地鐵供電系統外部電源供電方式的分析與比較

馮勁松

（廣州地鐵設計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中最主要的組成部分，對于地鐵系統接口和城市電網的發展有著十分重要的作用，地鐵外部供電方式會影響到電網的投資和后期的運行維護。在對城市地鐵進行施工建設中，選擇正確的外部供電方式會對地鐵的運營和建設有著重大的作用，地鐵供電系統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量、供電可靠性和運營管理方面進行分析和比較，獲得最后的結論。

1 地鐵供電系統的相關概述

地鐵電力供電會根據地鐵的實際需求，分為電力機車運行需要的牽引電力和地鐵車站區間內需要的照明用電，包括電梯、照明、通信等，地鐵供電系統主要負責地鐵運行所需電力的傳輸和供應，是保障地鐵安全運行的重要前提條件，地鐵的外部電源主要來自城市電網，電壓通常是110 kV或10 kV，地鐵供電系統需要根據地鐵工程的實際情況設置兩個電源，每個線路的輸入功率主要負責第一電壓負荷和第二電壓負荷，當其中一個電路發生故障時，另一個電源能夠及時進行供電，確保地鐵運行的安全，外部電源主要來自城市電網，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地鐵工程的實際情況進行安置和分配，能夠滿足地鐵供電系統電力的正常供應，滿足現代地鐵運行發展的需求。

2 地鐵供電系統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，在地鐵沿線設置專門的供電變電所，城市電網主要提供兩路電源，主要是為動力系統負荷和地鐵牽引進行供電，建立的主變電所設備較齊全，供電負荷比較大，同時對設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，能夠確保對地鐵運營電量的正常供應，保證地鐵的正常運行。例如，上海地鐵三號線就是集中供電方式進行供電。

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，需要根據實際負荷情況進行建造，同樣是由城市電網提供兩路電源，注重對變電所的牽引和動力系統供電，城市中建立的開閉所是分散供電的重要設備，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”的形式進行供電，當其中一個開閉所發生故障不能進行及時供電時，其他開閉所會及時進行供電，確保地鐵的正常運行，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行。

2.3 混合供電方式

混合供電方式主要根據城市電網的實際布設情況，地鐵供電系統中某些區段是集中供電方式，某些區段是分散供電，導致在設備型號的選擇方面比較復雜，外部電源的網壓不同，很難進行管理，在該種情況下，應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，設備都是比較先進的，繼電保護配置相對比較高，發生故障的概率也較少，會在地鐵內部構成一個小型的電網，其他負荷對供電系統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生故障，另一座變電所會及時向該地鐵變電所進行供電。開閉所從城市電網引入兩路電源，該種運行方式整體上是比較可靠的，采用分散供電方式時，城市中10 kV的電網系統接入的用戶比較多，每戶產生的負荷和影響都是不同的，而且10 kV的電網系統繼電保護都是處于最末端，會嚴重干擾到地鐵供電系統的運行，10 kV系統的供電容量都是有限的，為了能夠保證地鐵的正常運行，需要采用減輕負荷的措施，確保地鐵系統整體的穩定性和安全性。

3.2 供電質量的比較分析

城市中的高壓電網主要為集中供電提供電源，高壓電網的等級較高，系統容量大，危險性較大，輸電容量比較大，集中供電中的主變電所與高壓電網緊密連接，通常是35 kV的測電壓，在主變電所上設置對應的調壓裝置，確保供電過程的順利。分散供電的外電源是10 kV的電網，電壓的等級較低，而且城市中的大多數用戶都是10 kV電壓，由于使用的人數較多，導致電壓系統的不穩定性，因此，需要根據實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行彌補，可以通過增大變壓器容量和調節調壓裝置等措施減少電壓的不穩定對系統造成的影響。

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之間的接口連接、需要鋪設的電纜線路、與城市建設單位需要協調的內容、需要連接的接口都比較少，地鐵系統的用電操作很容易協調實施，不會受到很大的制約。分散供電的接口較多，一些電纜的敷設路徑比較復雜，同時，由于城市建筑比較密集，地下管線都是交叉連接，對電纜的敷設比較復雜，有些地方變電站負荷相對飽和，新增的地鐵系統需要有較大的電量和電壓需求，不能有效滿足實際需求。

3.4 地鐵牽引對電網的影響

地鐵對電力的要求比較高，對電力的應用也比較大，地鐵中對電力的應用主要是牽引和系統兩個方面，地鐵牽引應用的是直流電，如果選擇集中供電方式和分散供電方式，對城市電網不會產生較大影響，而且諧波含量比較低。如果采用集中供電方式，可以將供電系統看作一個小型的電網，能夠為地鐵牽引提供一定的電壓需求，能夠減少外界對電壓傳輸穩定性的影響，采用分散供電方式，接入的多是10 kV的電網，牽引負荷產生的網壓波動較大，因為采用的變壓器容量較小，周圍對10 kV的電網應用用戶較多，導致整體的影響比較明顯，對地鐵電壓的實際供應不足，需要根據實際情況選擇對應供電方式。3.5 運營管理方面的比較

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，與城市供電網絡的聯系少，在管理方面比較便捷，在發生故障時，地鐵內部可以進行調整，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行協調，整體的運營難度響度較大，

4 結語

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，通過從供電質量、供電可靠性和運營管理等方面進行比較分析，集中供電方式優于分散供電方式，其優點更加突出。對于外部電源供電方式的選擇，需要根據城市電網狀況和發展規劃方面進行考慮。