淺談城市軌道交通供電系統的節能措施與經濟運行

胡冰光 龔玲 蘇小倩

摘 要 軌道交通現如今已經成為我國城市發展的重要基礎設施之一，地鐵供電系統是為城市軌道交通運營提供所需電能，也是能耗較大的系統，在保障地鐵正常運營的前提下，應用有效的節能降耗技術降低運營成本、節約能源是目前地鐵供電系統運行中必須考慮的環節。本文就地鐵運營更好地實現節能減排和經濟運行措施進行論述。

關鍵詞 城市;軌道交通;供電系統;節能措施;經濟運行

1城市軌道交通供電系統節能措施

1.1 調整運行方式

城市軌道交通在白天和晚上的負載量是不同，白天的負載量比較大，運行時段不同，負載量不同，供電系統的運行方式也具有差異，在進行節能時可以調整運行方式。晚上供電系統可以采用一運一配的方式，這種運行方式能夠有效減少對線路的消耗，減少電能的使用。在進行運行方式調整時可以通過編程的方式進行，通過程序對運行方式進行控制，這樣能夠提升調整工作的效率。如果供電系統運行中換電條件發生變化，則供電系統在晚上運行時則需要采用一般配電運行的方式，這樣也能降低能耗，但是效果相對來說比較差。在不同的時間采用不同的運行方式能夠更好地開展節能工作。

1.2 調整運行電壓

在進行節能工作時可以對電壓進行調整，在運行電壓較高時，固定損耗增加，變動損耗減少;在運行電壓較低時，固定損耗減少，變動損耗增加。一般35～220kV宜在較額定電壓高的電壓下運行更經濟，33kV和10kV以下宜在較額定電壓低的電壓下運行更經濟，經過計算后確定具體電壓值。電纜敷設力求合理，為了減少線路損耗，應盡量減少迂回敷設[1]。中壓環網電纜一般采用三芯電纜。當采用單芯電纜時，單芯電纜要求敷設成為品字形排列，以降低線路電抗，從而降低電纜損耗，防止形成渦流。

1.3 采用節能技術

變壓器是供電系統的重要組成部分，變壓器的能耗比較大，因此在進行節能時需要對變壓器進行調整，選擇節能變壓器。變壓器在建造時需要進行綜合考慮，如果條件合適的話可以采用共享方式，在滿足城市軌道交通正常運行的基礎上減少變壓器的使用，這樣不僅能夠減少投入，還能夠減少能源的消耗。同時城市軌道交通在進行技能時還可以采用一些軟件系統，如EMS軟件，通過軟件系統對數據進行收集和分析，增強對供電系統的控制水平。

2軌道交通供電系統節能設計

2.1 供電系統節能設計

主變電所設置與主變壓器容量的確定主變電所為城市軌道交通整條線路的總變電所，承擔整條線路的電力負荷的用電。主變電所將城市電網的高壓110kV（或220kV）電能降壓后以35kV或10kV的電壓等級分別供給牽引降壓變電所。主變電所的設置主要包括布點和數量，主變電所的位置，盡量選擇在兩條線路的交匯點，靠近線路，兩條線路共用一個主變電所，實現資源共享，減少前期變電所的建設投資，減少供電網絡的節點，也減少主變電所的設備損耗，達到節能的目的。

2.2 中壓網絡電壓等級及接線形式的選擇

根據用電負荷及供電距離，合理確定中壓網絡的電壓等級。中壓網絡等級越高，線路損耗越小，但電壓等級的提高會使設備的造價增加，工程建設投資增大。目前國內中壓供電網絡有10kV、35kV兩種。目前最常見的中壓網絡接線形式主要有兩種：放射式和環網式接線。放射式接線每回電纜所承擔的負荷較小，線路損耗較小，但電纜回數較多，電纜數量多，投資過高;環網式接線所需的電纜數量較少，投資較低[2]，每回電纜所承擔的負荷較大，線路損耗較大。對于隧道多的軌道交通，在隧道盡量少敷設電纜，提高電纜的經濟性，綜合考慮可靠性、投資和節能效果，一般多采用環網式中壓網絡接線形式。

2.3 牽引、降壓變電所設置與牽引變壓器容量確定

牽引變電所通過直流快速斷路器分別向上下行接觸網供電，以保證列車安全可靠地運行。牽引變電所設置雙牽引整流機組雙邊供電，牽引網電壓質量好，能耗低。兩套牽引整流自足接在同一段中壓母線上，構成等效24脈波整流，利于諧波治理。整流機組應盡量保持負載平衡，降低阻抗電壓的不平衡度。降壓變電所將中壓電能轉換為低壓電能，向區域內所有低壓用電負荷提供電源。兼顧節能與節省投資，降壓變電所應盡量靠近負荷中心，盡量減小配電電纜長度，減少線路損耗。

2.4 無功補償與防止過補償

在供電系統中需要考慮低壓無功補償，對于動力照明配電系統中的一些感性負載，其無功容量一般比較大，相應無功損耗也比較大。為了降低無功損耗，達到節能的目的，供電系統及動力照明配電系統的設計需要考慮一定的無功補償措施，將無功損耗降到允許的范圍內。為了解決電源引入端變電所存在的無功電容過補問題，可考慮在主變電所設置電能質量有源濾波裝置，可同時起到諧波治理、電壓補償和無功補償的作用。

2.5 電纜敷設方式

電纜敷設力求合理，為了減少線路損耗，應盡量減少迂回敷設。中壓環網電纜一般采用三芯電纜。當采用單芯電纜時，單芯電纜要求敷設成為品字形排列，以降低線路電抗，從而降低電纜損耗，防止形成渦流。

2.6 動力照明系統

在整個供電網絡中，動力照明系統的各種用電設備是消耗電能的最終用戶。各種用電設備的功率損耗與負載性質（電阻性、電感性、電容性）、產品結構、控制電路、運行方式等有關，降低功率損耗可以達到節能的目的。照明配電系統力求三相負荷平衡，并采用節能措施，降低照明配電系統的負荷容量，按功能分區和使用要求的不同，照明控制采用集中控制、分散控制和自動控制相結合的方式，根據需要開啟與關閉照明燈具，為節約用電創造條件[3]。對于站廳、站臺的照明，采用多路交叉供電，奇偶數設置照明燈回路，在非高峰時段，打開一部分照明燈，即：只打開奇數或偶數照明燈，通過這種方式達到照明節能的目的。

3結束語

總而言之，地鐵供電節能降耗技術應用的意義重大，符合可持續發展戰略要求，同時也是城市地鐵運行系統長足穩定發展的需要。因此，必須從多方面入手，充分運用現代化先進技術、先進設備，如大數據技術、變頻技術、智能技術等，提升地鐵設備運行的整體效率，實現節能減排，保障地鐵的運行更加安全可靠、綠色環保。

參考文獻

[1] 邢妍.城市軌道交通供電系統及電力技術分析[J].科技資訊，2019， 17（2）：62-64.

[2] 陳輝.并行程控技術在城市軌道交通供電系統中的運用[J].城市軌道交通研究，2018，21（S2）：22-24.

[3] 王峰，王丹璐.軌道交通預裝式變電站與城市一體化問題分析[J].電氣化鐵道，2018，29（6）：87-89，94.