城市地铁牵引供电系统可靠性及其应用分析

城市地铁牵引供电系统可靠性及其应用分析

王家辉

中铁电气化局集团有限公司上海市青浦区201799

摘要：地铁牵引供电系统，若是出现什么意外方面的事故，将会直接导致国家经济损失，还会对社会的安全和繁荣发展带来影响。为了能够确保地铁牵引供电系统能够安全稳定的运行，我们在电力牵引系统的可靠性方面必须做好必要的工作，使其能够在最大努力上使其系统的可靠性得到全面的提高。本文将对城市地铁牵引供电系统可靠性及其应用分析。

关键词：城市地铁；供电系统；可靠性；应用

随着我国经济的飞速发展和科技的进步，地铁列车逐步取代了传统的火车运输与汽车运输。对于地铁的安全运输问题应重点关注。地铁运输其主要动力为电力供电，在高电流的轨道上产生磁场致使列车减轻阻力快速行驶。因此，供电系统的可靠性显得尤为重要，一个先进的供电系统不仅可以保障列车的平稳运行，同时也能减少发生故障的概率[1]。

1地铁牵引供电系统的基本构成

1.1地铁供电系统构成

地铁供电系统负责向地铁和用电设备提供电能，一般分为高压供电部分和地铁内部供电部分。其中高压供电部分直接从城市电网取电，供电方式一般包括集中式供电、分散式供电和混合式供电。而地铁内部供电主要包括牵引供电系统和照明供电系统，牵引供电系统会将三相高压交流电变成适合地铁车辆应用的低压直流电。馈电线会将牵引变电所的直流电送到接触网上，地铁会通过受电弓(受电靴)直接在接触网上获得电能。动力照明供电系统主要提供照明、风机、水泵等动力机械的供电，主要由降压变电所和动力照明配电线路组成[2]。

1.2地铁牵引供电系统构成

地铁车辆牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网两个部分组成，目前地铁牵引供电系统通常采用直流供电方式，其中牵引变电所是地铁车辆牵引供电的核心。牵引变电所的位置和容量是由地铁车辆在运行高峰期的车流密度和车辆型式通过牵引供电计算得出，其中牵引变电所的容量在设置时需要满足供电合理，运营方便，满足高峰运营时的最大负荷需求，并且当牵引变电所出现故障时，其相邻的变电所需要具有一定的过负荷能力，并能保证地铁车辆的正常运行。牵引网是指在线路周围铺设为地铁车辆提供电能的装置，主要由正极接触网(接触轨)供电和负极走行轨回路两部分组成，其供电方式主要包括接触网和接触轨两种方式供电，根据不同线路特点选择不同的供电方式[3]。

2地铁牵引供电系统可靠性分析

2.1地铁牵引供电系统的可靠性

地铁牵引供电系统主要由直流供电系统、脉冲电度系统和接触网络故障测距装置三部分构成。在其开关场分别对三种系统进行反馈，第一种为馈线间隔；第二种为主变间隔；第三种为电容器间隔。直流供电系统中电流为单向运送，此系统中电流运输电量大，在电量高达一定限度时电流信息会传送到馈线间隔板上，馈线间隔板控制电流运载量，防止电流因运输过大而产生电流负载量过大，从而影响列车的正常平稳运行。面临突发事件时，例如电流短路电流骤发性增大时，这时电容器间隔会发出干扰信号，从而打断电流传输，保障其因电流骤发性增大而引起牵引供电系统瘫痪。在地铁牵引供电系统中评估方法是对直流供电系统电流变化次数评估，脉冲控制次数评估和接触网络故障测距装置调控次数进行评估。在正常地铁牵引系统供电过程中，电流会发生多次变化，每一次变化都会在系统自动调控下恢复正常水准，作为评估其系统安全可靠性的依据便是评估其系统中电流变化次数，当次数低于故障次数的最低标准时，此系统的可靠性为正常水准，当电流变化次数越低于故障次数时表明其系统可靠性越高[4]。

2.2地铁牵引系统可靠指标

牵引供电系统可靠性指标是指在供电系统运行中正常运行的供电质量，其包括一年中有效供应电力时间和理论上供应时间，故障停电时间与预安排停电时间等。同时故障停电指标也是表明系统可靠性的一个衡量标准，故障停电指标包括停电时间、平均停电时间、接触网故障率和牵引变压器故障率，其中停电时间是指在1年内因故障产生所引发停电总时间，平均停电时间是指1年中平均每次故障产生的时间，接触网故障率是指每100km地铁轨道上接触网的故障次数，牵引变压器故障率是指一年中平均每100台牵引变压器产生故障次数。

3城市地铁牵引供电系统可靠性的健康评估

以如图1所示的某双边供电型地铁牵引供电系统为例进行分析。

图1某地铁牵引供电系统示意图

图1中两座主变电所BS1和BS2将三相交流110kV高压电源降压为35kV，经过35kV中压环网CN连接至10座牵引变电所TS1~TS10和14座降压变电所S1～S14，牵引变电所将35kV交流电降压并整流为直流1500V送至上、下行接触网OC为地铁列车供电;降压变电所将35kV交流电降压为220/380V电压，为车站动力照明及运营需要的各种机电设备提供电源。牵引变电所TS1内装设两组整流机组，分别由两台牵引整流变压器RT1、RT2和两台整流器RC1、RC2组成。此外，从两路进线侧依次经过若干断路器DL、中压母线MX、电压互感器PT、电流互感器CT、隔离开关GL和馈线电缆CA。对于牵引整流变压器RT1，其安装的传感器a-gent分别监测其局部放电I1、吸收比I2、绕组直流电阻I3、绕组温度I4、过负载(1.5pu)允许时间I5与噪声I6，根据GB1094.11、JB/T10693、JB/T10088、DL/T596可确定以上6个指标的规定临界值，将它们按模糊分布形式分类，见表1。

若只考虑前述接触网OC的健康状态，同理可得该地铁牵引供电系统S的健康值为HS=0.9948，处于健康状态，但健康值比只考虑牵引变电所的健康状态时略小，是因为接触网子系统对于系统健康值的影响权重比牵引变电所子系统大，这与接触网无备用的特点是一致的。若同时计及牵引变电所TS1与接触网OC的健康状况，则该地铁牵引供电系统S的健康值为HS=0.9902，仍处于健康状态，但其健康值却进一步降低。

4城市地铁牵引供电系统可靠性的提高措施分析

一是需要提高地铁运行的安全性，并且也是需要能够对其供电系统设备实施定期检查，只有这样才能对设备稳定性进行不断加强，推动设备稳定运行，与此同时要重视设备保养[5]。

二是对牵引系统实际管理工作进行不断加强，设备操作的相关工作人员需要定期进行职业考核，提高工作人员自身的职业素质，工作出勤情况要详细记录，如果出现旷工现象，一定要进行严格处理。设备操作人员应该具备设备实际操作的记录表，这样做的目的能在突发状况时，利于找到设备出现故障的因素。

三是要经常进行故障演习，提高工作人员对突发事件的处理能力和应变性，保证相关设备人员能熟练的掌握设备状况，在一定程度上保证在最短时间能对突发时间进行有效处理和解决。

四是需要采取分点式的电路供电，对于这种供电方式来说，在主电路出现故障的过程中不会对整个电路产生影响，在有效范围内，由于分点式电路在主电路出现故障的过程中不会对自身供应的线路产生影响，进一步保证主电路在出现故障的过程中，在一定程度上避免电路出现瘫痪现象。

5结论

通过针对于上述的内容做出分析研究后能够得出，由于电力的有效供应不仅能对地铁运输的高效性进行保证，同时还能提高其安全性。对其牵引供电系统中的可靠进行不断加强和提高发挥着重要作用，能进一步促进城市轨道交通运输行业可以得到快速的发展，从而促进我国社会主义经济建设水平的不断提高。

参考文献：

[1]韩冬晓.地铁和电气化铁路的牵引供电系统比较研究[J].科技创新与应用，2018（05）：171-172.

[2]宗庆云.浅析地铁牵引供电系统再生制动储能控制[J].山东工业技术，2018（02）：138.

[3]石扬，曾进辉，刘梦圆.基于交直流耦合的地铁牵引供电系统潮流算法研究[J].机电信息，2017（33）：130-131.

[4]刘福宁，撖奥洋，于立涛，毕云帆，陈丽娜.地铁轨道交通牵引供电系统谐波抑制方案研究[J].通信电源技术，2017，34（04）：16-17.

[5]马腾宇.地铁牵引供电系统可靠性研究[J].科技资讯，2017，15（06）：48-50.