摘要：随着电气化铁路的交流供电技术的日益成熟，交流制供电方案在我国城市轨道交通中也在开始进行研究。直流制供电最大的缺点就是存在迷流（杂散电流），而直流制迷流的治理和防护代价大、效果差、价格昂贵、设备复杂。而且城市轨道交通直流制供电采用的是直流串激电动机作为电力机车的牵引动力，随着电力机车功率需求的增大、城市轨道供电系统供电半径的增大和牵引结构的简化，交流制与直流制相比更具优势，在这些背景下，城市轨道交通交流制供电方式的可靠性研究具有重要的意义。
关键词：城市轨道交通 交流牵引 供电系统
1 城市轨道交通牵引供电系统
城市轨道交通牵引供电系统如图1所示，牵引供电系统包括牵引变电所与牵引网两个部分，通常采用的是直流和交流两种形式，面对需求量越来越大的城市轨道交通，需要采用更高效的牵引供电系统来提升整体运作效率。相较而言，直流牵引供电系统较为繁杂，且维护成本较高，因此逐渐趋向于使用交流牵引线供电系统。
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1.1直流交通牵引供电系统运用中的问题
在城市轨道交通牵引供电系统中，部分城市采用的是直流电。这一形式需要搭建直流牵引供电网，将城市变电站、接触网和牵引网等联系起来，如图2所示。
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如果采用这一形式的供电系统，一旦部分供电电路出现问题，就需要立刻更换供电线路以保障城市轨道交通的正常运作。另一方面，在构建整体直流牵引供电系统时，需要采用相对杂散的电流保护措施来确保电能的均匀分布，进而维护整体供电体系的稳定。面对日趋繁重的城市轨道交通压力，直流牵引供电系统以难以满足人们的出行需求，再加上这一系统技术需要采用繁琐的维护措施，耗费较多成本。因此越来越多城市在轨道交通供电系统方面趋向于交流牵引供电系统，提升维护效率，进而整体提高供电的稳定性和安全性。
1.2 交流牵引供电系统在城市轨道交通中的应用
在城市轨道交通交通中采用交流牵引供电系统，通过单向链接来实现电网和变压器之间的协调运作。使用中首先需要安装两台采用双绕组单项变压的变压器，然后通过电网来使整个结构形成开口三角形，以此实现供电系统的高效运作。这样整体化的供电系统由于合理配置电网的高压端和低压端，实现各端口与牵引母线的紧密连接，进而保障了供电系统的高效性。由于对整个系统采取了加压系统设置，以此来保障使用过程中的稳定性，保障城市轨道交通可以正常供电。但另一方面，由于交流牵引供电系统需要在长时间动态取流的状态下运作，因此在系统设备安装过程中要提高其耐磨性，进而提升系统的使用寿命。
2 城市轨道交通交流牵引供电系统及其关键技术
交流单相牵引供电系统有两种接线方式，一种是简单接线和 VV 接线，简单单相接线设备简单、经济，主变压器容量利用率高，但是存在负序电流；VV 接线是在牵引供电中设置两台双绕组的单相变压器，其一次侧和二次侧连成开口三角形，此开口三角形的两个开口端和一个公共端，在一次侧连入电力系统的一次电网，在二次侧将公共端口与钢轨连接，另两个端口分别用馈电线连入接触网的两个相邻区段，这种接线方式虽然减小了负序电流，但是由于是分相供电，不能实现城市轨道交通接触网双边供电的要求。下面我们从解决负序电流和分相供电满足城市轨道交通整体功能等方面来说明城市轨道交通交流单相牵引供电系统在主变电所、牵引变电所以及保护配置等方面的设计。
2.1 主变电所
同直流牵引供电系统中主变电所作用相同，城市轨道交通交流牵引供电系统中主变电所的作用也是为全线运行提供电源的，不同的是它需要提供两组独立的电源，一组是牵引电源，另一组是动力照明电源，从外部引入 110kV 或 220kV 后经单相变压器变为 20kV-35KV，由单相变压器的两个端子经牵引电缆和回流电缆引入正线牵引变电所；另一路经三相变压器降压后经三相电缆输送给正线变电所作为动力照明电源。考虑到我们使用的是工频单相供电，属于不对称负荷，会造成电力系统的三相负荷不对称，从而产生负序电流，负序电流会对城市轨道交通车辆电机及其他的设备的电动机带来损坏或影响使用寿命，因此我们在主变电所增加负序补偿装置，同时由于线路上各种感性和容性负荷的影响，降低了牵引供电系统的功率因数，从而会增加设备容量和线路损耗，因此还需在主变电所增加用于全线无功补偿的装置如 SVG。
2.2 牵引变电所
牵引变电所的位置选择应考虑城市规划和运载负荷的要求，同直流牵引变电所一样间距可设为 2KM-4 KM，所内用电主接线同样选用单母线分段方式，配电变压器分列母联开关柜两侧，互为备用，提高安全可靠性，通过低压开关柜为所内照明、通信及动力设备提供电源；牵引变压器即单相变压器单独引接，采用双绕组的单向变压器，一次侧即高压侧的两个输入端接从上一级牵引变电所或主变电所引入的牵引电缆和回流电缆，二次侧即低压侧一端接钢轨，另一端分裂成两路分别连接接触网或接触轨的上下行，由于各牵引变电所的高压电源是从主变电所引的同一路牵引电源，且不分相，因此牵引变压器即单相变压器低压侧可以并联，满足了城市轨道交通牵引网双边供电的要求。
2.3 保护配置
同直流牵引供电系统相似，主要开关柜的保护采用微机保护的形式，交流供电系统牵引变电所内可不设置杂散电流防护系统，同时没有对牵引馈出设备的绝缘安装要求，无需设置框架泄露保护装置。对于环网进出线柜，包括所用高压电源进出线和独立牵引电源进出线，设置光纤差动保护作为主保护，选择电流比较保护作为线路后备保护；本体后备保护可选择低压启动过电流保护、零序过电流保护和失压保护等功能。对牵引变压柜即单相变压器柜，由于采用牵引支路和回流支路，牵引支路可选择电流速断和过流保护和过负荷保护，牵引变压器内部故障由电流速断保护功能实现跳闸；本体超温由硬接点送至保护系统的综合保护继电器输入端，系统接收到信号后，可以实现速断或延时跳闸；对于回流支路主要考虑设置电压保护。对于交流上网馈线柜，可以参照直流馈线柜的保护设置，选择 di/dt+ΔI 保护作为主保护，电流速断保护、双边联跳保护、过电流保护作为后备保护。通过以上城市轨道交通交流牵引供电系统在主变电所、牵引变电所、保护配置方面的设计说明，解决了负序电流、电源分相等方面的问题，同时结合交流单相牵引供电系统的实际情况为主要系统和设备选择了完善的保护配置，为交流单相牵引供电系统在城市轨道交通运用提供了切实可行方案。
结束语
经济的发展使更多人涌入城市，给城市轨道交通带来了沉重压力。相较于直流牵引供电系统，交流牵引供电系统的运用可以有效提高供电的稳定性和维护的简便性，更适宜于城市的交通需求。通过对关键技术的不断优化升级，来提升供电系统的整体运作效率，为百姓日常出行提供可靠的保障，一定程度上推动了我国供电系统体系的发展。
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