地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)比較研究

于洋

摘 要 我國電力牽引系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展已走在世界的前沿，牽引供電系統(tǒng)是一套結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度極高的系統(tǒng)，因此要在實際的運行中保障其安全性，使其供給合格、穩(wěn)定的電力，從而確保了地鐵和電氣化鐵路的安全運行。在地鐵和電氣化鐵路的運行過程中要做好牽引供電系統(tǒng)的檢查和維護(hù)工作，尋找系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，同時要制定相應(yīng)的應(yīng)急預(yù)案，全方位地提升高鐵與電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)可靠性。

關(guān)鍵詞 地鐵；電氣化鐵路；牽引供電系統(tǒng)

1 地鐵牽引供電系統(tǒng)供配電方式

1.1 集中供電方式

集中供電方式是城市地鐵供電系統(tǒng)最常用的，是從城市電網(wǎng)接入電源，并且根據(jù)用電容量和城市軌道的長短來建立專門的變電站，沿著地鐵線通常要建立2-3座110kV和220kV的主變電所。35kV中壓網(wǎng)絡(luò)縱向連接上級變電所、下級牽引變電所以及降壓變電所，構(gòu)成電網(wǎng)的主體，下級各變電所以橫向連通的方式形成軌道交通的內(nèi)部供電網(wǎng)絡(luò)，這樣集中供電的好處是便于城軌公司的集中管理，在出現(xiàn)任何供電問題時也能夠集中解決。另外，各個牽引變電所之間由35kV和10kV環(huán)網(wǎng)電纜供電，提升了電路系統(tǒng)的可靠性。

1.2 分散供電方式

分散供電方式是按照城規(guī)供電的原則來接入的，從城市電網(wǎng)引入多路電源，并由區(qū)域變電所進(jìn)行降壓供電，通常供電所使用的電壓為19kV，以分散供電方式來為地鐵供電可以保障每一座牽引變電所和降壓變電所都能獲得雙路電源，提升了供電的穩(wěn)定性[1]。

2 電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)概覽

2.1 鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式

（1）直接供電方式。電氣化鐵路牽引系統(tǒng)的直接供電方式又被稱為單邊供電方式，供電原理是使用電力化鐵路產(chǎn)生單項交流負(fù)荷并且能夠在周圍的接觸網(wǎng)上產(chǎn)生交變磁場，形成電磁波，從而會對附近的通信設(shè)備和無線電裝置造成干擾，一定程度上影響了鐵路周邊的正常生產(chǎn)生活。目前我國鐵路通信采用高屏性能的同軸電纜，接觸網(wǎng)產(chǎn)生的電磁干擾影響很小，無須使用任何防護(hù)措施，對周邊的生產(chǎn)生活的影響可以忽略不計。但目前我國電氣化鐵路的相關(guān)技術(shù)發(fā)展迅速，使得電磁干擾的問題迎來了新的挑戰(zhàn)，現(xiàn)提供的解決方案是在接觸網(wǎng)供電方式上采取相對應(yīng)的防護(hù)措施，從而衍生出不同的供電方式。部分消除電磁干擾的方式是在接觸網(wǎng)與接觸懸掛相同高度的位置接上附加導(dǎo)線，當(dāng)電力產(chǎn)生牽引作用時，附加導(dǎo)線能產(chǎn)生與接觸網(wǎng)大小相等、方向相反的電流，從而形成相反的電磁干擾，進(jìn)而相互抵消。

（2）自耦變壓器（AT）供電方式。自耦變壓器供電方式的工作原理是利用變電所55kV輸出電壓，通過自耦變壓器的耦合，變壓比為2：1，向接觸網(wǎng)輸送電力，在變電所的一端接入接觸網(wǎng)，在用電端口接入正饋線，通常這種正饋線架設(shè)在田野或者空曠無人區(qū)，要保障接觸懸掛線與之等高，并將點抽頭與鋼軌相接。正饋線的作用和BT供電方式中的NF線類似，能夠起到防干擾的功能，但前者的抗干擾功能要略勝一籌。另外，在正饋線下方還應(yīng)當(dāng)架設(shè)一條保護(hù)線，用來防止接觸網(wǎng)絕緣破損時保護(hù)跳閘，并且還可以提供避雷和防干擾的功能。

（3）直供+回流的供電方式。此供電方式的工作原理是供電帶回流線的直接供電方式，這種供電方式能夠與鋼軌相連，具備防干擾作用，并且不需要附加吸流變壓器，能夠改善網(wǎng)壓，簡化接觸網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使供電系統(tǒng)更加安全穩(wěn)定。

2.2 鐵路牽引供電系統(tǒng)構(gòu)成

鐵路牽引供電系統(tǒng)對供電功率的要求很高，否則無法維持高速運行，因此需要依靠專門的外部供電裝置來提供列車的電能。牽引供電系統(tǒng)是從電氣化鐵路接入電力系統(tǒng)輸電網(wǎng)絡(luò)接引電源，通過變電所降壓轉(zhuǎn)換后為電力機車提供動力的電力供給網(wǎng)絡(luò)。因為鐵路牽引供電系統(tǒng)功率大，所以產(chǎn)生的負(fù)序電流現(xiàn)象相較其他的電氣化鐵路系統(tǒng)更加突出。為了緩解這個問題，當(dāng)前鐵路牽引變電所的短路容量設(shè)計得越來越大，用以擴(kuò)大負(fù)序電流的承載能力，但這類措施直接導(dǎo)致投資成本的升高，并且不能完全解決負(fù)序電流對電力系統(tǒng)的負(fù)面影響，因此要繼續(xù)尋求新的對策來解決牽引供電系統(tǒng)的負(fù)序電流問題[2]。

3 地鐵和電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)保護(hù)對比

3.1 地鐵運行的牽引供電保護(hù)原理

地鐵供電系統(tǒng)包括交流中壓系統(tǒng)和直流牽引系統(tǒng)，對于交流中壓系統(tǒng)的保護(hù)有專門的國家規(guī)程和行業(yè)規(guī)范，是相關(guān)科研人員研究出的可靠、可行的方案，直流牽引供電系統(tǒng)保護(hù)的最大特點是系統(tǒng)的“多電源”和消除故障多發(fā)區(qū)。在對這二者的保護(hù)中最基本的是發(fā)生短路等電路故障時要立即切斷電源，防止故障問題的事故化。消除故障多發(fā)區(qū)是優(yōu)化配置，提升系統(tǒng)穩(wěn)定性必須要遵循的規(guī)定，通過相關(guān)的規(guī)定來對系統(tǒng)進(jìn)行故障排查，對于問題多發(fā)的系統(tǒng)部件與設(shè)置要進(jìn)行更換并提升檢察、探傷的頻率。

除了通過以上兩部分的保護(hù)之外，還要提升地鐵運行的牽引供電的可靠性，可以從下幾個方面入手：其一，加強對牽引供電系統(tǒng)的管理工作，加強設(shè)備操作工的相關(guān)培訓(xùn)，并加入定期職業(yè)考核機制，不斷提升工作人員的職業(yè)素質(zhì)。其二，定期和不定期進(jìn)行故障演戲，檢驗工作人員對故障設(shè)備的應(yīng)急處理能力，訓(xùn)練工作人員在最短的時間內(nèi)處理緊急時間，將故障帶來的威脅降到最低。其三，采取分點式的電路供電，在電路發(fā)生故障時能防止整個電路受到影響而導(dǎo)致交通系統(tǒng)的癱瘓。

3.2 電氣化鐵路運行的牽引供電系統(tǒng)保護(hù)原理

電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)受到牽引負(fù)荷大小的影響，這會直接影響變壓器溫度，鐵路牽引供電系統(tǒng)的容量負(fù)荷及其變壓器的溫升變化情況直接決定了電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)的壽命長短。牽引負(fù)荷增加會導(dǎo)致牽引變壓器溫度的升高，從而降低變壓器的使用壽命，所以在實際的運行過程中，針對不同的運輸要求應(yīng)采用不同的優(yōu)化方案，這能在節(jié)省電力費用開支的同時降低牽引變壓器的壽命損耗，從而最大限度地提升了經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)束語

隨著我國城市交通壓力的不斷升高，各地對地鐵和鐵路的建設(shè)正如火如荼地開展，我國的鐵路和城市地鐵建設(shè)已步入正軌。牽引供電系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性直接決定了地鐵的運行質(zhì)量，出現(xiàn)電力供應(yīng)故障會給乘客的生命財產(chǎn)安全帶來影響，因此要利用新的技術(shù)和新的建設(shè)方案不斷加強牽引供電系統(tǒng)的可靠性和安全性，加強牽引變壓器的過載能力和使用壽命，使其滿足當(dāng)今社會快節(jié)奏、低消耗、低污染的生產(chǎn)生活。

參考文獻(xiàn)

[1] 吳旭峰.探討電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)事故恢復(fù)技術(shù)[J].商品與質(zhì)量·建筑與發(fā)展，2014，（2）：55.

[2] 張喜龍.地鐵牽引供電系統(tǒng)可靠性分析[J].江西建材，2017，（13）：

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