城市轨道交通车辆应急供电系统研究

城市轨道交通车辆应急供电系统研究

高双喜 ,刘朝军

青岛地铁运营有限公司   山东青岛    266000

摘要：进入21世纪以来，我国城市轨道交通建设和发展速度十分之快，目前我国国内快速轨道交通运营总路线已达400km，十几座城市和相当数量的大中城市都在筹备不同类型轨道交通建设，预计未来我国轨道交通建设速度将会更快。城市轨道交通车辆应急供电系统是维持电力的关键枢纽和系统，其不仅能够为车辆提供能源，也能够确保站台服务的供电正常，确保正常的通行需求，目前所采用的供电方式主要包括分散式、混合式和集中式三种供电方式，由于各个城市的实际情况不同，实际所采用的供电形式也不同，增加对城市轨道交通车辆应急供电系统的研究，将更好地解决城市电网容量从经济因素，满足正常的供电需求。本文将阐述现阶段城市交通轨道供电系统的组成，并对轨道交通供电的应急方案和处置进行探讨。

关键词：轨道交通；供电系统；应急处置

引言：当前城市轨道交通还存在多种方面的问题，其中交通供电的应急处置是十分重要的，城市轨道交通车辆主要是以蓄电池和电箱来维持应急供电，出现突发情况时蓄电池将为车辆提供应急的供电方式，确保车辆能够正常运行。城市轨道交通运营线路目前已有200多条，涵盖地铁、有轨电车等多种交通运行方式，目前城市轨道交通车辆的数量和运营规模都在不断地发展，但是由于交通车辆在运行过程中受到环境和多方面因素的影响，因此没有较好的安全性和可靠性，而且也无法避免供电系统因自然灾害、人为影响所造成的供电短路故障和停运情况，特别是对于隧道内行驶的路线，如果无法解决供电短路的情况，将会给人员梳理和路线正常通行带来不利影响，因此研究城市轨道交通车辆应急供电系统十分重要。

一、城市轨道交通车辆应急供电系统应用现状

随着我国经济技术的快速发展，人们的生活方式和出行方式发生了巨大的变化，由于城市轨道交通具有能耗低、效率高，而且运输量大的优势，因而成为许多大型城市解决交通压力和交通枢纽问题的选择。城市交通轨道具有诸多优势，城市轨道交通的快速发展大大加快了城市化进程和城镇的交通发展，而且有效地减轻了城市交通压力，使得当前城市的发展速度十分之快。但由于我国城市轨道交通发展时间较短，因此与国外轨道交通发展仍有较大的差别，至今我国并没有建立起完善的城市轨道交通系统，其中包括制造业、车辆通讯、信号控制等，而且许多必要的交通设施是由国外引进而来，为了更好地解决这一系列问题，交通部门对城市轨道交通安全方面有了新的要求，尤其在法律法规和政策上有了更进一步的完善。

1950年我国正式研究筹备地铁网络，并于二十世纪七十年代到八十年代间建立了长达54公里的北京地铁一号线，自此国内城市轨道交通进入发展的快速阶段，1990年以后我国城市轨道交通建设发展迈入新征程，国内多个大中型城市着手开展地铁轨道交通的建设，并在国家的扶持之下建立了完善的地铁轨道交通枢纽，北上广三个大城市在建立城市轨道交通后也逐步呈现出新的问题，就是应急的供电方式。目前城市轨道交通涵盖A型车和B型车两种交通车型，其储能形式存在差异，既包括车辆自带的碱性电池和铅酸电池，还包括密度和功率较大的锂电池，电池压力受不同车辆所提供的压力和正线牵引力影响，从不同的电压来看，城市轨道预计系统应与其配备的储电电量功率相匹配，在此基础上才能够确保轨道交通车辆正常运行。同样体积下配置锂电池的车辆具有更多优势，首先其能够满足城市轨道交通车辆牵引力的需求，同时也能够满足车辆的长距离出行需求，且具备较好的行车速度和使用寿命。而碱性电池和铅酸电池则因为能量密度和功率密度的差别，使用寿命较短，行车速度慢。

二、城市轨道交通供电系统的供电方式

（一）集中供电方式

集中供电方式是由城市交通建设中所采用的一座或几座主变电所、牵引变电所和降压变电所组成，主变电所一侧电源提供110kV或66kV的独立电源，建立独立的供电系统，为轨道交通车辆提供电源需求。主变电所的输出主要用于沿线的牵引供电系统和通用照明系统的电量需求上，针对于不同的电压需求，桥形接线中还设置有变压器输出，我国常用的35kV和10kV两种电压等级，目前城市轨道交通车辆所运用到的中压环网电压大多为35kV和10kV，集中供电方式具有维护管理方便、负荷影响小等优点，但其中需要设置独立的主变电所，造价较高，因此需有少部分城市采用集中供电方式。

（二）分散供电方式

分散供电方式是国内很多城市所采用的供电方式，其依靠牵引变电所和降压变电所两个中枢，并将其就近引入到城市电网中，不再建立专门的供电所供电方式，因而造价较低。在实际的运行过程中，城市轨道牵引变电所和降压变电所由城市电网分散供电，并且能够为沿线的附近用户提供电量，但就近的电网输出时电网负荷干扰影响较大，而且供电质量和可靠性不高，供电系统的整体独立性不足，不利于集中管理，但由于投资较低得到广泛应用。

（三）混合供电方式

混合供电方式是以集中供电为主、分散供电为辅的供电方式，该方式解决了分散式供电管理困难和集中式供电造价较高的优势，形成了较好的结合，目前我国北京，武汉的城市采用的是混合供电方式。

三、城市轨道交通车辆应急供电系统研究

由于轨道交通车辆依靠电力提供能源，如果出现自然灾害和人为干扰，则会给供电系统造成影响，造成故障和人员疏散的困难，因此需要对轨道交通车辆的应急供电措施进行研究。

（一）采用110V电池作为应急供电系统

对于出现大面积停电、牵引负载过大、车辆故障以及供电设备故障的情况，可以采用110V电池作为应急的供电系统，为车辆提供应急供电。在实际应用过程中，要对城市轨道交通车辆110V的电池箱进行二次改造，确保其正常使用，通常情况下，该设计由于所涉及的电压等级低，实际的电流输出将会较大，电池在长时间低压输出下，则会引发较为严重的发热，输出效率不足，而且牵引效率将会受到影响，因此对于这故障时间短、牵引功率小、速度慢的情况，可以采用110V电池的应急供电方式。

（二）电池和充电机的应急供电系统

电池组和充电机为车辆提供电源是另外一种应急供电的方式，在原有的车辆电池箱和电池机组的情况下，要增加额外的电池箱，配备300～800V的电压，考虑到电池组的电压稳定性和安全性，需要可以采用能量和密度较大的锂电池，该电池组能够满足750V～1500V的电压等级，而且可以频繁使用，牵引力大大提高，但同时也增加了空间和投资成本。

（三）采用电池和双向DC/DC的应急供电系统

这一应急供电系统是依靠电池箱的双向DC/DC的双向交流模块来实现的，这一供电方式与牵引效率较高，而且可以辅助车辆正常运行，其可以满足故障情况下的应急牵引和供电，同时也能够实现制动能量的回收，而且系统的利用率也能够提高。不同的应急供电系统适用于不同场合和环境，考虑到成本和改装的难易程度，需要具体情况具体考虑，选择最适合城市轨道交通车辆应急供电方式。

结束语：

目前出现的国家交通供电应急情况，可以成立应急的指挥中心，解决应急事故、故障抢修，尽可能确保轨道交通能够正常运行，就不同系统的供电方式，需要结合整车供电的实际情况，为智能化城市轨道交通车辆的设计和推广提供支持，为探索新能源车辆的交通方式和新能源出行方式提供支持。

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