【摘 要】我国轨道交通正处于高速发展时期，一二线城市正在大力进行城市铁路交通建设，在如此大的环境背景下，轨道交通供电系统的设计匹配性研究也在广泛展开，本文针对我国轨道交通建设的现状，浅析轨道交通供电系统的设计匹配性问题，以期为实践提供一些指导。
【关键词】轨道交通；供电系统；设计；匹配性
在我国城市化进程的不断推进中，城市交通拥堵是紧随其后的难题，于是，近年来，轨道交通成为我国交通建设领域里的主流。供电系统作为轨道交通十分重要的基础工程，在轨道设计阶段就需要重视并进行合理设计。随着我国轨道交通的迅猛发展，轨道交通供电系统的设计逐渐形成较为成熟的理论和方法，下面从轨道交通供电系统的5个构成系统出发，来研究其设计匹配性问题。
1 轨道交通供电系统概述
轨道交通是指所有有轨交通工具的统称，包括地铁、轻轨、有轨电车等等。其中供电系统是轨道交通建设中的基础工程，对轨道交通的整体运营影响巨大，如何科学合理的进行轨道交通供电系统设计是决定轨道交通是否高效安全运行的关键因素。轨道交通供电系统包括5个部分：外电源系统、牵引供电系统、动力照明系统、杂散电流腐蚀防护系统和电力监控系统[1]。下面来分别阐述。
2 外电源系统
轨道交通供电系统的外电源，简单来说就是电源由外部电力系统引入，外部系统引入的电源是高压或者中压电，高中压电有时需要“降压”才能为轨道交通供电系统使用，所以需要一个转换介质，这个转换介质为降压变电所，降压变电所将“降压”后的电能输送给轨道交通的列车和其他设备；有时高中压电无需“降压”就能直接被输送给牵引变电所，牵引变电所再将电流输送给列车和其他设备。
外电源供电系统分为三个类别：集中供电、分散供电和混合供电。我国大多数采用集中供电的形式，而城市选择分散供电，线路采取混合供电。
2.1 集中供电
集中供电是指，在供电集中点到轨道交通电力系统之间设置一些变电所，集中变电，集中供电。我国的轨道交通供电系统大部分采用集中供电，比如一些一线城市，北京、上海、广州、、深圳、香港、成都等等。我国主要采取集中供电的因素有：第一，我国电力资源不是很丰富，在用电高峰期容易出现电力紧缺的情况，因此，为保证轨道交通供电系统的顺畅安全，集中供电是最佳选择；第二，轨道交通综合电力控制能力的要求标准很严格，从速度、精度和稳定度来说，我国城市电网电力调控能力还不能达到要求；第三，城市轨道交通和国家电网分别隶属于交通部和电力部，还无法实现无障碍化互通，万一出现事故，双方都不能单方面快速处理，时间上的延误必然会造成事故损失；第四，城市供电系统对于国家电网来说，是一个需求惊人的用户，如果没有自身参与管理，一旦出现问题，将会造成不可挽回的损失。综上，采取变电站作为中介，来控制电力传输，集中处理谐波等，是我国最主要的做法。
2.2 分散供电
分散供电是指，从不同地方的电网获得电力。分散供电对城市电网要求很高，需要其拥有很强的承载能力和很高的电力调控能力，并会要求增设变电站，还需要交通部和电力部之间的互通有无。
2.3 混合供电
混合供电是将集中供电和分散供电相结合的一种供电模式[2]，这种模式对两者“取长补短”，充分吸纳两者的优势，规避了不良特点。在实际运用中，能灵活根据实际情况进行侧重点倾斜，混合供电能综合轨道交通本身需要、城市电网的状况和城市未来规划等各方面，来达到优化资源配置，在运用中，集中供电和分散供电可主辅地位调换。
3 牵引供电
牵引供电由牵引变电所和牵引网两个部分组成。这个系统应该根据高峰期最大电压的要求进行设计，以满足不同时段的不同电力需求。牵引变电所的地理位置设置和容纳量设计都需要综合考虑。
一般来说，变电所的开关选择真空的，或者六氟化硫气体灭弧开关。为防止谐波电侵入电网系统，牵引整流机需要采用双机组，就是两个十二脉并列运行机组，这样的双机组能形成二十四脉波整流，而二十四脉波整流能有效抑制谐波电流。十二脉波并列双机组因结构简单、造价低、管理便捷，并且具有很强的稳定性，从而有助于列车的安全运行。
牵引网的选择由列车受电模式决定，它一般有两种方式：第一种，第三轨―集电靴；第二种，架空接触网―受电弓。第一种简单安全，所以得到广泛运用。第二种具有强大的应对突发事件的能力，一旦有事故发生，轨道交通部门能迅速启动乘客疏散行动，降低事故影响。同时，它能减少线路损耗，拉长供电距离，提高列车载客量。
4 动力照明
轨道交通系统的动力照明跟一般照明系统没有太大的区别，在配电变压器的作用下，电压是三相AC380V，为安全考虑，系统可采用TN-S三相四线制[3]。
在地铁配电变压器的配置上，其负载率开始需达到50%，后期应达到60%，这样的要求不仅能延长变压器的使用寿命，减少损耗，还能避免“无功倒送”及测量不准等问题。
在隧道风机、给排水等供电设计上，应充分考虑承载力从而保障设备的安全高效运行。
5 杂散电流腐蚀防护
轨道交通的供电原理是，牵引变电所是传输介质，采用架空接触网或者第三轨向列车及其辅助设备输送电能，回流时走形轨。可是，走行轨是有电阻的，而且对大地不能彻底绝缘，所以，电流会流向大地，这些电流叫做杂散电流。杂散电流会腐蚀地面钢铁等金属建筑物，所以在设计时需要考虑以下几点：
（1）提高回流轨对大地的电阻，降低钢轨电位，减少回流钢轨的纵向电阻，以此来阻断杂散电流的泄漏，并阻止杂散电流对地面钢铁等金属建筑的腐蚀。
（2）设置杂散电流的收集和排泄系统，比如设置杂散电流返回变电所的途径，将杂散电流“变废为宝”。
（3）设置杂散电流的监测系统[4]，掌握杂散电流的大小，能为隔离提供数据来源。当杂散电流达到一定数值，需要及时开启排流，将其往回引流或者引向变电站。
（4）加大对独立回流轨的建设，意在隔绝与大地通电。
6 电力监控
电力监控是轨道交通智能化的关键环节，电力监控SCADA系统能实现轨道交通的自动化，以及保障轨道交通的高速安全运行。
电力监控依赖于计算机技术和互联网技术，它是分层分布的，它的组成要素有：控制中心、车站变电所子站、接触网、通信单元、车站基础设施[5]。电力监控通过信号连接和通道接入来实现对变电所的监控，它是一个循环往复的完整系统，掌握整个轨道交通的电力系统情况。
7 结束语
随着我国轨道交通的高速发展，在技术和理论上都有许多宝贵的成功经验，但是具体设计中不能犯“经验主义”的错误，要根据实际情况综合分析，从具体问题入手来调研设计。我国幅员辽阔，轨道交通在建设过程中的具体情况是迥异的，不管是地面轻轨还是地下铁等等，都应尊重客观规律和实际情况。本文从轨道交通概念入手，探讨轨道交通供电系统的五大模块――外电源、牵引供电、动力照明、杂散电流腐蚀防护系统和电力监控的设计经验，主要是围绕匹配性来进行设计演说，希望能为实际操作提供一些参考。
参考文献：
[3]李寒生.城市轨道交通供电系统综合分析及其建设运营模式探索[J].铁道标准设计，2013（5）.
[5]李鲲鹏.城市轨道交通供电系统的设计方法[J].都市快轨交通，2012 （5）.
