在城市轨道交通系统当中，供电系统占有极其重要的地位，它向整个城市轨道交通系统的运作提供了能源的保障。城市轨道交通采用电力牵引，牵引动力是电动车组。由于电动车组本身是无原动力装置，因此城市轨道交通沿线必须设置一套完善的、不间断的向电动车组供电的设备，即必须设置牵引供电系统。城市轨道交通供电系统分为牵引供电系统和动力供电系统两大部分，如图4.1、图4.2所示。......
2023-09-20
城市轨道交通概论：供电方式和电分段
【摘要】：如图4.26所示，接触网在相邻两个牵引变电所中部断开，形成两个供电分区，每一个供电分区称为一个供电臂。如果电动车组仅从所在的供电臂上的牵引变电所获得牵引电能，称为单边供电。当某个牵引变电所发生故障或停电检修时，该变电所承担的供电臂供电任务通过分区亭开关闭合，由两侧的牵引变电所负责越区供电。②采用地下迷流较少的双边供电方式。
1.供电方式
牵引变电所通过接触网向电动车组供电，每一个变电所负责向其两侧供电，如果供电的距离过长，牵引电流在接触网上的电压降就会很大，导致末端电压过低及电能损耗过大，直接影响电动车组运行；如果供电的距离过短，牵引变电所的数量就较多，投资随之增加。供电距离的确定与接触导线的截面面积（有关输送电阻）和接触网供电的方式紧密联系。
如图4.26所示，接触网在相邻两个牵引变电所中部断开，形成两个供电分区，每一个供电分区称为一个供电臂。如果电动车组仅从所在的供电臂上的牵引变电所获得牵引电能，称为单边供电。如果中间断开处设置隔离开关并使其联通，则电动车组可同时从两个牵引变电所获得牵引电能，称为双边供电。
图4.26 供电方式
a—单边供电；b—双边供电；c—越区供电
单边供电时，一旦接触网发生故障只影响本供电分区，故障范围较小。双边供电时，虽然可提高供电电压的水平，但一旦发生事故，影响范围较大，因此目前较少应用。
当某个牵引变电所发生故障或停电检修时，该变电所承担的供电臂供电任务通过分区亭开关闭合，由两侧的牵引变电所负责越区供电。由于越区供电质量受影响较大，属于非正常供电。
2.电分段
通过设置隔离开关使接触网分成若干供电分段，是保证供电可靠性与灵活性的措施之一。当某一供电分段发生故障或检修时，可打开相应分段的隔离开关，使故障与停电检修范围缩至最小，同时又不影响其他各段接触网的正常供电。
电分段可分为纵向分段和横向分段两种。前者是沿线路方式作分段，如车站和区间之间、区间中的分段等；后者是线路之间作分段，如上下行线路之间。电分段隔离开关的设置位置应考虑操作方便，利于实现集中操作，如设置在车站或变电所附近。
问题与防治
一、地下迷流问题
（1）地下迷流
在直流牵引供电中，牵引电流并非全部经由走行钢轨流回牵引变电所，部分电流会由钢轨流入大地，再由大地流回钢轨或牵引变电所。这种地下杂散电流称为地下迷流。地下迷流随钢轨中回流的牵引电流增大和钢轨对大地的绝缘程度变差而相应增大。
（2）地下迷流的影响
地下迷流从钢轨流向大地再杂散流回牵引变电所过程中，如果走行钢轨附近埋有地下金属管道、电缆或其他金属结构件时，相当一部分地下迷流将由这些导体上流过。此时，在电动车组所在处附近，地下杂散电流从钢轨流向金属导电体使金属体对地电位形成阴极区。在变电所附近，地下杂散电流从金属体流回钢轨和变电所，从而形成阳极区。在阳极区，杂散电流从金属导体流出处将出现电解现象，从而会导致金属导电体被腐蚀。因此，埋设在地下的钢轨及其金属配件，附近的金属管道、地下电缆及其金属物件等，在长期的电解腐蚀下将受到严重损害。此外，地下杂散电流流入电气设备接地装置，又将引起过高的接地电位，使这些电气设备无法正常工作。由此可知，城市轨道交通的地下迷流及其影响是急需重视的问题（尤其是对地下铁道而言）。
图4.27 地下迷流分布图
二、地下迷流的防护
1.减少地下迷流的措施
①选择比较高的牵引供电额定电压，减少地下迷流。
②采用地下迷流较少的双边供电方式。
③尽量减小钢轨间的接触电阻，增加附加回流线。
④提高钢轨与地面间的绝缘程度。
⑤尽可能远离或避免与回流钢轨平行设置地下金属管道、电缆等，并采取适当的防腐措施。
⑥定期检查轨道绝缘、钢轨接触电阻，进行地下迷流的监测。
2.排除地下迷流的措施
如采用极性排流、阴极保护等措施。
扩展知识
再生制动（Regenerative braking）
在城市轨道交通中，列车行驶具有站间运行距离短、运行速度较高、启动及制动频繁等特点。在正常情况下，列车行驶大约120 s左右的时间就要经历一次从启动到制动的过程，因此，城轨列车的可靠性和可控性对列车运行的安全和停站的准确性具有特别重要的意义。
图4.29 再生制动原理图
再生制动亦称反馈制动，是一种使用在汽车或轨道列车上的制动技术。再生制动系统把列车上电动机转成发电机使用，把车辆的动能转成电能，并把电力储起来或透过电网送走，实现再生循环使用。其目的是把电动机械的无用的或不需要的或有害的惯性转动产生的动能转化为电能，并回馈电网，同时产生制动力矩，使电动机械快速停止无用的惯性转动。
再生制动系统在城市轨道交通中的应用，不仅对运行列车的控制提供了可靠的保障，并且大大节约了能源，有效地减小了轨道线路附近的污染。
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2023-09-20
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