城市軌道交通牽引供電與電力技術(shù)分析

馬瑞國

摘要：城市軌道交通在當前的交通系統(tǒng)中，存在諸多優(yōu)勢，其不會增加城市交通壓力、產(chǎn)生的污染較少，噪聲強度也很低，因此很多現(xiàn)代城市都開展了軌道交通系統(tǒng)建設(shè)工作。本文結(jié)合當下的城市軌道交通系統(tǒng)，分析牽引供電系統(tǒng)的具體使用情況，列舉軌道交通供電系統(tǒng)中運用的主要電力技術(shù)。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通;牽引供電;電力技術(shù)

現(xiàn)代城市規(guī)模與容量在持續(xù)擴大，雖然帶動了城市經(jīng)濟發(fā)展，但是也給城市的交通系統(tǒng)形成了巨大的壓力，需要對當前的城市交通運輸體系進行升級，因此很多城市都通過發(fā)展軌道交通系統(tǒng)來應(yīng)對交通擁堵問題。本文主要從用電的角度分析，如何在城市軌道交通中開展牽引供電工作。

1城市軌道交通牽引供電方式

1.1直流供電系統(tǒng)

直流牽引大多采取并勵或者串勵的方式，只有少數(shù)為它勵。直流牽引供電系統(tǒng)中的電機往往具有良好的自我調(diào)節(jié)性能，當負載變化后，電動機的實際轉(zhuǎn)速也會隨之發(fā)生變化。當電樞中出現(xiàn)電勢交變的情況，電動機繼續(xù)維持穩(wěn)定的輸出功率，轉(zhuǎn)速的平方和轉(zhuǎn)矩之間產(chǎn)生反比的關(guān)系，換向器電刷有一定概率催生電火花的問題。直流電機的調(diào)速性能也相對比較優(yōu)越，借助增減并電阻來對勵磁進行調(diào)節(jié)，再結(jié)合PWM等技術(shù)，可以改變勵磁的實際占空比，使轉(zhuǎn)速也隨之發(fā)生變化，調(diào)速也能夠更加平穩(wěn)。直流電機能夠給地鐵機車提供可靠的供電服務(wù)，減少停電次數(shù)，滿足自動化供電需求。但是這種電機的造價偏高，功率也很低，需要經(jīng)常維護換向器與電刷，使用時間更短。

1.2交流供電系統(tǒng)

在交流牽引供電系統(tǒng)中，異步三相電動機提供牽引動力，這一類電機自重輕，體積小，應(yīng)用成本低，其額定負載與空載之間的轉(zhuǎn)速基本沒有變化，轉(zhuǎn)矩與實際輸出的功率之間為正比關(guān)系。電機的具體調(diào)速方式包括調(diào)整轉(zhuǎn)差率、調(diào)整磁極對數(shù)與調(diào)整頻率，其中變頻調(diào)速的應(yīng)用范圍最廣。該電機有效運用制動再生方式，其內(nèi)部并未設(shè)置線圈與換向頭，不需要消耗碳刷，運行相對比較穩(wěn)定，故障出現(xiàn)率低，維修量小，具有耐用堅固的優(yōu)勢，但存在輕載功率因數(shù)偏低以及功率因數(shù)滯后的問題。

2城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中的電力技術(shù)應(yīng)用

2.1供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)應(yīng)用

柔性接觸網(wǎng)采用簡單懸掛的方式，沒有承力線，支柱高度比較低，結(jié)構(gòu)很簡單，支撐點需要承受的負荷不中，因此被廣泛地運用到輕軌與無軌電車中，選擇簡單懸掛的方式時，懸掛點之間的跨度不大，運行期間，導(dǎo)線會出現(xiàn)上下振蕩的問題，因此這一供電方式并不適合高速鐵路;鏈形懸掛主要需要連接導(dǎo)線、承力線與懸索，這一懸掛方式有效解決了跨度與硬點的問題，高速、大跨度或者長距離的軌道交通系統(tǒng)大多采用鏈形懸掛方式。

剛性接觸網(wǎng)采用剛性懸掛的方式，懸掛時需使用金屬條這種硬質(zhì)材料，其與第三軌供電系統(tǒng)的接觸面積比較大，同時解決了鋼軌重量過大而無法懸掛的問題。當城市軌道交通體系從地上前往地下時，可以無縫對接剛性懸掛線路，并不需要更換機車;剛性懸掛中運用了集電弓，因此有效預(yù)防集電靴脫落的事件，確保軌道交通保持極高的運輸速度。

2.2第三軌供電技術(shù)應(yīng)用

供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，第三軌供電在城市軌道交通系統(tǒng)中的應(yīng)用比較多，其使用復(fù)合鋼鋁材料，擁有良好的導(dǎo)電性能，建設(shè)與使用牽引網(wǎng)時，可以減少帶能損耗，同時也不需要將饋線電纜設(shè)置到軌道沿線上，有助于縮減建設(shè)成本。底座、防爬器。端部彎頭、接頭與接觸軌共同構(gòu)成第三軌供電系統(tǒng)，可選擇的接觸軌接頭包括溫度伸縮接頭與正常接頭兩種，安裝正常接頭時，需要通過魚尾板來發(fā)揮固定的作用，支持點與其的距離應(yīng)符合大于600mm的要求。

2.3直流牽引供電系統(tǒng)中的絕緣技術(shù)

在直流牽引供電系統(tǒng)中，需要應(yīng)用絕緣技術(shù)，發(fā)揮絕緣保護的作用，以此來解決迷流問題，可對直流正極與負極設(shè)置絕緣保護裝置，如果只對負極實施接地處理，直流電源的負極更容易出現(xiàn)迷流回路問題，將影響到整個城市軌道交通系統(tǒng)。

2.4電纜牽引網(wǎng)分段保護與供電技術(shù)

將電纜牽引網(wǎng)安裝到交流供電系統(tǒng)中，采用分段供電的方式，可以減輕電能損耗，給牽引網(wǎng)供電時，大多采用1500V規(guī)格的直流電壓，在一些情況下，也會選擇750V電壓來供電。運用牽引網(wǎng)時，需要有兩條線路來起到支撐作用，連接上下線路時往往采用并聯(lián)的方式，因此必須統(tǒng)一管理變壓器，借助分段的方式傳送電能，實現(xiàn)分段保護線路的目標，縮小故障的影響范圍。

2.5保障供電系統(tǒng)的可靠性

為了保障牽引供電系統(tǒng)的安全性，必須要正確運用漏電保護技術(shù)，將接地軌建設(shè)到城市軌道車站中，接地軌與橋體相互連接，以此給直流供電系統(tǒng)提供良好的接地條件，軌道交通工具行駛到車站中之后，可安全接地，釋放出一定量的電荷，有效保障交通工具使用者的安全，避免處于運行狀態(tài)的交通工具產(chǎn)生過多的靜電電荷。

直流牽引供電系統(tǒng)在電流回路線上多選擇走行軌，鋼軌對于地面并非完全絕緣，因此有部分電流可能直接流入到道床中，受到金屬導(dǎo)線，如鋼筋的影響，會產(chǎn)生迷流現(xiàn)象，如果這種情況過于嚴重，軌道系統(tǒng)中的金屬材料將形成電解腐蝕現(xiàn)象，地下區(qū)域中金屬設(shè)備將隨時受損，因此要做好監(jiān)測工作，消除迷流問題。走行軌上的絕緣保護工作必須要做好，可以將迷流收集網(wǎng)設(shè)置到沿線區(qū)域，發(fā)揮排流柜的作用，日常的管理維護中，也要注重對臥軌實施養(yǎng)護。城市軌道交通運行中，還應(yīng)針對供電系統(tǒng)實施繼電保護，當出現(xiàn)故障時，盡可能地在第一時間將故障設(shè)備切斷，同時發(fā)出報警信息，針對交流供電系統(tǒng)，可采取零序電流保護與過負荷保護，從而應(yīng)對單相接地故障與負荷過載問題。

3結(jié)論

城市軌道交通作為現(xiàn)代交通系統(tǒng)的重要部分，應(yīng)用范圍逐步擴大，提升了居民出行的便捷化程度。應(yīng)當結(jié)合城市軌道交通的具體情況，為其選擇可靠、安全、穩(wěn)定的供電方式，發(fā)揮出新電力技術(shù)的作用，以此支持城市交通系統(tǒng)進一步發(fā)展。

參考文獻

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