地鐵供電系統(tǒng)外部電源供電方式的分析與比較

馮勁松

（廣州地鐵設(shè)計(jì)研究院股份有限公司，廣東 廣州 510000）

外部電源供電方式是地鐵供電系統(tǒng)中最主要的組成部分，對于地鐵系統(tǒng)接口和城市電網(wǎng)的發(fā)展有著十分重要的作用，地鐵外部供電方式會影響到電網(wǎng)的投資和后期的運(yùn)行維護(hù)。在對城市地鐵進(jìn)行施工建設(shè)中，選擇正確的外部供電方式會對地鐵的運(yùn)營和建設(shè)有著重大的作用，地鐵供電系統(tǒng)外部供電方式主要有集中供電、分散供電和混合供電三種模式，對這三種供電方式從供電質(zhì)量、供電可靠性和運(yùn)營管理方面進(jìn)行分析和比較，獲得最后的結(jié)論。

1 地鐵供電系統(tǒng)的相關(guān)概述

地鐵電力供電會根據(jù)地鐵的實(shí)際需求，分為電力機(jī)車運(yùn)行需要的牽引電力和地鐵車站區(qū)間內(nèi)需要的照明用電，包括電梯、照明、通信等，地鐵供電系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)地鐵運(yùn)行所需電力的傳輸和供應(yīng)，是保障地鐵安全運(yùn)行的重要前提條件，地鐵的外部電源主要來自城市電網(wǎng)，電壓通常是110 kV或10 kV，地鐵供電系統(tǒng)需要根據(jù)地鐵工程的實(shí)際情況設(shè)置兩個(gè)電源，每個(gè)線路的輸入功率主要負(fù)責(zé)第一電壓負(fù)荷和第二電壓負(fù)荷，當(dāng)其中一個(gè)電路發(fā)生故障時(shí)，另一個(gè)電源能夠及時(shí)進(jìn)行供電，確保地鐵運(yùn)行的安全，外部電源主要來自城市電網(wǎng)，供電的方式分為集中式、分散式和混合式，每一種供電方式都是根據(jù)地鐵工程的實(shí)際情況進(jìn)行安置和分配，能夠滿足地鐵供電系統(tǒng)電力的正常供應(yīng)，滿足現(xiàn)代地鐵運(yùn)行發(fā)展的需求。

2 地鐵供電系統(tǒng)外部電源供電方式的闡述

2.1 集中供電方式

集中供電方式主要是為了滿足地鐵供電需求，在地鐵沿線設(shè)置專門的供電變電所，城市電網(wǎng)主要提供兩路電源，主要是為動力系統(tǒng)負(fù)荷和地鐵牽引進(jìn)行供電，建立的主變電所設(shè)備較齊全，供電負(fù)荷比較大，同時(shí)對設(shè)備的配置要求也是相對比較高，需要具備較大容量的變壓器和傳輸系統(tǒng)，能夠確保對地鐵運(yùn)營電量的正常供應(yīng)，保證地鐵的正常運(yùn)行。例如，上海地鐵三號線就是集中供電方式進(jìn)行供電。

2.2 分散供電方式

分散供電方式也是一種重要的供電方式，通常是在地鐵沿線建造若干座的開閉所，需要根據(jù)實(shí)際負(fù)荷情況進(jìn)行建造，同樣是由城市電網(wǎng)提供兩路電源，注重對變電所的牽引和動力系統(tǒng)供電，城市中建立的開閉所是分散供電的重要設(shè)備，能夠融合城市電源與混合降壓變電于一體，開閉所的建立主要是以一種“串聯(lián)”的形式進(jìn)行供電，當(dāng)其中一個(gè)開閉所發(fā)生故障不能進(jìn)行及時(shí)供電時(shí)，其他開閉所會及時(shí)進(jìn)行供電，確保地鐵的正常運(yùn)行，所有的開閉所都是同等級電壓，大多都是10 kV的電壓。例如，北京地鐵13號線是分散供電的方式，能夠確保地鐵的正常運(yùn)行。

2.3 混合供電方式

混合供電方式主要根據(jù)城市電網(wǎng)的實(shí)際布設(shè)情況，地鐵供電系統(tǒng)中某些區(qū)段是集中供電方式，某些區(qū)段是分散供電，導(dǎo)致在設(shè)備型號的選擇方面比較復(fù)雜，外部電源的網(wǎng)壓不同，很難進(jìn)行管理，在該種情況下，應(yīng)用于外部電源的供電方式就只有集中供電和分散供電兩種方式。

3 集中供電和分散供電方式的比較分析

3.1 供電可靠性方面的比較分析

地鐵周圍的主變電所采用的是集中供電的方式，集中供電的所有配置都是較高等級的，設(shè)備都是比較先進(jìn)的，繼電保護(hù)配置相對比較高，發(fā)生故障的概率也較少，會在地鐵內(nèi)部構(gòu)成一個(gè)小型的電網(wǎng)，其他負(fù)荷對供電系統(tǒng)的干擾也是相對較小，地鐵采用集中供電方式的可靠性較高。如果其中一座主變電所發(fā)生故障，另一座變電所會及時(shí)向該地鐵變電所進(jìn)行供電。開閉所從城市電網(wǎng)引入兩路電源，該種運(yùn)行方式整體上是比較可靠的，采用分散供電方式時(shí)，城市中10 kV的電網(wǎng)系統(tǒng)接入的用戶比較多，每戶產(chǎn)生的負(fù)荷和影響都是不同的，而且10 kV的電網(wǎng)系統(tǒng)繼電保護(hù)都是處于最末端，會嚴(yán)重干擾到地鐵供電系統(tǒng)的運(yùn)行，10 kV系統(tǒng)的供電容量都是有限的，為了能夠保證地鐵的正常運(yùn)行，需要采用減輕負(fù)荷的措施，確保地鐵系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性和安全性。

3.2 供電質(zhì)量的比較分析

城市中的高壓電網(wǎng)主要為集中供電提供電源，高壓電網(wǎng)的等級較高，系統(tǒng)容量大，危險(xiǎn)性較大，輸電容量比較大，集中供電中的主變電所與高壓電網(wǎng)緊密連接，通常是35 kV的測電壓，在主變電所上設(shè)置對應(yīng)的調(diào)壓裝置，確保供電過程的順利。分散供電的外電源是10 kV的電網(wǎng)，電壓的等級較低，而且城市中的大多數(shù)用戶都是10 kV電壓，由于使用的人數(shù)較多，導(dǎo)致電壓系統(tǒng)的不穩(wěn)定性，因此，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇供電方式。如果要采用該種方式，需要采取一些措施進(jìn)行彌補(bǔ)，可以通過增大變壓器容量和調(diào)節(jié)調(diào)壓裝置等措施減少電壓的不穩(wěn)定對系統(tǒng)造成的影響。

3.3 施工程度方面的比較

集中供電方式的施工相對比較容易，主變電所與城市電網(wǎng)之間的接口連接、需要鋪設(shè)的電纜線路、與城市建設(shè)單位需要協(xié)調(diào)的內(nèi)容、需要連接的接口都比較少，地鐵系統(tǒng)的用電操作很容易協(xié)調(diào)實(shí)施，不會受到很大的制約。分散供電的接口較多，一些電纜的敷設(shè)路徑比較復(fù)雜，同時(shí)，由于城市建筑比較密集，地下管線都是交叉連接，對電纜的敷設(shè)比較復(fù)雜，有些地方變電站負(fù)荷相對飽和，新增的地鐵系統(tǒng)需要有較大的電量和電壓需求，不能有效滿足實(shí)際需求。

3.4 地鐵牽引對電網(wǎng)的影響

地鐵對電力的要求比較高，對電力的應(yīng)用也比較大，地鐵中對電力的應(yīng)用主要是牽引和系統(tǒng)兩個(gè)方面，地鐵牽引應(yīng)用的是直流電，如果選擇集中供電方式和分散供電方式，對城市電網(wǎng)不會產(chǎn)生較大影響，而且諧波含量比較低。如果采用集中供電方式，可以將供電系統(tǒng)看作一個(gè)小型的電網(wǎng)，能夠?yàn)榈罔F牽引提供一定的電壓需求，能夠減少外界對電壓傳輸穩(wěn)定性的影響，采用分散供電方式，接入的多是10 kV的電網(wǎng)，牽引負(fù)荷產(chǎn)生的網(wǎng)壓波動較大，因?yàn)椴捎玫淖儔浩魅萘枯^小，周圍對10 kV的電網(wǎng)應(yīng)用用戶較多，導(dǎo)致整體的影響比較明顯，對地鐵電壓的實(shí)際供應(yīng)不足，需要根據(jù)實(shí)際情況選擇對應(yīng)供電方式。3.5 運(yùn)營管理方面的比較

對于城市地鐵軌道交通的管理，集中供電方式主要的工作單位是電廠，與城市供電網(wǎng)絡(luò)的聯(lián)系少，在管理方面比較便捷，在發(fā)生故障時(shí)，地鐵內(nèi)部可以進(jìn)行調(diào)整，工作效率高。分散供電方式的接口較多，需要與不同的供電部門進(jìn)行協(xié)調(diào)，整體的運(yùn)營難度響度較大，

4 結(jié)語

綜上所述，我國地鐵采用的外部電源供電方式，主要是集中供電方式和分散供電方式兩種，通過從供電質(zhì)量、供電可靠性和運(yùn)營管理等方面進(jìn)行比較分析，集中供電方式優(yōu)于分散供電方式，其優(yōu)點(diǎn)更加突出。對于外部電源供電方式的選擇，需要根據(jù)城市電網(wǎng)狀況和發(fā)展規(guī)劃方面進(jìn)行考慮。