城市軌道交通供電系統設計原理與應用

楊中兵

摘要：供電系統在地鐵交通運營中的地位十分重要，不僅為電動列車牽引供電，而且給區間、車站等其他建筑場所提供所需求的動力照明用電，因此必須具有可靠性和安全性。不同的城市軌道交通系統需要具體問題具體分析，按照當地條件和技術的發展，來設計出更合理、可靠的供電方式，滿足城市發展需求。本文將分析三種不同的供電方式和相應的優劣勢，并提出可供參考的方案。

關鍵字：城市軌道交通;供電系統;設計原理

一、引言

隨著我國經濟的快速發展，城市化步伐大大加快，城市人口和機動車數量越來越多，人員出行頻率增加，物資交換頻繁。

目前，城市軌道交通已成為解決城市交通問題的最佳途徑，也是大城市建設良好公共交通的基本方向。城市軌道交通供電系統不僅是衡量城市軌道交通運行狀況的判斷依據，也是城市軌道交通正常運行的保證。站臺服務設施和列車運行都需要一個安全、穩定、可靠的供電系統來提供動力資源。因此，因地制宜地設計最合理的供電方式，對城市軌道交通的運行起著至關重要的作用。

二、城市軌道交通供電系統的三種供電方式

（一）集中供電方式

城市軌道沿線設置若干主變電站，為沿線所有牽引變電站和降壓變電站統一供電，為集中供電方式。其中，主變電站是外部供電系統的一部分，牽引變電站屬于牽引供電系統，降壓變電站屬于照明系統。集中供電方式是將主變電站的一次計量電源引入上層高壓區110kv 變電站的獨立電源。獨立供電系統只向沿線的牽引變電所和降壓變電所供電，不向居民提供生活用電，基本不受其他負荷的影響。穩定性強，維護管理方便。但是，獨立主變電站除了造價高外，還需要配備兩臺變壓器，以提高供電的穩定性?？偝杀竞芨?。

（二）分散供電方式

與集中供電方式相比，分散供電方式是從附近城市電網引入電能供電，不需要設置獨立的主變電站。換句話說，城市電網的主變電站不僅要向居民提供電能，還要向城市軌道導入變電站和降壓變電站提供電能。電源受多種因素影響，供電可靠性差。此外，由于分散供電方式的中壓環網與集中供電方式的接線方式相同，軌道交通供電系統的中壓電源是從附近城市電網引入的。平均來說，需要在三到五個站點引入兩條輸電線。城市電網與城市電網有許多接口，容易受到城市電網負荷的干擾和影響，總體獨立性差，供電質量和穩定性差，不利于集中管理和控制，對供電系統的效益影響很大。但是，分散供電的投資成本相對較低。

（三）混合供電方式

混合供電方式是以集中供電為主，輔助供電為分散供電。這是因為在集中供電的情況下，中壓電網的末端遠離主變電站，造成末端電壓損失較大，但末端損失電壓不能超過額定電壓的5% 。當集中式中壓電網末端電壓損失不能滿足要求時，可從附近城市電網引入補充中壓電源。該混合供電方式投資成本相對適中，供電質量穩定。同時，混合中壓環網采用電纜雙環網的連接方式，并配有接觸開關，便于管理，進一步提高了系統的供電可靠性。

三、供電系統的組成

根據功能的不同，城軌供電系統，一般劃分為以下幾個部分：外部電源;牽引供電系統;主變電所或電源開閉所;雜散電流腐蝕防護系統;動力照明供電系統;電力監控系統。

城市軌道交通供電系統可以分為以下設計部分：主變電所、牽引變電所、降壓變電所、全線系統、電力監控系統、接觸網、雜散電流腐蝕防護系統。動力照明設備是附屬設備，屬于車站等建筑物，一般劃歸土建工點單位連同建筑結構一起進行設計，而不由供電系統設計單位進行設計。為便于設備采購招標，城市軌道交通供電系統可以劃分成以下采購單元或以下采購單元的組合：（1）主變電所設備，包括接地變壓器、消弧裝置。（2）牽引變壓器及整流器。（3）配電變壓器。（4）中壓開關設備。（5）低壓開關設備，包括低壓開關柜、電容補償裝置，而低壓配電箱、照明燈具等屬于車站機電設備，一般由土建承建商進行招標采購。（6）直流開關設備，包括直流快速開關、負極柜、直流隔離開關、鋼軌電位限制裝置等。（7）接觸網設備。（8）電纜，包括中壓電纜、低壓電纜、控制電纜、直流電纜。（9）電力監控系統。（10）其他設備，包括變電所自用電裝置、控制屏、雜散電流腐蝕防護檢測設備及排流柜、列車再生能量吸收裝置等。

四、如何選用城市軌道交通供電系統的方式

（一）具體分析當時城市電網情況

如果地方城市電網能夠承受較大負荷，可以考慮分散供電方式，同時擴大變電站容量; 如果地方城市電網供電有限，電網結構不完善，可以考慮集中供電方式; 一般可以考慮混合供電方式。軌道交通部門與電力部門合作，將電力部門的專長應用于城市軌道交通供電系統，以最大限度地利用資源。

（二）結合當地城市軌道交通規劃

現有的交通路線、軌道交通形式、交通線路的形式和距離、預期的客流設計、鐵路運營成本、城市軌道交通供電系統的結構和容量等因素都會影響供電方式的選擇。供電方式的選擇必須與當地城市軌道交通規劃相結合，以滿足城市最大客流的運營需求。

（三）供電方式的安全可靠

首先，供電質量關系到軌道交通運營設備的安全，必須保證供電的連續性和穩定性。例如，如果列車由于電壓不足而跳車停車，就會造成事故和經濟損失。二是供電方式要能夠抵御雨雪、大風、雷電、高溫、寒冷等自然因素的影響，保證人員安全和設備安全，減少故障和事故的發生。三是供電方式不得危及沿線周圍環境，盡可能不給城市交通和居民生活帶來不便。

五、結語

綜上所述，一座城市的軌道交通供電系統決定了當地交通和運輸的正常運作，對城市的經濟發展具有重大作用。本文從三種常見供電方式的優劣勢入手，對影響供電方式選擇的若干因素進行分析，結論是供電系統的供電方式選擇，有多方面的因素要綜合考慮。以保證城市交通供電系統的安全和穩定，加快城市交通事業的發展步伐，進一部促進城市經濟的繁榮發展。

參考文獻

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