城市轨道交通供电制式分析研究

城市轨道交通供电制式分析研究

关粟

天津轨道交通运营集团有限公司、天津市、 300000

摘要：牵引供电制式的选择对市域轨道交通的运营和发展具有重要意义。本文介绍了牵引供电制式的分类，对供电制式的特点进行了比较和分析，得出了不同牵引供电制式的适用条件。

关键词：城市轨道交通；供电；受流；分析

引言

城市轨道交通系统（地铁、轻轨等）受到社会和人们的广泛重视，并迅速在我国各大城市掀起了建设高潮。作为影响轨道交通系统先进性和系统工程造价的重要因素——供电制式与受流方式引起了人们的广泛关注，为促进轨道交通事业的顺利发展，有必要就此进行系统的分析并合理地选择。

一、城市轨道交通供电模式

城市轨道交通供电系统的作用是变压、整流、传输或馈送电流。目前的供电模式有集中供电模式和分散供电模式。

（一）集中供电模式

即设置专门的主变电所，城轨电力系统所有电能均通过主变电所获取。其优点有:

①受电点少，要求公用电网提供的备用容量低;

②隧道外电缆敷设量少,通道易解决,隧道内敷设量多，有利于电缆的施工和维护;

③受外部电网影响小,有利于形成轨道交通电网，可靠性、安全性高;

④供电资源共享，可提高供电可靠性;

⑤与公用电网相互影响小，可监测和处理谐波源;(6)在运行过程中便于集中管理,电网损耗相对较低。经济性方面，集中供电模式下，对交叉和邻近线路供电，节约投资土地资源，可以充分利用公用电网的电力资源,但需要建立主变电所和电力通道,投资相对较高。

（二）分散供电方式.

即不设置专门的主变电所,根据城市电网的实际情况，分别从不同地点获取电能。该方式不便于集中管理和实施综合控制技术(如行车调度、电力调度、环境控制等--体化管理)。其优点是可以降低城轨交通系统建设的一次性投资，充分利用国家的电力资源^[1]。随着国家电网运行水平的提高，分散供电方式也逐步得到广泛应用。不论何种供电模式,城市轨道交通系统的变电所主要有:主变电所,即高压变电所牵引压价混合变电所、配电所，郎降压变电所。设置主变电所时，每一座主变电所由110kV电网的两条独立线路供电,每路电源各带一台三相三绕组110kV/35kV主变压器。不设置主变电所时，--般是牵引降压混合变电所由沿线城市电力网引进--路10kV电源。目前,北京城市轨道交通采用的是分散供电模式，上海和广东采用的是集中供电模式。

国内外轨道交通供电制式的应用情况

国外情况

从1863年伦敦建成世界上第一条地下铁道以来,在近140年的时间内,各国已有100多座城市修建了城市轨道交通。就电压制式而言,在不同的国家和城市有不同的电压等级。

目前接触网系统的电压等级有DC600V、750V、1100V、1500V和3000V等多种。接触轨系统的电压等级有DC600V、630V、700V、750V、825V、900V、1000V和1200V等多种。

从世界范围来看,采用第三轨馈电的占多数。此外为了降低工程造价,各国城市轨道交通有向地面线和高架线发展的趋向。然而,随着人们环保意识的增强,也越来越重视轨道交通的城市景观效果。因此,新建的轨道交通系统采用第三轨馈电的也日益增多。例如,1990年建成的新加坡地铁,为保护旅游城市环境,采用第三轨馈电。近年新建的吉隆坡轻轨、曼谷地铁、德黑兰地铁,都采用DC750V第三轨馈电。近年来,有观点认为第三轨馈电是陈旧落后的技术,接触网是先进技术。这是一种片面的看法。衡量一条地铁是否先进,应该是它的自动化水平高低、计算机技术和信息技术应用程度,以及是否符合环保要求和景观效果,而不是采用了哪种供电方式。

国内情况

我国自1969年建成北京第一条地下铁道之后,相继已有天津、上海等6个城市的轨道交通投入运营。其中北京和天津地铁采用DC750V第三轨馈电。上海、广州和大连采用DC1500V接触网馈电。长春轻轨采用DC750V接触网馈电。

例如：正在筹建或将要运营轨道交通的城市中,南京和深圳地铁采用DC1500V接触网馈电,苏州、杭州、武汉和青岛采用DC750V第三轨馈电。

市域轨道交通供电制式选择

现基于既有的市域轨道交通线路，分析供电制式选择需要考虑的因素。

（一）速度目标值

市域轨道交通主要为中心城区与所辖其他城镇或郊区新城之间提供大容量、快速公共交通服务，其速度目标值的选取与客流量、站间距、车辆类型以及工程投资有关。我国市域轨道交通，如长株潭城际铁路、香港东西铁路、温州市域S1、S2、S3线、台州S1、S2线等，均采用交流供电制式^[2]。从已建或在建的线路可发现，站间距大、长度较长的线路采用交流供电制式较多；站间距小、长度短的线路采用直流供电制式较多。

然而这并不是唯一的考虑因素，通常还需从以下几方面综合考虑：①当线路长度在50km以下，时速低于120km时，2种供电制式均可选用，此时主要考虑与其他线路的衔接，保持与衔接线路相同的供电制式，有利于提高系统的资源利用率。②当线路长度在100km左右，时速在120～160km时，在技术方面直流供电制式与交流供电制式相比，并无明显优势，且速度越高，对车辆、土建的要求越高，建设成本也越大。③当线路长度大于100km，时速在160km以上时，目前已建成的市域线路均采用交流供电制式，不仅可以保证受电质量，还可以节省投资。

（二）车辆选型及能耗

牵引供电系统是为车辆提供电能的地面固定设施，供电制式的选择还取决于目前交、直流供电车辆的研发、制造和运营水平。从车辆投资方面考虑，同等运行性能的车辆，采用交流供电制式时，车辆需额外增加设备，车辆自重增加，牵引制动能耗随之增加。相关数据显示，交流供电制式下车辆的造价比直流供电制式更高，在考虑项目投资时，车辆费用也是需考虑的因素之一，但并非关键因素，因为车辆购置费相比项目总投资，占比不高。

（三）线网衔接方式

目前，不同线路之间的衔接主要有乘客换乘和组织调度2种方式。乘客换乘可分为同台换乘、站厅换乘、过道换乘等，通过去往其他线路的换乘点实现线网之间的衔接，当采用该方式与其他线路跨线运行时，交流或直流供电制式均适用。组织调度衔接是指通过行车调度指挥、联络线、合理的运输方案等，实现列车的跨线运行，采用该方式，跨线运行线路的供电制式需保持一致^[3]。如市域线路与国铁或者采用交流供电制式的地铁线路互联互通时，应采用交流供电制式，如在建的温州市域轨道交通网中的温州南站、雁荡山站、苍南站预留了与国铁互联互通条件；若与采用直流供电制式的地铁线路互联互通时，应采用直流供电制式。在实际工程设计中，选择何种衔接方式，需结合实际情况具体分析，衔接方式的不同会影响供电制式的选择。

四、经验总结及建议

由于超级电容机车在该工程之前应用较少，笔者认为本系统还有很多细节需斟酌和推敲，故在此一并提出，希望可以引起读者的思考。

（一）有轨电车10kV供电系统与传统城市轨道交通供电系统类似，但需要注意因充电大电流引起的电压闪变对电网的影响。其直流系统与传统直流系统相似，但在设备容量选择及保护整定值上需考虑超级电容电车的负荷特性。其配电系统与传统配电系统大致相同。

（二）正线车站用电负荷容量小，供电可靠性要求低，是否可以就地引入市政电源，以节约正线低压电缆，值得思考。

（三）城市道路附近地下管线情况复杂，有轨电车项目对杂散电流的重视程度应高于地铁或轻轨。城市有轨电车的铁轨不同于地铁，实现全线绝缘安装难度极大。对于超级电容有轨电车项目在参与回流的车站范围段内，钢轨是否可进行特殊安装，以减少杂散电流的产生，值得深思。

结束语：

综上所述，在现代城市轨道交通系统供电制式的比较和选择上，要分别从安全性、可靠性、经济型、发展性等方面综合考虑。供电系统必须保证轨道交通的安全运营和供电质量，这其中包含了人身安全、电气设备的安全和供电系统抗外界影响的能力。另外,在安全运行的基础上减少电力损失,增强环保效率，提高经济效益是建设城市轨道交通供电系统的目的和意义所在。最后，比较各种供电制式，全面协调所需建设运行要求，找到可持续推广的途径。

参考文献：

[1]李剑,刘孟恺,高宏.市域轨道交通牵引供电制式的选择与优化[J].城市轨道交通研究,2019(6).

[2]王力.城市轨道交通DC3000V供电系统的方法研究[J].科学技术创新,2016(30):88-88.

[3]王蛟,李小明.市域轨道交通供电制式研究[J].电气化铁道,2017,28(6):59-61.