地铁供电方式研究

地铁供电方式研究

李林

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：地铁供电系统为地铁运行所需的各项电力设施提供基本电力保证的系统，而轨道交通系统具有独特性的运行方式，对电力系统的稳定性和持续性有着较高的要求。不同国家及城市的供电情况也存在较大差异，也给予地铁电力建设提供了更多的选择空间。本文主要从地铁所采用的外部电源供电方式的可靠性、运营管理及工程投资方面进行分析比较，验证了集中集中供电力式优于分散供电方式。

关键词：地铁；外部电源；集中供电

一、各种外部电源供电方式的定义

地铁供电系统主要具备两个重点组成结构，一部分为从城市的供电网络中引入的电源，另一部分则是地铁自身具备的供电系统。地铁供电系统的分支系统较多，主要包括：牵引供电系统、供电配电系统、电力监控系统、接地防护系统以及杂散电流防护系统等，除了能够保证地铁列车的正常牵引运行以外，还要保证地铁的附属设施，如：通风换气设施、消防照明设施等设备也能够保持正常的工作状态。地铁系统中各种电力设备所需要的电压存在差异，供电系统便要保证这些不同电压需求的设备能够稳定工作，进而保证整体地铁系统的安全运行。

（一）集中供电方式

集中供电主要针对于地铁沿线用电需求而设置供电变电所，每座变电所由城市电网提供两路电源，再由变电所集中对地铁牵引、动力系统负荷供电（如图1所示）。一般地铁建设变电所量少，供电负荷较大，因此对大容量的变压器、大容量的传输系统有着较高要求，而且接入电压等级较高的电源。通过查阅相关资料，如某地铁采用的集中供电方式，进线电压为110kV，馈线传输电压为35kV，动力配电传输电压为10kV。

图2分散供电方式示意图

（其中K为开闭所，H为牵引降压混合变电所）

（三）混合供电方式

混合供电是根据城市电网情况，地铁供电系统的部分区段采用集中供电，部分区段采用分散供电的方式。但是该方式结构复杂，设备选型烦琐，并且外电源网压不同，难以调度，不便管理，所以一般不被采用。因此，可供地铁选择的外部电源供电方式只是集中供电和分散供电这两种方式。

二、集中和分散两种供电方式的比较

（一）供电质量的比较

集中供电的外电源引自城市高压电网（如110kV），电压等级高，系统短路容量大，抗干扰能力强，输电容量大，电网电压波动小；另外，主变电所一般设有载调压装置，因此35kV馈线侧电压相对稳定，供电质量很高。

分散供电方式的外电源引自城市10kV电网，一般由距离地铁线路较近的地方变电站引入，所以输电线路较短，线路损耗较少。但是由于10kV电压等级较低，用户较多，所以系统网压波动较大。国家电力法规定：对10kV及以上等级的用户，其供电末端电压不能超过7%。资料表明，对于大型城市，尤其一些工业城市，部分城市的电网末端电压基本接近于7%的指标。

因此，如果采用分散供电的方式，应采取相应的技术措施如增大变压器容量以提高过载能力；或增加有载调压装置减少系统电压波动对地铁供电系统的影响。

（二）供电可靠性的比较

集中供电方式的主变电所进线电压等级较高，电气设备绝缘等级也相应提高，设备一般都比较先进（如许多城市采用了GI开关柜）；另外，继电保护配置也较高，线路故障率相对较低；同时，主变电所与城市电网接口较少，地铁内部构成一个小型电网，城市其它负荷对地铁供电系统干扰少。因此，采用集中供电方式时地铁供电系统可靠性比较高。无论一路电源或主变压器故障，都不会影响地铁供电系统的正常运行。即使在极端故障情况下，如一座主变电所全所解列时，通过闭合联络开关，仍可以由另一座主变电所向全线的地铁变电所供电。

采用分散供电方式时，开闭所从城市电网的不同变电站引入两路独立电源，此方式理论上讲是比较可靠的。但由于城市电网10kV系统接入用户较多，各种用户所带负荷不同，产生的影响也就不同（如电压畸变与电压波动等），而且10kV系统处于城市电网继电保护的中、末端，因此地铁供电系统的运行难免会受到其它用户的干扰。另外就地铁供电系统本身而言，由于10kV系统供电容量有限，当一座开闭所完全解列时，相邻开闭所供电能力有限，这对地铁系统的稳定运行肯定会带来一定的影响。

（三）地铁牵引系统对城市电网的影响

电力牵引系统对城市电网的影响主要表现在谐波影响和网压波动两个方面。比如地铁交流牵引系统产生的谐波含量就比较高，谐波治理是地铁供电部门研究的重要课题之一。

我国地铁牵引系统均为直流牵引，只是采用电压等级的不同。目前许多城市采用等效24脉波整流装置，如广州、北京、深圳等地铁项目均采用的是整流方式。部分城市为了节省资金，采用了12脉波的整流方式。

由谐波理论可知，整流机组的脉波数越高，产生的低次谐波就越少。因此，无论采用集中供电方式还是分散供电方式，地铁直流牵引系统注入城市电网的谐波含量都非常低，对城市电网影响非常小。但两种方式相比较，采用集中供电方式时，高次谐波经过多级变电所变换、分流以后，注入城市电网的谐波含量将会更少。

在网压波动方面，由于地铁牵引系统是一个剧烈变化的移动负荷，电源电压将会受到很大的影响。采用集中供电方式时，地铁供电系统是一个相对独立的小型电网，牵引负荷产生的电压波动和闪变在地铁供电系统内部经过两级变压器的转换，使其逐渐变得平衡，对城市电网其它用户的影响相对要少得多。

采用分散供电方式时，地铁牵引变电所直接接入城市10kV电网，牵引负荷产生的网压波动经过一级变压器转换后就会波及到与地铁接入同一供电系统的其它用户，如果该变压器容量较小，那么产生的影响就会更明显。

（四）运营管理的比较

集中供电方式与分散供电方式相比较，采用集中供电方式的地铁系统与城市电网的接口非常少。如某地铁线路工程全长26.1km，采用了集中供电方式，与城市电网只有2座变电所即4路电源接口；而其它城市线路长度为40.85km，采用了分散供电方式，共设8座开闭所，与城市电网接口为16路电源。

如果发生故障需要改变运行方式，当采用集中供电方式时，地铁内部可以自己调整，操作方便，易于调度，工作效率较高。而采用分散供电方式时，由于接口较多，关系复杂，需要城市供电局与地铁调度协调配合，才能改变其运行方式，工作效率明显降低。另外，开闭所进线开关与母联开关作为城市电网的馈线，受着供电局的管理与制约，地铁内部操作起来非常不便。

集中供电方式与分散供电方式相比较，除了接口较少，另外还有一些明显的优点，如供电局与地铁产权划分明确，计费方便，维修简单等。

（五）工程投资比较

资金也是地铁建设重点考虑的问题。根据上述分析，无疑采用集中供电的方式需要的投资多，因为电压等级提高，设备容量、绝缘等级、建筑面积等相对要求较高。而采用分散供电的方式，电源变电所与牵引变电所合建，并且电压等级较低，设备要求也相对简单一些，投资也肯定会较少。

三、结束语

集中供电方式优于分散供电方式，尤其对于规划构筑地铁网络的大型城市，其优点更为突出。当然，究竟采用何种供电方式，还应该结合城市特点、城市电网稳定程度、电网发展规划以及城市发展趋势等诸多方面进行综合分析与比较确定最佳方案。

参考文献

[1]吴乃哲.浅谈地铁供电系统谐波电流和无功功率综合治理方案[J].科技创新与应用，2015（25）