城市轨道交通地铁直流牵引供电系统及其关键技术

城市轨道交通地铁直流牵引供电系统及其关键技术

刘百成李文龙

（沈阳地铁集团有限公司运营分公司辽宁沈阳110000）

摘要：城市轨道交通用电负荷大致可以分为以下两类：电动公交车、客车所需要的牵引车辆用电；道路区间、高速休息区、收费站、车站以及其他建筑物照明用电等。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；地铁交通；交流式；关键技术

1导言

随着科技的飞速发展，交通行业也在逐渐壮大起来，我国各大一、二线城市都开始纷纷修建轻轨、地铁、动车组等线路，在便捷了市民交通出行的同时，却给城市轨道交通供电系统带来了不小的压力。各国交通专业的学者，纷纷将注意力集中到牵引供电系统的设计和创新上，这一系统中较为常见的有直流式和交流式，以及双制式。这些供电系统旨在当车流量处于高峰期时可以对线路进行持续、高效、稳定的供电。所以对于车流、人流量较大的城市，对其供电系统的研究，就显得格外有意义。

2城轨供电系统

在城市轨迹交通运转过程中，直流牵引供电系统首要完成向机车输送电的作业，城轨供电系统首要由高压供电系统、直流供电系统以及内部供电系统构成。从构造上来看，直流供电系统与机车直接相连，其通常由牵引变电站及架空接触网或许第三轨构成，能够输出DC600V-DC3000V等级的电压。之所以在城市轨迹交通中运用直流电，首要是因为直流电不易受干扰，便于操控。现在的城市轨迹交通中遍及选用的供电制式为DC750V第三轨和DC1500V架空接触网。

DC750V第三轨在前期的城市轨迹交通建设中运用较多。其首要原理是经过在机车运转轨迹附近，搭建电阻率极低的铁轨或铝轨，轨迹上机车经过受流靴和第三轨相连接来取得电能。DC1500V架空接触网能提供更高的电压水平，经过对比这两种供电制式，DC1500V架空接触网提高了受流环境和受流质量，机车运转的牢靠性得到了增强，并且供电区间范围显着的添加，这么就不需求投入多牵引变电站，节省费用可达40%。因而，近几年来，DC1500V架空接触网供电制式开展迅速，遍及应用在新建的城市轨迹交通中。

首先，城市电网发生的AC110kV电压，经过主变电所中的降压变压器转换成AC35kV/AC10kV的电压，接下来，再经过牵引变电所的降压整流效果，将AC35kV/AC10kV的电压转换成DC750V/DC1500V的电压，直流电会传输到馈线上，终究传输到牵引网中，然后由牵引网效果到机车上，使机车取得电能，保持机车运转。

但是，城市轨迹交通的快速开展伴随着呈现了许多问题，例如在城市轨迹交通在运转高峰期时，负载过大；城郊及城际线路供电区间过长；旧线路损害情况严重等。尤其是馈线侧会遭到架起技术以及环境条件要素效果，对机车的牢靠运转发生威胁，因而，需求在城轨供电系统中采纳相应的维护措施。

3供电系统直流维护系统

城轨供电系统中所运用的直流维护，通常是经过直流断路器来完结的，直流断路器通常分为两种：整流器回路断路器和直流馈线断路器。整流器回路断路器能够在整流器呈现短路毛病时，堵截其输出。直流馈线断路器能够在线路呈现短路毛病时，将毛病区域的牵引网从馈线上断开。城轨供电系统直流维护需求满足的请求有：

（1）不能疏忽除馈线毛病外的别的问题，例如，接触网和屏蔽门之间问题、接触网和钢筋之间问题、接触网和接地网之间问题等；

（2）在城轨供电系统正常作业时期，往往会因为机车启动时所导致的过电流和过电压，对供电系统的直流维护造成误动作，在规划供电系统直流维护时，要尽量防止这种误动作。

4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。

（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。若采用交流电对接触网进行供电，它的等效电路如下：

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）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。

（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。

结束语

目前由于人们对出行的需求不断增加，各国交通事业也有了翻天覆地的变化，对于交通线路中不可缺少的供电系统，本文主要从交流牵引供电系统的电缆牵引网、分段供电保护、供电方案等方向入手，对其进行了介绍，这种牵引供电系统的优势主要体现在可靠性强、传输电能大、成本相对较低等方面。

参考文献

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