城市轨道交通直流牵引供电系统仿真研究(3)
图2-1 集中供电方式
图2-2 分散供电方式
2.2 地铁牵引供电系统和动力、照明供电系统
2.2.1 地铁牵引供电系统
地铁列车运行的能量来自于“地铁牵引供电系统”。地铁牵引供电系统与电气化铁路的牵引供电系统不一样，地铁列车的牵引电能是直流电（接触网是正极，走行轨是负极），电气化铁路列车的牵引电能是交流电。另外，运行着的地铁列车的用电，与固定安装在地铁车站中的通风机和照明灯的用电性质也不一样。地铁列车的用电负荷是随运行时间和列车位置的不同而发生变化的，是一个随时变化的负荷，而通风机和照明灯的用电则是稳定负荷。
地铁牵引供电系统主要由主变电所、牵引变电所、接触网、电力监控、供电缆网等组成。提供地铁车辆的牵引动力电源，专为电动车辆服务。地铁以直流电作为牵引动力，主要是因为直流供电具有调速范围大且方便、易于控制、牵引网结构简单、电压质量高、投资较为节省的优点。南京地铁1号线就采用了1500V的直流供电方式，车辆从1500V架空接触网上获得直流电，然后经过采用IGBT元件构成的VVVF主逆变器将直流电变成三相交流电，同时根据调节指令还可以为三相异步电机提供调频调压控制，以满足电动机的牵引任务。
2.2.2 动力、照明供电系统
动力、照明供电系统由降压变压器从中心变压器上降压供电，负荷较地铁列车相比较为稳定，几乎不随时间变化而变化。主要负荷有照明设施，以及像通风机这类辅助电机。这一系统类似于发电厂中厂用电系统，负荷一般都是辅助地铁运行，为了地铁更安全更舒适而设立的。
2.3 地铁车辆简介
一列地铁车辆通常由6辆～10辆动车和拖车组成。牵引电动机装在动车的转向架上。一般车辆均采用两台两轴转向架，即每辆动车由四台牵引电动机驱动。动车的每一根轴上各装有一台功率约为100千瓦～150千瓦的直流牵引电动机。为了运行灵活方便，整列地铁车辆也可全部由动车组成。动车与拖车均能载客，每辆车额定载客量约为180人～340人。车长约18米～23米、宽约 2.5米～3.6米、高约4.1米。司机通过首车中的司机室控制设备，对整列车辆进行多机重联驾驶。
驱动地铁车辆的电能来自牵引变电所，并经隧道顶部的接触网或路轨侧面的第三轨，送到动车上面或侧面的受流器。第三轨由高电导率的特殊钢轨连成，一般离地不高，可减少隧道高度。地铁接触网电压（或第三轨）有直流 750伏和1500伏等规格。北京地铁车辆全部为动车，采用第三轨授电方式,电压为直流750伏。上海地铁则采用架空接触网授电，电压为直流1500伏。
地铁车辆内的电工设备除直流牵引电动机外，还有电压调节装置、司机控制装置、电气制动装置、保护电器、辅助低压电源系统等。传统的电压调节装置是变阻控制器。由于在频繁的起动过程中电阻上的电能损耗大，同时引起隧道中温度的逐年上升，因此近代的地铁电压调节装置已逐步改用直流斩波器。
由于地铁电动车辆运行于地下隧道中，客流量多，车速高，行车密度大，列车严格按事先规定的运行图运行，所以万一出现设备故障或灾害，影响很大。世界各国根据地铁运行的长期经验，对机电设备和车辆提出了很多严格的要求，如对设备材料要求具有难燃、低毒、低烟、低发热量的性能；车上设备不但要求可靠性高，而且还设有电工设备的短路、过载、超温、欠电压、再生制动过电压、防雷、漏电、轮对空转和滑行等保护。在运行安全性方面，一般都设有列车自动控制系统（简称ATC）,它利用车下的信号系统将轨道线路分割成很多闭塞区段，当列车在某区段中运行时，对其后面的各区段都规定了其他列车进入时的限制速度，任何列车若高于此限制速度驶入该区段时,该车上的ATP系统即起作用，能自动降低车速，确保行车安全[9]。