探讨应对地铁直流牵引供电系统迷流腐蚀问题的对策

2020-05-10 669 上传者：管理员

摘要：本文以地铁直流牵引供电系统为核心展开了阐述和分析，论述了目前城市轨道交通多采用直流供电的原因，同时对供电系统中存在的迷流腐蚀问题分析和提出对策，希望能够对城市轨道交通的建设有一定的参考。

关键词：
地铁
牵引供电
电力系统
直流
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1、引言

城市轨道交通牵引供电系统是城市轨道交通系统的重要组成部分，它为电力机车提供主要动力来源，是电力机车稳定运行的重要保障^[1]。按供电制式，主要可分为交流和直流。高铁普遍采用交流牵引供电系统，而地铁作为城市轨道交通的主要形式，都采用了直流供电制式。以地铁为代表的城市轨道交通，之所以采用直流供电，是因为地铁列车一般受限于列车编组、载客量、车型等因素，其负荷功率并不是很大；地铁线路一般为几十公里，所以沿线变电所的供电半径也不大，无需很高的电压就能达到供电要求^[2]。

另外，采用直流供电相比于交流制供电，电压损失更小^[3]；此外，地铁线路多处于人员密集的居民区和闹市区等，其供电电压也不宜太高。基于以上原因，目前世界各个国家的轨道交通都采用直流供电制式，其电压都不是很高，一般在DC550～1500V之间。不同的交通形式，不同的发展历史时期造成了多个档级。国际上统一的供电电压为：DC600V、DC750V和DC1500V三种。其中DC750V和DC1500V为推荐值，南京地铁采用的是DC1500架空接触网供电形式。

2、地铁直流牵引供电系统的组成

地铁直流牵引供电系统一般从高压输电网络引入高压电源，并将引入的高压电源经过降压、整流或直接分配至各牵引变电所和降压变电所，供电系统好坏会时刻影响着地铁公司运营。地铁供电系统结构如图1所示。

图1 地铁直流牵引供电系统结构图

发电厂发出电能经升压变电所升压后送到高压输电网中经过远距离输电后由降压变电所降压，其供电电源一般从高压输电网络引入110kV高压电源，高压电源经主变电所降压为35kV中压，为提高可靠性，中压电源一般采用环网方式连接。中压电源供给直流牵引变电所，电能在直流牵引变电所中会再一次进行降压，然后经过可控或不控器件整流，整流为1500V直流电压送至架空接触网上，地铁列车使用受电弓与接触网滑触，获取电能。电流经走行轨、牵引变电所负极柜，形成回路。主变电所另一端出线经降压变电所降压，为车站提供动力照明用电。

3、地铁直流牵引变电所

牵引变电所将中压交流电降压整流后送至接触网或接触轨，供列车从接触网或接触轨取流使用。为提高牵引系统的电能质量，不控整流一般采用多脉波整流器。目前南京地铁中使用的多为24脉波整流器，由4台三相全桥整流器并联组成。如图2所示，中压环网35kV交流电源分别经两台移相变压器分别移相±7.5°。高压侧为延边三角形接法，阀侧绕组分别为d、y接法，输出电压相量差30°，中压电源经移相变压器降压为1180V，四组电压分别送至三相全桥整流器整流输出，即可得到输出为1500V直流电。

直流牵引供电系统中使用的整流器，在一个整流周期内，输出波形有24个脉动波头，故称为24脉波。使用移相变压器构成的24脉波整流器，拓扑简单，性能优越，且能够抑制输入电流中23次以下谐波^[4]，从而减小输入系统的交流谐波含量，提高直流输出电压的电能质量。从理论上来说，脉波整流器脉波数越高，输出的直流电压脉动越小，电能质量越高，但是脉波数过多，会增加整流器的体积和成本，地铁公司根据综合考虑，目前使用最多的是24脉波整流器。

4、地铁直流供电系统迷流腐蚀

世界上绝大多数牵引供电系统都是以走行轨构成供电回路，地铁直流牵引供电也是如此，由于走行轨和大地无法绝对绝缘，所以必然会有一部分电流泄露到大地中，泄露进入大地的电流会因土壤的性质，地下金属物等，使得这部分电流分布很广，形成杂散电流，也称为迷流^[5]。

迷流会对走行轨和地下金属物造成腐蚀。这部分电流在牵引变电所附近经走行轨流回负极柜。在牵引变电所的回流点处，杂散电流经大地流回变电所。当走行轨沿线下有金属导电物体时，大地中的杂散电流会沿着导体传播，到回流点附近再流经走行轨回到变电所，在回流点处的金属导体会形成阳极区，对大地电位为正，从而对阳极区附近的管道、水管、电缆、钢轨等造成严重的腐蚀。因此，迷流腐蚀防护对城市轨道交通系统稳定运行有着长远的意义。

一般可以采取以下方法来防护^[6]。(1)增加走行轨和大地之间的绝缘，降低走行轨的电阻，确保回流系统畅通。(2)利用钢轨道床内的钢筋连接成收集网，统一回流至变电所。(3)缩短与相邻的变电所间距，减小回流路径。(4)加装排流设备，以消除影响。(5)技术创新，使用四轨供电方式，可以从源头上消除杂散电流。

参考文献：

[1]罗浩元.电气化铁路电能质量综合补偿系统控制策略研究[D].湘潭大学,2016.

[2]叶润潮.直流供电系统方案优选研究[D].西南交通大学,2012.

[3]杨琪羽.适应未来发展的直流配电电压等级序列研究[D].华北电力大学,2014.

[4]孙才勤.地铁供电系统谐波无功功率的综合治理方案[J].电气化铁道,2009(05):40-43.

[5]刘锡良.地铁车站综合接地设计方案研究[J].科技创新与应用,2016(01):138-139+141.

[6]汪佳.多列车运行下地铁杂散电流分布研究[D].西南交通大学,2012.

何松原.浅析地铁直流牵引供电系统[J].中外企业家,2020(14):233.