǒng)損害的降低。

結(jié)語(yǔ)

針對(duì)目前我國(guó)大力發(fā)展的城市軌道交通方式來(lái)說(shuō)，為了確保其供電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定運(yùn)行，針對(duì)目前較為常用的交流牽引供電系統(tǒng)以及部分城市中應(yīng)用的直流牽引供電系統(tǒng)，需要在對(duì)接觸網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)行合理應(yīng)用的同時(shí)，還要重點(diǎn)在確定變電站的位置之后，合理應(yīng)用基于第三軌的供電技術(shù)、絕緣保護(hù)及時(shí)以及牽引網(wǎng)分段供電和保護(hù)技術(shù)等先進(jìn)技術(shù)，在確保城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)安全運(yùn)行的同時(shí)。

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