地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)比較分析

莊蓉

摘要：現(xiàn)階段牽引供電系統(tǒng)在我國地鐵與鐵路領(lǐng)域中的應(yīng)用較為常見，不僅可以保障地鐵車輛的高效運行，亦推動我國鐵路事業(yè)朝著電氣化的方向持續(xù)發(fā)展。鑒于此，本文立足于牽引供電系統(tǒng)在地鐵、電氣化鐵路中應(yīng)用的分析，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行牽引供電系統(tǒng)在不同領(lǐng)域的應(yīng)用比較，以供參考。

關(guān)鍵詞：電氣化;地鐵;牽引供電系統(tǒng);比較;鐵路

作為前沿技術(shù)之一，牽引供電系統(tǒng)在我國電氣化鐵路與地鐵領(lǐng)域得到有效應(yīng)用。但是因牽引供電系統(tǒng)存在高精密性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點，所以需保證地鐵車輛與鐵路車輛運行期間牽引供電系統(tǒng)始終維持穩(wěn)定的運行狀態(tài)。在此背景下，加強(qiáng)對電氣化鐵路與地鐵中牽引供電系統(tǒng)應(yīng)用比較的研究，可以為提升牽引供電系統(tǒng)運行安全性，優(yōu)化系統(tǒng)檢修與管護(hù)工作提供重要參考。

一、 電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)分析

（一） 供電方式

牽引供電系統(tǒng)應(yīng)用于電氣化鐵路中，常見供電方式包括：

（1） 直接供電。直接供電形式原理體現(xiàn)為，在形成單項交流負(fù)荷的同時以周圍接觸網(wǎng)為載體形成交變磁場，又稱為單邊供電方式。附近通訊設(shè)備會因交變磁場形成的電磁波而造成干擾。為解決此問題，針對接觸網(wǎng)電磁干擾的形成選用同軸電纜，通過其高屏蔽性能來實現(xiàn)干擾抑制，使得附近設(shè)備運行不受電磁干擾影響。而隨著鐵路技術(shù)發(fā)展，使得直接供電形式產(chǎn)生新的電磁干擾問題[1]。為解決干擾問題，部分鐵路采用相互抵消方式，即將附加導(dǎo)線安設(shè)于接觸懸掛、接觸網(wǎng)同等高度位置，其附加導(dǎo)線能在牽引作用產(chǎn)生時形成相反方向的電流，進(jìn)而達(dá)到電磁干擾抵消的目的。

（2） 自耦變壓器供電。此供電方式運行原理體現(xiàn)為，依托于自耦變壓器的應(yīng)用，將變電所55KV電壓變壓比控制在2：1進(jìn)行電力輸送（如圖1）。以空曠區(qū)或田野區(qū)域為例，接觸網(wǎng)與變電所連接，正饋線與用電端口連接，為確保電力輸送正常，需控制鋼軌與點抽頭連接，并以同等高度進(jìn)行接觸懸掛線的設(shè)置。此供電系統(tǒng)中正饋線具有抗干擾功能，且效果優(yōu)于BT供電中的NF線[2]。此外，為避免接觸網(wǎng)因絕緣破損問題發(fā)生跳閘現(xiàn)象，需結(jié)合情況進(jìn)行保護(hù)線的架設(shè)。

（3） 直供+回流供電。進(jìn)行運行原理的分析，體現(xiàn)為直接供電過程中能夠做到帶回流線，通過鋼軌連接來達(dá)到電磁干擾抑制的目的，且網(wǎng)壓無需借助吸流變壓器改善，確保供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（二） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

鐵路運行期間，為滿足車輛高速運行需求，牽引供電系統(tǒng)需依托于外部供電裝置來滿足其高功率需求。通過變電所進(jìn)行輸電網(wǎng)絡(luò)電源的降壓轉(zhuǎn)化，形成電力供給網(wǎng)絡(luò)為車輛提供動力來源。而因牽引供電系統(tǒng)功率相對較高，所以在運行期間極易產(chǎn)生高負(fù)序電流。對此，現(xiàn)階段常采用短路容量擴(kuò)大設(shè)計的方式來解決高負(fù)序電流問題，但此方式應(yīng)用成本較高，且無法做到對負(fù)面影響的全面消除，亟需借助全新手段進(jìn)行負(fù)序電流問題解決。

二、 地鐵牽引供電系統(tǒng)分析

（一） 供配電方式

（1） 集中供電。作為地鐵常用供電形式，集中供電運行原理為：依據(jù)軌道長度、用電用量等因素分析，構(gòu)建變電站與主變電所，通過上級變電所、下級降壓、牽引變電所構(gòu)成供電網(wǎng)絡(luò)體系，經(jīng)城市電網(wǎng)中的電源進(jìn)行降壓轉(zhuǎn)化，以橫向連通形式為主進(jìn)行軌道內(nèi)部供電（如圖2）。此供電形式優(yōu)勢體現(xiàn)為集中式管理、供電可靠等。同時，通過設(shè)置環(huán)網(wǎng)電纜供電來保證系統(tǒng)運行穩(wěn)定性[3]。

（2） 分散供電。分析分散供電方式運行原理，主要是從城市電網(wǎng)中依照相關(guān)規(guī)定原則進(jìn)行多路電源的引入，經(jīng)區(qū)域變電所降壓后以分散供電形式進(jìn)行內(nèi)部供電。此供電方式優(yōu)勢在于為牽引、降壓變電所進(jìn)行雙路電源的提供，實現(xiàn)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

（二） 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

分析牽引供電系統(tǒng)的構(gòu)成，囊括牽引網(wǎng)、牽引變電所兩部分，在實際運行中，依據(jù)對供電系統(tǒng)運行狀態(tài)的分析，進(jìn)行牽引網(wǎng)、牽引變電所的實時調(diào)節(jié)，避免因供電所與供電系統(tǒng)之間不一致而影響到地鐵車輛穩(wěn)定運行。另外，供電系統(tǒng)除維持車輛供電之外，還負(fù)責(zé)對照明系統(tǒng)等其他設(shè)備供電。

三、 電氣化鐵路與地鐵牽引供電系統(tǒng)對比

（一） 地鐵供電系統(tǒng)保護(hù)。地鐵供電系統(tǒng)的組成囊括直流牽引、交流中壓兩系統(tǒng)，不同供電系統(tǒng)特點不同，例如交流中壓系統(tǒng)的保護(hù)目前已有規(guī)范性的方案，且制定針對性的行業(yè)規(guī)范與規(guī)程。而直流遷移供特點體現(xiàn)為多電源保護(hù)，需要做到在供電保護(hù)器件進(jìn)行故障多發(fā)區(qū)的消除。針對地鐵牽引供電系統(tǒng)的防護(hù)，需做到短路時第一時間切斷電源，避免因短路問題長久存在而造成嚴(yán)重事故問題。對于故障多發(fā)區(qū)的解決，則需結(jié)合實際情況進(jìn)行配置優(yōu)化，在遵循相關(guān)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的前提下，全面排查系統(tǒng)是否存在故障問題，定期檢查與更換易故障部件，加大對故障多發(fā)區(qū)的探測頻率，進(jìn)而提升供電系統(tǒng)保護(hù)效果。此外，還可通過定期開展人員培訓(xùn)、加大對故障維護(hù)演習(xí)的開展頻次等方式，提升對供電系統(tǒng)的維護(hù)能力。

（二） 電氣化鐵路供電系統(tǒng)保護(hù)。電氣化鐵路供電系統(tǒng)運行過程中，其變壓器溫度受到牽引負(fù)荷大小的直接影響，而溫度的變化再加上容量負(fù)荷的影響，關(guān)乎到供電系統(tǒng)的運行壽命。對此，需做到在運行期間依據(jù)運輸要求的分析，核制定針對性供電系統(tǒng)優(yōu)化措施，在保證供電系統(tǒng)穩(wěn)定運行的前提下，采用科學(xué)措施來縮減系統(tǒng)電力成本，并延長變壓器的運行年限，提高對供電系統(tǒng)的保護(hù)效果。

四、結(jié)束語

綜上所述，依據(jù)對上文牽引供電系統(tǒng)應(yīng)用差異的分析，闡明在運行期間其供電系統(tǒng)需采用不同措施來保證系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運行。對此，為避免因供電系統(tǒng)故障而影響到乘客安全，需采用先進(jìn)技術(shù)、科學(xué)措施方案來保證供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬繼承. 地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)比較分析[J]. 中國高新科技， 2020， No.66（06）：122-123.

[2]韓冬曉. 地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)比較研究[J]. 科技創(chuàng)新與應(yīng)用， 2018， 05（No.225）：177-178.

[3]丁二鵬. 地鐵與電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)比較研究[J]. 電力系統(tǒng)裝備， 2018（006）：225-226.

（作者單位：青島地鐵集團(tuán)運營分公司）