文/胡子超

隨著城市化進(jìn)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(shù)之一，保證了城市軌道交通的安全、穩(wěn)定和高效運(yùn)行。因此，對(duì)城市軌道交通牽引供電及電力技術(shù)進(jìn)行分析和研究，對(duì)于保障城市軌道交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行和提高城市軌道交通運(yùn)行效率具有重要意義。基于以上認(rèn)識(shí)，本文從城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)概念以及運(yùn)行方式參數(shù)出發(fā)，分析現(xiàn)階段主要的城市軌道交通牽引供電的電力技術(shù)，希望該研究能夠?yàn)槌鞘熊壍澜煌恳╇娂半娏夹g(shù)的有效應(yīng)用提供一定的思路。

1.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)概述

城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通運(yùn)行的核心系統(tǒng)，系統(tǒng)主要由變電站、接觸網(wǎng)、配電室、牽引變流器、牽引電機(jī)、牽引車輛等多個(gè)部分組成。變電站負(fù)責(zé)將電力系統(tǒng)的交流電能轉(zhuǎn)換為牽引系統(tǒng)所需要的直流電能，接觸網(wǎng)負(fù)責(zé)將直流電能傳輸?shù)綘恳囕v上，配電室負(fù)責(zé)對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行配電和控制。牽引變流器是將接觸網(wǎng)上的直流電轉(zhuǎn)換為可控的三相交流電的裝置，牽引電機(jī)則將牽引變流器輸出的電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)牽引車輛行駛。牽引供電系統(tǒng)的工作原理是將變電站提供的交流電能，經(jīng)過(guò)牽引變流器轉(zhuǎn)換為可控的三相交流電，再通過(guò)接觸網(wǎng)傳輸?shù)綘恳囕v上，最終通過(guò)牽引電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。牽引供電系統(tǒng)是城市軌道交通的核心技術(shù)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(tǒng)的運(yùn)行效率和運(yùn)行安全。根據(jù)不同的供電方式，城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)可分為第三軌供電系統(tǒng)、架空接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)和有軌電車供電系統(tǒng)三種。其中，第三軌供電系統(tǒng)是將電能通過(guò)地下的第三軌傳輸?shù)綘恳囕v上，是一種較為傳統(tǒng)的供電方式，使用較為廣泛；架空接觸網(wǎng)供電系統(tǒng)則是通過(guò)架設(shè)在鐵路上空的接觸網(wǎng)，將電能傳輸?shù)杰囕v上，是一種較為現(xiàn)代化的供電方式；有軌電車供電系統(tǒng)是一種以車體為傳導(dǎo)載體，通過(guò)接地回路來(lái)完成牽引供電的方式，其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低。城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的特點(diǎn)主要有兩個(gè)方面，一方面是對(duì)電力質(zhì)量的要求較高，包括電壓、電流、頻率等多個(gè)參數(shù)需要保持穩(wěn)定和精確，以保障車輛的安全運(yùn)行；另一方面是對(duì)供電可靠性的要求較高，牽引供電系統(tǒng)需要保證在各種情況下都能正常供電，避免出現(xiàn)斷電或者過(guò)載等情況，保證城市軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)行安全。

2.牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式和參數(shù)

城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)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(guò)變壓器轉(zhuǎn)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(zhuǎn)換為高頻交流電，通過(guò)變壓器和牽引變流器將其轉(zhuǎn)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(shù)條件[3]。城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的參數(shù)包括電壓、電流、功率因數(shù)、頻率等多個(gè)指標(biāo)，其中電壓和電流是最基本的參數(shù)。城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)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(shù)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(tǒng)的運(yùn)行參數(shù)需要在設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行合理的設(shè)置，以保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性和高效性。同時(shí)，隨著城市軌道交通技術(shù)的不斷發(fā)展和更新?lián)Q代，牽引供電系統(tǒng)的參數(shù)也需要不斷進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，以適應(yīng)新技術(shù)的應(yīng)用和新需求的提出。

3.城市軌道交通牽引供電的電力技術(shù)分析

3.1基于接觸軌的供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。基于接觸軌的供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是一種常見(jiàn)的城市軌道交通牽引供電方式，其原理是通過(guò)在鐵路軌道旁邊設(shè)置一條接觸軌，將電能傳輸?shù)綘恳囕v上[5]。接觸軌上的電能可以通過(guò)集電鞋等裝置接觸到牽引車輛上的接觸線，再轉(zhuǎn)化為可控的三相交流電，最終通過(guò)牽引電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。在應(yīng)用該技術(shù)的過(guò)程中，首先需要進(jìn)行接觸軌的鋪設(shè)，接觸軌一般鋪設(shè)在軌道的一側(cè)，其長(zhǎng)度和數(shù)量根據(jù)具體情況確定。接觸軌一般由鋼材制成，具有一定的強(qiáng)度和耐腐蝕性。在此基礎(chǔ)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(guò)與接觸軌接觸，將接觸軌上的電能傳輸?shù)綘恳囕v上的接觸線，再將接觸線通過(guò)將電能傳輸?shù)綘恳囕v上，最終驅(qū)動(dòng)牽引電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，推動(dòng)車輛行駛。從該供電技術(shù)的特點(diǎn)來(lái)看，結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，所需的設(shè)備和材料成本也相對(duì)較低。

3.2基于第三軌的供電技術(shù)。第三軌供電是一種直接供電方式，其原理是通過(guò)在軌道旁邊設(shè)置一條導(dǎo)電的第三軌，將電能傳輸?shù)綘恳囕v上。當(dāng)車輛行駛時(shí)，車輛上的集電鞋通過(guò)接觸線與第三軌相連接，從而將第三軌上的電能傳輸?shù)杰囕v上的接觸線中。電能通過(guò)接觸線進(jìn)入車輛內(nèi)部，被轉(zhuǎn)換成可控的三相交流電，最終通過(guò)牽引電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)車輛行駛。在應(yīng)用該技術(shù)的過(guò)程中，第三軌一般鋪設(shè)在軌道的一側(cè)，并通過(guò)支架進(jìn)行固定，在鋪設(shè)時(shí)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(guò)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?shù)綘恳囕v上。集電鞋一般安裝在車輛的車頂部分，與接觸線相連。通過(guò)牽引電機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)車輛行駛。在車輛內(nèi)部，電能需要被轉(zhuǎn)換成可控的三相交流電，從而通過(guò)牽引電機(jī)實(shí)現(xiàn)車輛的牽引和驅(qū)動(dòng)。需要注意的是，在實(shí)現(xiàn)第三軌供電時(shí)，還需要考慮一些安全問(wèn)題，如防止非授權(quán)人員接觸第三軌。同時(shí)，為了保證供電系統(tǒng)的可靠性，還需要對(duì)第三軌及其支架進(jìn)行定期檢修和維護(hù)。從該技術(shù)的特點(diǎn)來(lái)看，第三軌供電系統(tǒng)的電能傳輸過(guò)程中不存在電能轉(zhuǎn)換的環(huán)節(jié)，所以其供電效率較高，同時(shí)由于其采用的是直接供電方式，也可以減少電能損失。同時(shí)，第三軌供電系統(tǒng)具有較高的供電可靠性，因?yàn)槠洳恍枰?jīng)過(guò)變換器等設(shè)備，直接將電能傳輸?shù)綘恳囕v上，因此可以減少供電系統(tǒng)中的故障率。

3.3直流牽引供電系統(tǒng)的絕緣技術(shù)。對(duì)于城市軌道交通牽引直流供電系統(tǒng)的絕緣保護(hù)是十分重要，在城市軌道交通牽引直流供電系統(tǒng)運(yùn)行中，存在著嚴(yán)重的迷流的問(wèn)題，需要通過(guò)絕緣保護(hù)系統(tǒng)來(lái)解決。在牽引直流供電系統(tǒng)中，由于存在電阻、電感和電容等元件，會(huì)產(chǎn)生迷流，進(jìn)而導(dǎo)致電能的損耗和設(shè)備的損壞，影響系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。為了解決這個(gè)問(wèn)題，可以采用絕緣保護(hù)系統(tǒng)來(lái)限制迷流的產(chǎn)生。具體來(lái)說(shuō)，可以將牽引直流供電系統(tǒng)中的直流負(fù)極與正極設(shè)置其絕緣保護(hù)系統(tǒng)，從而防止直流負(fù)極與大地形成迷流回路。此外，還可以采用絕緣監(jiān)測(cè)設(shè)備來(lái)監(jiān)測(cè)牽引直流供電系統(tǒng)的絕緣狀態(tài)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)并處理系統(tǒng)中的故障和隱患，保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性。絕緣保護(hù)系統(tǒng)對(duì)于城市軌道交通牽引直流供電系統(tǒng)的安全運(yùn)行具有重要意義。通過(guò)合理的絕緣保護(hù)措施，可以有效地限制迷流的產(chǎn)生，保證系統(tǒng)的安全性和穩(wěn)定性，從而保障城市軌道交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

3.4交流牽引供電系統(tǒng)的電纜牽引網(wǎng)分段供電與保護(hù)技術(shù)。在城市軌道交通牽引交流供電系統(tǒng)中，采用電纜牽引網(wǎng)和牽引網(wǎng)分段供電的措施可以有效降低電能的消耗，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。首先，電纜牽引網(wǎng)是指將牽引網(wǎng)通過(guò)電纜與供電系統(tǒng)相連接，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引網(wǎng)的供電。電纜牽引網(wǎng)的使用可以減少電能傳輸過(guò)程中的損耗，并可以降低供電系統(tǒng)的故障率。在使用電纜牽引網(wǎng)時(shí)，需要注意電纜的選擇和安裝，以及電纜的接頭和接線等細(xì)節(jié)問(wèn)題。其次，牽引網(wǎng)分段供電是指將牽引網(wǎng)分段進(jìn)行電能傳輸，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線路進(jìn)行分段保護(hù)。牽引網(wǎng)分段供電的方式可以有效減少故障發(fā)生時(shí)的影響程度，并可以提高供電系統(tǒng)的可靠性。在實(shí)施牽引網(wǎng)分段供電時(shí)，需要將牽引網(wǎng)分為上下兩條線路，分別進(jìn)行支撐，并將兩條線路并聯(lián)起來(lái)。同時(shí)，還需要對(duì)區(qū)間中的線路進(jìn)行分段的電能傳送，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)線路進(jìn)行分段保護(hù)。為了保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性，還需要對(duì)變壓器進(jìn)行統(tǒng)一管理，并對(duì)牽引網(wǎng)、電纜、接頭、接線等進(jìn)行嚴(yán)格的檢查和維護(hù)。特別是在牽引網(wǎng)分段供電時(shí)，需要定期檢查牽引網(wǎng)的接頭和接線等細(xì)節(jié)問(wèn)題，以確保供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。采用電纜牽引網(wǎng)和牽引網(wǎng)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(tǒng)的電能消耗，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。在實(shí)施過(guò)程中需要注意對(duì)細(xì)節(jié)問(wèn)題的把握和維護(hù)工作，從而保障供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

4.總結(jié)：

城市軌道交通牽引供電技術(shù)具有一定的復(fù)雜性，其中的供電網(wǎng)絡(luò)、絕緣保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)環(huán)節(jié)對(duì)于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性具有至關(guān)重要的作用。在牽引供電技術(shù)的選擇上，基于接觸軌和第三軌是目前較為常見(jiàn)的兩種技術(shù)路線，每種技術(shù)都有其適用范圍和局限性。對(duì)于牽引交流供電系統(tǒng)，采用電纜牽引網(wǎng)和牽引網(wǎng)分段供電的措施可以有效降低電能的消耗，提高系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性。而在牽引直流供電系統(tǒng)中，采用絕緣保護(hù)系統(tǒng)可以有效限制迷流的產(chǎn)生，保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。在城市軌道交通建設(shè)中需要基于實(shí)際情況，合理應(yīng)用各種供電技術(shù)，從而提升城市軌道交通的安全性與穩(wěn)定性。

引用出處

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