北京新建地鐵供電方式分析比較

史華偉 楊艷婷

（1.北京城建設(shè)計發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，100037，北京；2.中國計量大學(xué)材料學(xué)院，300018，杭州∥第一作者，工程師）

北京新建地鐵列車多采用A型車8輛編組，在增加運(yùn)能的同時必然將加大電動列車牽引用電負(fù)荷。因此需對北京地鐵外部電源方案進(jìn)行梳理和研究，提出與新的地鐵運(yùn)營條件更為適應(yīng)的用電需求，以得出更適合北京2020線網(wǎng)的中壓網(wǎng)絡(luò)供電電壓等級。

目前，我國現(xiàn)行中壓網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)電壓等級為：66 kV、35 kV、20 kV、10 kV、6 kV 及 3 kV。其中 20 kV電壓等級可根據(jù)用戶要求進(jìn)行選用。

1 地鐵供電系統(tǒng)與線路走向、負(fù)荷分布的關(guān)系

地鐵工程供電系統(tǒng)中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級的選擇應(yīng)結(jié)合線路走向和全線負(fù)荷分布情況確定。地鐵作為城市電網(wǎng)的特殊用戶和用電大戶，有其自身的負(fù)荷分布特點：①用電范圍較長，一般多在10～40 km之間，且各條線路的走向呈發(fā)散型，用電負(fù)荷沿線路分布，主變電所或電源開閉所需要送電的距離較遠(yuǎn)。②全線的用電負(fù)荷較大，地鐵線路全線負(fù)荷為牽引負(fù)荷和動力照明負(fù)荷。牽引負(fù)荷與線路的運(yùn)量有關(guān)，一般呈線路中間大、兩端小的特點；動力照明負(fù)荷與車站的建筑形式（地下結(jié)構(gòu)或地面結(jié)構(gòu)）和規(guī)模大小有關(guān)。北京在建的幾條地鐵線路中，一般設(shè)置降壓變電所的車站變壓器裝機(jī)容量均在1 600 kVA左右，設(shè)置牽引降壓混合變電所的車站變壓器裝機(jī)容量在5 600 kVA左右。

基于上述地鐵供電系統(tǒng)的負(fù)荷分布特點，中壓網(wǎng)絡(luò)電壓應(yīng)選用輸送能力較強(qiáng)、供電距離較遠(yuǎn)的電壓等級。因35 kV或20 kV的負(fù)荷距比10 kV長，即在相同用電負(fù)荷下前者供電距大于后者。故對于同1條地鐵線路，在相同供電距和相同用電負(fù)荷下，若采用分散式供電方式，中壓網(wǎng)絡(luò)供電電壓等級采用35 kV或20 kV比采用10 kV時引入的外部電源點少；若采用集中式供電方式，中壓網(wǎng)絡(luò)供電電壓等級采用35 kV或20 kV比采用10 kV時需要的主變電所數(shù)量少，且主變電所饋出回路數(shù)量也相對較少。

因此，若僅考慮地鐵供電系統(tǒng)負(fù)荷分布的特點，結(jié)合各中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級的供電能力選擇地鐵中壓網(wǎng)絡(luò)電壓的等級的話，從技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性兩個方面比較，較高電壓等級（35 kV或20 kV）的供電能力均優(yōu)于較低電壓等級（10 kV）。

2 計算分析

北京新建地鐵大部分采用8A編組，設(shè)計車速也由原先的80 km/h提高到100～120 km/h，同時，列車遠(yuǎn)景高峰對數(shù)也將相應(yīng)增加。以北京某新建地鐵為例，現(xiàn)對以下兩種供電方式進(jìn)行比較分析。

（1）分散式供電。首先輸入客流預(yù)測、負(fù)荷提資及車輛資料，通過直流牽引仿真計算及中壓網(wǎng)絡(luò)供電的潮流計算，當(dāng)全線設(shè)置20座車站，且平均站間距為2.43 km的情況下，需設(shè)置16個開閉所分別從城市電網(wǎng)引入電源為地鐵供電，如表1所示。此時幾乎全部車站均為牽引所，并且在此基礎(chǔ)上還需增加區(qū)間牽引變電所，這無疑大大增加了開閉所和城市電源的接口及復(fù)雜程度。

表1 地鐵分散式供電開閉所設(shè)置及容量需求

（2）集中式供電。共需設(shè)置4個供電分區(qū)。其中，供電分區(qū)1包括車站1、車站2、區(qū)間牽引變電所1、區(qū)間牽引變電所2及車輛段。供電分區(qū)2包括車站 3、車站 4、車站 5、車站 6、車站 7、車站 8、區(qū)間牽引變電所3及車站9。供電分區(qū)3包括車站10、車站11、車站 12、車站 13、車站 14、區(qū)間牽引變電所 4、車站15及車站16。供電分區(qū)4包括車站17、車站18、車站19、車站20及停車場。

通過對以上兩個供電方式比較得知，當(dāng)采用中壓網(wǎng)絡(luò)供電電壓等級為10 kV的分散式供電時，共需設(shè)置16座開閉所，且1個開閉所僅能為1～2個車站供電，這樣導(dǎo)致全線開閉所較多，需引入的外電源較多，不利于工程的實施。

當(dāng)采用中壓網(wǎng)絡(luò)供電電壓等級為35 kV的集中式供電時，該新建線路一般僅需設(shè)置3座110/35 kV主變電所（若考慮資源共享，實際所需主變電所數(shù)量將更少），此時可將主變電所和車輛段或者停車場合建。另外亦可選用地下主變電所（上海地鐵地下主變電所已經(jīng)運(yùn)行多年）。這樣需引入的外部電源點比電壓等級10 kV的分散式供電要少得多，更有利于工程的實施。

基于目前北京市地鐵大運(yùn)量、高速度的發(fā)展特點，顯然采用集中式供電（中壓供電電壓等級為35 kV）更為合理。

3 集中式供電與分散式供電經(jīng)濟(jì)性比較

表2為集中式供電與分散式供電的經(jīng)濟(jì)性比較。由表2可知，集中式供電總體上更為經(jīng)濟(jì)、更具優(yōu)勢。

表2 集中式供電與分散式供電的經(jīng)濟(jì)性比較

4 結(jié)論

對于地鐵供電系統(tǒng)而言，中壓網(wǎng)絡(luò)供電電壓等級的選擇與多方面因素密切相關(guān)。在電壓等級的選擇上，須綜合外部電源條件、地鐵線路規(guī)劃、全線負(fù)荷大小及分布情況、中壓網(wǎng)絡(luò)接線構(gòu)成方式、線路運(yùn)營管理模式以及與已建線路的關(guān)系等諸多因素進(jìn)行考慮。

（1）從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)角度出發(fā)，根據(jù)線路長度、沿線的電源分布以及負(fù)荷分布情況選擇35 kV或者20 kV作為中壓供電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級。

（2）基于地鐵工程的負(fù)荷特點及供電能力，建議北京新建地鐵采用集中式供電方式。

［1］ 于松偉，楊興山，韓連祥，等.城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計原理與應(yīng)用［M］.成都：西南交通大學(xué)出版社，2008.

［2］ 黃德勝，張巍.地下鐵道供電［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］ 黃四昌，郭逸凡.大眾捷運(yùn)車站供電可用度及可靠度分析［J］.都市快軌交通，2016（1）：63.