城市轨道交通牵引供电及电力技术分析

文/胡子超

随着城市化进程的加速，城市轨道交通作为城市公共交通的重要组成部分，近些年也获得了较快的发展。牵引供电作为城市轨道交通的核心技术之一，保证了城市轨道交通的安全、稳定和高效运行。因此，对城市轨道交通牵引供电及电力技术进行分析和研究，对于保障城市轨道交通系统的正常运行和提高城市轨道交通运行效率具有重要意义。基于以上认识，本文从城市轨道交通牵引供电系统概念以及运行方式参数出发，分析现阶段主要的城市轨道交通牵引供电的电力技术，希望该研究能够为城市轨道交通牵引供电及电力技术的有效应用提供一定的思路。

1.城市轨道交通牵引供电系统概述

城市轨道交通牵引供电系统是城市轨道交通运行的核心系统，系统主要由变电站、接触网、配电室、牵引变流器、牵引电机、牵引车辆等多个部分组成。变电站负责将电力系统的交流电能转换为牵引系统所需要的直流电能，接触网负责将直流电能传输到牵引车辆上，配电室负责对牵引供电系统进行配电和控制。牵引变流器是将接触网上的直流电转换为可控的三相交流电的装置，牵引电机则将牵引变流器输出的电能转化为机械能，驱动牵引车辆行驶。牵引供电系统的工作原理是将变电站提供的交流电能，经过牵引变流器转换为可控的三相交流电，再通过接触网传输到牵引车辆上，最终通过牵引电机将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。牵引供电系统是城市轨道交通的核心技术之一，其性能的稳定性、可靠性和高效性直接影响城市轨道交通系统的运行效率和运行安全。根据不同的供电方式，城市轨道交通牵引供电系统可分为第三轨供电系统、架空接触网供电系统和有轨电车供电系统三种。其中，第三轨供电系统是将电能通过地下的第三轨传输到牵引车辆上，是一种较为传统的供电方式，使用较为广泛；架空接触网供电系统则是通过架设在铁路上空的接触网，将电能传输到车辆上，是一种较为现代化的供电方式；有轨电车供电系统是一种以车体为传导载体，通过接地回路来完成牵引供电的方式，其优点在于结构简单，成本较低。城市轨道交通牵引供电系统的特点主要有两个方面，一方面是对电力质量的要求较高，包括电压、电流、频率等多个参数需要保持稳定和精确，以保障车辆的安全运行；另一方面是对供电可靠性的要求较高，牵引供电系统需要保证在各种情况下都能正常供电，避免出现断电或者过载等情况，保证城市轨道交通系统的运行安全。

2.牵引供电系统的运行方式和参数

城市轨道交通牵引供电系统的运行方式通常有两种，即直供直接供电和间接供电。直供直接供电是将交流电通过变压器转换为牵引车辆所需的直流电，直接供给牵引车辆使用；间接供电则是将交流电转换为高频交流电，通过变压器和牵引变流器将其转换为牵引车辆所需的直流电，最终供给牵引车辆使用。这两种方式各有优劣，具体选用哪种方式取决于具体的需求和技术条件[3]。城市轨道交通牵引供电系统的参数包括电压、电流、功率因数、频率等多个指标，其中电压和电流是最基本的参数。城市轨道交通牵引供电系统的电压通常在600V到750V之间，而电流通常在2000A到3000A之间，功率因数则需要保持在0.8以上，频率则为50Hz。城市轨道交通牵引供电系统的运行参数需要在设计时进行合理的设置，以保证系统的稳定性、可靠性和高效性。同时，随着城市轨道交通技术的不断发展和更新换代，牵引供电系统的参数也需要不断进行优化和调整，以适应新技术的应用和新需求的提出。

3.城市轨道交通牵引供电的电力技术分析

3.1基于接触轨的供电网络技术。基于接触轨的供电网络技术是一种常见的城市轨道交通牵引供电方式，其原理是通过在铁路轨道旁边设置一条接触轨，将电能传输到牵引车辆上[5]。接触轨上的电能可以通过集电鞋等装置接触到牵引车辆上的接触线，再转化为可控的三相交流电，最终通过牵引电机将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。在应用该技术的过程中，首先需要进行接触轨的铺设，接触轨一般铺设在轨道的一侧，其长度和数量根据具体情况确定。接触轨一般由钢材制成，具有一定的强度和耐腐蚀性。在此基础上安装集电鞋，用于接触轨和牵引车辆接触的装置，其一般安装在车辆的车顶部分。集电鞋通过与接触轨接触，将接触轨上的电能传输到牵引车辆上的接触线，再将接触线通过将电能传输到牵引车辆上，最终驱动牵引电机将电能转化为机械能，推动车辆行驶。从该供电技术的特点来看，结构相对简单，所需的设备和材料成本也相对较低。

3.2基于第三轨的供电技术。第三轨供电是一种直接供电方式，其原理是通过在轨道旁边设置一条导电的第三轨，将电能传输到牵引车辆上。当车辆行驶时，车辆上的集电鞋通过接触线与第三轨相连接，从而将第三轨上的电能传输到车辆上的接触线中。电能通过接触线进入车辆内部，被转换成可控的三相交流电，最终通过牵引电机将电能转化为机械能，驱动车辆行驶。在应用该技术的过程中，第三轨一般铺设在轨道的一侧，并通过支架进行固定，在铺设时需要考虑到其与轨道之间的距离，以保证牵引车辆可以接触到第三轨。牵引车辆通过装有集电鞋的接触线与第三轨相接触，将第三轨上的电能传输到牵引车辆上。集电鞋一般安装在车辆的车顶部分，与接触线相连。通过牵引电机将电能转化为机械能，从而驱动车辆行驶。在车辆内部，电能需要被转换成可控的三相交流电，从而通过牵引电机实现车辆的牵引和驱动。需要注意的是，在实现第三轨供电时，还需要考虑一些安全问题，如防止非授权人员接触第三轨。同时，为了保证供电系统的可靠性，还需要对第三轨及其支架进行定期检修和维护。从该技术的特点来看，第三轨供电系统的电能传输过程中不存在电能转换的环节，所以其供电效率较高，同时由于其采用的是直接供电方式，也可以减少电能损失。同时，第三轨供电系统具有较高的供电可靠性，因为其不需要经过变换器等设备，直接将电能传输到牵引车辆上，因此可以减少供电系统中的故障率。

3.3直流牵引供电系统的绝缘技术。对于城市轨道交通牵引直流供电系统的绝缘保护是十分重要，在城市轨道交通牵引直流供电系统运行中，存在着严重的迷流的问题，需要通过绝缘保护系统来解决。在牵引直流供电系统中，由于存在电阻、电感和电容等元件，会产生迷流，进而导致电能的损耗和设备的损坏，影响系统的稳定性和安全性。为了解决这个问题，可以采用绝缘保护系统来限制迷流的产生。具体来说，可以将牵引直流供电系统中的直流负极与正极设置其绝缘保护系统，从而防止直流负极与大地形成迷流回路。此外，还可以采用绝缘监测设备来监测牵引直流供电系统的绝缘状态，及时发现并处理系统中的故障和隐患，保证系统的安全性和稳定性。绝缘保护系统对于城市轨道交通牵引直流供电系统的安全运行具有重要意义。通过合理的绝缘保护措施，可以有效地限制迷流的产生，保证系统的安全性和稳定性，从而保障城市轨道交通系统的正常运行。

3.4交流牵引供电系统的电缆牵引网分段供电与保护技术。在城市轨道交通牵引交流供电系统中，采用电缆牵引网和牵引网分段供电的措施可以有效降低电能的消耗，提高系统的效率和稳定性。首先，电缆牵引网是指将牵引网通过电缆与供电系统相连接，从而实现对牵引网的供电。电缆牵引网的使用可以减少电能传输过程中的损耗，并可以降低供电系统的故障率。在使用电缆牵引网时，需要注意电缆的选择和安装，以及电缆的接头和接线等细节问题。其次，牵引网分段供电是指将牵引网分段进行电能传输，从而实现对线路进行分段保护。牵引网分段供电的方式可以有效减少故障发生时的影响程度，并可以提高供电系统的可靠性。在实施牵引网分段供电时，需要将牵引网分为上下两条线路，分别进行支撑，并将两条线路并联起来。同时，还需要对区间中的线路进行分段的电能传送，从而实现对线路进行分段保护。为了保证供电系统的稳定性和安全性，还需要对变压器进行统一管理，并对牵引网、电缆、接头、接线等进行严格的检查和维护。特别是在牵引网分段供电时，需要定期检查牵引网的接头和接线等细节问题，以确保供电系统的正常运行。采用电缆牵引网和牵引网分段供电的措施可以有效降低城市轨道交通牵引交流供电系统的电能消耗，提高系统的效率和稳定性。在实施过程中需要注意对细节问题的把握和维护工作，从而保障供电系统的正常运行。

4.总结：

城市轨道交通牵引供电技术具有一定的复杂性，其中的供电网络、绝缘保护等关键技术环节对于系统的稳定性和安全性具有至关重要的作用。在牵引供电技术的选择上，基于接触轨和第三轨是目前较为常见的两种技术路线，每种技术都有其适用范围和局限性。对于牵引交流供电系统，采用电缆牵引网和牵引网分段供电的措施可以有效降低电能的消耗，提高系统的效率和稳定性。而在牵引直流供电系统中，采用绝缘保护系统可以有效限制迷流的产生，保障供电系统的稳定性和安全性。在城市轨道交通建设中需要基于实际情况，合理应用各种供电技术，从而提升城市轨道交通的安全性与稳定性。

引用出处

[1]钟迪盛.城市轨道交通牵引供电及电力技术研究[J].科技与创新,2022(20):56-58.DOI:10.15913/j.cnki.kjycx.2022.20.018.

[2]鲍鸣.城市轨道交通中的牵引供电技术应用[J].集成电路应用,2022,39(05):44-45.DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2022.05.014.

[3]李增全.城市轨道交通牵引供电系统关键技术分析[J].集成电路应用,2022,39(04):140-141.DOI:10.19339/j.issn.1674-2583.2022.04.057.

[4]梁辉.城市轨道交通牵引供电及电力技术的应用研究[J].居业,2021(04):70-71.

[5]刘维,陈亚慧.城市轨道交通牵引供电及电力技术探究[J].中小企业管理与科技(下旬刊),2020(05):166-167.