城市轨道交通牵引供电系统城市轨道交通系列丛书 -中国铁道出版社
张跃
[摘 要]城市轨道交通用电负荷大致可以分为以下两类：电动公交车、客车所需要的牵引车辆用电；道路区间、高速休息区、收费站、车站以及其他建筑物照明用电等。随着科技的进步，车流量的迅速增加，城市轨道交通牵引供电系统的抗压能力要求也在加大。文章介绍了城市轨道交通牵引供电系统的理论基础，其中较常见的供电方式是直流式和交流式。文章主要针对交流牵引供电系统进行展开讨论，介绍了系统的构成和其中的关键技术。
[关键词]城市轨道；交通交流牵引；供电系统；关键技术
中图分类号：U54 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）28-0105-01
引言
随着科技的飞速发展，交通行业也在逐渐壮大起来，我国各大一二线城市都开始分分修建轻轨、地铁、动车组等线路，在便捷了市民交通出行的同时，却给城市轨道交通供电系统带来了不小的压力。各国交通专业的学者，纷纷将注意力集中到牵引供电系统的设计和创新上，这一系统中较为常见的有直流式和交流式，以及双制式。这些供电系统旨在当车流量处于高峰期时可以对线路进行持续、高效、稳定的供电。所以对于车流、人流量较大的城市，对其供电系统的研究，就显得格外有意义。
1 城市轨道交通牵引供电系统
轨道交通牵引供电系统最初分为交流牵引供电与直流牵引供电这两种形式，但是随着时代的发展，专家们研究出将两种形式结合一起的双制式供电系统。牵引供电系统就是为交通路线上的地铁、轻轨、电动机车的供电，通过牵引网络进行电流的输送。随着社会的发展，城市轨道交通供电系统直接影响着广大市民的交通出行安全，国内外的专家学者都在广泛关注项目建设安全问题。
1.1 直流制
在我国大部分城市的变电站、牵引网、接触网的建设当中，大部分设计是采用直流1500V的供电方式，而轨道交通牵引供电网则采用了双边供电，这是因为当某一供电线路出现故障时，可以立即更换线路，保障交通牵引供电的要求。另外，在搭建直流牵引供电网，还能采用杂散的电流保护办法，这样能够将电能均匀的分流到每一个供电网络，并传送到较远的距离。但是由于自身的变电模式，导致供电距离的缩短，这样会对工程建设投入增加成本。并且直流牵引供电系统的传输速率不高，很难满足供电需要，因此这种供电系统没有什么建设优势。
1.2 交流制
交流牵引供电系统采用单向的链接方式，是在变电站内同时安装两台变压器，采用双绕组的单项变压，使得整个结构形成一个开口三角形，在电网的接入端是属于高压端。这里面有两个端口与一个公共端口，低压端口则是接地的一侧，其他的端口分别与牵引母线连接。对于整个交流供电系统的降压系统来说，除了在供电系统的终端，整条线路的区间都设置了加压系统，这样能够使线路上的照明系统正常工作。由于交流牵引供电系统长时间的处于动态取流的状态，造成瞬间的接触压力较大，因此，设备需要具有非常耐磨的要求。
2 地铁牵引供电系统技术发展
2.1 牵引变压器
在整个电力系统中，牵引负荷是随机波动的，属于一种单项负荷。这是一种不对称的负荷，容易产生负序电流，影响整个线路的供电质量。随着铁路线路的运量增加，列车速度的加快，牵引变压器的容量也要随之不断增加。因此，对牵引变压器的技术不断发展研究，其实就是在不断的加强对负序抑制效果的提高以及对变压器的容量进行不断的扩大。建国初期，由于铁路的运量相对较少，运行速度相对较慢，因此对牵引变压器的容量要求也相对较小。当时单项牵引变压器靠着利用率较高，后期维护方便等众多优点，被广泛的使用在早期的铁路线上，能够满足当时的需要。但随着我国的经济飞速发展，变压器容量较小的单项牵引变压器已经不能满足现有的铁路运量的要求。为了能够满足轨道交通对大容量变压器的要求，采用YNd11接线方式的牵引变压器得到了设计者的青睐。
YNd11接线牵引变压器自身的容量较大，并且结构非常简单，制造工艺也比较成熟，最主要的是其仍保持三相，不仅能够满足牵引供电需要，还能为变电所提供稳定的三相电源。但是YNd11接线变压器自身对负序电流没有很好的控制效果，容易影响电网中电能质量。因此，我国的专家们研制成功新型的Scott接线牵引变压器，并且广泛运用。新型的Scott接线牵引变压器除了具有YNd11接线牵引变压器的大容量优点外，还具有优良的负序抑制效果。研究结果证明，Scott接线变压器负序电流表达式、电流不平衡度以及电压不平衡度，能够很好的抑制负序电流。但是Scott接线变压器也有其自身的缺点，就是其结构非常复杂，制造的难度比较大，建设成本高。而随着社会生产力的不断进步，轨道交通行业不断发展，新型的具有一定的负序抑制效果的大容量V 型接线牵引变压器被设计者广泛运用。这种新型的变压器具有容量大、结构简单、制造成本低，建筑面积小的优点，因此在我国的现代电气化轨道交通建设中被广泛应用。
2.2 牵引网供电方式
目前，我国的牵引网供电技术主要经历了三个时代，从最初的直接供电方式，发展成吸流变压器-回流线供电方式，最后到现在的带回流线的直供方式和自耦变压器供电方式。整个发展过程就是对变压器的供电能力的不断提升，还有不断降低对通信线路的影响。早期我国的铁路电气化采用的是直接供电，采取接触网和轨-地直接构成回路，这样方式的结构简单，建设投入较少，后期的维护比较便宜，适合当时我国的铁路发展。但是随着目前经济的增长不断加快，这種直接供电方式的缺点暴露了出来，在经济发达地区对通信线路的干扰非常大。当时为了减少对通信线路的干扰，研发出一种吸流变压器-回流线供电方式，简称BT供电方式。
BT供电方式是在建设牵引供电网时装设1：1的吸流变压器，通过回流线将电流回收到变电站，减少了对周围通信线路的干扰。但是这样会增加牵引供电网的阻抗，致使牵引网的供电距离变短，造价上升，并且容易出现火花间隙，这些问题都影响着BT供电方式的发展应用。牵引供电网的建设者们通过总结以上两种方式的缺点，根据我国现阶段的轨道交通特点，研究并广泛使用了带回流线的直供方式和自耦变压器供电方式。这两种供电方式的广泛应用，解决了牵引网阻抗问题，提升了供电网络的供电能力，最重要的是减少了对周围通信线路的影响。
3 牵引供电系统
3.1 牵引变电站位置确定
但是不可能在每一个车站都设置，这些混合变电站的位置需要我们将牵引系统网络结构、牵引网电压的等级。通过对牵引供电网的电压损失与实际的供电质量进行详细的计算，能够得到其中一些杂散电流防护、线路能耗等诸多因素的影响。
3.2 牵引变电站电气主接线
确定好牵引降压混合变电站的位置以后，在建设中需要采用27.5k V单母线分段运行。通过从主变电站上引进两条27.5k V交流电源，分别连接27.5k V一 / 二段母线。每一个混合变电站需要建设两套整流器组，将同一27.5k V母线上并联运行，这样的设计能够有效的保证两套整流器组的功率均匀输出，降低对通信线路的影响。而当混合变电站的一台整流机组出现问题时，另外一台能够继续工作，满足供电要求。在两个混合变电站中间建设一条直流馈线，这样能够将同一个区段的接触网进行双向供电。这样的设计可以在混合变电站中两组整流器都出现问题的情况下，接触网能够满足单边供电。
结语
随着经济的发展，各个城市之间人们的出行不断增多，导致交通压力也在不断的增加，在每一条交通线路中都不能缺少供电系统。文章从交流牵引供电系统进行研究，得出了交流牵引供电系统的优势相对较大，适合我国的交通供电线路的发展。
参考文献
[1] 王宏宇.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].山东工业技术，2017，01：97.
[2] 王凡.城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术[J].工程技术研究，2017，05：107-108.endprint
