地鐵供電系統的供電方式及選擇對策

李朝鵬

（中鐵一局集團電務工程有限公司，陜西 西安 710025）

0 引 言

隨著城市化進程的加快，地鐵的網絡覆蓋范圍逐漸擴大，既促進了城市經濟的發展，又滿足了城市交通的運行需求。供電系統是地鐵安全運行的重要部分，其運行質量直接關系到地鐵的服務質量。地鐵供電系統中供電方式的選擇，將影響供電系統的安全運行與管理。因此，探究地鐵供電系統的供電方式以及具體的選擇對策是十分必要的。

1 地鐵供電系統概述

1.1 定 義

地鐵供電系統是指為確保地鐵安全運行提供的實時電力能源以及與之相關能源的供電系統[1]。電力系統與軌道交通的結合已經有百余年的發展史，從最初的簡單照明到現代的電力能源提供，二者的結合更加深入。供電系統在地鐵發展中發揮著至關重要的作用。

1.2 構 成

地鐵供電系統可以分為兩個部分，地鐵內部供電與外部城市電網供電，并包括了供電配電系統、綜合監控系統、供電配電、雜散電流防護及主變電所等多個方面。地鐵實際運行過程中，電力系統能夠作用于地鐵運行，通過電能牽引車輛行駛，并能夠提供消防照明、電控車門以及常規用電設施的運行。外部電網供電比地鐵內部供電更加復雜，涉及眾多因素，對于地鐵的安全運行影響較大。隨著科技的不斷發展，自動化及人工智能技術使地鐵供電系統發展十分迅速。外部電源主要采用集中供電與分散供電兩種形式，分別為35 kV/33 kV、10 kV，牽引供電制式有DC 750 V/1 500 V等[2]。選擇供電制式與供電方式時，需要具體結合實際供電情況、電網的規劃以及電源的供電能力加以選擇。

1.3 供電要求

由于地鐵運行過程中電能驅動使用能源巨大且具有一定的地域使用范圍限制，因此對于地鐵覆蓋沿線的供電系統有著更高的要求。地鐵供電系統的兩路電源應取自不同的母線，使用同一變電所的兩條母線或是兩個不同變電所的母線[3]。地鐵電源對于輸電量有著更高的要求，一般需要一級負荷，由于地鐵運行過程中對于電力能源的需求量較大，因此變電所應該選址于地鐵運行周邊，降低地鐵運行過程中的運營成本以及電力線路架設成本。

2 地鐵外部供電系統的主要分類

分析地鐵供電系統可知，地鐵的外部電源需要由城市電網系統進行供電，主要有集中、分散及混合3種供電方式。

2.1 集中供電方式分析

集中供電方式是指地鐵在運行過程中由沿線的專用變電所進行集中供電，將高壓電轉化為10 kV或者35 kV，以滿足地鐵的運行需求[4]。集中供電方式的主要特點是由主變電所進行專項供電，但由于地鐵沿線建設的專項主變電所數量相對較少，因此單體主變電所承載的電量輸出負荷較大，需要地鐵專項主變電所配置功能性較強的變壓器與電力傳輸系統，電源的電壓也要十分穩定，確保地鐵安全穩定的運行。地鐵集中供電方式線路如圖1所示。

圖1 地鐵供電系統集中供電方式線路簡圖

2.2 分散供電方式分析

分散供電與集中供電方式相對應，根據地鐵運行過程中需要的用電負荷設置多個開閉所，并為其提供兩路電源。借助開閉所提供的電力能源，滿足地鐵運行過程中的兩路電源牽引需求。由于開閉所以分散的方式進行設置，當其中單一開閉所出現問題或故障時，與之相鄰的開閉所可以提供電力支持[4]。鑒于此，在地鐵沿線周邊往往要設置較多的開閉所，以滿足地鐵正常運行的需求。

2.3 混合供電方式分析

地鐵外部電源供電系統在實際建設過程中影響因素眾多，技術、城市電網布設及周邊環境等都會影響供電方式的選擇，因此單一選擇某種供電方式的可能性較小，通常情況下會將分散式供電與集中式供電進行結合，滿足地鐵供電的需求。

3 地鐵供電系統供電方式的選擇對策

集中與分散兩種不同的供電方式各有優劣，適應的條件也各不相同，使用與建設過程中需要結合實際周邊情況以及建設項目的具體要求進行選擇。集中供電與分散供電區別主要在于供電質量、可靠性、運行及資金等多個方面[5]。對于質量方面，由于集中供電的電力能源屬于高壓電，在輸送過程中抗干擾能力要高于低壓輸送方式，電能供應穩定，但遠距離輸電時損耗較大。分散式供電方式的電能主要來自城市電網，因此電能的輸送距離小，電能損耗也相對比較低，但易受城市周邊其他因素影響，穩定性較差。對于可靠性方面，集中供電的電能直接來自電廠，電力輸送沿線的保護措施等級較高，線路發生故障的概率不高，輸送對象相對較少，干擾因素不多，因此穩定性較高。分散式供電方式接入城市電網，干擾因素多，容易影響地鐵運行過程中的穩定性。對于運營管理方面，由于集中供電方式，管理對象相對較少且受干擾因素不多，因此管理起來也更加簡單方便。分散式供電需要由城市電網提供電力能源，開閉所設置數量多，出現故障的概率增大。一旦發生故障，工作人員需要與城市供電部門進行協調，運營管理相對復雜。對于施工與資金投入方面，集中供電相對比較容易，電纜線路設計與鋪設較為簡易，施工過程中影響因素較少；分散式供電由于需要建設較多的開閉所與城市電網接口，因此影響因素較多[6]。對于成本投入方面，集中供電前期投入成本高，后期電網建設成本低，而分散式成本建設則與之相反。

因此，地鐵供電方式的選擇過程中，如果資金成本較為充足，可以優先選擇集中供電方式，提高地鐵供電系統的穩定性，減少干擾因素的影響。如果項目資金有限，可以在城市原有的電網基礎上，通過增設開閉所與城市電網進行對接，降低前期投入成本推動工程的開展，滿足電網的供電需求。實際建設過程中，還要綜合考慮原有城市電網系統的具體情況，集中供電方式雖然能夠優化電網的整體性能，但也不能一概而論，地鐵輻射范圍內如果缺乏建設主變電所的條件，可以通過增設開閉所滿足這一需求。鑒于此，在地鐵供電系統的供電方式選擇上需要綜合考慮多方面因素，前期可以以集中供電為主、分散供電方式為輔進行建設，項目投運后再逐步投入資金、技術等對其進行改造升級，以期達到安全穩定、高效節能的運行環境。

4 結 論

本文重點分析了地鐵供電系統外部電源的兩種不同供電模式，對比了集中供電與分散供電在資金成本投入、施工投入、功能性、穩定性及管理效率等多個方面的優劣。地鐵供電系統的建設不是一蹴而就的，需要結合實際建設情況，逐步升級網絡，以更好地促進地鐵建設，滿足城市發展需求。