城市轨道交通交流供电系统运行方式的研究

城市轨道交通交流供电系统运行方式的研究

高攀

武汉地铁运营有限公司  430033

摘要：城市轨道交通交流供电系统主要是由交流电源环网系统和直流牵引网两部分组成的，能够克服直流和交流牵引供电制式各自的缺点，是新一代轨道交通更好的选择。本文以城市轨道交通交流供电系统为主要研究对象，对城市轨道交通的三种环网供电方式以及直流牵引网的调整方法进行阐述，分析了城市轨道交通供电系统的运行方式，为保证城市轨道交通列车运行提供稳定可靠的供电电源奠定基础。

关键词：城市轨道交通；供电系统；运行方式调整

一、引言

城市轨道交通目前已经成为很多城市的主要交通工具，有着很大的客流量，与此同时，各车站之间的距离也较小。由于作为城市公共交通，列车在运输过程中的启动和停靠时间都很短，为了保证城市轨道交通机车的安全稳定运行，目前供电系统一般采用接触网不存在分相的直流供电制式，但会产生杂散电流。道床中的直流杂散电流流动，会对道床中金属结构造成一定的电化学腐蚀。该种化学腐蚀会对城市轨道交通系统的隧道或者桥梁主体结构以及线路经过的建筑结构以及地下金属管道等都造成不同程度的损害。目前我国在对城市轨道中的杂散电流的研究不断深入，但是对杂散电流的治理效果却不尽如人意，杂散电流对城市轨道交通的危害仍然存在，希望在未来的发展中能够进一步解决相关问题。

二、城市轨道交通供电的几种方式

（一）集中式供电

集中式供电模式是指沿城市轨道交通线路建设一个或多个主要变电站（主要变电站是外部供电系统中必不可少的部分），所有牵引变电站和降压变电站（这两个变电站都属于牵引供电系统和电力照明系统）都是由几座变电站供电的供电方式。特点是集中式电源模式主变电站一次侧电源由上一级高压区变电站110kV或66kV（东北电网）两个独立电源引入，形成独立的电力系统。目前，主要变电站的输出仅为沿线牵引电源系统和电源照明系统，不向附近用户供电，不易受其他负载影响，电源可靠性高，并且便于维护和管理。由于采用集中式电源方式建设独立的主要变电站，建设费用相对较高，上海、广州等部分城市采用集中式供电方式。为了提高供电的可靠性，集中供电模式下主变电站的连接通常采用桥接布线（包括内桥接布线和外桥接布线），因此需要2台变压器，造价成本较高，主变电站的输出在我国通常分别有35kV和10kV两个电压等级。通常，城市轨道中压环网的电压等级一般为35kV和10kV，这种电压会被送到铁路沿线的牵引变电站和降压变电站。中压环网通常有双环辐射型、电缆单环网、电缆双环网三种，目前中压环网广泛使用，成本合理，电源可靠性高。中电压环网的连接方法是电缆双环网。

（二）分散式供电

分散式供电模式是指牵引变电站和降压变电站在不新建专用的主变电站的情况下，从附近的城市输电网导入中电压电源的供电模式。城市输电网不仅需要向城市供电，还需要向轨道交通牵引变电站和降压变电站进行供电。导致整个供电系统的可靠性变差，附近城镇用户的用电也会对城市轨道交通造成一定的影响。分散式供电模式下的中压环网连接方式与集中式供电模式相同，都能够从城市电网中引入。分散式供电平均每3-5个车站就可以引入两路电源，与城市电网的接口增多，在很大程度上受城市输电网的负荷干扰、导致供电的质量和可靠性降低[2]。供电系统总体独立性低，这不利于城市轨道交通的运营管理和集中监控，对供电系统的稳定可靠性造成影响。分散式供电的进线电源具有点多线长的特点，研究分散式供电信号电源控装置对保证行车安全和运输畅通具有重要的意义。

（三）混合式供电

混合供电方式共同采用上述两种连接方式，可充分利用城市电网的资源，节约投资，但供电可靠性不如集中供电方式，管理亦不够方便。集中式电源方式是主要方式，分布式电源方式互补。主要原因是集中式电源方式下，中电压网络距离主要变电站较远，对末端电压损耗较大，中压网络末端的电压损耗不能满足要求时，中压电源通常作为集中式电源方式从城市电网引入。补充以满足中压电源网络结束时电压损耗的允许值≤5%的要求[3]。采用此种供电模式，投资相对平稳，能够满足可靠性和相应的技术指标，因此也是一种广泛使用的供电方法。

简而言之，为构建城市铁路运输供电系统而选择的特定供电模式取决于城市电网的实际状况和铁路线的分布以及城市电网的实际容量。另外和经济因素等其他因素也有着很大的关系。需要根据实际的当地情况来选择。

在城市轨道交通中由于地理位置处于城市市内，附近的用电用户多而杂，采用分散式供电对轨道交通的列车稳定运行反而会有许多不稳定的因素，常见的城市轨道交通大多采用集中式供电；对于城市边缘线路或许因地理位置、经济等多种原因，也会局部采用分散式从地方的电网直接取电。

三、城轨直流牵引供电系统运行方式调整

城市轨道交流电源系统由主变电站和中压环网两部分组成，在运行过程中需要互相派送和调整。与其他电源系统不同，城市轨道交通的直流牵引电源系统具有明显的特性，因此其工作模式也不同于其他电源系统。城市轨道直流牵引电源系统具有两种工作模式：正常运行模式和非正常运行模式。在正常运行模式下，相邻的牵引变电站为它们之间的区间线路列车供电，这种供电模式被称为双边供电。车辆段内的接触网从该车辆段内的牵引变电站引出电力。停车场内的机车从停车场的牵引变电所引出电力。当城轨线路中某一牵引变电所发生解列而退出行时（该牵引变电所不包含线路端头牵引变电所），由此变电所相邻的两个牵引变电所为原供电区间进行供电，此种供电方式称为大双边供电。当线路端头的牵引变电站因故障而退出时，与牵引变电站相邻的牵引变电站将向原来的电源部分供电。当停车场的牵引变电站因故障而停止时，干线牵引变电站必须通过接触网向牵引变电站的原电源段供电。

（一）正常运行方式

正常运行时，各牵引变电站的两套牵引整流机组都投入运行，实现24脉波整流，同一供电分区由本变电站和相邻变电站各经一路馈线同时供电，即双机组双边供电。此时牵引网电压质量较好，且能耗较低。正常运行方式时，各牵引变电站的直流进线开关、馈线开关及上网柜开关和负极柜都处于闭合状态，纵联柜开关处于断开状态。

（二）非正常运行方式

北京地铁采用的是直流750V供电系统，主接线主要采用双母线系统，牵引变压器和整流装置整体称为整流机组，设有直流工作母线和直流旁路母线，直流母线上设置四路馈出线，馈线开关采用直流快速断路器，经上网柜后于接触轨相连，四路馈线还分别经过旁路电动隔离开关与备用母线相连，整流机组通过总闸给750V正母线供电，母线由两路进线供电，然后经分闸和馈出电缆接到直流配电柜。750V系统与整流器之间，正极连接为直流快速断路器，负极连接为负极柜。

非正常供电是指750V直流母线只由一套整流机组供电的情形，由于故障或检修等原因，本站两套机组中的一套退出运行，另一套继续运行；馈电方式和正常运行时相同，同一供电分区由本变电站和相邻变电站各经一路馈线同时供电。这时，牵引变电站整流方式将由双机组等效24脉波变成单机组12脉波，所以，此种方式不允许长期运行。此时，除机组的直流进线开关断开外，其余开关的状态与正常供电时相同。由于故障或检修等原因，两套机组中的一套退出运行，停止向同一个供电分区供电，此种供电方式的牵引网电压质量较差，能耗也较大，因此不能作为直流牵引供电系统经常运行的方式。

结语：在城市轨道交通中，交通电流的供电是非常重要的环节，一旦出现供电系统故障，根据实际情况灵活运用各种供电方式，两种调整运行方式协同调整更具有灵活性和高效性，能够有效保障轨道交通的持续供电。因此，在城市建设中，要不断完善城市轨道交通交流供电系统的运行，结合实际情况和经验进行分析判断，灵活运用两种调整运行方式，做好城市轨道交通的运行管理，在出现问题的时候要能够以最快的速度解决，保障城市轨道交通的可靠性和稳定性。保障轨道交通的持续供电，并应尽快组织人员进行故障处理，尽快恢复正常的供电方式，保障供电系统设备和行车的安全性和稳定性。

参考文献：

[1]李楠.城市轨道交通交流供电系统运行方式研究[D].西南交通大学.

[2]王刚，王锐.城市轨道交通供电系统的供电方式研究[J].中国新技术新产品，2015(24):1.

[3]王雅茹.地铁牵引供电系统故障测距研究[D].西南交通大学，2014.