城市轨道交通供电系统

李云鹏

[摘 要]城市轨道交通是新型的便捷交通工具，在城市的发展中逐渐成为城市交通中的重要组成部分，轨道交通供电系统是交通运行的重要动力来源，必须得到重视。鉴于此，本文对城市轨道交通供电系统的设计及应用进行了分析探讨，仅供参考。

[关键词]城市轨道交通；供电系统设计；应用

中图分类号：U223.6 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）31-0178-01

一、城市轨道交通供电系统介绍

在城市轨道交通中，供电系统是重要的基础，因而在建设时必须给予充分的重视。我国经济和交通的繁荣发展，使得我国的供电系统设计方案和施工技术都获得了快速发展，供电系统理论、设计方案等都更加合理，对轨道交通设计也产生了积极的促进作用。但是当前很多的方法只适合轨道交通供电系统的初步规划和方案设计。在探索城市轨道交通工程建设的前期准备和深入设计中，结合轨道交通供电系统进行分析，深入了解和归纳供电系统设计方法，力求设计方法更合理，可以很好地完成当前轨道交通供电系统设计的前期准备和设计工作。

二、城市轨道交通供电系统的设计任务

现代项目管理理论中关于城市轨道交通的前期建设的程序设计、规划运营等，包含了项目的城市轨道交通网络规划可行性研究，城市轨道交通供电网络设计需要的资金支持以及筹措的方案等。具体的内容包括：对城市电网以及电源引入进行初步的调查，对供电系统方案进行初步的确定，对供电制式进行方案的初步设计，对车辆选型、供电牵引等进行去顶，估算供电系统的工程建设的投资，将分部分项的工程投资的估算精度加以控制。最终形成的供电系统的可行性研究报告中，关于供电系统的任务的描述是：确定城市轨道交通供电系统、外部电源、牵引供電方案、PSCADA等关系；电流腐蚀防护、接地计划等。关于工程的，是施工范围包含了电缆工程、变电所、牵引变电所、降压变电所、接触网等，关于供电系统的项目投资共算的误差率不能超过10%。

供电系统的前期设计阶段，根据供电系统设计的基本资料，对线路、行车、车辆等基本条件加以筹划。例如控制中心、车站、区间等关于城市轨道交通的建筑物，以及动力照明负荷等的估算。

三、城市轨道交通供电系统的设计及应用

1、中压网络设计

轨道交通供电系统在设计时，需要计算直流牵引供电系统的电压水平。此环节的设计需要与线路、车辆、行车组织与运营管理等相关专业配合，并利用上述相关专业提供的技术资料，构建等效线路模型。通过“公式法”“概率法”“运行图法”“运行图法+节点法”等计算方法进行牵引供电模拟计算，得出整个牵引供电系统的电压水平和钢轨电位，作为后续的设计分析判断，以便满足相应的标准规范要求，从而可以充分实现整个牵引供电系统中压环网的电压等级和主接线划分。

2、电力监控系统

城市轨道交通供电系统在运行的过程中，为了保障供电系统的可靠性和稳定性。针对其设立电力监控系统，为常见的应用措施。当前在实际应用的过程中，电力监控系统主要为计算机软件加网络技术构成。实际运行的过程中，通过网络技术将各用电区域、、用电设施，进行监控控制。并通过网络系统，形成完善的闭环控制系统。具体操作的过程中，电力监控系统根据用电区域特定设备的运行现状，以及运行质量进行调控。

3、直流牵引供电设计

轨道交通供电系统在设计时，也需要全面把控供电系统的各个方案，如牵引供电制式设置的方案和牵引变电所设置方案等。按照相应的地铁设计规范和电力机车通用技术条件等相关规范，直流牵引供电变电的方式可以有DC750V和DC1500V2种，后者在经济和技术上的优势十分明显。因此城市轨道交通建设中提倡DC1500V。结合我国的当前现状，直流牵引供电系统基本上包含了牵引网供电和走行轨回流，牵引网同时又被分成了架空接触网和接触轨。设计中要结合行车专业提供的最大运输量对牵引变电设置方案以及整流机组容量进行设置。供电系统设计时必须按着轨道交通远期最大运输量设计牵引变电方案和整流机组的容量。

4、供电系统的方案设计

经过对外部电源方案的规划，根据城市轨道交通的特殊用户的城网建设，估算出一条线路的用电范围在10～40公里之内，需要的功率呈现了线状的分布，采用外部电源方案进行了具体的工程的计算，得到了该城市轨道交通线网络规划的实际用电负荷，构成城市网中实际工程的电源方案，具体根据实际的工程情况进行集中供电和分散供电方式的选择。

经过对外部电源的方案的技术选择，采用集中或者分散的观点方式，主要要对外部主变电所的电源进行规划和设置，供电分区的划分包含了前期供电系统的设计重点和难点，对后期的设计进行了基础的开拓，这一项工作是与市规划部门进行了充分的沟通和协调后，达到的共识。

中压电缆的网络部署方案，是将主变电所和降压变电所加以横向和纵向的连接，形成全线的变电所的牵引和联系，起到了电能的分配和传输的作用。电压等级构成的形式和属性包含了多种电压等级，如10、20、33、35kV的电压等级。技术经济综合比较的内容包括了系统的走向，线路的方案，站点的电力供应等。以此为来选择适合的电压等级。

根据研究，牵引供电的制式、牵引网的设置方案等，根据地铁设计规范中关于供电制式的设计标准，形成了集中轨道建设的方式和架空接触网方式的应用。DV1500V电压等级多用于架空接触网上，如广州、天津等城市轨道交通中常用到的施工技术。DC750V电压等级较多用于接触轨，在一些城市軌道交通建设中也较为常用。技术的进步已经达到了采用钢铝复合导电轨道技术的阶段。

牵引变电所的设置根据牵引网的等级、电压损失而定，还要考虑杂散电流腐蚀的防护、线路的能耗、电缆的铺设以及运营管理等方面，通过统筹设计，在故障和正常运行的模式下，按照城市轨道交通直流供电系统的牵引标准，要将牵引电压损失考虑在最大电压损失中，同时要将牵引变电所的设置的数量作为电压损失值的关键因素加以考虑。

5、外部电源和主变电所设计

城市轨道交通运行需要强大的电源支撑，通常运量大的轨道交通需要的电功率和对应的用电负荷需求很少被关注，对此并未被划分至城市用电计划内。当前供电系统的最大困难是如何利用技术经济对电源的设计方案进行规划，随后在集中供电和分散供电中选出最合适的，或是结合2种方式来设计。根据《地铁设计规范》（GB50157—2013），地铁的外部电源方案应根据线网规划和城市电网规划进行设计。城市轨道交通在主变电所设计中，主要考虑以下几方面的内容：（1）地铁主变电所属于一级负荷，应由两回独立的外部电源供电，当一座主变电所故障时，相邻主变电所的供电能力应满足对其支援供电的要求；（2）主变电所应尽可能设置在线路负荷中心，靠近电源点和换乘站，可减少电能损耗，减少外部电源接入系统的工程投资，利于向多条地铁线路供电，实现资源共享；（3）主变电所的供电范围要有所考虑，主变电所的正常供电距离宜控制在15km左右，故障运行方式下的供电距离控制在30km左右。

结束语

本文对城市轨道交通供电系统内的设计和运用做出了详细的分析，希望可以为城市轨道交通建设提供参考。

参考文献

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