中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用

陈启德

摘要：目前，城市交通的拥堵不堪、城市用地的日趋紧张以及各式交通工具对城市环境的污染程度的上升，使得城市地铁的发展成为了解决以上问题的关键，地铁供电系统对我国轨道交通的发展发挥着重要作用。文章对中压交流并网供电技术的构成、优点、控制参数等主要内容，中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用以及其应用的意义进行了介绍。

关键词：中压交流电；并网供电技术；城市交通轨道；地铁列车；城市交通 文献标识码：A

中图分类号：U416 文章编号：1009-2374（2017）02-0051-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.02.024

伴随着现代经济的高速发展，城市交通轨道的规模不断扩大，运营系统也在不断成熟，面对着形形色色的交通方式，地铁已经成为现代人在城市生活中的最佳选择，在现代生活的发展过程中，地铁凭借着运输量大、运输速度快的优势在解决城市用地和交通拥挤等问题上发挥着不可替代的作用。供电系统是地铁工程中最重要的系统之一，它能够有效地为地铁列车和各种辅助设备提供电能，而供电技术作为供电系统的关键，中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用是地铁安全可靠运行的重要保证。

1 中压交流并网供电技术概述

1.1 中压交流并网供电技术的优点

中压交流并网供电技术的优点在于有效地改善了传统的交叉式供电系统结构复杂，设备笨重且数量多，成本高，可靠性低且不易于维护的劣势，其在地铁列车供电系统上的应用能够达到简化电路，易于控制的目的，并且保证地铁列车的安全运行。

1.2 中压交流并网供电技术的控制参数

中压交流并网供电技术的控制参数与地铁供电系统的逆变器输出端有直接关系，通常相关热源会采用测量公用电流和电压的方式对中压交流并网供电技术的控制参数进行测量，这免除了过去传统的对每个电机分别进行速度测量的繁琐的过程，有效地提高了工作效率，保证了工作质量。

2 中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用

中压交流并网供电技术的出现和其在城市交通轨道上的应用，使得城市地铁列车的供电辅助系统更加成熟，在运行过程中也更加安全可靠。现阶段，中压交流并网供电技术已在大中型城市的地铁辅助供电系统上得以应用，相比于传统的交叉式供电结构，中压交流并网供电技术能够更加快速、准确地应对地铁在运行过程中可能出现的各类供电故障情况，为地铁的安全平稳运行提供了安全保障。

2.1 中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用原理

中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用原理在于三点：当地铁列车再生制动时、当地铁列车处于加速状态时、当地铁列车出现惰行状况时。下面对这三种应用原理分别进行介绍。

2.1.1 当地铁列车再生制动时，中压直流电将会发出牵引动作，致使整个电网出现电压升高的状态，这时需要中压交流并网供电技术进行电压平衡工作，其工作路径是利用变换器改变电路模式，使得地铁列车供电系统的超级电容组再生制动能量，达到降低直流并牵引电网电压的目的。

2.1.2 当地铁列车处于加速状态时，与第一种情况恰恰相反的是，中压直流电将会发出牵引动作，致使整个电网出现电压降低的状态，当然此时直流牵引电网电压也将会被拉低，中压交流并网供电技术进行电压平衡工作，其工作路径是用过控制器改变电路模式，使得地铁列车供电系统的储能装置与电网实现导通，这样一来可以达到降低地铁列车供电系统的峰值，由此可以达到节能减排的目的。

2.1.3 当地铁列车出现惰行状况时，地铁列车供电系统的能量存储状态可能会出现与正常运行过程中的差异，这时则需要中压交流并网供电技术进行电容平衡工作，其工作路径是借助控制器对地铁列车供电系统的能量存储状态进行平衡，以达到能量存储平衡的目的。

总之，中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用是为了解决地铁列车运行过程中可能出现的种种问题而存在的。

2.2 中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用系统

2.2.1 地铁列车辅助供电系统概述。

首先，地铁列车的辅助供电系统的基础设备有逆变器，在辅助供电系统不断成熟和发展的过程中，尤其是中压交流并网技术的应用，辅助供电系统越来越精简、越来越实用。

其次，地铁列车根据电压的不同，可分为高压、中压和低压，中压交流并网供电技术在地铁辅助供电系统中的应用电压一般为400/230V，如果地铁列车因某些不可抗力的原因出现供电方面紧急状况时，中压交流并网技术与辅助供电系统最长可紧急供电45分钟。

最后，地铁列车的辅助供电系统主要服务于地铁的车厢内外照明、空调、空压机以及牵引冷却风机等部分，对地铁的整体运行情况有着重要的影响和意义。

2.2.2 地铁列车辅助供电系统结构。传统的地铁列车辅助供电系统结构，多利用交叉式供电方式，其结构具有一定的复杂性和多样性，而新型的地铁类车辅助供电系统则利用了新型的中压交流并网供电技术，其系统具有集中化和精简化的优势（详情可参考图1：地铁列车辅助供电系统结构）。

图1 地铁列车辅助供电系统结构

2.3 中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用模式

就现阶段中压交流并网供电技术的成熟度来说，其在地铁列车的应用可分为电阻耗散型、逆变回馈型以及超级电容储能型三种模式。

2.3.1 电阻耗散型是当前国内外大中型城市地铁列车中常用的中压交流并网供电技术应用模式，其应用原理与地铁列车再生制动时相似，但容易造成能源的不合理利用，对节能环保的现代绿色出行方式造成影响。

2.3.2 逆變回馈型应用模式主要是通过大功率电子逆变器进行电压平衡来保证辅助供电系统的正常运作。其优势在于节能环保，完成速度快，对外界温度影响较小，而缺点在于设备损耗大，电路结构复杂，维护费用高，增加地铁运行的整体费用。

2.3.3 超级电容储能型是利用中压交流并网供电技术，并借助控制器对地铁列车供电系统的能量存储状态进行平衡。

3 中压交流并网供电技术在地铁列车上应用的意义

3.1 提高地铁的节能效果

中压交流并网供电技术在地铁列车上的逆变回馈行应用模式对外界环境的温度影响较小，同时能够有效地达到节能减排的效果。之所以能够产生这样的效果是因为中压交流并网供电技术在地铁列车上的逆变回馈行应用过程中能够有效地减少制动电阻因散热而产生的能耗，并减轻地铁列车的重量，从而达到节能减排的明显效果。众所周知，现代社會不仅仅是经济发展的社会，是绿色环保的社会，更是资源节约型和环境友好型的社会，中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用不仅符合绿色环保的时代主题，更能够对改善城市环境、提高城市居民生活质量、减缓全球变暖速度起到十分重要的作用。

3.2 增加整体效益

中压交流并网供电技术在地铁列车上超级电容储能型的应用中具有结构简单、效率高等优点，由此可以知道中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用可以有效地增加整体的运营效益。

当地铁列车开始运行时，通过中压交流并网供电技术在地铁列车上超级电容储能型的应用，并利用其平衡电容的功能，避免地铁列车的相关用电设备受到干扰，使地铁列车的整体运行变得既轻松又简单。

3.3 促进城市交通发展

中压交流并网供电技术在地铁列车上应用的最大意义在于促进城市交通的进一步发展，地铁列车在大中型城市的应用为解决城市交通拥挤不堪和城市能源和土地资源匮乏问题提供了新的方向，并促进了城市居民更好地使用高效、便捷、优质的公交出行服务。中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用也将进一步提高地铁列车运行的安全程度，保证乘客的使用安全，提高城市居民日常的机动性，促进城市居民生活节奏的加快，对于提高城市居民的生产积极性和生产力有着巨大的帮助，进而推动现代经济的进一步发展，为我国能够更快更好地迈向现代化社会做出了巨大的贡献。

3.4 环网接线中的应用

通过以上的分析了解到中压交流并网供电技术在地铁列车中的作用，在地铁行业中得到广泛的应用，其中环网接线则主要应用了中压交流并网供电技术，与传统供电技术相比，具有供电可靠性高、安全性高等优势。传统的环网接线方式在供电网络运行的过程中，一旦供电线路出现故障，则需要消耗大量的经济以及花费大量的时间进行维修，而且在维修过程中还需要进行人工倒闸，只有在维修完成之后才能恢复正常供电，总的来说供电稳定性较差。而地铁列车环网接线应用了中压交流并网供电技术，有两个独立的平行电源，一旦一个电源出现问题，另一个电源会正常供电，并不会影响环网的正常运行。在维修过程中，主要将故障区域隔离，再对其进行维修，保证非故障区域正常供电，进而保证环网运行的可靠性。环网主要利用合并开关的方式对线路进行控制，提高环网控制的可靠性，弥补了传统供电系统的弊端。

3.5 地铁中压交流环网系统的应用

环网系统是保证地铁列车正常运用的关键，随着人们对地铁交通的重视，对地铁列车运营的安全性也越来越重视，在科学技术飞速发展下，地铁列车环网系统也在不断改进和创新，将中压交流并网供电技术应用供电网络设计中，主要需要做到以下三点：

3.5.1 供电线路的容量应留有一定的容量空间，避免负荷过高或用电量增加而影响到供电系统的稳定性。

3.5.2 应保证线路连接简单，保证系统运行的经济性、灵活性以及可靠性，同时更便于后期的维修维护工作。

3.5.3 由于地铁交通的发展极为迅速，环网系统的用电量也在不断增加，因此为了满足地铁未来的发展趋势，在环网系统设计中应留有备用线路。另外，中压交流并网供电技术的应用，应保证环网设计按照最高标准设计，一旦某一条线路发生故障，备用线路承载最大负荷时，需要保证供电系统能够正常工作，这样才能保证地铁列车运行的安全性、可靠性。

4 结语

中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用对城市交通国道发展的意义和作用，城市交通轨道发展到今天经历了十分复杂和漫长的过程，每一个细节、每一个过程都需要相关人员悉心钻研和拿捏。现阶段，中压交流并网供电技术在地铁列车上的应用还在不断优化和不断进步，传统交叉式供电结构与新型中压交流并网供电技术的融合和发展也在不断推进当中，同时这也将是现代供电技术发展的重要方向，有理由相信，现代供电技术将会有更加广阔的未来，而城市交通的发展也将有着更加美好的明天。

参考文献

[1] 地铁设计规范（GB 50157-2003）[S].

[2] 城市轨道交通技术规范（GB 50490-2009）[S].

[3] 城市轨道交通工程测量规范（GB 50308-2008）[S].

（责任编辑：蒋建华）