微軌交通系統(tǒng)是一種新型智能交通系統(tǒng)，采用立柱和高架軌道梁，是一種全線懸掛在空中的軌道交通系統(tǒng)，其將軌道和車輛懸掛在高空空置的空間中，相比

于常規(guī)軌道交通，能夠高效利用人們?nèi)粘Ｉ钪械幕顒?dòng)空間，并有效地緩解地面交通的擁堵問題。與常規(guī)公交、軌道交通等其它公交方式錯(cuò)位發(fā)展、互為補(bǔ)充，是其他公共交通方式的有益補(bǔ)充和完善，在人性化、環(huán)境匹配、建設(shè)周期和成本等方面具有突出的優(yōu)勢(shì)。

微軌車輛以電力作為動(dòng)力來源，在軌道梁內(nèi)部?jī)蓚?cè)各安裝了一根滑觸線，滑觸線與微軌交通系統(tǒng)供電電源連接，微軌車輛走行部?jī)蓚?cè)各有一個(gè)受流器，受流

器與滑觸線接觸進(jìn)行受電。由于受流的要求，滑觸線是裸露的，為 了 保 證 安 全，不能給滑觸線施加較高電壓，只能用常用的電壓等級(jí)２２０Ｖ 供電。但是隨著線路的增長(zhǎng)和微軌車輛的增多，線路壓降非常嚴(yán)重，且滑觸線線 路 損 耗 嚴(yán) 重，造成很大的能源浪費(fèi)。因 此 需 要研發(fā)設(shè)計(jì)一種微軌供電系統(tǒng)來減小線路壓降和線路損耗。

本文針對(duì)微軌交通系統(tǒng)用電特點(diǎn)，提出了一種降耗供電系統(tǒng)，該系統(tǒng)能夠顯著降低微軌供電損耗，同時(shí)保證供電安全性，且易于檢修維護(hù)。

１ 當(dāng)前供電系統(tǒng)的缺陷

微軌車輛通過走行部懸掛在軌道梁 上（圖１），電力作為車輛運(yùn)行的動(dòng)力來源，供電系統(tǒng)是車輛安全可靠高效運(yùn)行的關(guān)鍵之一，現(xiàn)有微軌交通系統(tǒng)供電方式

為內(nèi)置滑觸線供電。

內(nèi)置滑 觸 線［１－３］的 方 式 是 在 軌 道 梁 內(nèi) 固 定 滑 觸線，在微軌車輛的走 行 部 上 設(shè) 置 受 電 刷，電 刷 與 滑 觸線接觸進(jìn)行受電，其示意圖見圖２。微 軌 供 電 系 統(tǒng) 見圖３，配電裝置從公用電網(wǎng)將電壓轉(zhuǎn)換為２２０Ｖ 后 給軌道 梁 的 滑 觸 線 供 電。軌 道 梁 全 長(zhǎng) 兩 側(cè) 設(shè) 置 滑 觸線，滑觸線的長(zhǎng)度是軌道梁長(zhǎng)度的 ２ 倍。隨 著 線 路增長(zhǎng)，滑觸線電阻增 大，離供電點(diǎn)較遠(yuǎn)端的滑觸線上的電壓 下 降 嚴(yán) 重，且滑觸線線損 顯 著。滑 觸 線 電 阻約為０．０６Ω／ｋｍ，每輛微軌車輛 功率為 ２．５ｋＷ，功率因數(shù)為０．８，每公里約行駛２０輛微軌車輛，假 設(shè) 車輛均勻分布，則２ｋｍ 的線路末端電壓降幅約為６８．２Ｖ，降幅 約 為 ３１％，線路功率損耗為 ２５．８ｋＷ，占 所有車輛功率的２５．８％，電壓降和功率損耗非 常 嚴(yán) 重，且隨著線路增長(zhǎng)損耗將更加嚴(yán)重，影 響 微 軌 車 輛 的正常工 作，同時(shí)造成巨大的能源 浪 費(fèi)。除 了 損 耗 以外，線路中的滑觸線 在 中 間 部 位 出 現(xiàn) 故 障 時(shí)，故 障 點(diǎn)之后的滑觸線將失 去 電 源，且滑觸線在軌道梁內(nèi)部，不易維修維護(hù)，供 電 可 靠 性 較 低。線 路 為 單 相 供 電，影響供電電源的三相電流平衡。

２ 降耗供電系統(tǒng)

降低線路損耗的方法通常是提高供電電壓，而由于軌道梁內(nèi)部空間較小，滑觸線為裸露，為了保證安全性，不能直接提高滑觸線的電壓等級(jí)。因此在設(shè)計(jì)新的供電系統(tǒng)時(shí)需要考慮三方面的問題：在提高電壓等級(jí)的情況下保證供電的安全性、提高供電可靠性、降低三相不平衡度。

２．１ 保證高壓安全性設(shè)計(jì)

為了降低微軌供電線路的損耗，需要提高微軌供電電壓，但是滑觸線的電壓不能提高，因此設(shè)計(jì)絕緣高壓電纜作為主線路?；|線電壓不能提高，為了減小滑觸線上的損耗，則需要將滑觸線進(jìn)行分段供電，因此設(shè)計(jì)小容量 單 相 變 壓 器 將 絕 緣 電 纜 的 高 壓 轉(zhuǎn) 換 為 低壓，對(duì)各段滑觸線進(jìn)行供電，小容量變壓器就近設(shè)置在分段滑觸線旁邊，減小低壓線路的長(zhǎng)度。高壓主線路分段供電系統(tǒng)見圖４。

為了提高滑觸線給微軌車輛的供電電壓，同時(shí)保證安全性不變，設(shè)計(jì)小容量變壓器與滑觸線的連接方式（圖５）。單相變壓器高壓側(cè)通過高壓開關(guān)連接高壓主線路，低壓側(cè)通過低壓開關(guān)連接滑觸線，變壓器低壓側(cè)繞組從中間接出端子，該端子接地，繞組兩端分別接出２個(gè)端子，分別與２根滑觸線連接，繞組兩端的對(duì)地電壓為 ＡＣ２２０Ｖ，這 樣 滑 觸 線 對(duì) 地 電 壓 不 變，安 全 性不變，微軌車輛的供電電壓升高了１倍。車輛的供電電壓變?yōu)?ＡＣ４４０Ｖ，依 舊 處 于 低 壓 范 圍，只 需 要 改 變車輛整流變壓器變比即可與供電系統(tǒng)相匹配。整流變壓器體積和成本很大程度上取決于變壓器容量，在車輛功率不變的情況下，整流變壓器體積和成本基本不變，對(duì)車輛本身影響很小。

２．２ 提高供電可靠性設(shè)計(jì)

為了提高供電可靠 性，在 每 段 滑 觸 線 之 間 設(shè) 置 聯(lián)絡(luò)開關(guān)（圖６），任何一臺(tái)小容量變壓器發(fā)生故障時(shí)，故障變壓器對(duì)應(yīng)的滑觸線都可以通過相鄰的滑觸線進(jìn)行供電。除此之外，任何一段滑觸 線 故 障 不 影 響 其 他 滑觸線的供電，高壓線路在軌道梁外部，更換維修方便。

２．３ 降低不平衡度設(shè)計(jì)

為了降低供電不平衡度，設(shè)計(jì)高壓主線路為三相電纜，相鄰小容量變壓器高壓側(cè)三相的連接相序是順序變化的（圖７）。每段微軌線路的負(fù)載相對(duì)均衡，從而保證供電的三相平衡。由于對(duì)滑觸線進(jìn)行了分相，相鄰段的滑觸線之間是電氣絕緣、不連續(xù)的，中間有一小段無供電區(qū)域，車輛在經(jīng)過該區(qū)域時(shí)利用車輛本身的蓄電池提供動(dòng)力，無供電區(qū)域很短，不影響車輛的行駛。

２．４ 降耗效果

高壓線路損耗：相同功率下，電壓降百分比和功率損耗值均與供電電壓的平方成反比，因 此 在 三 相 高 壓主線路上的電壓降百分比和功率損耗值約為原來滑觸線的（０．２２／１０）２，約為１／２０００，可以忽略。

若采用原供電系統(tǒng)，設(shè)滑觸線電阻約為ＲΩ／ｋｍ，每輛微軌車輛功率為 ＰｋＷ，功率因數(shù)為ｃｏｓθ，滑觸線供電電壓為ＵｋＶ，每公里約行駛ｘ 輛微軌車輛，車輛均勻分布，則長(zhǎng)度為Ｌｋｍ 的滑觸線線路末端電壓降 ΔＵ 和線路功率損耗 ΔＰ 的計(jì)算公式見式（１）、（２）所示。

ΔＵ ＝ Ｐ·Ｌ·ｘｃｏｓθ·Ｕ ·２Ｒ２ｘ＋ ∑Ｌ·ｘｉ＝２

Ｐ·（Ｌ·ｘ＋１－ｉ）ｃｏｓθ·Ｕ ·２Ｒｘ（１）

ΔＰ ＝ Ｐ·Ｌ·ｘ （ ） ｃｏｓθ·Ｕ２·２Ｒ２ｘ＋∑Ｌ·ｘｉ＝２Ｐ·（Ｌ·ｘ＋１－ｉ）（ ） ｃｏｓθ·Ｕ２·２Ｒｘ （２）

通過應(yīng)用本降耗供電系統(tǒng)，若將Ｌ （ｋｍ）的滑觸線分為ｎ 段供電，則 Ｌ （ｋｍ）的 滑 觸 線 線 路 末 端 電 壓 降ΔＵ 和線路功率損耗 ΔＰ 的計(jì)算公式見式（３）、（４）。

ΔＵ ＝Ｐ·（Ｌ／ｎ）·ｘｃｏｓθ·２Ｕ ·２Ｒ２ｘ＋∑（Ｌ／ｎ）·ｘｉ＝２

Ｐ·［（Ｌ／ｎ）·ｘ＋１－ｉ］ｃｏｓθ·２Ｕ ·２Ｒｘ （３）

ΔＰ ＝ｎ· Ｐ·（Ｌ／ｎ）·ｘ ［ ］ ｃｏｓθ·２Ｕ２·２Ｒ２ｘ＋ｎ· ∑（Ｌ／ｎ）·ｘｉ＝２

Ｐ·［（Ｌ／ｎ）·ｘ＋１－ｉ］［ ］ ｃｏｓθ·２Ｕ２·２Ｒｘ （４）

根據(jù)式（１）、（２）、（３）、（４）計(jì)算，２ｋｍ 線 路 用 降 耗供電系 統(tǒng) 分 成４段 供 電，與原供電系統(tǒng)相比降耗效果見表１，可以看出降耗供電系統(tǒng)對(duì)于減小電壓降和功率損耗的效果顯著。

采用降耗供電系統(tǒng)，與原系統(tǒng)相比，２ｋｍ 線 路 功率損耗降低２５．４ｋＷ·ｈ，每 天 運(yùn) 行８ｈ，用 電 費(fèi) 用１元／（ｋＷ·ｈ），則每年可節(jié)省電費(fèi)約７萬元，且能夠保證電壓穩(wěn)定，降低交通車輛的故障率，降低車輛維修成本，減少滑觸線發(fā)熱，降低滑觸線維修成本。采用降耗供電系統(tǒng)主要投資是高壓線路、分段所用的變壓器及其附屬開關(guān)等，２ｋｍ 線路約增加投資８萬元，僅從電費(fèi)節(jié)省角度看，投資回收期為１年零２個(gè)月，而每年節(jié)約的車輛和滑觸線維修成本也能超過投資成本，對(duì)于更長(zhǎng)的線路，投資回報(bào)更加可觀。

３ 結(jié)論

針對(duì)微軌智能交通現(xiàn)有供電系統(tǒng)線路損耗大的問題，提出了一種降耗供電系統(tǒng)。該系統(tǒng)由高壓主線路、單相變壓器、低壓滑觸線和低壓聯(lián)絡(luò)開關(guān)等組成。該系統(tǒng)具備以下特點(diǎn)：

（１）高壓主線路采用三相絕緣電纜，保 證 高 壓 線路的安全性；

（２）滑觸線分段供 電，每 段 滑 觸 線 就 近 由 一 個(gè) 單相變壓器進(jìn)行供電，減小低壓線路長(zhǎng)度；

（３）變壓器輸出側(cè)輸出相反的兩相電壓給滑觸線供電，增大滑 觸 線 給 車 輛 的 供 電 電 壓，同 時(shí) 安 全 性 不變；

（４）單相變壓器高壓側(cè)與高壓主線路 Ｔ 接，且相鄰變壓器高壓側(cè)三相的連接相序順序變化，降低三相不平衡度；

（５）段間采用低壓 聯(lián) 絡(luò) 開 關(guān) 聯(lián) 絡(luò)，提 高 供 電 系 統(tǒng)的可靠性和可維護(hù)性。

該供電系統(tǒng)能夠有效減小線路損耗，保證三相電流的平衡和系統(tǒng)的可靠性，投資回報(bào)較為可觀。