城市軌道交通牽引供電及電力技術(shù)分析

梁振剛

（中鐵十六局集團(tuán)電氣化工程有限公司，北京 100018）

0 引言

如今，城市軌道交通已經(jīng)成為了很多人出行的主要方式之一，由于其本身污染低、載客量大、噪聲低、效率高等特點(diǎn)，受到了人們的歡迎，特別是在交通擁堵的城市，城市軌道交通的作用被發(fā)揮的淋漓盡致。從某種角度來(lái)說(shuō)，城市軌道交通已經(jīng)成為了城市交通網(wǎng)中不可或缺的一部分，在交通運(yùn)輸、緩解交通壓力等方面都起到了重要作用，希望城市軌道交通能夠得到更好的發(fā)展，面對(duì)任何情況時(shí)都能夠保持穩(wěn)定運(yùn)行。

1 城市軌道交通現(xiàn)狀

城市軌道交通并非人們所認(rèn)為的地鐵，而且還包括了輕軌及公交車。世界上最早的軌道交通出現(xiàn)在英國(guó)，是在1850年代所建設(shè)的大都會(huì)鐵路，一共花費(fèi)了九年的時(shí)間，并于1863年投入運(yùn)營(yíng)。該軌道交通的動(dòng)力來(lái)源為蒸汽機(jī)，用作軌道交通的牽引力，并在之后不斷發(fā)展過(guò)程中動(dòng)力來(lái)源發(fā)生了轉(zhuǎn)變，如今是使用電能作為動(dòng)力來(lái)源[1]。如今，在世界經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展過(guò)程中，由于人口數(shù)量不斷增多，越來(lái)越多的人從農(nóng)村涌入到城市當(dāng)中，導(dǎo)致嚴(yán)重的交通擁堵問(wèn)題，很多發(fā)達(dá)國(guó)家開(kāi)始重視發(fā)展軌道交通，以便緩解城市中的交通壓力。根據(jù)現(xiàn)階段實(shí)際情況來(lái)看，世界上軌道交通里程數(shù)最長(zhǎng)的三個(gè)國(guó)家為中、美、韓，而我國(guó)上海與北京是城市軌道交通最為發(fā)達(dá)的兩個(gè)城市，而且其他城市也在加強(qiáng)城市軌道交通建設(shè)，為排解城市交通壓力做出了重要貢獻(xiàn)。

2 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)分析

在軌道交通在運(yùn)行過(guò)程中主要是依賴于牽引供電系統(tǒng)，為軌道交通的運(yùn)行提供了充足的電能。根據(jù)電流形式可以將牽引供電系統(tǒng)劃分為以下兩種形式。

2.1 直流制

在社會(huì)生產(chǎn)生活中需要保障供電的穩(wěn)定性，如果在供電上不夠穩(wěn)定，那么將會(huì)產(chǎn)生不良影響，所以在城市供電上通常使用1500V的直流供電模式。城市軌道交通運(yùn)行時(shí)，由于是雙軌道進(jìn)行牽引，這使得其在電量上有著非常大的需求，需要為其兩端都提供電能[2]。通過(guò)此種方式能夠有效避免因?yàn)槟骋欢嗽诠╇娚铣霈F(xiàn)了問(wèn)題而對(duì)整體運(yùn)行產(chǎn)生影響，另一端可以繼續(xù)保持工作狀態(tài)，促使軌道交通擁有良好的穩(wěn)定性，大大降低了軌道交通發(fā)生事故的概率。此外，還能夠有效發(fā)揮出供電網(wǎng)所具有的保護(hù)功能，使得運(yùn)輸網(wǎng)中能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行均勻分配，促使用電器實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行。面對(duì)長(zhǎng)距離的線路運(yùn)輸時(shí)，能夠起到一定的保障作用，切勿因?yàn)榫€路太長(zhǎng)而出現(xiàn)各種故障而影響到軌道交通的運(yùn)行。城市軌道交通對(duì)于變電模式合理加以應(yīng)用，需要縮短在供電上的距離，否則將會(huì)大大增加建設(shè)成本，而且該系統(tǒng)本身在傳輸效率上相對(duì)較低，使得其在城市軌道交通中很少被應(yīng)用[3]。

2.2 交流制

交流制和直流制相比較存在很大的不同，也是當(dāng)下我國(guó)軌道交通中最為常用的系統(tǒng)模式，其主要是利用單項(xiàng)鏈接，也就是在變電站中安裝兩個(gè)變壓器，然后借用雙繞組單項(xiàng)變壓形式，以此形成開(kāi)口三角形結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)本身?yè)碛蟹浅：玫姆€(wěn)定性，也能夠?qū)ο到y(tǒng)的運(yùn)行加以維護(hù)[4]。在電網(wǎng)接入端屬于高壓端口，其主要作用是確保系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中擁有良好穩(wěn)定性，盡量減少出現(xiàn)供電不穩(wěn)定的問(wèn)題。在交流制系統(tǒng)中，其本身還應(yīng)當(dāng)擁有良好的降壓能力，而這將會(huì)使用到降壓系統(tǒng)，在面對(duì)系統(tǒng)供電時(shí)，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行奠定良好基礎(chǔ)。當(dāng)安裝供電系統(tǒng)時(shí)還應(yīng)當(dāng)擁有良好的耐磨損能力，為牽引供電系統(tǒng)的良好運(yùn)行提供有效保障，同時(shí)還能夠使得其使用壽命得以延長(zhǎng)。

3 城市軌道交通電力技術(shù)分析

在軌道交通運(yùn)行過(guò)程中，電力技術(shù)是為其提供技術(shù)支撐非常重要的一部分，通過(guò)有效應(yīng)用電力技術(shù)，充分發(fā)揮電力技術(shù)自身的優(yōu)勢(shì)，如此才能夠確保牽引網(wǎng)在供電上的穩(wěn)定性，從而提升工作效率。

3.1 柔性接觸網(wǎng)

軌道交通供電系統(tǒng)中柔性接觸網(wǎng)是較為常見(jiàn)的方式，在布置上主要是以簡(jiǎn)單懸掛、鏈形懸掛為主，而且簡(jiǎn)單懸掛上本身非常便捷，當(dāng)對(duì)其進(jìn)行處理時(shí)常常不需要對(duì)承力線進(jìn)行布置，僅僅只需要對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行布置即可，結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，而且支柱高度也非常低，主要是用在無(wú)軌或是輕軌軌道交通的供電系統(tǒng)之中[5]。雖然簡(jiǎn)單懸掛擁有很多優(yōu)勢(shì)，然而卻也存在著非常明顯的缺陷，主要表現(xiàn)為有懸掛硬點(diǎn)、跨度很小等等，容易出現(xiàn)振蕩現(xiàn)象。在鏈形懸掛上充分利用懸索完成鏈接，以此來(lái)保障導(dǎo)線和承力線鏈接是有效的，而且擁有速度快、跨度大等優(yōu)勢(shì)，彌補(bǔ)了簡(jiǎn)單懸掛本身所存在的不足。此種方式不僅能夠在電氣化鐵路中得到有效應(yīng)用，還可以應(yīng)用于軌道交通中較快的系統(tǒng)之中，以便對(duì)牽引供電系統(tǒng)自身的功能加以維護(hù)。

3.2 剛性接觸網(wǎng)

在使用剛性接觸面時(shí)，對(duì)于系統(tǒng)運(yùn)行能夠起到更好的效果。剛性接觸網(wǎng)在使用時(shí)主要是使用硬質(zhì)金屬條，將原本所使用的導(dǎo)線取代，以便擁有更加良好的懸掛效果。根據(jù)相關(guān)實(shí)踐表明，在使用剛性接觸時(shí)擁有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，在一定程度上有效增加了接觸面積，大大消除了在原本牽引供電系統(tǒng)的不足[6]。根據(jù)我國(guó)城市所使用的軌道交通系統(tǒng)整體情況來(lái)看，主要是是從下至上，此種轉(zhuǎn)化在使用剛性接觸網(wǎng)時(shí)具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)，還能夠有效實(shí)現(xiàn)無(wú)縫對(duì)接，更不需要進(jìn)行任何的操作。根據(jù)剛性接觸網(wǎng)在結(jié)構(gòu)上的設(shè)置情況來(lái)看，通常使用集電弓方式而用于布置，當(dāng)其使用時(shí)也不會(huì)出現(xiàn)脫落問(wèn)題，使得接觸網(wǎng)在使用時(shí)變得更加穩(wěn)定與可靠，一般情況下主要是用于高速軌道交通中[7]。

3.3 第三軌

在第三軌當(dāng)中主要包含以下部分：①接觸軌。主要是利用鋼鋁復(fù)合軌，該材料重量相對(duì)較輕，擁有良好的耐磨性，高導(dǎo)電率；②接觸軌頭。根據(jù)特性的不同分為正常和溫度伸縮兩種類型的接頭，其中前者應(yīng)用于導(dǎo)電軌固定鋁制魚尾板，通常為無(wú)縫安裝，不需要預(yù)留溫度伸縮縫，在接頭和支持點(diǎn)間的距離應(yīng)當(dāng)保持在的55cm以內(nèi)。而后者則會(huì)根據(jù)軌道溫度所發(fā)生的變化而變化；③端部彎頭。其主要是連接斷軌和集電靴；④防爬器。用于對(duì)接觸軌的限制，體現(xiàn)在膨脹伸縮量等方面；⑤安裝底座。該裝置的材料主要為絕緣材料，于軌道道床上使用。

第三軌在使用時(shí)因?yàn)槠浔旧淼牟牧咸匦?，使得其擁有良好的?dǎo)電性，而且單位電阻也非常小，所以利用牽引網(wǎng)所產(chǎn)生的電能消耗非常低，不需要在沿線額外對(duì)饋電電纜機(jī)進(jìn)行輻射，如此則能夠有效節(jié)省大量的運(yùn)營(yíng)成本。另外，接觸軌本身是復(fù)合材質(zhì)，擁有良好的耐磨性等性能，在維護(hù)工作上也較為容易，大大降低了維護(hù)成本。并且，該裝置安裝于行走軌附近，不會(huì)影響到鐵路整體景觀[8]。但是，因?yàn)榈谌壴诎惭b時(shí)和地面距離非常近，在人員防護(hù)方面難以做到周全，絕緣器件也非常容易受到污染，自然環(huán)境下又無(wú)法實(shí)現(xiàn)自潔，需要對(duì)其進(jìn)行掃，否則將會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，從而對(duì)行車產(chǎn)生影響。

4 結(jié)論

在城市交通壓力不斷增大的背景下，我國(guó)越來(lái)越多的城市開(kāi)始修建地鐵，不僅能緩解城市交通壓力，也能為人們的出行提供更加便利的條件。但是，這也在一定程度上對(duì)供電系統(tǒng)有著非常大的考驗(yàn)，特別是對(duì)于大城市，更要確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，滿足高峰期軌道交通對(duì)于電能的需求。所以，對(duì)于相關(guān)工作人員來(lái)說(shuō)，應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對(duì)供電系統(tǒng)的研究，為城市軌道交通提供充足的電力，保障城市軌道交通的穩(wěn)定運(yùn)行。