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摘要：随着经济的飞速发展，我国城市发展伴随实际需求运输效率更高的城市轨道，城市轨道交通建设也步入快速发展阶段。其中供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，城市轨道要正常运行，就需要供电系统安全可靠地供电，一旦供电系统发生故障，将使整条线路失去运营能力。本文重点介绍了城市轨道交通供电系统的概况，整理和总结了城市轨道交通供电系统安全保障，对城市轨道交通供电系统安全故障进行了重点分析。
关键字：轨道交通 直流供电 安全 分析
中图分类号：U213.2
一.城市轨道交通供电系统概述
城市轨道交通供电系统主要负责提供车辆及供电设备的动力能源。一般包括两大部分，一部分为高压供电系统（外部电源），即城市电网；一部分为城市轨道交通内部供电系统。城市轨道交通供电系统主要是直流牵引供电系统，直流电牵引供电系统中的牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电。馈电线再将牵引变电所的直流电送到接触网上，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能。
二.城市轨道交通供电系统常见故障及解决
2.1 牽引供电系统故障
城市轨道交通和地铁的牵引供电系统通常均采用较低电压的直流供电制式，主要原因是：（1）由于直流制供电无电抗压降，因而比交流制供电的电压损失小；（2）电网的供电范围、电动车辆的功率都不大，均不需太高的供电电压；（3）城市轨道交通和地铁的供电路线都处在城市建筑群之间，供电电压不宜过高，以确保安全。牵引供电系统可能会发生各种故障和不正常运行状态，最常见的同时也是最危险的故障就是各种形式的轨道短路。因此我们所说的地铁供电系统发生故障主要是轨道短路故障，随着机车位置的移动，受电弓与接触导线一直处于滑动接触状态，长时间处于高速摩擦、振动等恶劣工作环境中。机车运行时如果两者接触不良，就要造成过热或产生电弧，使接触导线受损伤。另外由于受电弓对接触导线有迅速移动的向上压力，使接触导线经常处于振动状态，因此引起机械方面故障的几率增大，这些损伤及故障都可能导致牵引网短路，所以牵引网发生故障的可能性很高。常见的故障原因有以下几种：
（1）金属性短路
金属性短路故障是指三轨与钢轨间发生金属接触，或者由于整体绝缘支座（用于三轨与大地的绝缘，支座底部设置了接地扁铜，与整个供电系统地网相连接）被击穿后发生的三轨与接地扁铜直接短路。例如对供电系统进行停电检修作业时，维修人员恰巧将金属工具放置在三轨与钢轨之间而忘记取走，送电时将发生三轨对钢轨的直接短路故障。
（2）非金属性短路故障
非金属性短路主要是指线路上发生非金属性情况下的一种短路，如雨、雪等
淹没或覆盖接触轨的情况，此时以雨雪作为导体。另外，供电系统运行初期，三
轨由整体绝缘支座固定在道床上，与接地扁铜之间绝缘良好。但随着运行时间的
推移，绝缘支座发生绝缘老化或支撑件上出现污秽物，产生的泄漏电流通过绝缘
支座流向接地扁铜然后经变电所地网流回变电所负极，这种由绝缘泄漏引起的短
路故障也为非金属性短路故障的一种。在三轨供电系统中，电弧短路故障也是可
能发生的一种非金属性短路故障。电弧短路是指带电体对导体放电产生的短路，
如第三轨对地放电。
（3）非正常运行状态
地铁机车运行时处于频繁的起动、过三轨无电区、制动状态，同时机车在上下班高峰时段经常处于过载的运行状况，此时机车的启动或是制动都会对使电网电压电流有较大的波动，这种过负荷状态与牵引网的短路状态非常相似，有时就会造成继电保护装置的误动作，进而对电网造成危害
解决方法：通过对牵引供电系统直流故障分析，我们可通过在牵引控制箱内安装直流保护装置，直流牵引直流系统的保护必须在系统发生故障时快速、准确地切除故障，同时又要避免列车正常运行时一些电气参数的变化引起保护装置误跳闸。对直流牵引供电系统继电保护的选择性、灵敏性要求更高，各项保护的主次关系、定值配合更要合理。保护的方式主要有电流速断保护、电流上升保护、低压接地保护、定时限过保护、直流双边联跳保护。
2.2 电气联接方面的故障
电气联接处的故障主要有电气联结线夹发热、线索（接触线、承力索、供电线、回流线等）从电气接续部分断股或断开、设备线夹、接头线夹、引流线夹（或钢轨）连接处烧伤、软横跨环流造成承力索悬吊滑轮处或定位器根部定位钩处烧伤。产生的主要原因有电联结线夹未按规定安装或在运行过程中发生螺栓松动，电力复合脂老化等使电联结处接触电阻增加进而发热量增加，使线夹发热而烧伤线索。严重情况下烧断线索。股道电联结设置位置或数量不合理，使股道间接触悬挂在机车取流的情况下产生较大的压差，接触悬挂在软横跨上产生环流，从而在悬吊滑轮或定位器根部等电气薄弱环节产生拉放电烧伤部件现象。不同悬挂间非稳定性接触也会造成线索间放电，当两不同悬挂立体交叉时，如果两支悬挂均为载流悬挂，当其中一支有大负荷电流时，在两悬挂间会形成电位差，此时如果两悬挂间存在非稳定性接触，则在两悬挂间就会产生过渡电弧进而烧伤线索。此种情况一般发生在交叉承力索间和非工作支接触线与工作支定位管间。
解决方法：在验收和运营维护过程中对电气接续部分（接触悬挂、供电线、回流线等）进行逐个重点检查，按照标准进行整改和检修。在验收时按照设计标准及现场实际情况对电联结设置情况进行调查研究，对达不到实际要求的及时整改或补充安装电联结。对非稳定性接触的部分进行调整，确保在动态情况下仍能保持可靠的安全距离。比较值得借鉴的数据是两线索间距不得小于100mm，一线索对另一定位管的距离不得小于50mm，对确实调整不了的加装绝缘护套。
2.3 供电系统中变压器故障
轨道交通供电系统中变压器故障主要有邮箱外部故障和邮箱内部故障。变压器油箱外部最常见的故障有油箱外部接地故障、套管与引线处产生各种相间短路等。而变压器油箱内部常见故障主要包括三种情况：单相接地短路、绕组的匝间短路和相间短路。对变压器来讲，油箱内部故障具有极大的危害性，铁芯和绕组会被油箱内部故障引起的高温电弧烧毁。不仅如此，变压器油绝缘也会由于油箱内部故障导致受热分解，进而产生大量气体，从而导致变压器油箱爆炸，其后果不堪设想。
解决方法：我们通过对变压器安装电流速断保护或者纵联差动保护，来解决变压器中性点直接接地电网侧绕组和引线接地短路、引出线和绕组造成的相间短路以及绕组匝间短路等故障。还可采用瓦斯保护、过电流保护、过励磁保护等保护措施减少变压器故障的出现概率。
三.城市轨道交通供电系统安全保障
3.1 建立健全的日常安全维护制度
对供电系统设备设施定期进行日常维护是保持城市轨道交通供电系统长周期的正常运行的基础。对各类设施设备及时维护保养，以减少随即故障的影响。从防灾、抗灾的角度来讲，日常安全维护制度还要确保牵引变电所内设备的完备性，灭火装置的充分性及可用性。
3.2 快速的轨道交通电网故障定位
城市轨道交通电力系统担负着安全、稳定、优质、不间断地向机车供电的重要作用，当轨道交通电力系统发生故障时，迅速准确的故障定位是轨道交通自动化的重要内容，也是实现轨道交通供电可靠性的重要保障。在城市轨道交通供电系统发生故障时能迅速准确地判断出故障区段。
3.3 提高城市轨道交通供电系统技术
在国内首次试验并应用的电流选跳保护新技术，针对轨道交通供电网络特点，采用快速的网络通信和逻辑判断技术，取代传统的双重保护配置的新理念，对故障实现快速切除，为轨道交通供电系统提出了一种新型、可靠的保护方法。
参考文献：
【1】 李建民. 城市轨道交通供电. 成都： 西南交通大学出版社， 2007.
关键字：轨道交通 直流供电 安全 分析
中图分类号：U213.2
一.城市轨道交通供电系统概述
城市轨道交通供电系统主要负责提供车辆及供电设备的动力能源。一般包括两大部分，一部分为高压供电系统（外部电源），即城市电网；一部分为城市轨道交通内部供电系统。城市轨道交通供电系统主要是直流牵引供电系统，直流电牵引供电系统中的牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电。馈电线再将牵引变电所的直流电送到接触网上，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能。
二.城市轨道交通供电系统常见故障及解决
2.1 牽引供电系统故障
城市轨道交通和地铁的牵引供电系统通常均采用较低电压的直流供电制式，主要原因是：（1）由于直流制供电无电抗压降，因而比交流制供电的电压损失小；（2）电网的供电范围、电动车辆的功率都不大，均不需太高的供电电压；（3）城市轨道交通和地铁的供电路线都处在城市建筑群之间，供电电压不宜过高，以确保安全。牵引供电系统可能会发生各种故障和不正常运行状态，最常见的同时也是最危险的故障就是各种形式的轨道短路。因此我们所说的地铁供电系统发生故障主要是轨道短路故障，随着机车位置的移动，受电弓与接触导线一直处于滑动接触状态，长时间处于高速摩擦、振动等恶劣工作环境中。机车运行时如果两者接触不良，就要造成过热或产生电弧，使接触导线受损伤。另外由于受电弓对接触导线有迅速移动的向上压力，使接触导线经常处于振动状态，因此引起机械方面故障的几率增大，这些损伤及故障都可能导致牵引网短路，所以牵引网发生故障的可能性很高。常见的故障原因有以下几种：
（1）金属性短路
金属性短路故障是指三轨与钢轨间发生金属接触，或者由于整体绝缘支座（用于三轨与大地的绝缘，支座底部设置了接地扁铜，与整个供电系统地网相连接）被击穿后发生的三轨与接地扁铜直接短路。例如对供电系统进行停电检修作业时，维修人员恰巧将金属工具放置在三轨与钢轨之间而忘记取走，送电时将发生三轨对钢轨的直接短路故障。
（2）非金属性短路故障
非金属性短路主要是指线路上发生非金属性情况下的一种短路，如雨、雪等
淹没或覆盖接触轨的情况，此时以雨雪作为导体。另外，供电系统运行初期，三
轨由整体绝缘支座固定在道床上，与接地扁铜之间绝缘良好。但随着运行时间的
推移，绝缘支座发生绝缘老化或支撑件上出现污秽物，产生的泄漏电流通过绝缘
支座流向接地扁铜然后经变电所地网流回变电所负极，这种由绝缘泄漏引起的短
路故障也为非金属性短路故障的一种。在三轨供电系统中，电弧短路故障也是可
能发生的一种非金属性短路故障。电弧短路是指带电体对导体放电产生的短路，
如第三轨对地放电。
（3）非正常运行状态
地铁机车运行时处于频繁的起动、过三轨无电区、制动状态，同时机车在上下班高峰时段经常处于过载的运行状况，此时机车的启动或是制动都会对使电网电压电流有较大的波动，这种过负荷状态与牵引网的短路状态非常相似，有时就会造成继电保护装置的误动作，进而对电网造成危害
解决方法：通过对牵引供电系统直流故障分析，我们可通过在牵引控制箱内安装直流保护装置，直流牵引直流系统的保护必须在系统发生故障时快速、准确地切除故障，同时又要避免列车正常运行时一些电气参数的变化引起保护装置误跳闸。对直流牵引供电系统继电保护的选择性、灵敏性要求更高，各项保护的主次关系、定值配合更要合理。保护的方式主要有电流速断保护、电流上升保护、低压接地保护、定时限过保护、直流双边联跳保护。
2.2 电气联接方面的故障
电气联接处的故障主要有电气联结线夹发热、线索（接触线、承力索、供电线、回流线等）从电气接续部分断股或断开、设备线夹、接头线夹、引流线夹（或钢轨）连接处烧伤、软横跨环流造成承力索悬吊滑轮处或定位器根部定位钩处烧伤。产生的主要原因有电联结线夹未按规定安装或在运行过程中发生螺栓松动，电力复合脂老化等使电联结处接触电阻增加进而发热量增加，使线夹发热而烧伤线索。严重情况下烧断线索。股道电联结设置位置或数量不合理，使股道间接触悬挂在机车取流的情况下产生较大的压差，接触悬挂在软横跨上产生环流，从而在悬吊滑轮或定位器根部等电气薄弱环节产生拉放电烧伤部件现象。不同悬挂间非稳定性接触也会造成线索间放电，当两不同悬挂立体交叉时，如果两支悬挂均为载流悬挂，当其中一支有大负荷电流时，在两悬挂间会形成电位差，此时如果两悬挂间存在非稳定性接触，则在两悬挂间就会产生过渡电弧进而烧伤线索。此种情况一般发生在交叉承力索间和非工作支接触线与工作支定位管间。
解决方法：在验收和运营维护过程中对电气接续部分（接触悬挂、供电线、回流线等）进行逐个重点检查，按照标准进行整改和检修。在验收时按照设计标准及现场实际情况对电联结设置情况进行调查研究，对达不到实际要求的及时整改或补充安装电联结。对非稳定性接触的部分进行调整，确保在动态情况下仍能保持可靠的安全距离。比较值得借鉴的数据是两线索间距不得小于100mm，一线索对另一定位管的距离不得小于50mm，对确实调整不了的加装绝缘护套。
2.3 供电系统中变压器故障
轨道交通供电系统中变压器故障主要有邮箱外部故障和邮箱内部故障。变压器油箱外部最常见的故障有油箱外部接地故障、套管与引线处产生各种相间短路等。而变压器油箱内部常见故障主要包括三种情况：单相接地短路、绕组的匝间短路和相间短路。对变压器来讲，油箱内部故障具有极大的危害性，铁芯和绕组会被油箱内部故障引起的高温电弧烧毁。不仅如此，变压器油绝缘也会由于油箱内部故障导致受热分解，进而产生大量气体，从而导致变压器油箱爆炸，其后果不堪设想。
解决方法：我们通过对变压器安装电流速断保护或者纵联差动保护，来解决变压器中性点直接接地电网侧绕组和引线接地短路、引出线和绕组造成的相间短路以及绕组匝间短路等故障。还可采用瓦斯保护、过电流保护、过励磁保护等保护措施减少变压器故障的出现概率。
三.城市轨道交通供电系统安全保障
3.1 建立健全的日常安全维护制度
对供电系统设备设施定期进行日常维护是保持城市轨道交通供电系统长周期的正常运行的基础。对各类设施设备及时维护保养，以减少随即故障的影响。从防灾、抗灾的角度来讲，日常安全维护制度还要确保牵引变电所内设备的完备性，灭火装置的充分性及可用性。
3.2 快速的轨道交通电网故障定位
城市轨道交通电力系统担负着安全、稳定、优质、不间断地向机车供电的重要作用，当轨道交通电力系统发生故障时，迅速准确的故障定位是轨道交通自动化的重要内容，也是实现轨道交通供电可靠性的重要保障。在城市轨道交通供电系统发生故障时能迅速准确地判断出故障区段。
3.3 提高城市轨道交通供电系统技术
在国内首次试验并应用的电流选跳保护新技术，针对轨道交通供电网络特点，采用快速的网络通信和逻辑判断技术，取代传统的双重保护配置的新理念，对故障实现快速切除，为轨道交通供电系统提出了一种新型、可靠的保护方法。
参考文献：
【1】 李建民. 城市轨道交通供电. 成都： 西南交通大学出版社， 2007.