城市轨道交通中的供电系统研究

陈龙龙

西安市轨道交通集团有限公司运营分公司陕西省西安市710082

摘要：现阶段，城市轨道交通的发展为我国城市居民出行带来了诸多便利。为了能进一步的推动城市轨道交通的发展，我国对此倾注了大量的资金。随着城市的不断发展，轨道交通网络也逐渐地发达，并且运行的线路也在不断地增加，这对供电系统的可靠性提出了更高的要求，因此，对于供电系统的结构及电力技术的分析是非常有意义且可以带来现实价值的，希望轨道交通供电系统在未来的技术发展中能获得更大的发展。

关键词：城市轨道交通；供电系统；供电技术

1城市轨道交通供电系统概述

城市轨道交通供电系统由电力系统经高压输电网、主变电所降压、配电网络和牵引变电所降压、换流(转换为直流电)等环节，向城市轨道快速交通线路运行的动车组输送电力的全部供电系统。列车的运转由牵引电机提供动力，其中有直流牵引电机和交流牵引电机两种，现在列车上使用的交流牵引电机越来越多；主要原因是，AC牵引电动机的容量比DC牵引电动机大，因为DC电动机有换向环等机械结构，而AC牵引电动机没有，因此AC牵引电动机可以在较高的速度下运行；所以，现在在铁路上使用的直流电动机正逐渐被交流电动机所替代。交流电力系统采用单向联接的形式，采用双变压器，变压方式为双绕组单向变压，其外观呈开放三角形；在电网的两端，有高、中、低的一端与地面相连，高的一端为电网的接入端，其余的接口则与牵引电动机的母线相连；供电系统的端子要降下来，因此增加了一个降压系统，而在其它地方，例如路灯，则需要更高的电压。为了更好的使用其他的电子设备，都安装了增压系统[1]。然而，由于交流牵引供电系统必须在长时间的取电流，因此对其接触结构进行了长时间的摩擦，因此对其使用的耐磨材料提出了更高的要求。

2城市轨道交通供电系统及关键技术的应用

2.1电力技术在轨道交通中的应用

近年来，随着人口的增长，中国交通也获得了更大的发展。因而很多地方出现了充电公交车和铁轨交通工具。这种交通工具的使用发生一定离不开电子技术的应用。而技术人员一直追求完美供电系统的快速提升和发展。在轨道交通运行时，技术人员还采用了链形悬挂的方式。此方法主要通过悬索桥对周边的线路和承力线的连接来帮助技术人员施工。使用这种设备可以更好地缓解轨道交通在运行过程中存在的问题。在我国交通发展的过程中，使用较多的都是刚性接触网，它具有很多的优势。例如它的结构非常简单，技术人员检修方便，电源电路品质高，不容易产生线路问题。在一些供电系统中，人们常常采用的是接触网，在接触网里边又包括了许多瓷器制成的绝缘体部件。如果这个部件里边渗透进水的话，就会降低绝缘体的作用。极有可能会产生线路漏电的问题，这将会严重影响到轨道交通的运行过程。因而，相关的专业人员还应当对绝缘体部分开展更加全面的维护，不仅可以在这种部件上加一些绝缘层，还能够再加一些绝缘层的部件。那样一来，可以进一步避免水进到里面，还能够减少空气污染对配电线路带来的不良影响。其中汇流排是铁路接触网中十分常见的一个零部件。在水进入这种供电系统里的情况下，汇流排也很容易受到危害[3]。因而，在设计汇流排这一零部件时，我们能选用一些防水专用工具，还可以在这一零部件上加上一层防护层，可以更好地保障交通安全。

2.2牵引变电站电气主接线确定

接下来，我们要将牵引变电站的位置分为两段，一条母线从变电站中抽出，再分为两条，电压均为27.5 kV，每一座变电所有两台整流器，它们将母线上的两条线分开工作，其优点是一台整流器出现故障时，另外一台整流器可以正常工作；在不影响整体供电的情况下，满足供电需求，并且在系统中引入了直流馈线，因此可以实现接触网单段的双向供电；因此，当两台整流器均不能正常工作时，可使用接触网单侧供电。

2.3牵引变电站继电保护配置

第一种是能对母线与馈线间发生故障进行保护的电流速断保护。第二种是反向限流过流保护，此种保护模式是在线路发生短路时，对线路进行较大的保护；保护设备的起动速度越快。第三种是牵引变丁时限过流保护，作为二次保护方式的后备，其起动速度较快、速度较快[4]。第四个是温度保护，它以对变压器进行保护，在其工作温度超过了允许操作的温度范围时，就会触发并发出警报。第五个是二极管保护，它可以在二极管短路时激活保护设备。

2.4交流牵引供电系统

正如上文所述，现在轨道交通的数目在不断增加，各大城市也已经建成了四通发达的轨道交通网络，其供电方式以交流牵引供电系统为主。它具有功率密度高，成本低，结构简单，运行可靠等优点，防转性能较好，但也有其不足之处，即在小电网中易出现相移现象，同时也存在一定的电磁干扰。

2.5故障预测与健康管理

对于在建和规划中的新线路，在施工前必须对其进行详尽的电能质量评价，特别是关键参数。经过评价后，要对其进行精确的记录，从而为以后的供电系统的设计提供可靠的数据支撑和理论依据。在预测方法方面，本项目拟利用ARIMA时序方法来评价电能质量中的有功功率，并将其与收集到的电能质量稳定性指数相结合，构建相应的算法模型，实现对电能质量的准确预测。另外，在城市铁路电力系统的实际运营中，由于各种原因而引起的一些问题，以前没有引起足够的重视；而当其发生故障时，势必会对城市轨道的电力供应造成一定的影响。所以，要想有效的解决存在的问题，就必须持续执行失效预测和健康管理的工作，确保各个环节的工作都能最大限度的发挥作用；并对出现的问题进行综合分析，认真执行故障预测和健康管理工作，确保各个工作环节都能得到切实的优化。这就要求制定一个长期的监控计划，不仅要对电压，电流，温度进行监控,监控湿度和其他重要数据，也要依据实际状况建立寿命模式，牢固地抓住它的服役寿命，针对老化问题的显现,要对零部件进行及时的更换和维修，防止这个问题的发生，从而影响城市轨道交通的安全、稳定运行。

2.6注重大数据技术的主要应用

从一定意义上讲，如果没有大数据技术，就无法对数据进行有效的分析。有价值的信息都能被获取，这种系统具有较强的数据处理功能，能够为各种资料的高效处理提供了保障。而且，可以在电力系统平台上合理地运用大数据，充分利用数据的采集、存储和处理等各个环节，并能够有效地展现、传输和筛选海量的数据。

结束语：

随着城市交通的高速发展，交通堵塞的情况也越来越厉害。为了改变这类现象，我国也是在大力发展城市轨道交通。有了这类的交通，不但可以方便两个及以上城市之间的交流联络，还减少了交通所用的时长，为我们的生活带来了更多便利，同时也提高了城市的发展水准。这种轨道交通的诞生，可以很好地保护环境，也减少了资源等方面的消耗。

参考文献：

[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.

[2]王洪杰,林珊,潘家颖.城市轨道交通供电系统线间联络环网应用研究[J].城市轨道交通研究,2022,25(10):76-81.

[3]刘童,陈家莉.浅谈城轨交通供电系统中外部电源的供电方式[J].城市建设理论研究(电子版),2022,(25):4-6.

[4]刘洋.轨道交通供电系统供电安全可视化运维系统设计[J].自动化与仪器仪表,2022,(05):155-159.