城市轨道交通牵引供电及电力技术

城市轨道交通牵引供电及电力技术

李家坤王志超

(沈阳飞驰电气设备安装有限公司辽宁省沈阳市110000)

摘要：随着科技的进步，车流量的迅速增加，这对城市轨道交通牵引供电系统的抗压能力要求也在加大。本文首先介绍了城市轨道交通牵引供电系统的理论基础，其中较为常见的供电方式是直流式和交流式；接着本文主要针对交流牵引供电系统进行展开讨论，介绍了系统的构成和其中的关键技术。

关键词：城市轨道；交通牵引；供电；电力技术

1城市轨道交通牵引供电系统

1.1直流制

在我国大部分城市的变电站、牵引网、接触网的建设当中，大部分设计是采用直流1500V的供电方式，而轨道交通牵引供电网则采用了双边供电，这是因为当某一供电线路出现故障时，可以立即更换线路，保障交通牵引供电的要求。另外，在搭建直流牵引供电网，还能采用杂散的电流保护办法，这样能够将电能均匀的分流到每一个供电网络，并传送到较远的距离。但是由于自身的变电模式，导致供电距离的缩短，这样会对工程建设投入增加成本。并且直流牵引供电系统的传输速率不高，很难满足供电需要，因此这种供电系统没有什么建设优势。

1.2交流制

交流牵引供电系统采用单向的链接方式，是在变电站内同时安装两台变压器，采用双绕组的单项变压，使得整个结构形成一个开口三角形，在电网的接入端是属于高压端。这里面有两个端口与一个公共端口，低压端口则是接地的一侧，其他的端口分别与牵引母线连接。对于整个交流供电系统的降压系统来说，除了在供电系统的终端，整条线路的区间都设置了加压系统，这样能够使线路上的照明系统正常工作。由于交流牵引供电系统长时间的处于动态取流的状态，造成瞬间的接触压力较大，因此，设备需要具有非常耐磨的要求。

2交流牵引供电系统及关键技术

近些年随着人们生活水平的提升，对出行的要求也正在加大，各大城市纷纷建构了自己的地铁轻轨系统，随之而来的是对电网电力系统更高的要求。最初的电网线路搭建主要采用的是直流制，现今时代也只有欧洲一些国家的部分线路仍沿用直流制。自上世纪60年代，世界范围内修建的新线路全部都采用了交流制式。而交流制式的牵引供电系统也为大家展现了诸多优点，如：供电效果好、成本较低、电流量大、不存在杂散电流等。但是仍有一些缺点，如：当换相接入小型电网时会产生分相；牵引电流的谐波会产生一定的电磁干扰。

2.1电缆牵引网

目前常用的牵引接触网主要采用1500伏特直流电压进行供电，在一些特殊情况时，会使用750伏特。城内轻轨、地铁的牵引网应有上下行两条线路，并且应采用并联的方式，与此同时还应搭建备用的电缆线路，这条线路可以和正常电缆一起工作，它们互为备用。这样可以增强线路的可靠性，还可以提升供电电能的总量，削减功率损失。

2.2牵引网分段供电与保护

由于电缆牵引网具有长距离传输、可输送电能大等优点而被广泛使用，但是若采用上下行并行线路，成本较高，且设备搭建较为复杂，所以一般采用分段供电的形式。电缆和接触网的分段设计既可以是同步进行的，又可以是分段完成的。为了便于施工，一般在变压器处采用统一分段，在其他区间线路中多采用分开分段。这样既可以提升系统的可靠性，又可以进行分段保护，使故障风险降到最低。

2.3主变电所供电方案

主变电所的供电方式主要依赖地铁、轻轨等设备的数量和它们所处的位置，所以供电方式可采用单线、双线和多线的方案，以适应不同的设备需求。

2.4牵引变压器

在整个电力系统中，牵引负荷是随机波动的，属于一种单项负荷。这是一种不对称的负荷，容易产生负序电流，影响整个线路的供电质量。随着铁路线路的运量增加，列车速度的加快，牵引变压器的容量也要随之不断增加。因此，对牵引变压器的技术不断发展研究，其实就是在不断的加强对负序抑制效果的提高以及对变压器的容量进行不断的扩大。建国初期，由于铁路的运量相对较少，运行速度相对较慢，因此对牵引变压器的容量要求也相对较小。当时单项牵引变压器靠着利用率较高，后期维护方便等众多优点，被广泛的使用在早期的铁路线上，能够满足当时的需要。但随着我国的经济飞速发展，变压器容量较小的单项牵引变压器已经不能满足现有的铁路运量的要求。为了能够满足轨道交通对大容量变压器的要求，采用YNd11接线方式的牵引变压器得到了设计者的青睐。

YNd11接线牵引变压器自身的容量较大，并且结构非常简单，制造工艺也比较成熟，最主要的是其仍保持三相，不仅能够满足牵引供电需要，还能为变电所提供稳定的三相电源。但是YNd11接线变压器自身对负序电流没有很好的控制效果，容易影响电网中电能质量。因此，我国的专家们研制成功新型的Scott接线牵引变压器，并且广泛运用。新型的Scott接线牵引变压器除了具有YNd11接线牵引变压器的大容量优点外，还具有优良的负序抑制效果。研究结果证明，Scott接线变压器负序电流表达式、电流不平衡度以及电压不平衡度，能够很好的抑制负序电流。但是Scott接线变压器也有其自身的缺点，就是其结构非常复杂，制造的难度比较大，建设成本高。而随着社会生产力的不断进步，轨道交通行业不断发展，新型的具有一定的负序抑制效果的大容量V型接线牵引变压器被设计者广泛运用。这种新型的变压器具有容量大、结构简单、制造成本低，建筑面积小的优点，因此在我国的现代电气化轨道交通建设中被广泛应用。

2.5牵引网供电方式

目前，我国的牵引网供电技术主要经历了三个时代，从最初的直接供电方式，发展成吸流变压器-回流线供电方式，最后到现在的带回流线的直供方式和自耦变压器供电方式。整个发展过程就是对变压器的供电能力的不断提升，还有不断降低对通信线路的影响。早期我国的铁路电气化采用的是直接供电，采取接触网和轨-地直接构成回路，这样方式的结构简单，建设投入较少，后期的维护比较便宜，适合当时我国的铁路发展。但是随着目前经济的增长不断加快，这种直接供电方式的缺点暴露了出来，在经济发达地区对通信线路的干扰非常大。当时为了减少对通信线路的干扰，研发出一种吸流变压器-回流线供电方式，简称BT供电方式。

BT供电方式是在建设牵引供电网时装设1：1的吸流变压器，通过回流线将电流回收到变电站，减少了对周围通信线路的干扰。但是这样会增加牵引供电网的阻抗，致使牵引网的供电距离变短，造价上升，并且容易出现火花间隙，这些问题都影响着BT供电方式的发展应用。牵引供电网的建设者们通过总结以上两种方式的缺点，根据我国现阶段的轨道交通特点，研究并广泛使用了带回流线的直供方式和自耦变压器供电方式。这两种供电方式的广泛应用，解决了牵引网阻抗问题，提升了供电网络的供电能力，最重要的是减少了对周围通信线路的影响。

结语

总之，我国的城市轨道交通要想获得飞速发展，必须注重电气牵引技术的发展，否则轨道交通的优势难以充分发挥出来。虽然我国电气牵引技术水平已经很高，但是还有提升的空间，所以国家有关部门以及领导不能松懈，既要加大相关人才的培训力度，又要保证科研经费充足，当然也可以引进国外先进技术，但是必须保证引进来的技术在消化吸收之后，能够完全符合我国城市轨道交通的发展情况，否则只会事倍功半。

参考文献:

[1]王宏宇.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].山东工业技术，2017，01：97.

[2]王凡.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].工程技术研究，2017，05：107-108.