1、1解析地铁中可靠性对供电系统的重要性摘 要：本文主要根据作者多年工作经验并结合地铁供电实际情况对地铁供电系统的构成及特点做了简要阐述，地铁牵引供电系统能否安全可靠运行直接影响到地铁的安全运行和稳定运营。 文章研究了地铁牵引供电系统的结构及影响其可靠性的相关因素，并对如何提高地铁牵引供电系统的可靠性的方法进行分析。 关键词：组成；方式；因素 中图分类号：U223.6 文献标识号：A 文章编号：2306-1499（2013）05-（页码）-页数 1.前言 随着我国进入多元化的社会，经济与科技的不断发展与进步，城市规模和城市密度急剧扩大，导致了城市内交通流量的剧增。地铁作为一种新的交通工具，以其本身
2、的优越特性，在各大城市中得到了巨大的发展，并逐渐深入市民日常生活，为城市交通发挥着越来越重要的作用。地铁供电系统为地铁运行提供所需电能，是地铁得以运行的动力保证，若供电出现中断将会造成地铁交通的瘫痪，严重影响人们的出行，甚至还可能威胁到乘客的生命和财产安全。因此，对地铁牵引供电系统可靠运行的研究具有重要意义。 2.地铁供电系统的组成 地铁供电系统负责为车辆及相关供电设备提供动力能源，有高压供2电系统和内部供电系统。高压供电系统也称外部电源，一般为城市电网，地铁则作为城市电网的用户，直接从城市电网中获取电能，而不是单独建立电厂。 地铁内部供电系统主要包括牵引供电系统和动力照明供电系统。牵引供电系
3、统则由牵引供电所和牵引供电网两大部分组成。牵引供电系统采用牵引变电所将三相高压交流电转变成适合电动车辆使用的低压直流电。接着低压直流电被馈电线路传输到接触网上。电动车辆则通过受流器与接触网的直接接触来获取电能。 动力照明供电系统则由降压变电所和动力照明配电线路组成，主要为车站和区间内各类照明提供电力，并为各类机械动力设备以及信号、通信、自动化设备提供电源。 3.地铁供电方式 城市电网对地铁交通的供电方式主要有集中式供电方式、分散式供电方式和混合式供电方式三种。三种供电方式各有其优缺点，且与城市电网的分布密切相关，需要根据城市电网和地铁设计的具体情况来选用某种形式的供电方式。 3.1 分散供电方
4、式 分散供电方式中没有主变电所，而是直接设置牵引变电所、降压变电所，由城市电网区域变电所分别供电（一般为 35kV 或 10 kV 电压等级）。分散供电方式可以充分利用原有城市电网资源。但分散供电方式是由不同的区域变电所提供电源，要保证能获得双路电源，就要求沿线变电所和供电容量要足够。这要求地铁所在区域城市电网发达，有符合要求3的可靠供电电源，并要求中压网络的电压和城市电网一致。另外，分散供电方式容易受外部电网影响，可靠性相对要差一些。 3.2 集中供电方式 集中式供电方式中为地铁设置若干专用的主变电所，其数量和位置间隔根据用电量及线路的长短来确定。每个主变电所需要有两路独立的电源，为地铁内部
5、牵引供电系统和降压供电系统等提供其所需电压级（如 10 kV、35 kV）的电力。在集中供电方式中，中压网络电压级的确定应该充分考虑用电容量、供电距离和外部城市电网现状及发展等因素。集中式供电方式具有可靠性高、便于统一调度管理、施工方便、维护简单、计费便捷等优点，但集中供电方式一般投资较大。 3.3 混合供电方式 混合供电方式为集中和分散供电方式的结合，具有两者共同的优点，但增大了复杂性。在实际运用中一般以集中供电方式为主，在特殊地段使用城市电网电源作补充，该方式可以使供电系统更加灵活、完善及更符合实际的外部条件。 4.影响配电网供电可靠性的主要因素 供电网络连接主变电所和地铁车站的变电所，是
6、地铁供电系统的基础。配电网的可靠性很大程度上决定了地铁供电系统的运行可靠性，其安全可靠运行是地铁供电网络安全可靠运行的重要保证。地铁的配电在国内主要有 35 kV、33 kV 和 10 kV 三个电压等级，其中 33 kV 电压等级在我国没有被推荐使用，因为特殊历史原因才在少数城市使用。 影响配电网供电可靠性的主要因素有：外部电网故障或不稳定；配4电线路网架构原因；设备本身的可靠性等外力破坏造成的线路故障；故障修复时间，作业停运率等。 外部电网的不稳定不能直接消除，通过冗余备份和鲁棒的电网架架构等可以一定程度消除其影响，减少自身的故障率，提高配电网供电的可靠性。设备本身可靠性问题以及外力破坏造
7、成的线路故障问题等，可以通过选用稳定、可靠、质优的设备以及维护好设备及线路运行环境来加以排除。但由于设备老化等原因，往往不能最终消除，所以还需要提供一定的冗余备份和及时、快速的修护功能，以尽早排除故障，提高可靠性。另外，对测试、施工等做好规划，提高技术水平，并在需要的地方提供备用线路，可以有效减少停运的时间和次数。 不同的电压等级，影响供电可靠性的因素不尽同。配电网，特别是35 kV 的配电网很容易受外部电网的干扰因素影响。所以在系统设计时，为保证系统的可靠性，还应该根据电源等级的不同，对配电网的可靠性作特殊处理，使其具有抵抗和容忍外部故障和干扰的能力。 5.牵引供电方式 牵引供电系统是地铁供
8、电系统中极为重要的部分，牵引供电模式有直流牵引和交流牵引两种。目前直流牵引比交流牵引更适合于地铁，所以地铁中一般采用直流牵引供电。直流牵引供电又可以分为有接触轨和架空接触网两种最基本方式。接触轨方式又可以根据与车辆受流器接触面位置的不同分为上接触式和下接触式两种。接触网也可以分为刚性悬挂和柔性悬挂两种。 接触轨和接触网两种供电方式各有其优缺点，究竟该选用何种方式，5应根据各城市的自身特点，经过各方面比较来确定。 接触轨主要有使用寿命长、可靠性高、维护工作量小、对城市景观影响少等优点。主要缺点有：需要完善的安全保护措施；结构复杂、电压偏低；牵引变电所密度高、数量多等。接触网的优点：电压较高；适应
9、于大运量系统供电；车辆可随时脱离电源；安全性较好等。但接触网对净空要求较高，工程量及花费较大，且需要经常调整、维修。 6.影响牵引供电系统的主要因素 影响牵引供电系统可靠性的因素多种多样，根据其来源可以分为内部和外部两个方面。 内部因素主要包括设备本身可靠性和系统组织架构可靠性以及系统抗故障能力。各供电设备是供电系统功能执行的基本单位，设备本身的可靠性将直接影响到牵引供电系统的可靠性。要保证较高的可靠性，就要使系统中的各设备健全、稳定运行，并高质量地完成相应功能。 另外，系统是各个设备的有机组合，要保证系统运行的可靠性，不仅需要各设备的稳定可靠，还需要设备有机的组合、正确地协同工作。这需要拥有
10、高可靠的系统架构，保证各设备有序合理运行，并保证在有设备发生故障时仍能够正常稳定地工作。 同样，抗故障能力也是系统可靠性的一个重要方面。系统抗故障能力主要表现为故障预警能力和故障恢复能力，要求系统具有安全审核、自我保护和故障恢复能力。这要求能对系统的运行状况进行全面地监控。当出现可能威胁系统运行安全的事件时，能采取适当的预防措施或发出报警等；当系统中有设备出现异常情况时，能采取必要保护措施，维持6系统的安全运行和正常供电，而绝不能扩散事故；当故障发生后，在考虑系统运行安全的同时，还需系统能恢复至故障出现前的状态。 外部因素包括系统外部电源影响、运行环境影响，以及人为误操作等。整个供电系统最终是
11、采用外部的城市电网供电，外部电网的故障会对牵引供电系统造成很大的影响。为保证供电系统的可靠性，一般需要有冗余的供电电源；另外，还可以在供电系统中设计引入故障消除功能。系统设备运行在相应的设备环境中，许多外界因素会对设备运行造成干扰，要保证系统运行，还需要有相应的措施来消除可能对设备运行造成影响的外部干扰。 7.结语 综上所述，供电系统是地铁的重要组成部分，其平稳的运转可以保证地铁系统整体的安全性，如果供电系统出现问题，给社会带来不仅仅是经济损失，更能严重的影响到社会秩序和社会安定。要提高地铁供电系统的稳定性，主要可以从配电网和牵引供电系统两方面入手。具体实施中可以利用冗余设计，提高设备可靠性；采用先进的系统架构，减少外部电源影响；排除外界干扰等方法来提高地铁供电系统的可靠性。
