城市轨道交通中的牵引供电技术应用

摘要：本文深入探讨城市轨道交通中牵引供电技术的应用。通过阐述牵引供电系统的构成，详细介绍直流牵引供电技术、交流牵引供电技术以及新型牵引供电技术的特点、工作原理及应用场景，分析牵引供电技术在供电可靠性、电能质量、节能环保等方面面临的挑战及应对措施，旨在为城市轨道交通牵引供电技术的优化与发展提供全面的技术参考与实践指导，推动城市轨道交通的高效、安全运行。

关键词：城市轨道交通；牵引供电技术；供电可靠性；电能质量

城市轨道交通作为缓解城市交通拥堵、优化城市交通结构的重要手段，在现代城市发展中占据着举足轻重的地位。而牵引供电技术作为城市轨道交通的核心支撑技术之一，为列车的运行提供动力能源，其性能的优劣直接影响着城市轨道交通的安全、高效运行。随着城市轨道交通的快速发展，对牵引供电技术的要求也日益提高。本文将全面剖析城市轨道交通中牵引供电技术的应用。

城市轨道交通牵引供电系统构成

1.1外部电源

外部电源是牵引供电系统的电能来源，通常取自城市电网。城市电网通过高压输电线路将电能输送至牵引变电所。外部电源的供电方式主要有集中供电、分散供电和混合供电三种。集中供电方式是指由城市电网中的专用主变电所集中向各牵引变电所供电，这种方式供电可靠性高，便于统一管理；分散供电方式则是各牵引变电所直接从城市电网不同的中压母线获取电能，其优点是接线简单，但供电可靠性相对较低；混合供电方式结合了集中供电和分散供电的特点，根据实际情况灵活选择供电方式【1】。

1.2牵引变电所

牵引变电所的主要功能是将外部电源输入的高压交流电降压、整流，转换为适合电动列车使用的直流电或交流电。对于直流牵引供电系统，牵引变电所一般将110kV或35kV的高压交流电降压至3300V或1500V，再通过整流装置将交流电转换为750V或1500V的直流电。而在交流牵引供电系统中，牵引变电所主要进行降压操作，将高压交流电转换为适合列车使用的中压交流电。牵引变电所内设有变压器、整流器、开关柜等主要设备，这些设备协同工作，确保电能的稳定转换和输送。

1.3牵引网

牵引网是向电动列车供电的直接环节，由接触网、回流线、钢轨等组成。接触网是牵引网中直接向列车供电的部分，其形式主要有接触轨和架空接触网两种。接触轨通常安装在轨道一侧，通过列车的集电靴与接触轨接触获取电能，适用于地下线路和部分地面线路，具有结构紧凑、维护方便等优点，但安全性相对较低。架空接触网则通过悬挂在轨道上方的导线向列车供电，通过受电弓与导线接触取流，适用于地面和高架线路，安全性较高，但结构相对复杂，维护成本较高。回流线用于将列车运行时产生的电流回流至牵引变电所，钢轨在牵引网中也起到回流导体的作用。

1.4电力监控系统

电力监控系统（SCADA）对牵引供电系统进行实时监测和控制。它可以实时采集牵引变电所内各种设备的运行参数，如电压、电流、功率等，以及接触网的运行状态信息。通过对这些数据的分析和处理，监控系统能够及时发现设备故障和异常运行情况，并发出报警信号。同时，操作人员可以通过监控系统远程控制牵引变电所内设备的运行，实现对牵引供电系统的智能化管理，提高供电系统的可靠性和运行效率。

城市轨道交通牵引供电技术类型及应用

2.1直流牵引供电技术

（1）特点

直流牵引供电技术具有调速性能好、启动牵引力大、设备相对简单等优点。由于直流电动机的转速与转矩易于控制，通过改变供电电压或电流，可以方便地实现列车的调速，满足城市轨道交通频繁启停和速度变化的运行需求。此外，直流牵引供电系统的设备相对简单，成本较低，维护相对容易【2】。

（2）工作原理

在直流牵引供电系统中，牵引变电所将高压交流电降压、整流为直流电后，通过接触网输送给列车。列车上的直流牵引电动机通过受电弓或集电靴获取电能，将电能转化为机械能，驱动列车运行。直流牵引电动机的工作原理基于电磁感应定律，当电流通过电枢绕组时，在磁场的作用下产生电磁力，从而驱动电枢旋转。

（3）应用场景

直流牵引供电技术广泛应用于地铁、轻轨等城市轨道交通系统。在地铁系统中，由于地下空间有限，对设备的紧凑性要求较高，直流牵引供电系统的接触轨形式能够较好地适应这种环境。同时，地铁列车运行密度大、启停频繁，直流牵引供电技术的良好调速性能能够满足其运行需求。例如，北京地铁、上海地铁等大部分线路都采用了直流牵引供电技术，电压等级多为750V或1500V。

2.2交流牵引供电技术

（1）特点

交流牵引供电技术具有供电电压高、传输距离远、电能质量好等优点。随着电力电子技术的发展，交流牵引供电系统能够实现高效的电能转换和控制，提高列车的运行性能。此外，交流电动机相比直流电动机具有结构简单、可靠性高、维护成本低等优势【3】。

（2）工作原理

交流牵引供电系统中，牵引变电所将高压交流电降压后直接通过接触网供给列车。列车上的交流牵引电动机通过受电弓获取电能，经过变流器将交流电转换为频率和电压可变的交流电，以满足电动机调速的需求。交流牵引电动机的调速原理主要基于变频调速技术，通过改变电源的频率来调节电动机的转速。

（3）应用场景

交流牵引供电技术在高速铁路、市郊铁路等大运量、长距离的城市轨道交通中应用较为广泛。例如，中国的高速铁路普遍采用25kV单相工频交流牵引供电系统，这种系统能够满足高速列车大功率、长距离运行的需求。在市郊铁路中，交流牵引供电技术也逐渐得到应用，如北京的S2线市郊铁路采用了10kV交流牵引供电系统，为乘客提供快速、便捷的出行服务。

2.3新型牵引供电技术

（1）能量回馈型牵引供电技术

该技术利用电力电子技术，在列车制动时将列车的动能转化为电能，并回馈到牵引网中，供其他列车使用或输送回电网。这种技术能够有效提高能源利用效率，降低能耗。例如，在一些城市轨道交通线路中，安装了能量回馈装置，当列车制动时，能量回馈装置将制动能量转换为交流电，通过逆变器回馈到牵引网，实现能量的循环利用。

（2）超级电容储能式牵引供电技术

超级电容具有充放电速度快、循环寿命长等特点。在超级电容储能式牵引供电系统中，超级电容装置安装在牵引变电所或列车上。当列车启动或加速时，超级电容释放储存的电能，辅助牵引供电系统为列车提供额外的动力；当列车制动时，超级电容吸收列车的制动能量并储存起来，以备下次使用。这种技术可以有效降低牵引供电系统的峰值功率需求，提高供电系统的稳定性和可靠性【4】。

结论

综上所述，城市轨道交通牵引供电技术涵盖多种类型，各有其特点、原理及应用场景。直流、交流牵引供电技术广泛应用，新型技术不断涌现，推动行业发展。但该技术在供电可靠性、电能质量、节能环保等方面面临挑战。未来需持续创新，优化技术应用，以提升供电性能，保障城市轨道交通高效、安全运行。

参考文献

[1]鲍鸣.城市轨道交通中的牵引供电技术应用[J].集成电路应用，2022，39（05）：44-45.

[2]成吉安.城市轨道交通双向变流器牵引供电技术的应用[J].城市轨道交通研究，2019，22（12）：110-113.

[3]付翠英.城市轨道交通牵引供电技术分析[J].人民公交，2025，（02）：112-114.

[4]胡子超.城市轨道交通牵引供电及电力技术分析[J].中国储运，2024，（01）：92-93.