城市轨道交通互通互联中牵引供电系统的关键技术浅析

李先敏

摘要：牵引供电系统是轨道交通运输的基础设施。目前国内城市轨道交通的牵引供电系统，多以交流式为主。从实际应用效果来看，具有经济性好、可靠性高、适应性强等一系列优势。在设计和构建交流牵引供电系统时，需要考虑其供电制式的选择，这直接影响到轨道交通建设标准以及资源的共享，对市域铁路、国铁或地铁的互联互通也有极大的影响。因此，必须掌握其中的一些关键技术，包括牵引变电站的电气主接线技术、继电保护配置技术等。只有选择合适的技术方案，才能保证牵引供电系统的稳定运行，保障城市轨道交通车辆的行驶安全，同时满足城市轨道交通互通互联的发展需要。

关键词：城市轨道交通;牵引供电系统;继电保护;电气主接线

引言：作为城市轨道交通的核心组成，牵引供电系统中包含了主变电所、牵引变电所、接触网、回流线路等部分。随着城市轨道交通运行荷载的增加，以及电气系统结构的复杂化、电气设备种类的多样化，对牵引供电系统提出了更为严格的要求。探究牵引供电系统中关键技术的创新与应用，既是保证当下城市轨道列车稳定运行的基础内容，同时也是促进我国城轨交通事业发展的必要条件。本文以交流牵引供电系统为例，对其关键技术进行了简要探讨。

一、城市轨道交通牵引供电系统的形式

1、直流式

城市中的变电所、牵引网以及接触网的设计和搭建方式主要采用直流750V或直流1500V的供电方式。此类型的牵引网采用了双边供电方式，若出现线路故障则换用大双边供电方式，从而达到跨越区域供电的效果。此外，直流制供电方式还采用了杂散电流保护机制。其应用优势在于接触网无分相、列车运行顺畅，但是缺点也比较明显，例如造价相对较高，需要使用换向环等机械装置，增加了故障发生率。因此，现代城市轨道交通的牵引供电系统，逐渐用交流牵引电机代替直流牵引电机。

2、交流式

交流制式的牵引供电系统，则采用25千伏特的交流电进行传输，牵引变电所多采用单向的“电压—电压”相接方式，变电所内装配有两部变压器，这两部变压器多采用双绕组的单相变压方式，它们结合在一起构成了一角开口的三角形结构，其中被接入电网的端口是高压侧的两个开口端以及一个公共端口，接地的一端是低压侧的公共端，其他两个开口端分别与牵引侧母线相接。在降压系统的设计上，采用了“终端降压+区间加压”相结合的方式，在满足区间内照明系统正常用电和稳定运行的前提下，达到了终端降压的目标。交流牵引供电系统的结构如图1所示。

3、交流牵引供电系统的应用优势

结合实践应用效果，交流牵引供电系统的优势主要体现在三个方面：（1）经济性好。牵引供电和动力照明等不同的系统，分别独立使用电缆，相比于直流模式下的合用电缆，能够降低一定的费用。交流系统中，不需要安装迷流防护装置、整流机组、储能装置，在硬件设备的采购、安装与后期维护上，也可以节省一大笔可观的费用。从另一方面来看，由于硬件设备减少，对场地空间的占用也随之减少，用地成本降低。（2）可靠性高。由于交流牵引供电系统的结构组成相对简便，删减了串联元件、换向环、整流机组等，因此后期维护方便，整个系统的运行更加稳定、可靠，相同工作环境下发生故障的概率更低。另外，采用分段供电技术、状态辨识技术，也可以做到交流系统故障隐患的早发现、早处理，也有助于系统可靠性的提升。（3）适用性强。采用综合自动化系统对交流牵引供电系统进行运行管控，可以适用于不同的环境。

二、城市轨道交通交流牵引供电系统关键技术

1、牵引变电站位置的选择

在设计牵引变电站的布设位置时，需要综合考察各种影响因素，例如交流牵引供电系统的网络结构，以及不同区间的电压等级等。另外，出于成本控制和维护管理方面的考虑，不可能做到一个列车站设计一座牵引变电站。因此在选择位置时，还要照顾到多个列车站正常用电的需求。技术人员应设计多套牵引变电站位置设计方案，然后从电压损失、网络能耗等方面，再进行对比、择优，最终确定出最佳的牵引变电站布设位置。

2、牵引变电站电气主接线

技术人员在明确了牵引变电站安装位置后，从变电站中引出1条母线，然后再分成2条电压为27.5kV的分线，每条分线连接一组整流器组。在交流牵引供电系统正常运行时，只接入一个整流器组，另一个为备用。若正在运行的整流器组发生故障，则自动投切到另一台设备，从而确保了牵引变电站可以保证持续性供电。另外，该系统中还应用了直流馈线技术。在某个区间内，相互配合形成了接触网双向供电。即便是2台整流器组均发生了故障，也能够通过接触网单边供电，满足城市轨道列车的正常用电需要。

3、牵引变电站继电保护配置

在继电保护装置方面，使用微机保护。硬件安装方面，通常情况下不需要单独使用框架泄露保护。根据保护对象不同，选择合适的继电保护技术，也是需要重点关注的内容。（1）在环网进出线柜连接中，高压电源进出线、独立牵引电源进出线，分别提供独立的端口，保證线路不会产生交叉、冲突。将光纤差动保护作为主保护，同时为了提高继电保护效果，选择电流比较保护作为备用保护。两者相互配合，进一步提高了变电站稳定与安全运行的效果。（2）对于继电保护装置的本体，可以选择的保护技术也有多种，比较常用的有过电流保护、失压保护等等。（3）对于牵引变压柜，由于分设两条支路，每条支路的保护技术也有差异。其中，对于牵引支路可以采取电流速断保护、过流保护;对于回流支路，可以采取电压保护。（4）对于交流上网馈线柜，也是采用主备双保护。主保护采用di/dt+Δi作为主保护，以电流速断保护、双边链条保护作为后备保护。

结语：互联互通可以有效沟通国铁、市城铁路以及地铁，方便在不同轨道交通形式间进行部分直通客流，因此设计并选择能够相互兼容的牵引方式、供电制式和信号系统显得尤为关键。随着我国城市轨道交通建设规模的不断扩大，电气系统结构的日趋复杂，关于牵引供电系统设计与使用的优化与研究也成为一项重点课题，目前，交流牵引供电系统由于具有可靠稳定、性价比高等优势，逐渐成为城市轨道交通系统的首选。在应用这种模式时，需要从牵引变电站位置的科学选择、电气主接线的设置以及继电保护技术等方面，把握其中的一些关键技术，才能真正保证供电的稳定与持续，进而有效的保障城市轨道交通车辆的运行安全。

参考文献：

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