电气自动化在城市轨道交通供电系统中的应用与优化

城市轨道交通作为缓解城市交通压力、推动绿色出行的重要方式，其基础设施的现代化水平直接关系到城市运行效率和居民出行体验。其中，供电系统是轨道交通运行中的“生命线”，承载着列车牵引、车站用电、信号控制等诸多关键任务。随着城市轨道交通线路的不断增加和运能的持续提升，传统的人工干预型供电模式已难以满足高效、安全、智能的运维需求。

电气自动化技术的快速发展为供电系统的升级与优化提供了有力支撑。通过自动控制、实时监测、远程操作等手段，电气自动化实现了对供电系统的精准调度与智能管理，大大提高了系统运行的可靠性与响应速度。

一、电气自动化在轨道交通供电系统中的应用现状

1.1 供电系统结构与功能概述

轨道交通供电系统主要由牵引供电、降压供电、变电所及控制中心构成。牵引供电系统负责为列车运行提供动力，通过接触网或第三轨向列车输送电能，是保障列车正常运行的核心环节。降压供电系统将中高压电转换为适合车站设备使用的低压电，为照明、通风、电梯等设备供电。变电所作为电力转换与分配的枢纽，实现电压等级的变换和电能的合理分配。控制中心则是整个供电系统的“大脑”，对各子系统进行集中监控与管理，实时掌握供电系统运行状态，确保供电的可靠性与稳定性。各部分相互协作，牵引供电保障列车动力，降压供电服务车站设备，变电所负责电力转换，控制中心统筹全局，共同构成完整且功能明确的轨道交通供电系统。

1.2 自动化控制技术的典型应用场景

自动化控制技术在轨道交通供电系统中有着广泛且关键的应用。SCADA（数据采集与监视控制系统）实现对供电系统的远程实时监控，工作人员可通过该系统获取各站点的电流、电压等运行参数，远程控制开关设备，及时处理异常情况。远程终端控制（RTU）分布于各供电节点，负责采集现场数据并上传至控制中心，同时接收控制指令执行相应操作，实现无人值守站点的自动化控制。自动故障切除装置能够在故障发生瞬间迅速定位故障点，并自动切断故障线路，防止故障扩散，保障非故障区域的正常供电。这些自动化控制技术相互配合，SCADA 系统宏观把控，RTU 采集传输数据，自动故障切除装置快速处置故障，大幅提升供电系统的自动化水平与运行安全性。

1.3 数据采集与监控系统的集成应用

数据采集与监控系统通过集成多种传感器和通信技术，实现对供电系统关键参数的实时监测。系统可实时采集电流、电压数据，判断供电系统的负荷状态和电能质量；监测设备温度，预防因过热引发的设备故障；获取断路器状态，掌握电路通断情况。这些数据通过通信网络传输至控制中心，经分析处理后以直观的界面呈现给运维人员。例如，当监测到某变电所变压器温度异常升高时，系统立即发出预警，提示运维人员检查设备，避免故障发生。数据采集与监控系统的集成应用，使运维人员能够全面、准确地掌握供电系统运行状况，实现从被动维修到主动运维的转变，提高供电系统的可靠性和稳定性。

二、当前应用中存在的主要问题

2.1 系统智能化水平有待提升

目前，轨道交通供电系统部分仍依赖传统 PLC 控制，智能化程度较低。传统 PLC 控制主要基于预设程序执行任务，面对复杂多变的运行工况，缺乏智能识别与自适应调整能力。在列车运行高峰期，负荷变化剧烈，传统系统难以快速、精准地调节供电参数，影响供电质量与效率。对于新型故障模式，系统无法自主分析判断，仍需人工介入处理，导致故障响应迟缓。与先进的智能控制系统相比，传统 PLC 控制在故障预测、节能优化等方面存在明显不足，无法满足轨道交通供电系统日益增长的智能化需求，制约了供电系统整体性能的提升。

2.2 信息孤岛与数据共享障碍

轨道交通供电系统中各子系统大多独立运行，形成信息孤岛，数据互联互通困难。牵引供电、降压供电、变电所监控等子系统采用不同的通信协议和数据格式，导致数据无法直接共享与交互。当某一区域发生故障时，各子系统间无法及时传递关键信息，影响故障综合分析与处理效率。同时，缺乏统一的数据管理平台，运维人员需分别登录不同系统获取数据，增加了工作复杂度和信息获取成本。信息孤岛问题阻碍了供电系统的协同运行与优化调度，难以实现资源的合理配置和系统性能的整体提升，不利于轨道交通供电系统的智能化、一体化发展。

2.3 运维管理依赖经验与人工干预

当前轨道交通供电系统的运维管理仍高度依赖运维人员的经验和人工干预。日常巡检主要依靠人工对设备进行逐一检查，效率低且容易出现漏检情况。故障诊断方面，多基于运维人员的经验判断，缺乏科学的数据支撑，导致故障定位不准确、处理时间长。由于缺乏基于数据驱动的预测性维护机制，无法提前发现设备潜在故障隐患，只能在故障发生后进行被动维修，增加了设备停运时间和维修成本。人工干预过多还容易受人为因素影响，出现操作失误等问题，降低了运维管理的可靠性和效率，难以适应轨道交通供电系统高安全性、高可靠性的运行要求。

三、电气自动化系统的优化对策与发展路径

3.1 构建分层分布式控制系统架构

构建分层分布式控制系统架构是优化轨道交通供电系统电气自动化的关键举措。该架构分为主站、子站和设备三级。主站作为核心控制层，负责系统的整体调度与管理，接收子站上传的数据并下达控制指令；子站分布于各供电区域，对设备进行区域化控制与数据处理，起到承上启下的作用；设备层则包含各类供电设备，执行具体操作并反馈运行状态。通过这种架构，实现数据的分级处理与同步传输，减少数据传输压力，提高系统响应速度。当某一设备出现异常时，子站可快速做出初步处理，并将关键信息上传主站，主站根据全局情况进行统筹调度，提升系统的协同运行能力和故障处理效率。

四、结语

电气自动化技术在城市轨道交通供电系统中的广泛应用，极大提升了系统的运行效率与安全保障水平。面对轨道交通日益增长的运能需求和智能化发展的趋势，必须持续推动电气自动化技术的创新与系统集成，通过优化控制架构、提升智能化水平、加强信息融合，构建高效、稳定、智能的供电体系。未来，应进一步加强产学研合作，推动行业标准制定与技术规范化，实现城市轨道交通供电系统的智慧化、绿色化发展，为城市可持续发展注入新动能。

参考文献

[1]张凯,陈志远.城市轨道交通供电系统自动化控制技术研究[J].城市轨道交通研究,2023(4):58–62.

[2]刘伟,胡晓明.电气自动化技术在轨道供电系统中的应用探讨[J].电气应用,2022(10):45–49.