城市轨道交通供电系统及电力技术分析

来源:用户上传      作者:

　　【摘 要】城市轨道交通供电系统的稳定性和可靠性是城市轨道交通正常有效运行的重要保障，该文介绍了城市轨道交通供电系统的组成、结构及各技术在地铁中的应用，并对供电系统中的电力技术进行了分析，提出了解决问题的方法。
　　【关键词】城市轨道交通；供电系统；牵引变电；电力技术
　　供电系统是城市轨道交通的动力源泉，负责线路电能的供应和传输，关系到整个城市轨道交通运行的质量和效率。随着城市轨道交通网络越来越发达，运营线路越来越长，对城市轨道交通供电系统可靠性提出了更高的要求，因此研究并探讨其供电系统结构及电力技术分析就具有重要的现实意义。
　　1 城市轨道交通交流牵引供电系统概述
　　列车在运行时候的动力来自于牵引电机，牵引电机有两种，分别是直流牵引电机和交流牵引电机，列车目前采用交流牵引电机的数量越来越多，主要是交流牵引电机的功率承受能力高于直流牵引电机，直流牵引电机具有换向环等机械结构，而交流牵引电机没有，所以交流牵引电机能够在更高的转速下面工作，因此目前轨道交通列车上的直流牵引电机也越来越快的被交流牵引电机锁取代。
　　交流牵引供电系统链接方式为单向链接，它具有两台变压器，变压方式为双绕组单向变压，它的外部结构看起来像是一个开口的三角形，电网的两端分别是高低电压，低压的一端接地，高压的一端是电网的接入端，其他的端口与牵引电机的母线连接，供电系统的终端是需要降压的，所以加了降压系统，但是其他地方，比如照明用电需要偏高一点的电压，所以也就采用了增压系统，这样方便其他用电器正常工作。但是交流牵引供电系统长时间需要处于取流的状态，也就导致了牵引供电系统的接触结构的长期摩擦，需要非常耐磨的材料才能满足这种要求。
　　2 电源系统供电方式
　　城市轨道交通的线路相对较长，供电范围较广，呈线性分布，根据各地城市电网的发达程度以及线路实际情况，大多采用集中式供电、分散式供电和混合式供电3种供电方式。
　　2.1 集中式供电
　　所谓集中式供电，就是沿着城市轨道交通线路，根据用电容量和线路的长度，建立专用的主降压变电所为整条线路供电的外部供电方式。每座主变电所设立两路独立的AC110kV进线电源，保证供电的可靠性，然后将电压降压为城市轨道交通内部供电系统所需的电压等级（一般为AC35kV或AC10kV）。
　　集中式供电有利于城轨交通公司的运营与管理，各变电所由环网供电，可靠性较高。但是需要建立单独的主变电所，并且主变电所需配备2台大功率降压变压器，投资成本较高。集中式供电系统相对独立性较强，自成系统，目前国内外包括上海、广州、南京、香港、德黑兰等地均采用这种供电方式。
　　2.2 分散式供电
　　所谓分散式供电，就是线路沿线分散从城市中压网络引入多路电源，直接或通过电源开闭所间接地为牵引变电所和降压变电所供电的外部供电方式。分散式供电不需要建立主变电所，投资成本相对较低，但是由于直接从城市电网中压引入，供电质量会被周围居民用电影响，供电质量的稳定性较低，也不方便管理。分散式供电与城市电网关系紧密，运营管理相对复杂，最早应用于北京地铁1、2号线，目前长春轻轨、大连轻轨、北京地铁4、5、9等线均在使用。
　　2.3 混合式供电
　　混合式供电是前两种供电方式的结合，以集中式供电为主，个别地段引入城市电网中压作为补充的供电方式。混合式供电是一种介于集中式供电和分散式供电之间的组合供电方式，根据城市电网现状和未来规划以及城市轨道交通供电系统的需要，吸收了前两种供电方式的各自优点，供电方案更为灵活，供电质量较为可靠。
　　目前武汉轨道交通一期工程采用了以集中式供电为主的混合式供电方案，北京地铁10号线二期工程采用的是以分散式为主的混合式供电方案。无论哪种供电方式都要保证牵引供电系统和动力照明系统的供电可靠性，各变电所都应有两路独立的电源进线，互为备用。
　　图1 城市轨道交通供电系统
　　3城市轨道轨道交通供电系统相关技术的探讨
　　3.1 供电系统中谐波分析及治理
　　在城市轨道交通供电系统中由于存在非线性负荷，如牵引整流机组、荧光灯和UPS电源等，会产生大量的谐波，降低电能质量。供电网络中的谐波不仅会对供电线路产生附加损耗，影响系统中电气设备的正常运行，还会对通信系统产生干扰。在直流制牵引供电系统中，整流机组是产生谐波的主要原因。限制谐波的方法有增加整流装置的脉波数，加装无源或有源滤波器等措施。
　　3.2 供电系统中无功功率补偿
　　城市轨道交通中的动力照明系统中包含了大量的低压用电设备，功率因数较低。系统中功率因素過低，会使供电线路中损耗增加，导致变送配电设备发热严重；还会增加供电线路的无功电压降，导致线路末端端电压过低，甚至会导致电压和电流相位差变大，产生较为严重的谐波分量。因此应该进行无功功率补偿来提高系统的功率因因数。
　　3.3 供电系统继电保护技术
　　在城市轨道交通供电系统中，继电保护技术可以对供电的运行起到重要的保护作用，当故障发生时可以快速有效地切除故障设备或进行报警。对于交流供电部分，主要有过负荷保护和零序电流保护，分别应用于负荷过载运行和配电变压器高压侧和进线电缆单相接地故障。对于直流馈线保护，主要有大电流脱扣保护、电流上升率和电流增量保护、过流保护、双边联跳保护、接触网热过负荷保护和自动重合闸等。供电系统继电保护中可以将灵敏性和速动性较高的纵联差动保护措施作为主保护，即用通信信道将输电线两端的保护装置纵向联结，将两端的电气量传送到对端，通过比较后进行判断是否执行保护动作。
　　结语
　　城市轨道交通为人们提供便利的同时，也提出了如何完善城市轨道交通供电系统，如何保证供电系统高效、安全、稳定的运行等难题。该文对城市轨道交通供电系统进行了详细的介绍，并且就供电系统中的关键电力技术进行了分析，这对于城市轨道交通供电系统的改进和优化有着重要的意义，也值得人们对其展开更为深入细致的研究。
　　参考文献：
　　[1] 刘源，程冲.浅析城市轨道交通供电系统的供电方式[J].中国科技投资，2018（11）：185.
　　[2] 罗益.城市轨道交通牵引供电及电力技术分析[J].科技经济导刊，2018，26（21）：81.
　　（作者单位：中铁第四勘察设计院集团有限公司）
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-14815875.htm