城市軌道交通牽引供電及電力技術(shù)分析

城市軌道交通牽引供電及電力技術(shù)分析

摘要：隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的不斷發(fā)展，城市軌道交通已然成為城市交通的主力軍，不僅為人民的出行提供了很多的便利，其自身的出行效率也十分的高。同時(shí)也正是因?yàn)槌鞘熊壍澜煌ǖ淖陨韮?yōu)點(diǎn)，促使其成為城市發(fā)展過程中的交通寵兒。但是，城市軌道交通在運(yùn)行過程中也需要牽引供電及電力技術(shù)的支持。因此，本文主要將通過對(duì)城市軌道交通牽引供電及電力技術(shù)進(jìn)行相關(guān)的研究分析，以便為技術(shù)的革新提供良好的基礎(chǔ)。關(guān)鍵詞：交通；城市軌道交通；牽引供電及系統(tǒng)；電力技術(shù)引言：目前，城市軌道交通還是一種比較新型的交通工具，但是由于其自身所具備的一些適合當(dāng)下環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為我國(guó)多個(gè)城市交通網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分，為城市的交通減輕了大部分的壓力。其與汽車、公交等交通方式的不同之處在于城市軌道交通具備顯著的低污染、低噪聲以及載客量大等優(yōu)勢(shì)。在當(dāng)前這個(gè)社會(huì)環(huán)境下，尤其是一些交通比較擁堵的城市，比如:北、上、廣、深等特大城市，城市軌道交通也因?yàn)樽陨淼臀廴疽约暗驮肼暤膬?yōu)勢(shì)而受到了社會(huì)的認(rèn)可和使用。從某個(gè)角度來講，城市軌道交通已經(jīng)成為城市交通網(wǎng)中不可或缺的一部分，在交通運(yùn)輸、緩解交通壓力等方面都起到了重要作用，因此，加快對(duì)我國(guó)城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)及相關(guān)技術(shù)進(jìn)行探究也顯得更加重要和迫不及待。城市軌道交通現(xiàn)狀的概述城市軌道交通并不僅僅是指一種交通工具，它是對(duì)輕軌、地鐵以及公交車等交通工具的總稱。世界上最早的軌道交通是出現(xiàn)在1850年代花費(fèi)九年時(shí)間所建設(shè)的大都會(huì)鐵路，并于1863年在英國(guó)正式投入運(yùn)營(yíng)。那時(shí)軌道交通的牽引力來源為蒸汽機(jī)，并在時(shí)代的發(fā)展下不斷的發(fā)生轉(zhuǎn)變，直到現(xiàn)如今，軌道交通的牽引力來源已經(jīng)用電能代替。在當(dāng)前經(jīng)濟(jì)不斷發(fā)展的環(huán)境下，由于人口的增長(zhǎng)，城鎮(zhèn)化的發(fā)展，越來越多的人從農(nóng)村涌入城市，使得城市化進(jìn)程在不斷加快，路面紅綠燈的增加，汽車數(shù)量的增加等原因?qū)е铝藝?yán)重的交通擁堵問題，基于此很多的發(fā)達(dá)國(guó)家越發(fā)地重視軌道交通，以便于緩解城市交通的壓力。就現(xiàn)目前軌道交通發(fā)展的實(shí)際情況來看，中、美、德三國(guó)的軌道交通里程數(shù)在世界上排名靠前，而在我國(guó)目前只有北京和上海兩個(gè)城市的軌道交通最為發(fā)達(dá)，其他城市也在加快城市軌道交通建設(shè)的步伐，以便為城市的交通壓力減輕負(fù)擔(dān)。2、供電系統(tǒng)分析在我國(guó)的軌道交通建設(shè)中，直流供電系統(tǒng)以及交流供電系統(tǒng)是城市軌道交通牽引中的兩種牽引供電系統(tǒng)。因此，下面將對(duì)這兩種系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)的分析。2.1直流供電系統(tǒng)我國(guó)國(guó)標(biāo)規(guī)定直流系統(tǒng)的牽引電壓為750V和1500V，現(xiàn)以DC1500V為例對(duì)直流的牽引方式進(jìn)行分析。直流供電系統(tǒng)在城市軌道交通牽引系統(tǒng)的中，直流牽引的運(yùn)行方式分為以下三種：（一）整流機(jī)組正常運(yùn)行方式：兩臺(tái)整流機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行輸出至DC1500V母線，并通過斷路器和上網(wǎng)隔離開關(guān)向接觸網(wǎng)供電。（二）整流機(jī)組單機(jī)組運(yùn)行方式（故障情況）：當(dāng)某臺(tái)整流機(jī)組故障時(shí)，退出整流機(jī)組聯(lián)跳關(guān)系，由另一臺(tái)整流機(jī)組單機(jī)組運(yùn)行，并通過斷路器和隔離開關(guān)向接觸網(wǎng)供電。（三）整流機(jī)組雙機(jī)組故障運(yùn)行方式：兩臺(tái)整流機(jī)組中壓柜斷路器分閘，分為三種情況，一是1500V直流饋線斷路器分閘，再生制動(dòng)吸收裝置退出運(yùn)行，本所越區(qū)隔離開關(guān)合閘后，通過越區(qū)隔離開關(guān)進(jìn)行大雙邊供電。二是兩臺(tái)整流機(jī)組正負(fù)極隔離開關(guān)分閘，合上上網(wǎng)隔離開關(guān)和直流饋線斷路器，將再生制動(dòng)吸收裝置投入運(yùn)行，通過1500V開關(guān)柜母線進(jìn)行大雙邊供電。三是本所1500V直流系統(tǒng)全部退出運(yùn)行，由相鄰所進(jìn)行單邊供電。直流牽引主要采用雙邊供電的方式。這種方式的優(yōu)勢(shì)就是一旦出現(xiàn)某一電線路故障，另外一個(gè)供電線路仍然能夠繼續(xù)為軌道交通運(yùn)行的牽引供電區(qū)段實(shí)現(xiàn)供電，滿足牽引供電的需求，保證城市軌道交通的正常運(yùn)行的。同時(shí)，在地鐵城市軌道交通搭建牽引直流供電系統(tǒng)的過程中，還有地鐵排流柜，排流柜由排流二極管、排流隔離開關(guān)、快速熔斷器、電流傳感器、IGBT和電阻器、排流電阻等主要元件組成；其主要作用為防止列車運(yùn)時(shí)雜散電流腐蝕隧道結(jié)構(gòu)鋼筋及其它金屬構(gòu)件，將雜散電流統(tǒng)一收集后回流回整流器負(fù)極。然而，即使是具有如此的優(yōu)勢(shì)，城市軌道交通牽引的直流供電系統(tǒng)在使用中依然受到自身變電模式的限制，使供電距離減小，以至于電能的傳輸效率降低。由此可見，直流供電系統(tǒng)并不是所有的城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的最佳或最優(yōu)選擇。2.2交流供電系統(tǒng)相較于城市軌道交通牽引中的直流供電系統(tǒng)，交流供電系統(tǒng)在城市軌道交通牽引供電中的牽引側(cè)接線一律采用單母線接線，由于接地的鋼軌作為一相（一般為低壓側(cè)的C相），所以牽引母線只有兩相，即由兩條單母線組成，每條饋出線各自采用一臺(tái)備用斷路器，則有100%的備用。牽引降壓混合變電所搭建過程就是使用兩臺(tái)110kV（220kV）三相兩繞組的變壓器（一臺(tái)主用一臺(tái)備用）在變電所內(nèi)同時(shí)安裝，可以把對(duì)稱的三相制變換為平衡二相制，這時(shí)變壓器次邊的二相電壓數(shù)值相等，當(dāng)次邊二相負(fù)荷相等時(shí)，原邊三相電流完全對(duì)稱。因低壓側(cè)C相位于接地一側(cè)，高壓端為電網(wǎng)接入端。城市軌道交通牽引交流供電系統(tǒng)在系統(tǒng)上的設(shè)備要具有一個(gè)較強(qiáng)的耐磨性，這樣才能保證供電系統(tǒng)在抵御運(yùn)行中機(jī)車取流時(shí)較大瞬間接觸壓力時(shí)更加的可靠。3、電力技術(shù)分析3.1接觸網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在城市軌道交通牽引的電力技術(shù)中，接觸網(wǎng)是其中最為常見的一種供電網(wǎng)絡(luò)。一般而言，接觸網(wǎng)中會(huì)有一個(gè)導(dǎo)線的點(diǎn)擊，能夠通過集電裝置和金屬輪軌實(shí)現(xiàn)電流的回流，當(dāng)然也有存在兩個(gè)導(dǎo)線的情況。在城市軌道交通的建設(shè)中，如果使用的是膠輪系統(tǒng)如單軌電車，那么此時(shí)的軌道交通去取電工作必須要通過兩邊的接觸網(wǎng)來完成。當(dāng)前，接觸網(wǎng)也有兩種不同的類型，柔性接觸網(wǎng)以及剛性接觸網(wǎng)。其中使用柔性接觸網(wǎng)只能實(shí)現(xiàn)電力的傳輸工作，其并不存在承力的作用，因此柔性接觸網(wǎng)在使用中會(huì)存在一定上下震蕩的現(xiàn)象，但是由于柔性接觸網(wǎng)與鏈型懸掛結(jié)合能夠?qū)崿F(xiàn)跨度的增加，而在長(zhǎng)距離和速度高的城市軌道交通中被廣泛的應(yīng)用。相較而言，剛性接觸網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)就在于其解決了柔性接觸網(wǎng)中無法承力的弊端，在城市軌道交通地上和地下線路中，剛性接觸網(wǎng)能夠?qū)崿F(xiàn)線路轉(zhuǎn)換的無縫對(duì)接。3.2第三軌供電技術(shù)在我國(guó)城市軌道交通的建設(shè)中，還有另一種常見的供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)被稱為第三軌供電技術(shù)，該技術(shù)在材質(zhì)上使用了鋼鋁復(fù)合型材料，這種材料的優(yōu)勢(shì)就是能夠使第三軌技術(shù)在軌道建設(shè)的應(yīng)用中具備較高的導(dǎo)電性能。這種牽引網(wǎng)建設(shè)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)就在于鋼鋁復(fù)合型材的高導(dǎo)電性能能夠?qū)㈦娔艿暮膿p降到最低，這樣就不用在軌道的沿線設(shè)置饋電電纜，將大大的減小城市軌道交通的建設(shè)成本。接觸軌及其接頭、端部彎頭、防爬器和安裝底座都是組成第三軌供電技術(shù)的主要結(jié)構(gòu)。同時(shí)，構(gòu)成第三軌供電技術(shù)的接觸軌接頭有兩種：正常接頭以及溫度伸縮接頭。其中，在使用正常接頭過程中，安裝時(shí)就需要通過魚尾板對(duì)其與支持點(diǎn)相距600mm以上的距離進(jìn)行固定，而溫度伸縮接頭的使用則是能夠有效地避免環(huán)境溫度變化造成的接觸軌伸縮的現(xiàn)象，而且大大地美化了城市。3.3電纜牽引網(wǎng)分段供電與保護(hù)技術(shù)電纜牽引網(wǎng)在城市軌道交通牽引交流供電系統(tǒng)實(shí)施牽引網(wǎng)分段供電，那樣就能夠?qū)鬏斶^程中的電能消耗有一個(gè)有效地減少作用。一般情況下，其會(huì)使用1500V的直流電壓對(duì)牽引網(wǎng)進(jìn)行供電，極少數(shù)的情況下也會(huì)使用750V的電壓進(jìn)行供電。牽引網(wǎng)在使用過程中一定要保證有上下兩條并聯(lián)線路的支撐，且還要對(duì)變壓器進(jìn)行一個(gè)統(tǒng)一的管理和對(duì)區(qū)間中的線路進(jìn)行分段電能傳輸，便于分段對(duì)線路進(jìn)行保護(hù)，最大程度上降低故障情況發(fā)生時(shí)的影響程度。3.4絕緣技術(shù)絕緣保護(hù)對(duì)于城市軌道交通牽引直流供電系統(tǒng)而言是十分重要和有價(jià)值的，因?yàn)樵诔鞘熊壍澜煌恳绷鞴╇娤到y(tǒng)運(yùn)行中會(huì)存在著一定的迷流問題，當(dāng)在供電系統(tǒng)運(yùn)行的過程中遇到這樣的問題時(shí)，就可以將牽引直流供電系統(tǒng)中的直流負(fù)極與正極設(shè)置其絕緣保護(hù)系統(tǒng)。當(dāng)然，如果系統(tǒng)中直流負(fù)極是接地處理，那么則有可能會(huì)造成直流電源負(fù)極的迷流回路發(fā)生概率增加，對(duì)整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)造成不可挽回的影響。結(jié)束語：綜上所述，當(dāng)前城市軌道交通作為一種更適合當(dāng)下社會(huì)環(huán)境的新型交通工具，在社會(huì)中得到廣泛的應(yīng)用，優(yōu)勢(shì)是交通擁堵的城市。而城市軌道交通建設(shè)中的牽引供電系統(tǒng)和電力技術(shù)的發(fā)展使得整個(gè)軌道交通的運(yùn)行更加的安全可靠，同時(shí)對(duì)于牽引供電系統(tǒng)和電力技術(shù)的分析對(duì)于軌道交通行業(yè)的長(zhǎng)久發(fā)展而言也具有哦十分重要的意義。參考文獻(xiàn)：[1]梁振剛.城市軌道交通牽引供