电气自动化在城市轨道交通供电系统中的应用与优化

引言

随着我国城市化进程的加速，城市轨道交通作为解决城市交通拥堵和提升公共交通效率的重要手段，得到了迅速发展。城市轨道交通系统具有高密度、大运量的特点，其供电系统的稳定性和可靠性关系到整个系统的安全运行和效率提升。因此，供电系统的智能化、自动化水平成为城市轨道交通发展的关键因素之一。电气自动化技术的实施下，可优化供电网络的调度和管理，以分布式无功补偿和最优潮流控制等技术手段，进一步提升系统的能效和稳定性。本研究中，将重点分析在城市轨道交通供电系统中电气自动化的应用措施。

1 电气自动化在城市轨道交通供电系统中的重要作用

1.1 提高供电系统的稳定性和安全性

城市轨道交通系统的稳定运行离不开可靠的供电系统支持，电气自动化技术实施下，对供电设备进行监测和控制，能提升供电系统的稳定性和安全性。例如，依托实时监测供电设备的运行状态，电气自动化系统可发现潜在故障并采取措施，防止故障扩大，从而保障供电系统的持续稳定运行。电气自动化技术能优化供电设备的配置和运行参数，提高供电效率和能源利用率，进一步降低供电成本。

1.2 加强对智能调度和运行控制

电气自动化技术在供电系统中的应用，对供电设备进行智能调度和运行控制。如安装信号系统、轨道电路、列车位置检测器等设备，电气自动化系统能实时监测列车的位置、速度和运行状态，做到精确控制和调度列车。智能调度方式的应用下，提高列车的运行效率，减少人为操作的失误，增强系统的安全性。例如，在紧急情况下，电气自动化系统能够迅速启动紧急制动程序，列车及时停车，防止事故的发生。

1.3 优化电网数据处理能力

电网电力系统是轨道交通系统中的重要组成部分，其数据采集与分析能力对轨道交通的正常运行有着重要影响。电气自动化技术通过提升电网的数据处理能力，能对列车运行所需负荷进行精确监测和合理分析。基于对故障或异常单元的准确快速定位，电气自动化系统可快速切断故障单元的电力输送，防止故障扩大，减少能源损耗。电气自动化技术应用下，可对各系统超负荷状态进行预警，促使负荷高峰期电力分配的合理性，保证各系统有效运作。

2 轨道交通供电系统的能效及其影响因素

轨道交通供电系统的能源消耗比是评估运营成效的重要标准，通常通过“能源消耗系数”来体现。能效比反映了每千瓦时的能耗量，高效系统能让每度电支持更多行驶里程，提升系统的经济效益与绿色属性。系统效能受多因素制约，主要影响因素包括牵引系统效率、变电站节能性能、接触网能耗及列车载重特性等。列车加速减速阶段的电力需求急剧上升，牵引变流站的作业状态和负载变动对能效影响显著。电流在接触网中的损耗和电压传输过程中的下降，也是能效提升的瓶颈。采用创新电力电子工具、可调频驱动装置和能量回收装置群，可有效降低能耗，优化供电系统结构，并实现设计和操作流程的升级。预计轨道交通供电系统能效可提升 1 0 %～2 0 % 。

3 电气自动化在城市轨道交通供电系统中的应用与优化

3.1 电气自动化技术在主变电所引入的应用

（1）自动化变电站（AIS）是指通过自动化设备和系统实现对变电站运行状态的监测、控制和管理。AIS 主要包括以下几个部分： ① 传感器网络。安装在变电站的各个关键节点，用于实时监测电压、电流、温度等参数。 ② 控制系统。包括自动电压调节器（AVR）和断路器控制器，用于实现对电压和电流的自动调节和保护。 ③ 通信网络。用于传输监测数据和控制指令，实现远程监控和管理。（2）气体绝缘变电站（GIS）采用六氟化硫（SF6）气体作为绝缘介质，具有占地面积小、维护量低等优点。GIS 的自动化技术包括： ①S F 6 气体监测系统。用于实时监测SF6 气体的压力、温度和泄漏情况，确保变电站的安全运行。 ② 智能断路器。通过嵌入式传感器和控制器，实现对断路器的自动控制和保护。

3.2 电气自动化技术在中压供电网络中的应用

（1）自动化配电终端单元（FTU）。此为安装在中压供电网络各个节点的智能设备，其主要功能包括：其一，实时监测。FTU 配备了高精度传感器，能够实时监测电流、电压和功率等参数，并将数据传输到中央控制系统。其二，故障检测与隔离：FTU 可以检测到线路中的故障，如短路和过载等情况，并通过自动断路器隔离故障段，以确保故障不会扩散。其三，远程控制。通过通信网络，中央控制室可以远程控制FTU，实现对配电网络的实时调节和管理。（2）分布式控制系统（DCS）。这是一种采用分布式架构的自动化控制系统，主要用于对供电网络进行监测、控制和管理。DCS 的主要功能包括：其一，数据采集与处理。DCS 通过与 FTU 等设备的连接，实时采集供电网络的运行数据，并进行分析和处理。其二，智能调度与优化。DCS 能够根据实时数据，对供电网络进行智能调度和优化，确保电力的高效分配和使用。其三，故障诊断与恢复。DCS 具备强大的故障诊断能力，能够快速定位故障点，并通过自动化手段进行故障隔离和恢复。

3.3 电气自动化技术在接触网系统的应用

在接触网系统中，电气自动化技术首先体现在对供电线路的实时监控与管理方面。通过部署智能传感器和监控设备，接触网系统能够实时采集电压、电流、温度等关键参数。这些数据被传输到中央控制系统，供专业人员进行分析和处理。实时监控不仅能够及时发现电力异常，还能预测可能的故障点，提前采取预防措施，避免系统中断。此外，电气自动化技术在接触网系统中的应用还包括智能故障检测与处理系统。该系统利用先进的算法和大数据分析技术，能够对接触网系统中的各种故障进行自动诊断和处理。当系统检测到异常情况时，智能故障检测系统会自动分析故障原因，并生成处理方案供维护人员参考。

3.4 电气自动化技术在杂散电流防护中的应用

杂散电流是轨道交通系统中一种常见的电气现象，主要由轨道系统中的电流泄漏引起。它不仅会对轨道和附近的金属结构造成腐蚀，还可能影响通信系统的正常运行。电气自动化技术在杂散电流防护中的应用，可以有效监测和控制杂散电流，确保轨道交通系统的安全与可靠。电气自动化技术在杂散电流防护中的核心应用包括实时监测系统和自动化控制系统。实时监测系统通过在轨道沿线布置传感器，持续监测轨道电流、土壤电位和结构电位等关键参数。这些传感器将采集到的数据实时传输至中央控制系统，进行分析和处理。当监测系统检测到杂散电流异常时，自动发出警报，并记录数据以供进一步分析。此外，智能控制系统还能根据监测数据，动态调整防护措施，优化系统运行。

结束语

综上，电气自动化技术在城市轨道交通供电系统中的应用具有一定的优势和广阔前景。随着新技术的不断发展和应用，电气自动化技术将进一步推动城市轨道交通供电系统的智能化和高效化发展，为城市轨道交通的可持续发展提供更加强有力的支持。因此，应加强电气自动化技术在城市轨道交通供电系统中的应用研究和实践探索，推动其创新和发展。

参考文献：

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