电气自动化在城市轨道交通供电系统中的应用与优化

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

城市轨道交通供电系统运行环境复杂，负载波动大，且对连续供电的要求极高。传统人工监控与操作模式难以应对突发故障或电压波动，存在响应滞后、误判率高等问题。电气自动化技术通过部署高精度传感器、智能继电保护装置及自动化断路器，实现了对供电回路的实时监测与快速响应。例如，当发生短路或过载时，自动化保护系统可在毫秒级时间内切断故障线路，防止事故蔓延，最大限度保障主网安全。

1.2 加强对智能调度和运行控制

电气自动化不仅局限于设备层面的控制，更深度融入了整个轨道交通的运行调度体系。通过构建基于 SCADA（数据采集与监视控制系统）的中央调度平台，调度人员可实时掌握全线变电所、接触网、牵引站等关键节点的运行状态。系统能够根据列车运行图、客流密度及线路负载情况，动态调整供电策略，如分时供电、节能模式切换等，从而实现能源的最优配置。此外，自动化系统支持多级联动控制，当某区段发生停电或设备故障时，可自动启动备用电源或调整供电分区，确保列车运行不受中断，极大增强了系统的应急响应能力与运行控制的智能化水平。

1.3 优化电网数据处理能力

城市轨道交通供电系统每日产生海量运行数据，包括电压、电流、功率因数、温度、设备状态等。传统数据处理方式难以实现高效分析与价值挖掘。电气自动化系统通过集成大数据平台与边缘计算技术，实现了对多源异构数据的实时采集、清洗、存储与分析。系统可自动识别异常数据模式，生成趋势预测报告，辅助运维决策。例如，通过对历史负荷数据的机器学习分析，系统可预测高峰时段的电力需求，提前调整供电容量，避免过载风险。同时，数据可视化界面使管理人员能够直观掌握系统运行态势，提升了决策的科学性与效率。

2 电气自动化在城市轨道交通供电系统中的应用现状

2.1 供电系统的智能化与自动化

当前，多数城市轨道交通已实现供电系统的初步自动化，广泛采用综合自动化变电站（ISA）技术。这类变电站集成了保护、测控、通信与监控功能，实现了无人值守或少人值守的运行模式。通过 IEC 61850 标准通信协议，各子系统之间实现信息共享与互操作，提高了系统的集成度与响应速度。部分先进线路已引入人工智能算法，用于负荷预测、故障诊断与能效优化，进一步提升了系统的智能化水平。然而，不同线路、不同厂商设备间的兼容性问题仍制约着系统整体效能的发挥，亟需统一标准与接口规范。

2.2 列车控制系统的自动化与高效化

列车自动控制系统（ATC）是电气自动化在轨道交通中的典型应用。其中，列车自动监控（ATS）、列车自动防护（ATP）和列车自动驾驶（ATO）三大子系统协同工作，实现了列车的精准定位、速度控制与进路管理。供电系统与 ATC 系统深度耦合，通过实时通信确保列车在不同运行状态下获得稳定、匹配的电能供应。例如，在 ATO 模式下，系统可根据列车加减速曲线动态调节牵引电流，减少电能损耗。同时，自动化控制系统支持列车的高密度运行，缩短行车间隔，提升线路运力，体现了电气自动化在提升运营效率方面的显著优势。

2.3 信号与通信系统的精确控制与监测

信号系统是保障列车安全运行的“神经中枢”，其供电质量直接影响信号设备的稳定性。电气自动化技术通过为信号电源系统配置不间断电源（UPS）、稳压装置及远程监控模块，确保信号设备在市电波动或断电情况下仍能持续工作。同时，自动化监控系统可实时监测信号电缆的绝缘状态、轨道电路的工作电压等关键参数，一旦发现异常立即报警并启动应急措施。此外，通信系统作为信息传输的“血管”，其供电同样依赖自动化管理。通过环网冗余供电与智能切换机制，保障了调度指令、视频监控、乘客信息系统等关键通信的连续性与可靠性。

3 电气自动化在城市轨道交通供电系统中的应用策略

3.1 集成行车指挥系统，提升运营调度效率

为打破各子系统间的信息孤岛，应推动行车指挥系统（TIS）与供电自动化系统的深度融合。通过构建统一的数据平台，实现列车运行状态、供电负荷、设备健康度等信息的实时共享。调度中心可基于综合数据进行协同决策，例如在列车密集到发时段，提前提升相关区段的供电能力；在非高峰时段，则自动降低电压等级以节约能源。

3.2 综合监控系统，实现实时监控与管理

建立覆盖全线的综合监控系统（ISCS）是实现供电系统全面自动化管理的关键。该系统应整合电力监控（PSCADA）、环境与设备监控（BAS）、火灾报警（FAS）等多个子系统，形成统一的监控界面。通过高分辨率大屏与三维可视化技术，运维人员可直观掌握全线供电网络的拓扑结构、设备状态与能耗分布。系统应具备智能告警功能，能够根据故障类型、影响范围自动分级报警，并推送处理建议。

3.3 牵引供电系统优化，确保电动列车稳定运行

牵引供电系统是城市轨道交通的核心能源供给单元。电气自动化技术可通过优化牵引变电所的运行方式，提升供电质量与能效。例如，采用有载调压变压器与动态无功补偿装置（SVC 或 SVG），实时调节电压与功率因数，减少电能损耗。同时，推广再生制动能量回馈技术，将列车制动时产生的电能回馈至接触网或储能装置，实现能源的循环利用。自动化系统可精确控制回馈过程，确保电能质量稳定，避免对电网造成冲击。

3.4 电网技术升级，提升供电系统智能化水平

为适应未来城市轨道交通的发展需求，必须持续推进电网技术的升级与创新。一方面，应加快新型电力电子器件（如 IGBT、SiC 器件）在牵引变流器、逆变器等关键设备中的应用，提升电能转换效率与系统响应速度。另一方面，应探索基于 5G 通信与物联网（IoT）的广域监控网络，实现对供电设备的全生命周期管理。通过在关键设备上加装智能传感器，实时采集振动、温度、局部放电等状态信息，结合云计算平台进行健康评估与寿命预测，实现从“定期检修”向“状态检修”的转变。同时，引入区块链技术确保供电数据的不可篡改性与可追溯性，为系统安全与审计提供技术支撑。

4 结语

电气自动化技术在城市轨道交通供电系统中的应用，已从单一设备控制发展为涵盖智能调度、综合监控、牵引优化与电网升级的全方位体系。通过提升系统的稳定性、安全性和数据处理能力，电气自动化有效保障了轨道交通的高效、可靠运行。当前，供电系统的智能化与自动化水平持续提升，列车控制与信号通信的精确管理得以实现。通过集成行车指挥、构建综合监控平台、优化牵引供电策略及推动电网技术革新，城市轨道交通供电系统正朝着更加智能、高效、可持续的方向发展。

参考文献

[1]电气自动化设备在城市轨道交通中的实践探究[J].程广洋.人民公交,2024(16).

[2]人工智能在轨道交通电气自动化控制中的应用研究[J].李高玉.城市建设理论研究(电子版),2024(10).

[3]电气自动化技术在电气工程中的应用[J].孙晓宇.华东科技,2023(10).