城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計原理與應(yīng)用

楊中兵

摘要：供電系統(tǒng)在地鐵交通運營中的地位十分重要，不僅為電動列車牽引供電，而且給區(qū)間、車站等其他建筑場所提供所需求的動力照明用電，因此必須具有可靠性和安全性。不同的城市軌道交通系統(tǒng)需要具體問題具體分析，按照當(dāng)?shù)貤l件和技術(shù)的發(fā)展，來設(shè)計出更合理、可靠的供電方式，滿足城市發(fā)展需求。本文將分析三種不同的供電方式和相應(yīng)的優(yōu)劣勢，并提出可供參考的方案。

關(guān)鍵字：城市軌道交通;供電系統(tǒng);設(shè)計原理

一、引言

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市化步伐大大加快，城市人口和機(jī)動車數(shù)量越來越多，人員出行頻率增加，物資交換頻繁。

目前，城市軌道交通已成為解決城市交通問題的最佳途徑，也是大城市建設(shè)良好公共交通的基本方向。城市軌道交通供電系統(tǒng)不僅是衡量城市軌道交通運行狀況的判斷依據(jù)，也是城市軌道交通正常運行的保證。站臺服務(wù)設(shè)施和列車運行都需要一個安全、穩(wěn)定、可靠的供電系統(tǒng)來提供動力資源。因此，因地制宜地設(shè)計最合理的供電方式，對城市軌道交通的運行起著至關(guān)重要的作用。

二、城市軌道交通供電系統(tǒng)的三種供電方式

（一）集中供電方式

城市軌道沿線設(shè)置若干主變電站，為沿線所有牽引變電站和降壓變電站統(tǒng)一供電，為集中供電方式。其中，主變電站是外部供電系統(tǒng)的一部分，牽引變電站屬于牽引供電系統(tǒng)，降壓變電站屬于照明系統(tǒng)。集中供電方式是將主變電站的一次計量電源引入上層高壓區(qū)110kv 變電站的獨立電源。獨立供電系統(tǒng)只向沿線的牽引變電所和降壓變電所供電，不向居民提供生活用電，基本不受其他負(fù)荷的影響。穩(wěn)定性強，維護(hù)管理方便。但是，獨立主變電站除了造價高外，還需要配備兩臺變壓器，以提高供電的穩(wěn)定性?？偝杀竞芨?。

（二）分散供電方式

與集中供電方式相比，分散供電方式是從附近城市電網(wǎng)引入電能供電，不需要設(shè)置獨立的主變電站。換句話說，城市電網(wǎng)的主變電站不僅要向居民提供電能，還要向城市軌道導(dǎo)入變電站和降壓變電站提供電能。電源受多種因素影響，供電可靠性差。此外，由于分散供電方式的中壓環(huán)網(wǎng)與集中供電方式的接線方式相同，軌道交通供電系統(tǒng)的中壓電源是從附近城市電網(wǎng)引入的。平均來說，需要在三到五個站點引入兩條輸電線。城市電網(wǎng)與城市電網(wǎng)有許多接口，容易受到城市電網(wǎng)負(fù)荷的干擾和影響，總體獨立性差，供電質(zhì)量和穩(wěn)定性差，不利于集中管理和控制，對供電系統(tǒng)的效益影響很大。但是，分散供電的投資成本相對較低。

（三）混合供電方式

混合供電方式是以集中供電為主，輔助供電為分散供電。這是因為在集中供電的情況下，中壓電網(wǎng)的末端遠(yuǎn)離主變電站，造成末端電壓損失較大，但末端損失電壓不能超過額定電壓的5% 。當(dāng)集中式中壓電網(wǎng)末端電壓損失不能滿足要求時，可從附近城市電網(wǎng)引入補充中壓電源。該混合供電方式投資成本相對適中，供電質(zhì)量穩(wěn)定。同時，混合中壓環(huán)網(wǎng)采用電纜雙環(huán)網(wǎng)的連接方式，并配有接觸開關(guān)，便于管理，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的供電可靠性。

三、供電系統(tǒng)的組成

根據(jù)功能的不同，城軌供電系統(tǒng)，一般劃分為以下幾個部分：外部電源;牽引供電系統(tǒng);主變電所或電源開閉所;雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng);動力照明供電系統(tǒng);電力監(jiān)控系統(tǒng)。

城市軌道交通供電系統(tǒng)可以分為以下設(shè)計部分：主變電所、牽引變電所、降壓變電所、全線系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、接觸網(wǎng)、雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)。動力照明設(shè)備是附屬設(shè)備，屬于車站等建筑物，一般劃歸土建工點單位連同建筑結(jié)構(gòu)一起進(jìn)行設(shè)計，而不由供電系統(tǒng)設(shè)計單位進(jìn)行設(shè)計。為便于設(shè)備采購招標(biāo)，城市軌道交通供電系統(tǒng)可以劃分成以下采購單元或以下采購單元的組合：（1）主變電所設(shè)備，包括接地變壓器、消弧裝置。（2）牽引變壓器及整流器。（3）配電變壓器。（4）中壓開關(guān)設(shè)備。（5）低壓開關(guān)設(shè)備，包括低壓開關(guān)柜、電容補償裝置，而低壓配電箱、照明燈具等屬于車站機(jī)電設(shè)備，一般由土建承建商進(jìn)行招標(biāo)采購。（6）直流開關(guān)設(shè)備，包括直流快速開關(guān)、負(fù)極柜、直流隔離開關(guān)、鋼軌電位限制裝置等。（7）接觸網(wǎng)設(shè)備。（8）電纜，包括中壓電纜、低壓電纜、控制電纜、直流電纜。（9）電力監(jiān)控系統(tǒng)。（10）其他設(shè)備，包括變電所自用電裝置、控制屏、雜散電流腐蝕防護(hù)檢測設(shè)備及排流柜、列車再生能量吸收裝置等。

四、如何選用城市軌道交通供電系統(tǒng)的方式

（一）具體分析當(dāng)時城市電網(wǎng)情況

如果地方城市電網(wǎng)能夠承受較大負(fù)荷，可以考慮分散供電方式，同時擴(kuò)大變電站容量; 如果地方城市電網(wǎng)供電有限，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不完善，可以考慮集中供電方式; 一般可以考慮混合供電方式。軌道交通部門與電力部門合作，將電力部門的專長應(yīng)用于城市軌道交通供電系統(tǒng)，以最大限度地利用資源。

（二）結(jié)合當(dāng)?shù)爻鞘熊壍澜煌ㄒ?guī)劃

現(xiàn)有的交通路線、軌道交通形式、交通線路的形式和距離、預(yù)期的客流設(shè)計、鐵路運營成本、城市軌道交通供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和容量等因素都會影響供電方式的選擇。供電方式的選擇必須與當(dāng)?shù)爻鞘熊壍澜煌ㄒ?guī)劃相結(jié)合，以滿足城市最大客流的運營需求。

（三）供電方式的安全可靠

首先，供電質(zhì)量關(guān)系到軌道交通運營設(shè)備的安全，必須保證供電的連續(xù)性和穩(wěn)定性。例如，如果列車由于電壓不足而跳車停車，就會造成事故和經(jīng)濟(jì)損失。二是供電方式要能夠抵御雨雪、大風(fēng)、雷電、高溫、寒冷等自然因素的影響，保證人員安全和設(shè)備安全，減少故障和事故的發(fā)生。三是供電方式不得危及沿線周圍環(huán)境，盡可能不給城市交通和居民生活帶來不便。

五、結(jié)語

綜上所述，一座城市的軌道交通供電系統(tǒng)決定了當(dāng)?shù)亟煌ê瓦\輸?shù)恼＿\作，對城市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重大作用。本文從三種常見供電方式的優(yōu)劣勢入手，對影響供電方式選擇的若干因素進(jìn)行分析，結(jié)論是供電系統(tǒng)的供電方式選擇，有多方面的因素要綜合考慮。以保證城市交通供電系統(tǒng)的安全和穩(wěn)定，加快城市交通事業(yè)的發(fā)展步伐，進(jìn)一部促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的繁榮發(fā)展。

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