浅谈城轨交通供电系统中外部电源的供电方式

杨小燕

摘要：城轨交通供电系统中的外部电源供电方式是确保城轨交通稳定、可靠运行的重要环节。本文介绍了轨交通供电系统的基础内容，外部电源的供电方式，以及在选择外部电源供电方式时应考虑的因素。通过对比分析，本文旨在为城轨交通供电系统的设计和运营提供参考。

关键词： 城轨交通；供电系统；外部电源；供电方式

1.城轨交通供电系统的基础内容

城轨交通供电系统是城市轨道交通运行的基础设施之一，主要负责为城市轨道交通车辆提供稳定可靠的电力供应。城轨交通供电系统石由架空线路、变电所以及配电系统等部分组成的，城轨交通供电系统中最常见的组成部分就是架空线路，是由电杆、导线和各种连接件组成的。架空线路通过电杆将导线悬挂在空中，以便向城轨交通车辆提供电力。同时，城轨交通供电系统还包括变电所，变电所是将外部电网的高压电能转换为适合城轨交通车辆使用的低压电能的场所。此外，城轨交通供电系统还包括配电系统，主要负责将变电所产生的电能传输到城轨交通线路上的不同区段[1]。另外，接触网系统是供电给列车的关键部分，其主要是由导线、接触网支撑系统和接触装置等组成。接触网系统通过导线与轨道车辆的受电弓建立电气联系，从而为列车提供电力。为了确保城轨交通供电系统的正常运行，还需要配备相应的监控系统。监控系统可以实时监测供电设备的状态和性能，并及时发现并处理任何故障或异常情况。总之，城轨交通供电系统的基础内容能够有效保障城轨交通安全、高效运行。

2.外部电源的系统供电方式

2.1 集中式供电

集中式供电是外部电源系统供电方式中的常见一种，在集中式供电系统中，轨道交通线路上的不同区段通过一组集中变电所从外部电网获得电力供应。集中式供电系统通过与城市的外部电网相连接，从外部电网获取高压电能。外部电网通常由电厂或电网公司提供，并通过输电线路传输电能至城市不同区域。同时，在城轨交通线路上，分布着多个集中变电所，它们负责将外部电网的高压电能转换为适合轨道交通车辆使用的低压电能。此外，从集中变电所发出的低压电能会通过轨道供电线路传输到城轨交通线路的不同区段。轨道供电线路通常由电缆等导线组成，沿着轨道安装，并与轨道交通车辆的受电装置建立电气连接。另外，集中式供电系统需要进行定期维护和监控，比如，定期检查设备状态、进行预防性维护、及时修复故障等，以确保供电设备的正常运行和故障的及时处理[2]。

2.2 分散式供电

分散式供电是一种外部电源系统供电方式，通过每个城轨交通车辆自身的供电装置，从外部电网独立获取电能，并通过车载供电系统将其转换为适合车辆使用的直流电。这种方式具有灵活性高、能耗控制和系统稳定等优点。分散式供电系统通过与城市的外部电网相连接，从外部电网获取高压电能。外部电网通常由电厂或电网公司提供，并通过输电线路传输电能至城市不同区域。每个城轨交通车辆都配备了自己的供电设备，包括接触网、受电弓等。接触网由导线组成，悬挂在轨道上方，而受电弓则安装在车顶并与接触网建立电气联系。车载供电系统负责从接触网获取电能，并将其转换为适合城轨交通车辆使用的直流电。车载供电系统通常包括整流器、变压器等设备，用于对电能进行变压和整流处理，以满足车辆的电能需求。分散式供电系统需要定期维护和监控，以确保车载供电设备的正常运行和故障的及时处理[3]。

2.3 混合式供电

混合式供电是一种结合了集中式供电和分散式供电的外部电源系统供电方式，该方法利用集中变电所和分散式供电装置，提供了灵活可靠的电力能源供应，以满足城轨交通的需求，并在故障情况下能够实现快速隔离和恢复。混合式供电系统通过与城市的外部电网相连接，从外部电网获取高压电能供应。外部电网通常由电厂或电网公司提供，并通过输电线路传输电能至城市不同区域。在混合式供电系统中，仍然存在集中变电所，负责将外部电网的高压电能转换为适合轨道交通车辆使用的低压电能。与此同时，每个城轨交通车辆仍然配备自己的供电装置，并能够独立地从外部电网获取电能，这种分散式供电方式可以为城轨交通车辆提供更灵活和可靠的供电。此外，需要做好混合式供电系统的定期维护和监控工作，以确保集中变电所和车辆供电装置的正常运行和故障的及时处理。

3.外部电源供电方式的选取

在选择外部电源供电方式时，应综合考虑多种因素，包括供电容量、供电距离等方面因素。

3.1供电容量

供电容量直接影响着城轨交通系统的正常运行和扩展，为了确定所需的供电容量，需要进行准确的负荷计算和预测分析。具体而言，应根据列车的定员和使用情况，计算每一列车的平均负荷，并结合列车运行间隔和高峰期的运行状况，估计整条线路的负荷需求。同时，线路长度直接影响供电系统的线损和电压降。较长的线路通常需要更大的供电容量来弥补电能损失。不同类型的城轨交通车辆可能具有不同的功率要求，例如地铁和轻轨的车辆通常具有不同的功率需求。对此，根据车辆类型和功率要求，计算供电系统所需的总功率。值得注意的是，在计算供电容量时，还需要考虑未来城轨交通系统的新增线路、增加车辆等因素等扩展规划，以确保供电系统具备足够的可扩展性，以适应城市发展和交通需求的增长

[4]。

3.2供电距离

在选择外部电源供电方式时，供电距离是一个重要的考虑因素。不同的供电方式对供电距离有不同的要求，并且供电距离的限制直接影响着供电系统的稳定性和可靠性。集中式供电方式通过建设大型的集中变电站，将高压电能转换为适合城轨交通使用的低压电能。这种方式通常适用于供电距离较短的情况，一般在几公里至十几公里范围内；分散式供电方式为每个城轨交通车辆都提供独立的供电装置，可以独立地从外部电网获取电能。相比于集中式供电，分散式供电具有更大的供电距离灵活性。通常适用于供电距离较远的情况，可以覆盖几十公里的范围；混合式供电方式结合了集中式供电和分散式供电的特点，可以根据具体情况选取合适的方式。例如，在供电距离较长且需要灵活性的情况下，可以采用集中式供电与分散式供电相结合的方式，使得供电系统更加可靠和稳定。

3.3供电质量

良好的供电质量对于城轨交通系统的安全运行和设备寿命具有重要影响，主要是因为过高或过低的电压都可能导致设备故障、运行不稳定或损坏。因此，供电方式需要确保提供稳定的电压，以满足城轨交通设备的需求。同时，供电频率的稳定性对于城轨交通系统的电动机和控制系统至关重要。频率波动过大会影响电动机的转速和系统的工作效率。供电方式应能保证稳定的频率输出，以确保城轨交通系统的正常运行。此外，供电系统出现故障时的恢复能力也是影响供电质量的关键因素。外部电源供电方式应具备快速检测和恢复故障的能力，以减少对城轨交通运营的影响，并提供可靠的备用电力支持[5]。总之，通过合理选择供电方式，可以确保城轨交通系统获得稳定、可靠的电力供应，并满足系统对供电质量的要求。

结束语：

综上，城轨交通供电系统中的外部电源供电方式是保障城轨交通正常运行的关键因素。在选择外部电源供电方式时，应综合考虑多种因素，包括供电容量、供电距离、供电质量等相关因素。通过合理的选择和应用，可以进一步提高城轨交通供电系统的可靠性和稳定性，为城市交通的发展提供有力保障。

参考文献：

[1]曾梦江. 城轨交通牵引供电系统综合治理装置的研制[D]. 西南交通大学, 2022.

[2]李洁, 解绍锋, 陈祯怡. 城轨三相交流牵引供电系统中心变电所可靠性分析[J]. 电气化铁道, 2021, 32 (05): 80-85.

[3]刘耀文. 城轨交通地面超级电容储能系统DC/DC变流器控制性能优化[D]. 北京交通大学, 2021.

[4]杨广德. 城市轨道交通交流牵引供电系统关键技术[J]. 设备管理与维修, 2021, (10): 83-85.

[5]李进. 城轨交通地面飞轮储能系统控制策略研究[D]. 北京交通大学, 2021.