城市轨道交通直流牵引供电系统有关技术研究

城市轨道交通直流牵引供电系统有关技术研究
摘要：轨道交通是近些年国内逐渐兴起的交通工具，相较于汽车、公交等系统，轨道交通噪音低、污染小，且不会出现拥堵问题，能够大大改善城市居民出行质量。

因此非常适用于国内交通质量存在缺陷的大中型城市。

作为城市交通网中的
重要一环，在国内城市化及人口数量不断增加的同时，越来越多的城市开始引入
了轨道交通方式。

轻轨、地铁等交通工具在改善交通压力的过程中，发挥出了很
大的作用。

所以，本文对城市轨道交通直流牵引供电系统有关技术进行研究。

关键词：城市轨道交通；直流牵引供电系统；有关技术
一、城市交通轨道发展现状
对于城市轨道交通当中的高压供电系统来讲其主要就是所有的电气运行的基础，承担着轨道交通当中的供电以及传输和用电需求，对于轨道交通的安全以及
可靠性有着重要的作用。

根据相关的实际功能要求可以将其分为两大部分，主要
就是电力机车在运行中的牵引负荷以及车站和区间以及控制中心的相关服务用电
负荷。

由于现阶段城市交通轨道的自动化程度以及信息化程度很高，对于其稳定
以及安全性的要求也是非常的大，其主要就是维持供电稳定，因此相关的管理企
业就需要加强对其有效的重视，以此来对设备故障实施防止和控制，在实际的设
备运行和维护当中一定要加强相关制度的遵循，确保行车以及设备和人员的安全。

因为高压设备运行的环境比较特殊以及其在轨道交通当中所能够起到的相应
作用，在实际的维护管理当中，一定要根据相关的科学合理性实施操作，强化班
组建设管理以及制度完善管理，实施对于职工加强专业技术水平以及安全方面的
意识提升工作，从而建立完善的专业化以及高素质的维护管理队伍。

在这当中，
需要遵守预防为主的原则，在此基础上制定科学合理的管理计划以及维修管理顺序，对设备检修工作定期实施，对设备所产生的故障及时有效的处理，确保高压
设备的稳定运行。

为了能够确保设备稳定得到维护，就需要加强对于成本以及效
率的控制，在确保设备能够顺利运行的基础上降低成本，尤其是对于人力成本的
重视。

二、城市轨道交供电系统的构成与功能
1、直流牵引供电系统
城市轨道系统依靠直流牵引供电系统输送电能，如果没有电能的支持，城市
轨道系统将陷入瘫痪。

城市轨道相较于其他轨道而言既有着一定的相似，不过也
有着些许的不同。

因此并不能直接将其他轨道系统的设计方案套用到城市轨道建设。

目前国内外最常见的供电系统主要包括直流1500伏与交流25千伏两种。

牵
引供电目的是为地铁、轻轨、电动机车供电，用牵引网络完成电流输送。

直流1500伏供电采取的是双边供电。

如线路出现故障则需要加强双边供电应用，实现跨区供电。

此外直流供电因使用杂散电流，因此能够实现分散输送目的，实现远
距离电流传输。

不过受限于自身变电模式影响，直流1500伏供电实际供电距离
较短，且供电传输率较慢。

交流25千伏供电使用的连接方式为电压—电压。

变电所配备多部两部变压器，用单项变压，组成开口三角结构，一端接入电网端口，
另一端接入低侧公共端。

因这种供电系统长时间处于被动状态，所以接触压力较大，会对供电设备造成较为明显的磨耗。

2、直流牵引供电系统构成
城市轨道供电系统包括防雷系统、接地系统、杂散电流防护系统、照明系统、配电系统、降压变电所、接触网、牵引变电所、中压供电、主变电所、外部电源等。

直流牵引供电又包括牵引变电所与接触网。

照明系统与配电系统以及降压变
电所共同组成了动力照明配电系统。

3、直流牵引供电系统功能
城市轨道外部电源由城市变电所及轨道变电所间的高压线组成。

通过外部电源，城市轨道交通能够从城市电网系统中取得相应的电源。

之后电网向主变电所
输送高压电源，通过降压分配为城市轨道输送电力。

中压供电由主变电所、牵引
变电所、降压变电所组成。

牵引变电所将主变电所输送的电压降压，并输送至直
流牵引供电系统，转化为城市轨道用直流电能。

降压变电所将中压电流转化为除
动力照明以外所有城市轨道所需电流。

在城市轨道供电系统中，轨道运行时的各
种供电数据整理、搜集与分析由电力监控完成，是城市轨道电力控制中心。

三、城市轨道交通牵引供电系统
1、牵引供电系统结构
典型的城市轨道交通供电系统一般包括高压供电源系统（城市电网）、牵引
供电系统与动力照明供电系统三部分。

高压供电源系统采用不同的供电方式经交
流母线为牵引供电系统输送高压（35kV）或中压（10kV）三相交流电，牵引供电
系统通过牵引变电所将三相交流电转变成适用于轨道车辆的低压直流电（750V或1500V），经馈电线将直流电输送至牵引网（接触网或第三轨），轨道车辆通过
受流器（受电弓或受电靴）与接触网的直接接触获得电能，并由走行轨和回流线
返回至负极。

2、牵引供电短路故障
城市轨道交通牵引供电系统短路故障主要包括牵引网短路故障、直流母线短
路故障和整流机组内部短路故障等。

其中，牵引网长期处于与受电弓的动态摩擦
的工作状态下，牵引网装置直接暴露于大气环境下，工作环境受天气状态与环境
污染等因素的影响，易发生短路故障。

一旦发生短路故障，线路保护装置动作导
致线路供电中断，影响轨道交通正常运营。

牵引网短路故障根据故障原因不同，
可分为金属性短路故障、非金属性短路故障及特殊情况下的异常运行状态，根据
故障点距变电站位置不同可分为近端短路故障和远端短路故障。

四、牵引供电系统模型
1、整流机组模型牵引
变电站作为轨道交通牵引供电系统中进行交直流变换的关键环节，其主要工
作设备是由整流变压器与整流器组组成的整流机组。

整流机组作为供电系统中的
非线性负载，是产生交流侧谐波电流，造成电力系统电流波形畸变的根本原因之一，对轨道车辆的驱动系统产生干扰，影响轨道交通系统用电设备和信号系统的
正常运行，甚至造成输电线路故障。

通常，牵引变电站将整流机组并联以减小整
流元件的导通角、增加整流装置脉动数的方式减少交流电源端的低次谐波，从而
将注入城市高压电网的谐波含量控制在许可范围内，降低对城市电网系统的影响。

目前，牵引变电站通常将两台相位相差±7.5°的12脉波整流机组并联，组成24脉
波整流机组系统。

首先，将两个三相桥式整流电路和整流变压器构成12脉波整
流电路。

其中，整流变压器二次绕组分别采用星形和三角形接法，构成幅值大小
相等、相位相差30°的两组输出电压，输出电压在每个交流电源周期中脉动12次，将这两组电压接入相互并联的三相桥式整流电路中，即构成12脉波整流电路。

其次，使用移相变压器将两路12脉波整流电路分别移相±7.5°，将移相后的12脉
波整流电路并联构成24脉波整流电路。

2、接触网—轨道外电感
牵引网的阻抗模型既包括暂态内阻抗，还包括外电感值。

接触网与轨道的外电感是指外部空间磁场与导体内电流交链形成的电感。

对于任一轨道或接触网中的电流，与其交链的磁场既有自身电流产生的磁场，也有其它轨道或接触网中电流产生的磁场。

因此，接触网和轨道的外电感包括外自感和互感。

对于不同的牵引网结构，其计算方式不同，现采用架空接触网与双轨道结构计算其外电感值。

结束语
结合对现阶段轨道交通直流牵引供电系统的分析得知，当前轨道交通直流牵引供电存在明显的杂散电流问题。

为消除安全隐患，提高轨道交通质量，就必须加强直流牵引供电漏电保护技术的研究，做好详细的分析和处理工作。

这不仅可以为城市交通提供更加安全的出行能力，同时能够实现交通系统的可持续发展，为人们的安全持续性保驾护航。

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