城市轨道交通供电系统设计原理与应用

杨中兵

摘要：供电系统在地铁交通运营中的地位十分重要，不仅为电动列车牵引供电，而且给区间、车站等其他建筑场所提供所需求的动力照明用电，因此必须具有可靠性和安全性。不同的城市轨道交通系统需要具体问题具体分析，按照当地条件和技术的发展，来设计出更合理、可靠的供电方式，满足城市发展需求。本文将分析三种不同的供电方式和相应的优劣势，并提出可供参考的方案。

关键字：城市轨道交通;供电系统;设计原理

一、引言

随着我国经济的快速发展，城市化步伐大大加快，城市人口和机动车数量越来越多，人员出行频率增加，物资交换频繁。

目前，城市轨道交通已成为解决城市交通问题的最佳途径，也是大城市建设良好公共交通的基本方向。城市轨道交通供电系统不仅是衡量城市轨道交通运行状况的判断依据，也是城市轨道交通正常运行的保证。站臺服务设施和列车运行都需要一个安全、稳定、可靠的供电系统来提供动力资源。因此，因地制宜地设计最合理的供电方式，对城市轨道交通的运行起着至关重要的作用。

二、城市轨道交通供电系统的三种供电方式

（一）集中供电方式

城市轨道沿线设置若干主变电站，为沿线所有牵引变电站和降压变电站统一供电，为集中供电方式。其中，主变电站是外部供电系统的一部分，牵引变电站属于牵引供电系统，降压变电站属于照明系统。集中供电方式是将主变电站的一次计量电源引入上层高压区110kv 变电站的独立电源。独立供电系统只向沿线的牵引变电所和降压变电所供电，不向居民提供生活用电，基本不受其他负荷的影响。稳定性强，维护管理方便。但是，独立主变电站除了造价高外，还需要配备两台变压器，以提高供电的稳定性。总成本很高。

（二）分散供电方式

与集中供电方式相比，分散供电方式是从附近城市电网引入电能供电，不需要设置独立的主变电站。换句话说，城市电网的主变电站不仅要向居民提供电能，还要向城市轨道导入变电站和降压变电站提供电能。电源受多种因素影响，供电可靠性差。此外，由于分散供电方式的中压环网与集中供电方式的接线方式相同，轨道交通供电系统的中压电源是从附近城市电网引入的。平均来说，需要在三到五个站点引入两条输电线。城市电网与城市电网有许多接口，容易受到城市电网负荷的干扰和影响，总体独立性差，供电质量和稳定性差，不利于集中管理和控制，对供电系统的效益影响很大。但是，分散供电的投资成本相对较低。

（三）混合供电方式

混合供电方式是以集中供电为主，辅助供电为分散供电。这是因为在集中供电的情况下，中压电网的末端远离主变电站，造成末端电压损失较大，但末端损失电压不能超过额定电压的5% 。当集中式中压电网末端电压损失不能满足要求时，可从附近城市电网引入补充中压电源。该混合供电方式投资成本相对适中，供电质量稳定。同时，混合中压环网采用电缆双环网的连接方式，并配有接触开关，便于管理，进一步提高了系统的供电可靠性。

三、供电系统的组成

根据功能的不同，城轨供电系统，一般划分为以下几个部分：外部电源;牵引供电系统;主变电所或电源开闭所;杂散电流腐蚀防护系统;动力照明供电系统;电力监控系统。

城市轨道交通供电系统可以分为以下设计部分：主变电所、牵引变电所、降压变电所、全线系统、电力监控系统、接触网、杂散电流腐蚀防护系统。动力照明设备是附属设备，属于车站等建筑物，一般划归土建工点单位连同建筑结构一起进行设计，而不由供电系统设计单位进行设计。为便于设备采购招标，城市轨道交通供电系统可以划分成以下采购单元或以下采购单元的组合：（1）主变电所设备，包括接地变压器、消弧装置。（2）牵引变压器及整流器。（3）配电变压器。（4）中压开关设备。（5）低压开关设备，包括低压开关柜、电容补偿装置，而低压配电箱、照明灯具等属于车站机电设备，一般由土建承建商进行招标采购。（6）直流开关设备，包括直流快速开关、负极柜、直流隔离开关、钢轨电位限制装置等。（7）接触网设备。（8）电缆，包括中压电缆、低压电缆、控制电缆、直流电缆。（9）电力监控系统。（10）其他设备，包括变电所自用电装置、控制屏、杂散电流腐蚀防护检测设备及排流柜、列车再生能量吸收装置等。

四、如何选用城市轨道交通供电系统的方式

（一）具体分析当时城市电网情况

如果地方城市电网能够承受较大负荷，可以考虑分散供电方式，同时扩大变电站容量; 如果地方城市电网供电有限，电网结构不完善，可以考虑集中供电方式; 一般可以考虑混合供电方式。轨道交通部门与电力部门合作，将电力部门的专长应用于城市轨道交通供电系统，以最大限度地利用资源。

（二）结合当地城市轨道交通规划

现有的交通路线、轨道交通形式、交通线路的形式和距离、预期的客流设计、铁路运营成本、城市轨道交通供电系统的结构和容量等因素都会影响供电方式的选择。供电方式的选择必须与当地城市轨道交通规划相结合，以满足城市最大客流的运营需求。

（三）供电方式的安全可靠

首先，供电质量关系到轨道交通运营设备的安全，必须保证供电的连续性和稳定性。例如，如果列车由于电压不足而跳车停车，就会造成事故和经济损失。二是供电方式要能够抵御雨雪、大风、雷电、高温、寒冷等自然因素的影响，保证人员安全和设备安全，减少故障和事故的发生。三是供电方式不得危及沿线周围环境，尽可能不给城市交通和居民生活带来不便。

五、结语

综上所述，一座城市的轨道交通供电系统决定了当地交通和运输的正常运作，对城市的经济发展具有重大作用。本文从三种常见供电方式的优劣势入手，对影响供电方式选择的若干因素进行分析，结论是供电系统的供电方式选择，有多方面的因素要综合考虑。以保证城市交通供电系统的安全和稳定，加快城市交通事业的发展步伐，进一部促进城市经济的繁荣发展。

参考文献

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