地鐵供電系統的供電方式及其選擇

佘啟松

中鐵武漢電氣化局集團有限公司城鐵分公司 湖北 武漢 430000

1 、供電系統概述

中國城市化進程的深入，城市交通在城市化進程中占據非常重要的地位，電力的正常運行加快了城市人口增長的步伐，城市生活的電力增長是非常的重要，電壓的壓力負荷逐漸增大，地鐵的供電系統的負荷大小相對增加，因為地鐵的供電系統的運行具有不可替代的作用，所以這種情況應該研究供電方式的地鐵供電系統，尋找合適的供電系統電源。

2 、供電方式的分類選擇

地鐵供電系統包含牽引供電系統，電源和照明系統，雜散電流保護系統和電力監控系統等組件。地鐵牽引供電系統，為各種設備提供電力，這是地鐵電動車運行的必要條件。電源和照明系統，確保所有照明設備，地鐵空調和電梯設備的正常運行。地鐵供電設備應沿地鐵線路布置，為所有電氣設備供電。這些內部電線應來自不同的變電站或傳輸系統，以防止突然和意外的電力中斷影響地鐵系統。為了降低運營和建設成本，有必要縮短電纜的長度，在發電站附近建造地鐵站，以減少所用傳輸材料的長度。

地鐵供電主要包括外部供電系統和內部供電系統，外部分為集中式、分散式地鐵供電系統混合供電系統。這三種供電方式各有優缺點。在實際選用和使用中具體分析，以達到最佳效果。地鐵的內部自身供電方式主要包括接觸網供電和三軌供電。這兩種類型的內部電源也影響著外部電源的選擇，優缺點。內部電源的選擇也為外部電源的選擇提供了依據。

2.1 集中供電方式的選擇分析

地鐵集中供電是沿地鐵線設置專用變電站，將連接的高壓變壓器減少到10kv或35kv，可直接用于地鐵線路的電壓等級。因此，通過設置主變電站，可以在沒有輔助變壓器的情況下均勻地提供地鐵所需的電力。這是一個需要許多主變壓器的集中式電源。由于多區域變電站的存在，地鐵的故障分布和供電方式很容易受到電網干擾的影響，分布式供電將導致大規模的外部電源接入并增加管理難度。由于集中供電系統建設成本高，線路保護措施完善，故障率相對較低，干擾相對較小，而且集中供電，敷設線的長度也較短。

2.2 內部供電方式的概述

第三軌道動力源是在列車上運行的兩條軌道之外加上帶電軌道，根據當前模式可分為上接觸，下接觸和側接觸。第三條軌道建造成本更低，并且需要更少的隧道空間。接觸網供電和三軌供電兩種供電方式各有優缺點，應根據當地情況進行調整。從城市地鐵在緩解地面交通和后期維護方面的作用來看，選擇接觸供電方式更為合適。

剛性接觸的主要優點是在剛性母線和接觸軸的方向上沒有張力。總線的銅等效部分約為1400mm2，載流量較大，因此無需設置輔助饋線。由于其緊湊的結構，可以減小間隙尺寸。由于采用無張力剛性懸架，不需要傳統的錨節點重力錨固裝置。其安裝結構簡單，在接觸網和開關段，隧道不需要局部開挖。剛性懸掛，維護少或無需維護，易于操作，降低運營和維護成本。根據數據，通過比較兩種供電方式，綜合結果表明，在大多數情況下，接觸網供電方式在安全性和經濟效益方面優于第三軌供電方式。這與世界上約70%的地鐵由接觸網供電，約30%由三軌供電這一事實是一致的。最終的供電方式需要根據每個城市的具體情況來確定。

3 、幾種供電方式的比較

采用集中供電方式時，在地鐵沿線設置主變電所，分別從地方110kV電網引入兩路電源對地鐵沿線進行集中供電，每個為主變電器分壓的牽引變電所和降壓變電站都是由35KV和10KV電源進行電力供應。它們是獨立的，由城市軌道交通網絡連接和引導。采用分散式的供電系統時，沒有主變電站，采用在沿線設置的多座開關站或開閉所從地方10kV或35kV電網引入電源。混合動力模式是前兩種動力模式的組合。通常，集中供電是主要方式。

集中供電方式便于施工，維護和電纜敷設。城市軌道交通的地下部分可以沿隧道支撐的內壁布置，高架部分可以沿道路支撐布置。

諧波抑制效果。牽引整流系統諧波源較好，減少了對電網的諧波影響和危害，地鐵是采用高脈沖波脈沖（12或24脈沖整流單元），集中供電方式選擇高壓電源，由于容量大，高壓電網能力強，同時諧波電壓總諧波失真率和速率遠低于小容量和低壓電網，也是未來預防和控制高頻率的關鍵措施。

用電方便簡單。在110kV電壓集中供電模式下，運行管理單元和電力部門之間的電費結算可以在主變電站整體上進行測量，而不是每個變電站的單獨計量匯總。為了節省土地和便于管理，牽引變電站和降壓變電站通常在同一車站并行設置，即建立牽引降壓混合站。

總之，城市軌道交通供電系統與城市電網的分布密切相關。因此，根據城市電網的構成和城市軌道交通的具體情況，在設計中應選擇合適的供電方式。

4 、主要建議

為了保證地鐵自身供電的的長期有效運行，有必要對所使用設備進行及時的維護，以便減少事故發生的概率。從預防災害進行減災的方面來看，引進相關安全維護系統還應保證牽引變電站設備的完整程度，消防設備的充足性和可實施性。近年來，上海，廣州和深圳的大多數新地鐵系統都采用集中供電。它是實時監控內部和電路狀態的重要手段。安裝在牽引變電站中的攝像機可以監控任何牽引變電站的故障。安全功能通常包括報警按鈕，智能煙霧探測器，應急照明和通風系統。

5 、結束語

綜上所述，通過對各種方面的集中供電方式和分散供電方式的綜合比較分析，得出集中供電方式優于分散供電方式，集中供電模式已成為地鐵外部供電方式的最佳選擇。目前的地鐵供電系統選擇，應當考慮在更為詳細的運營環節中，有必要將城市的發展設計規劃與地鐵的供電系統完全相融合，并嘗試使用最符合自身發展情況的供電系統為城市發展助力。