地铁牵引供电系统分析
摘要：地铁牵引供电由牵引变电所和牵引网两大部分组成，两者具有相互协调特征。牵引供电和地面供电或配电系统的运行方式是有差异的，因此在设计时应尽可能地发挥系统交通，保障地铁的安全正常运行。以下就地铁牵引供电系统及常见故障进行分析，供同行借鉴参考。
关键词：地铁；牵引供电；电力系统
前言
直流牵引供电系统的特点是“多电源”和保护的“多死区”，“多电源”是指牵引网发生短路时，双边供电两侧的牵引变电所向短路点供电，实际上是整条线的牵引变电所都是通过牵引网向短路点供电。牵引供电系统根据需要可以有以下几种运行方式：①牵引变电所正常为双机组并列运行，以构成等效 24 脉波整流。②一台机组退出运行时也可以有条件地单机组运行。③系统中允许几座牵引变电所解列退出运行，条件是解列的变电所必须是至少相隔两座牵引变电所。④牵引网正常实现双边供电，当一座牵引变电所故障解列退出运行，应实现大双边供电。⑤只有在末端牵引变电所故障解列时才采用单边供电，如列车在牵引网末端启动时电压降超过运行值，可通过横向电动隔离开关将上下行接触网并联，以减小回路电阻，降低电压损失。⑥本所整流机组都挂在 35kV 一段母线上，相邻牵引变电所的整流机组会挂在另一段 35kV 母线上，这提高了供电的可靠性。
一、牵引供电系统按双边供电设计
双边供电是指任何一个馈电区同时从两侧牵引变电所取得两路电源。地铁的牵引供电系统，在正线的设计和运营中，均应采用双边供电方式，因为双边供电具有明显的有点。双边供电是设计必须满足的条件，也是正常运营的首选方式，单边供电不是设计的限制条件。即使在一座牵引变电所故障解列时，也应采取技术措施实行大双边供电，同时应自动完成双边联跳条件的转换，这样可以减少牵引变电所数量，既节省建设投资，又减少运营费用，同时减小列车起动时的电压损失，降低功率损耗，有利于列车运行，并且不影响运送旅客的能力，这对运营是非常有利的。双边供电示意图 1 所示，走行轨对地电位分布如图 2 所示。
牵引供电系统
牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电形式。例如城市电车、城市地下铁道、工厂矿山的电力交通运输供电等，都可称为牵引供电。电气化铁道供电，
因其用电量大、分布广，因而形成相对独立于电力系统的电气化铁道牵引供电系
统。统。
一、牵引供电系统的电流制一、牵引供电系统的电流制
工频单相27.5KV交流牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网两部分组
成。成。其主要作用是从电力系统取得电能，其主要作用是从电力系统取得电能，其主要作用是从电力系统取得电能，并送给沿铁路线运行的电力机车。并送给沿铁路线运行的电力机车。并送给沿铁路线运行的电力机车。牵引牵引
供电系统的构成可用图1一2所示的示意图说明。所示的示意图说明。
（一）一次供电网络（一）一次供电网络
一次供电网络是指直接向牵引变电所供电的地区变电所（或发电厂）及高
压输电线路。输电线路一般分为两路，电压为110 kV。近年来，也有采用220 kV
的，相比之下，后者电源的可靠性和稳定性等技术指标相对较高。
上述高压输电线路虽然专门用于牵引供电，上述高压输电线路虽然专门用于牵引供电，但由国家电力部门修建并管理，但由国家电力部门修建并管理，
并以牵引变电所的110 kV进线门形架为分界点。进线门形架为分界点。
（二）牵引变电所（二）牵引变电所
牵引变电所的作用是降压，并将三相电源转换成两个单相电源，然后通过
馈电线分别供电给牵引变电所两侧的接触网。
（三）牵引网（三）牵引网 牵引网是由馈电线、接触网、钢轨、回流线组成的双导线供电系统。
馈电线是连接牵引变电所母线和接触网的架空铝绞线。馈电线除直接送电
给接触网外，还要送电给附近车站，机务折返段，开闭所等，所以馈电线的数目
较多，距离也可能较长。较多，距离也可能较长。
流过电力机车的负荷电流经钢轨和回流线回到牵引变电所回流箱。由于钢轨对地并非绝缘，所以部分电流沿大地流回到牵引变电所，形成地中电流。
（四）分区亭（四）分区亭
智能牵引供电系统总体技术方案
智能牵引供电系统（Intelligent Traction Power Supply System）是一种基于智能化技术的供电系统，用于为铁路牵引系统提供电能。该系统通过利用现代信息技术和自动化控制技术，实现了对供电系统的实时监测、故障诊断与预测、智能调度等功能，提高了供电系统的可靠性、安全性和效率。
智能牵引供电系统的总体技术方案包括以下几个方面：
1. 监测与检测技术：智能牵引供电系统通过安装在关键位置的传感器和检测设备，实时监测供电系统的电压、电流、温度等参数，以及线路的状态和负载情况。通过这些监测数据，系统可以及时发现并定位供电系统的故障，并进行相应的处理。
2. 故障诊断与预测：基于监测数据和先进的故障诊断算法，智能牵引供电系统可以对故障进行准确诊断，并预测可能出现的故障。系统可以根据故障的严重程度和紧急程度，自动进行故障处理和维修调度，以最大程度地减少故障对供电系统的影响。
3. 智能调度与控制：智能牵引供电系统通过自动化控制技术，实现对供电系统的智能调度与控制。系统可以根据列车的运行情况和牵引需求，自动调节供电系统的电压和频率，以保证供电系统与列车的匹配性。同时，系统可以根据电网的负荷情况和能源消耗情况，智能调度供电系统的运行模式，以提高能源利用效率。
4. 安全保护与备份：智能牵引供电系统具备多重安全保护机制，确保供电系统的安全运行。系统可以实时监测供电系统的电气参数，如电压、电流等，一旦发现异常情况，系统会自动切断供电，以防止事故的发生。同时，系统还具备备份电源和备份控制系统，以确保供电系统在故障情况下仍能正常运行。
5. 数据分析与优化：智能牵引供电系统通过对监测数据的分析和处理，可以获取供电系统的运行状态和性能指标。系统可以根据这些数据，对供电系统的运行进行优化，以提高供电系统的可靠性和效率。同时，系统还可以通过数据分析，为运营管理部门提供决策支持，以实现供电系统的长期规划和优化。
电气化铁道牵引供电装置,又称为牵引供电系统,其系统本身没有发电设备,而就是从电力系统取得电能。目前我国一般由11０kＶ以上得高压电力系统向牵引变电所供电。
目前牵引供电系统得供电方式有直接供电方式、BT供电方式、AＴ供电方式、同轴电缆与直供加回流线供电方式四种,京沪、沪杭、浙赣都就是采用得直供加回流线方式。
一、直接供电方式
直接供电方式(T—Ｒ供电)就是指牵引变电所通过接触网直接向电力机车供电,及回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所得供电方式。
这种供电方式得电路构成及结构简单,设备少,施工及运营维修都较方便,因此造价也低。但由于接触网在空中产生得强大磁场得不到平衡,对邻近得广播、通信干扰较大,所以一般不采用。我国现在多采用加回流线得直接供电方式。
二、BT供电方式
所谓BＴ供电方式就就是在牵引供电系统中加装吸流变压器(约3~4km安装一台)与回流线得供电方式。这种供电方式由于在接触网同高度得外侧增设了一条回流线,回流线上得电流与接触网上得电流方向相反,这样大大减轻了接触网对邻近通信线路得干扰、
BT供电得电路就是由牵引变电所、接触悬挂、回流线、轨道以及吸上线等组成。由图可知,牵引变电所作为电源向接触网供电;电力机车(EL)运行于接触网与轨道之间;吸流变压器得原边串接在接触网中,副边串接在回流线中。吸流变压器就是变比为1:1得特殊变压器、它使流过原、副边
线圈得电流相等,即接触网上得电流与回流线上得电流相等。因此可以说就是吸流变压器把经钢轨、大地回路返回变电所得电流吸引到回流线上,经回流线返回牵引变电所。这样,回流线上得电流与接触网上得电流大小基本相等,方向却相反,故能抵消接触网产生得电磁场,从而起到防干扰作用。
以上就是从理论上分析得理想情况,但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流,所以经回流线得电流总小于接触网上得电流,因此不能完全抵消接触网对通信线路得电磁感应影响。另外,当机车位于吸流变压器附近时回流还就是从轨道中流过一段距离,至吸上线处才流向回流线,则该段回流线上得电流会小于接触网上得电流,这种情况称为“半段效应”。此外,吸流变压器得原边线圈串接在接触网中,所以在每个吸流变压器安装处接触网必须安装电分段,这样就增加了接触网得维修工作量与事故率。当高速大功率机车通过,该电分段时产生很大电弧,极易烧损机车受电弓与接触线、且BＴ供电方式得牵引网阻抗较大,造成较大得电压与电能损失,故已很小采用、
