城市軌道交通牽引供電及電力技術分析

文/胡子超

隨著城市化進程的加速，城市軌道交通作為城市公共交通的重要組成部分，近些年也獲得了較快的發(fā)展。牽引供電作為城市軌道交通的核心技術之一，保證了城市軌道交通的安全、穩(wěn)定和高效運行。因此，對城市軌道交通牽引供電及電力技術進行分析和研究，對于保障城市軌道交通系統的正常運行和提高城市軌道交通運行效率具有重要意義。基于以上認識，本文從城市軌道交通牽引供電系統概念以及運行方式參數出發(fā)，分析現階段主要的城市軌道交通牽引供電的電力技術，希望該研究能夠為城市軌道交通牽引供電及電力技術的有效應用提供一定的思路。

1.城市軌道交通牽引供電系統概述

城市軌道交通牽引供電系統是城市軌道交通運行的核心系統，系統主要由變電站、接觸網、配電室、牽引變流器、牽引電機、牽引車輛等多個部分組成。變電站負責將電力系統的交流電能轉換為牽引系統所需要的直流電能，接觸網負責將直流電能傳輸到牽引車輛上，配電室負責對牽引供電系統進行配電和控制。牽引變流器是將接觸網上的直流電轉換為可控的三相交流電的裝置，牽引電機則將牽引變流器輸出的電能轉化為機械能，驅動牽引車輛行駛。牽引供電系統的工作原理是將變電站提供的交流電能，經過牽引變流器轉換為可控的三相交流電，再通過接觸網傳輸到牽引車輛上，最終通過牽引電機將電能轉化為機械能，驅動車輛行駛。牽引供電系統是城市軌道交通的核心技術之一，其性能的穩(wěn)定性、可靠性和高效性直接影響城市軌道交通系統的運行效率和運行安全。根據不同的供電方式，城市軌道交通牽引供電系統可分為第三軌供電系統、架空接觸網供電系統和有軌電車供電系統三種。其中，第三軌供電系統是將電能通過地下的第三軌傳輸到牽引車輛上，是一種較為傳統的供電方式，使用較為廣泛；架空接觸網供電系統則是通過架設在鐵路上空的接觸網，將電能傳輸到車輛上，是一種較為現代化的供電方式；有軌電車供電系統是一種以車體為傳導載體，通過接地回路來完成牽引供電的方式，其優(yōu)點在于結構簡單，成本較低。城市軌道交通牽引供電系統的特點主要有兩個方面，一方面是對電力質量的要求較高，包括電壓、電流、頻率等多個參數需要保持穩(wěn)定和精確，以保障車輛的安全運行；另一方面是對供電可靠性的要求較高，牽引供電系統需要保證在各種情況下都能正常供電，避免出現斷電或者過載等情況，保證城市軌道交通系統的運行安全。

2.牽引供電系統的運行方式和參數

城市軌道交通牽引供電系統的運行方式通常有兩種，即直供直接供電和間接供電。直供直接供電是將交流電通過變壓器轉換為牽引車輛所需的直流電，直接供給牽引車輛使用；間接供電則是將交流電轉換為高頻交流電，通過變壓器和牽引變流器將其轉換為牽引車輛所需的直流電，最終供給牽引車輛使用。這兩種方式各有優(yōu)劣，具體選用哪種方式取決于具體的需求和技術條件[3]。城市軌道交通牽引供電系統的參數包括電壓、電流、功率因數、頻率等多個指標，其中電壓和電流是最基本的參數。城市軌道交通牽引供電系統的電壓通常在600V到750V之間，而電流通常在2000A到3000A之間，功率因數則需要保持在0.8以上，頻率則為50Hz。城市軌道交通牽引供電系統的運行參數需要在設計時進行合理的設置，以保證系統的穩(wěn)定性、可靠性和高效性。同時，隨著城市軌道交通技術的不斷發(fā)展和更新換代，牽引供電系統的參數也需要不斷進行優(yōu)化和調整，以適應新技術的應用和新需求的提出。

3.城市軌道交通牽引供電的電力技術分析

3.1基于接觸軌的供電網絡技術。基于接觸軌的供電網絡技術是一種常見的城市軌道交通牽引供電方式，其原理是通過在鐵路軌道旁邊設置一條接觸軌，將電能傳輸到牽引車輛上[5]。接觸軌上的電能可以通過集電鞋等裝置接觸到牽引車輛上的接觸線，再轉化為可控的三相交流電，最終通過牽引電機將電能轉化為機械能，驅動車輛行駛。在應用該技術的過程中，首先需要進行接觸軌的鋪設，接觸軌一般鋪設在軌道的一側，其長度和數量根據具體情況確定。接觸軌一般由鋼材制成，具有一定的強度和耐腐蝕性。在此基礎上安裝集電鞋，用于接觸軌和牽引車輛接觸的裝置，其一般安裝在車輛的車頂部分。集電鞋通過與接觸軌接觸，將接觸軌上的電能傳輸到牽引車輛上的接觸線，再將接觸線通過將電能傳輸到牽引車輛上，最終驅動牽引電機將電能轉化為機械能，推動車輛行駛。從該供電技術的特點來看，結構相對簡單，所需的設備和材料成本也相對較低。

3.2基于第三軌的供電技術。第三軌供電是一種直接供電方式，其原理是通過在軌道旁邊設置一條導電的第三軌，將電能傳輸到牽引車輛上。當車輛行駛時，車輛上的集電鞋通過接觸線與第三軌相連接，從而將第三軌上的電能傳輸到車輛上的接觸線中。電能通過接觸線進入車輛內部，被轉換成可控的三相交流電，最終通過牽引電機將電能轉化為機械能，驅動車輛行駛。在應用該技術的過程中，第三軌一般鋪設在軌道的一側，并通過支架進行固定，在鋪設時需要考慮到其與軌道之間的距離，以保證牽引車輛可以接觸到第三軌。牽引車輛通過裝有集電鞋的接觸線與第三軌相接觸，將第三軌上的電能傳輸到牽引車輛上。集電鞋一般安裝在車輛的車頂部分，與接觸線相連。通過牽引電機將電能轉化為機械能，從而驅動車輛行駛。在車輛內部，電能需要被轉換成可控的三相交流電，從而通過牽引電機實現車輛的牽引和驅動。需要注意的是，在實現第三軌供電時，還需要考慮一些安全問題，如防止非授權人員接觸第三軌。同時，為了保證供電系統的可靠性，還需要對第三軌及其支架進行定期檢修和維護。從該技術的特點來看，第三軌供電系統的電能傳輸過程中不存在電能轉換的環(huán)節(jié)，所以其供電效率較高，同時由于其采用的是直接供電方式，也可以減少電能損失。同時，第三軌供電系統具有較高的供電可靠性，因為其不需要經過變換器等設備，直接將電能傳輸到牽引車輛上，因此可以減少供電系統中的故障率。

3.3直流牽引供電系統的絕緣技術。對于城市軌道交通牽引直流供電系統的絕緣保護是十分重要，在城市軌道交通牽引直流供電系統運行中，存在著嚴重的迷流的問題，需要通過絕緣保護系統來解決。在牽引直流供電系統中，由于存在電阻、電感和電容等元件，會產生迷流，進而導致電能的損耗和設備的損壞，影響系統的穩(wěn)定性和安全性。為了解決這個問題，可以采用絕緣保護系統來限制迷流的產生。具體來說，可以將牽引直流供電系統中的直流負極與正極設置其絕緣保護系統，從而防止直流負極與大地形成迷流回路。此外，還可以采用絕緣監(jiān)測設備來監(jiān)測牽引直流供電系統的絕緣狀態(tài)，及時發(fā)現并處理系統中的故障和隱患，保證系統的安全性和穩(wěn)定性。絕緣保護系統對于城市軌道交通牽引直流供電系統的安全運行具有重要意義。通過合理的絕緣保護措施，可以有效地限制迷流的產生，保證系統的安全性和穩(wěn)定性，從而保障城市軌道交通系統的正常運行。

3.4交流牽引供電系統的電纜牽引網分段供電與保護技術。在城市軌道交通牽引交流供電系統中，采用電纜牽引網和牽引網分段供電的措施可以有效降低電能的消耗，提高系統的效率和穩(wěn)定性。首先，電纜牽引網是指將牽引網通過電纜與供電系統相連接，從而實現對牽引網的供電。電纜牽引網的使用可以減少電能傳輸過程中的損耗，并可以降低供電系統的故障率。在使用電纜牽引網時，需要注意電纜的選擇和安裝，以及電纜的接頭和接線等細節(jié)問題。其次，牽引網分段供電是指將牽引網分段進行電能傳輸，從而實現對線路進行分段保護。牽引網分段供電的方式可以有效減少故障發(fā)生時的影響程度，并可以提高供電系統的可靠性。在實施牽引網分段供電時，需要將牽引網分為上下兩條線路，分別進行支撐，并將兩條線路并聯起來。同時，還需要對區(qū)間中的線路進行分段的電能傳送，從而實現對線路進行分段保護。為了保證供電系統的穩(wěn)定性和安全性，還需要對變壓器進行統一管理，并對牽引網、電纜、接頭、接線等進行嚴格的檢查和維護。特別是在牽引網分段供電時，需要定期檢查牽引網的接頭和接線等細節(jié)問題，以確保供電系統的正常運行。采用電纜牽引網和牽引網分段供電的措施可以有效降低城市軌道交通牽引交流供電系統的電能消耗，提高系統的效率和穩(wěn)定性。在實施過程中需要注意對細節(jié)問題的把握和維護工作，從而保障供電系統的正常運行。

4.總結：

城市軌道交通牽引供電技術具有一定的復雜性，其中的供電網絡、絕緣保護等關鍵技術環(huán)節(jié)對于系統的穩(wěn)定性和安全性具有至關重要的作用。在牽引供電技術的選擇上，基于接觸軌和第三軌是目前較為常見的兩種技術路線，每種技術都有其適用范圍和局限性。對于牽引交流供電系統，采用電纜牽引網和牽引網分段供電的措施可以有效降低電能的消耗，提高系統的效率和穩(wěn)定性。而在牽引直流供電系統中，采用絕緣保護系統可以有效限制迷流的產生，保障供電系統的穩(wěn)定性和安全性。在城市軌道交通建設中需要基于實際情況，合理應用各種供電技術，從而提升城市軌道交通的安全性與穩(wěn)定性。

引用出處

[1]鐘迪盛.城市軌道交通牽引供電及電力技術研究[J].科技與創(chuàng)新,2022(20):56-58.DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2022.20.018.

[2]鮑鳴.城市軌道交通中的牽引供電技術應用[J].集成電路應用,2022,39(05):44-45.DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2022.05.014.

[3]李增全.城市軌道交通牽引供電系統關鍵技術分析[J].集成電路應用,2022,39(04):140-141.DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2022.04.057.

[4]梁輝.城市軌道交通牽引供電及電力技術的應用研究[J].居業(yè),2021(04):70-71.

[5]劉維,陳亞慧.城市軌道交通牽引供電及電力技術探究[J].中小企業(yè)管理與科技(下旬刊),2020(05):166-167.