城市軌道交通供電系統的供電方式

李 科

（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶 401120）

0 引 言

軌道交通是衡量一個城市交通條件的依據，關系城市的交通運行能力。而供電系統是確保軌道交通用電的關鍵，負責為軌道交通提供用電保障，為站臺服務提供電力供應。對于軌道交通而言，供電系統的供電方式研究具有重要意義。合理的供電方式可以確保軌道交通供電系統的穩定性，滿足人們的出行需求。因此，研究軌道交通供電系統的供電方式，對于確保城市軌道交通穩定運行具有重要意義。文章介紹城市軌道交通對于供電系統的基本要求，并分析當前供電系統可以采用的供電方式，方便城市軌道交通供電系統根據實際情況選擇適合的供電方式，從而促進城市軌道交通行業的發展，確保居民日常出行的穩定性。

1 城市軌道交通供電系統的應用要求

軌道交通建設是當前時代發展的必然趨勢，通過在城市中鋪設軌道來實現運輸，并規劃地鐵、高架橋等專用路線，選擇適合的動力系統。軌道交通用電負荷可以分為動力牽引負荷和附屬設備用電負荷。

動力照明供電系統、牽引供電系統、外部供電系統等均是常見的供電方式。其中，外部供電的常見供電方法包括分散化供電、集中化供電、混合供電。牽引供電系統中，將三相高壓交流電轉換成適宜軌道交通運用的低壓直流電，并通過同軸電纜將其輸送給鐵路接觸網，從而提供電力[1]。動力照明供電系統主要負責給軌道交通的站臺、區間進行供電。不同設備對于電壓等級和功耗的要求不同，所以軌道交通的供電系統、變電系統必須要考慮各種設備的用電需求，甚至需要配備專用的應急系統。

根據實際情況優化供電系統，設計供電系統時應注意考慮城市軌道交通的客流量，電網設計必須要滿足實際應用需求，做好日常維護與管理工作，為城市軌道交通提供核心動力。

2 城市軌道交通供電系統的供電方式

基于當前我國的城市軌道交通運行情況來看，供電系統是根據城市軌道交通的實際情況來選擇適合自身的供電方式，而常見的供電方式主要有集中供電、分散供電、混合供電3 種。

2.1 集中供電

城市軌道交通供電系統通過在城市軌道交通沿途創建主變電所，立足于外界供電系統，借助牽引供電系統、照明降壓變電等提供電能。該供電方式的特點為必須由上一級110 kV 地區變電所給一次側開關電源提供電能，單獨設立電源，保障了供電可靠性，且維護更方便。但集中供電的成本較高，許多城市無法承擔。為提升供電穩定性，需要兩臺變壓器，因此增加了成本。集中供電的優勢具體可以總結為4 點：一是集中供電的施工更加方便，且后續的維護工作容易展開，電纜路徑更便捷；二是可靠性較高，可以實現集中管理、統一調度；三是方便日常計費，110 kV電壓集中供電，能夠直接在主變電所設總計量，無須分別計量各個分變電所；四是抑制諧波效果顯著，可以使用高壓電電源，方便集中實施高次諧波防治措施。

2.2 分散供電

分散供電無須建立主變電所，在城市電網中，通過牽引變電所與降壓變電所引入中壓電源。電網的主變電所能夠為軌道牽引變電所與降壓變電所提供電力的同時，為周圍居民提供電力。但這一情況也影響著供電穩定性。分散供電的中壓環網連接方式與集中供電相同，從城市電網中引入中壓電源，平均3 ～5個車站需要引入兩路電源進線，會嚴重干擾城市電網負荷，供電系統的獨立性、可靠性較低。

2.3 混合供電

混合供電指在軌道交通供電系統中，結合集中供電與分散供電模式，以集中供電為主，分散供電為輔。集中供電過程中，主配電站避開中壓電網尾端，造成尾端電壓的損失。電壓損失控制在額定電流的5%左右，才可以確保穩定供電。在中壓電網末端電壓損失無法滿足供電的情況下，可以采用分散供電方式，從附近城市電網中引入中壓開關電源。這一方法雖然能夠確保控制質量的穩定性，但生產成本較高。另外，電纜雙環網是混合供電采用的連接方式，不僅容易操作，還提升了供電系統的可靠性。混合供電情況如圖1 所示。

圖1 混合供電

3 城市軌道交通供電系統的供電方式選擇

3.1 供電方式的選用原則

3.1.1 以城市軌道交通規劃為依據

城市軌道交通劃分為近期規劃和遠期規劃。其中，規劃的內容主要包括交通線路、軌道交通形式、客流量設計以及交通供電系統的容量與結構等。因此，供電方式的選擇需要遵循軌道交通規劃，確保滿足軌道交通的日常運營。

3.1.2 以城市電網具體情況為依據

首先，當電網結構比較小時，電力供應有限制，大多采用集中供電；其次，如果電網的負荷較大，可以采用分散供電，并擴張變電所的容量；最后，為充分利用電力資源，科學建設供電系統，軌道交通部門可以與電力部門合作，采用集中供電與分散供電相結合的方式，形成混合式供電。

3.2 供電方式的評價標準

3.2.1 可靠性與安全性

軌道交通供電系統需要從多個方面來評估其可靠性和安全性。首先，具備抵御外界影響因素的能力。當遭遇暴雨、暴雪、雷電等惡劣天氣時，需要考慮乘客、高壓電力設備等的安全，避免發生意外情況，影響交通運行。其次，確保供電系統的供電質量，保障供電不間斷[2-3]。供電的穩定性直接關系到軌道交通的運行。例如，當電壓無法保障軌道交通的運行需求時，會因為電力問題出現跳閘，從而停止運行。最后，供電方式必須要考慮周圍環境的影響，避免軌道交通供電系統影響附近居民與設備。

3.2.2 經濟性與靈活性

城市軌道交通供電系統的供電方式，必須要考慮靈活性條件。一旦發生意外事件，需要保證列車的穩定運行。另外，分析供電方式的經濟性，因為建設軌道交通是為了經濟效益，促進國民經濟增長。如果供電方式的經濟性較低，并不適合應用于城市軌道交通的長期運營。因此，基于經濟性原則，對于供電結構進行設計優化，采用適合的運行方式，提高使用電能的效率，實現經濟效益最大化。對于城市軌道交通來說，供電系統中的供電方式選擇中，需要結合電力規劃，預測城市軌道交通的未來發展前景，綜合分析軌道交通的客流量，選擇最經濟的供電方式。

4 加強城市軌道交通系統建設的有效措施

在建設城市軌道交通系統時，需要根據不同地區的供電需求選擇供電方式。城市軌道交通供電系統和電網存在直接關系，所以電力企業與軌道交通公司可以展開合作，為城市提供高質量的穩定供電[4]。

4.1 選擇創新性的供電方式

供電方式是否科學關乎軌道交通供電系統的實施效果。應當進一步優化電壓結構和電流結構，確保其合理性。全國各個地區的軌道交通中有著不同的特點，因此在選擇供電方式時，需要考慮城市軌道交通的實際情況，科學分析，以提高資源的利用率。可有效融入混合式供電建設理念，結合集中供電與分散供電方式，確保電力資源可以得到充分利用，提升軌道交通系統的經濟效益[5]。

4.2 加強供電系統設施建設

為保障城市軌道交通的運行安全性和穩定性，加強供電系統設施的建設，優化電網規劃，增加電網建設的投入，開展城市電網改造與升級，提高對軌道交通供電系統的供電能力。積極推動新能源電力設施建設，建設更多的新能源設備，減少對傳統電力設施的依賴。包括提高接觸網、第三軌等供電設施的標準化和規范化建設，加強配電變電站建設和改造，以提升供電系統的穩定性和安全性。

4.3 推廣新型供電技術

城市軌道交通供電系統中的供電技術不斷發展，涌現出了眾多的新型技術，如智能電網、無線充電、直流配電等。這些技術不僅可以提高供電系統的效率和穩定性，還可以減少環境污染。推廣新型供電技術是建設軌道交通供電系統的重要措施[6]。

4.4 與電力部門建立合作

在城市電網與軌道交通部門之間，需要構建順暢的交流機制，打造良好的合作關系，以進一步提升軌道交通系統的運行質量，避免運營故障，降低運行成本。集中供電方式，可以由電力部門負責110 kV以上軌道交通電網的維護工作，確保各個部門之間積極配合。

4.5 遵循因地制宜原則

在建設城市軌道交通系統時，供電方式要遵循因地制宜原則。一方面，結合隧道情況來選擇，確定隧道的大小、斷面等，選擇合適的供電方式，確保能夠滿足實際情況。另一方面，考慮電壓等級、受流方式，根據電網結構和運行模式等因素，選擇供電方式，禁止照搬照抄、盲目選擇。因為各個地區的結構形態不同，環形結構與狹長結構對于供電方式的需求不同，所以應根據實際情況充分利用現有資源，實現資源共享，充分發揮集中供電和分散供電的作用。

5 結 論

在建設城市軌道交通的過程中，應注意供電系統的設計，并根據因地制宜的原則選擇合適的供電方式。集中供電方法和分散供電方法具有不同的應用優勢，必須在考慮各種因素的情況下做出決定。混合供電方式可以有效地將集中式供電和分布式供電相結合，利用兩者的優勢，有效互補，并考慮供電的經濟可行性。城市軌道交通供電系統的選擇取決于城市軌道交通的客流量、鐵路布局等眾多因素，需要根據當地情況進行選擇。從建設、投資成本、鐵路條件及運營維護等方面設計相應的供電方案，選擇最佳方案，確保城市軌道交通的正常運營，維護供電安全，促進城市軌道交通發展。