淺析城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電方式

王靜耀

摘 要：城市基礎(chǔ)建設(shè)的一項(xiàng)重要任務(wù)就是建立安全、可靠的城市軌道交通系統(tǒng)，這就需要對(duì)供電方式進(jìn)行全面的分析，并根據(jù)實(shí)際情況選擇出合適的供電方式，從而保證城市軌道交通的供電安全性、穩(wěn)定性，進(jìn)而促進(jìn)城市發(fā)展。本文對(duì)三種基本的供電方式進(jìn)行了分析，簡(jiǎn)單概括了城市軌道交通系統(tǒng)供電方式的選擇原則和評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并提出了幾點(diǎn)城市軌道交通供電系統(tǒng)建設(shè)的幾點(diǎn)建議。

關(guān)鍵詞：城市；軌道交通；供電系統(tǒng)；供電方式

中圖分類號(hào)： G172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1673-1069（2016）27-85-2

0 引言

城市軌道交通供電系統(tǒng)是城市軌道交通用電的重要保障，直接關(guān)系到城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)狀況。城市軌道交通供電系統(tǒng)不但給運(yùn)行列車提供電力能源，還要為各個(gè)站臺(tái)的服務(wù)設(shè)施提供電力保障，因此選擇合適的供電方式，提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，對(duì)于城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)具有重要意義。城市軌道交通供電系統(tǒng)包括外部供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)以及動(dòng)力照明供電系統(tǒng)，本文主要對(duì)外部供電系統(tǒng)應(yīng)用較為廣泛的供電方式進(jìn)行了介紹，涉及集中供電方式、分散供電方式、混合供電方式三種，通過全面的分析，根據(jù)城市軌道交通電網(wǎng)的分布情況，做出合適的選擇，推動(dòng)城市交通事業(yè)發(fā)展。

1 城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電方式簡(jiǎn)析

從我國(guó)城市軌道交通供電系統(tǒng)目前的運(yùn)營(yíng)情況來看，每個(gè)城市都根據(jù)自身的發(fā)展需求以及電網(wǎng)結(jié)構(gòu)選用不同的供電方式，本文對(duì)以下幾種較為常見的供電方式進(jìn)行分析。

1.1 集中供電方式

集中供電方式主要指的是在城市軌道沿線建立幾座外部供電系統(tǒng)的主變電所，為牽引供電系統(tǒng)的牽引變電所以及動(dòng)力照明系統(tǒng)的降壓變電所提供電能供應(yīng)。集中供電方式的基本特點(diǎn)為：所建設(shè)的主變電所的一次側(cè)電源需要從上一級(jí)110kV高壓區(qū)變電所引入獨(dú)立電源，建立獨(dú)立的供電體系，因此該供電方式只是為牽引變電所和降壓變電所供電，而不對(duì)附近的居民進(jìn)行供電，因此，該供電方式具有較好的供電可靠性，不受其他負(fù)荷影響，維修管理較為便捷。但是，集中供電方式也有一定的缺點(diǎn)，主要就是建設(shè)成本較高，只有廣州、上海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的城市在地鐵軌道交通供電系統(tǒng)中進(jìn)行了運(yùn)用。這是由于集中供電方式一般采用橋形接線來提高供電可靠性，這就需要購(gòu)置兩臺(tái)變壓器，從而增加了成本造價(jià)。

1.2 分散供電方式

與集中供電方式不同，分散供電方式不需要建設(shè)專門的主變電所，而是從附近的城市電網(wǎng)引出電能供給牽引變電所和降壓變電所。在這種供電方式下，城市電網(wǎng)不僅需要為軌道交通牽引變電所和降壓變電所進(jìn)行電能供應(yīng)，還要提供電能給附近的用戶，這就導(dǎo)致該供電方式很容易受到附近居民用電的影響，從而降低供電的可靠性。此外，分散供電方式與集中供電方式在中壓環(huán)網(wǎng)的連接方式方面保持一致，其特點(diǎn)是采用就近原則，從附近的城市電網(wǎng)引入軌道交通供電系統(tǒng)的中壓電源，平均三至五站引入兩路電源供線，大大增加了與城市電網(wǎng)接口，因此，該供電方式的獨(dú)立性較差，容易受到城市電網(wǎng)負(fù)荷的影響，使得供電質(zhì)量明顯降低，不能夠進(jìn)行集中控制，不利于運(yùn)營(yíng)管理，嚴(yán)重影響供電系統(tǒng)的效益。但是分散式集中供電方式的投資成本較低，因此在國(guó)內(nèi)一些城市得到了一定的應(yīng)用，例如長(zhǎng)春輕軌等。

1.3 混合供電方式

混合供電方式即上述兩種供電方式的聯(lián)合利用，其中集中供電方式占主導(dǎo)地位，分散供電方式進(jìn)行輔助。在集中供電方式運(yùn)用的過程中，中壓網(wǎng)絡(luò)末端與主變電所之間的距離較遠(yuǎn)，使得末端產(chǎn)生較大的電壓損失，為保障供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，該電壓損失必須控制在額定電壓的5%以下，例如10kV的中壓環(huán)網(wǎng)，其末端電壓損失不能超過10kV的5%，即末端電壓要高于9.5kV。如果中壓電網(wǎng)末端的電壓損失難以滿足供電要求，則需要應(yīng)用分散供電方式，從附近的城市電網(wǎng)引入中壓電源，為集中供電方式提供輔助作用。這種混合供電方式投資較為適中，并且能夠提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性，應(yīng)用較為廣泛，例如我國(guó)的武漢、北京的軌道交通中便應(yīng)用了這種供電方式。此外，混合供電方式的中壓環(huán)網(wǎng)采用電纜雙環(huán)網(wǎng)的連接方式，通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)的設(shè)置，提高系統(tǒng)的供電可靠性。

2 城市軌道交通供電系統(tǒng)供電方式的選用

2.1 供電方式的選用原則

2.1.1 以城市電網(wǎng)的具體情況為依據(jù)

供電方式的選擇需要遵循城市電網(wǎng)的具體情況，重要體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：第一，當(dāng)城市電網(wǎng)負(fù)荷能力較大、容量充裕時(shí)，可以選用分散供電方式，并對(duì)變電所容量進(jìn)行擴(kuò)建；第二，當(dāng)城市電網(wǎng)結(jié)構(gòu)較為薄弱，電力供應(yīng)有顯示，通常選用集中供電的方式；第三，為達(dá)到資源的合理利用和供電系統(tǒng)的科學(xué)建設(shè)，軌道交通部門還可以在市政府的協(xié)調(diào)作用下與電力部門進(jìn)行合作，選用分散供電和集中供電相結(jié)合的混合方式。

2.1.2 以城市軌道交通規(guī)劃為依據(jù)

城市軌道交通規(guī)劃分為近期規(guī)劃和遠(yuǎn)期規(guī)劃兩種，對(duì)供電結(jié)構(gòu)以及供電方式的選擇和確定發(fā)揮著重要的影響作用。城市軌道交通規(guī)劃涉及選用軌道交通的形式、交通線路的形態(tài)和距離、客流量的設(shè)計(jì)以及城市軌道交通供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和容量等，這些都對(duì)供電方式做出了具體的要求，因此供電方式的選擇必須以城市軌道交通規(guī)劃為依據(jù)，要保障滿足最大客流量的運(yùn)行需求。

2.2 供電方式的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.2.1 安全性與可靠性

城市軌道交通供電系統(tǒng)的安全性與可靠性需要從以下幾個(gè)方面進(jìn)行評(píng)價(jià)：首先，要保證不間斷供電和供電質(zhì)量，供電質(zhì)量的好壞對(duì)軌道交通的運(yùn)行設(shè)備的安全性具有重要影響，例如，當(dāng)電壓難以滿足行車需求時(shí)，列車發(fā)生跳閘現(xiàn)象，停止運(yùn)行，會(huì)造成一定的安全事故和經(jīng)濟(jì)損失；其次，要具有抵抗外界因素影響的能力，例如雨、雪、雷電、高溫等自然因素下，要保證乘客人身安全和重要高壓電力設(shè)備的安全，避免事故發(fā)生，盡量減少故障問題，降低經(jīng)濟(jì)損失；最后，供電方式還要避免軌道交通供電對(duì)周邊環(huán)境以及其他事物的危害，例如避免對(duì)城市通信、管線等的損害，減少對(duì)周邊居民生活影響等。

2.2.2 靈活性與經(jīng)濟(jì)性

城市軌道交通供電系統(tǒng)需要加強(qiáng)供電方式的靈活性，從而保障在正常以及事故狀態(tài)下，列車都能夠正常運(yùn)行，提高軌道的運(yùn)營(yíng)效率，這就需要提高供電方式選用和切換操作的簡(jiǎn)單性與靈活性。此外，城市軌道交通供電系統(tǒng)建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的根本目的就是提高經(jīng)濟(jì)效益，推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，這就需要對(duì)供電方式的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析，通過設(shè)計(jì)科學(xué)、合理的供電結(jié)構(gòu)和運(yùn)行模式，提高電能使用效能，降低投資和資金償還壓力。同時(shí)，供電方式的選擇，還需要結(jié)合全網(wǎng)電力規(guī)劃的基本概念，對(duì)城市軌道交通的發(fā)展進(jìn)行預(yù)測(cè)，保障供電方式選擇的經(jīng)濟(jì)性。

3 城市軌道交通系統(tǒng)的建設(shè)建議

通過以上分析，城市軌道交通系統(tǒng)在建設(shè)過程中，需要根據(jù)不同地區(qū)的供電需要以及經(jīng)濟(jì)情況，采用不同的供電方式。城市軌道交通供電系統(tǒng)與城市電網(wǎng)之間聯(lián)系密切，因此城市軌道交通部門可以與電力部門共同合作，提高供電質(zhì)量。

3.1 與電力部門建立合作

交通部門要積極與電力部門建立良好的合作關(guān)系，充分發(fā)揮電力部門的專業(yè)能力，加強(qiáng)對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)工作，從而減少運(yùn)營(yíng)故障，降低運(yùn)營(yíng)成本。對(duì)于集中式供電方式，10kV以上的軌道交通電網(wǎng)可以由電力部門負(fù)責(zé)建設(shè)和維護(hù)，從長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展來看，城市軌道交通系統(tǒng)要盡可能多的發(fā)揮電力部門的作用，這就需要交通部門的積極配合，并且對(duì)電力部門提出了更高的社會(huì)責(zé)任要求。

3.2 因地制宜，科學(xué)選擇供電方式

首先，要和隧道的形式選擇相結(jié)合，包括斷面形狀的選擇、斷面的大小等；其次對(duì)于電壓等級(jí)的選擇、受流方式的選擇、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)的選擇，甚至運(yùn)營(yíng)模式的選擇，要敢于創(chuàng)新，不要照搬照抄，更不要盲目攀比；最后，對(duì)于不同結(jié)構(gòu)形態(tài)的城市，有的屬于狹長(zhǎng)結(jié)構(gòu)，有的屬于環(huán)形結(jié)構(gòu)，要根據(jù)實(shí)際情況，科學(xué)制定，充分利用本地現(xiàn)有資源，努力實(shí)現(xiàn)“集中供電、資源共享”或者實(shí)現(xiàn)“資源共享、分散供電”的目標(biāo)。

4 結(jié)束語(yǔ)

總而言之，城市軌道交通供電系統(tǒng)對(duì)于交通的正常運(yùn)行發(fā)揮著重要作用，相關(guān)部門必須結(jié)合城市電網(wǎng)的實(shí)際情況，并對(duì)軌道線路的分布情況進(jìn)行認(rèn)真分析，從滿足供電系統(tǒng)容量需求以及運(yùn)營(yíng)經(jīng)濟(jì)性等方面，科學(xué)、合理的選擇供電方式，提高供電系統(tǒng)的安全性、穩(wěn)定性。

參 考 文 獻(xiàn)

[1] 王小峰.城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法[J].電氣化鐵道，2010，04：42-46.

[2] 李寒生.城市軌道交通供電系統(tǒng)綜合分析及其建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式探索[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013，05：119-122+131.