地鐵工程高壓供電系統(tǒng)三種常見方式的對比分析

摘要：隨著城市軌道交通不斷發(fā)展，地鐵因其方便快捷成為了人們出行首選的交通工具，它在城市交通中的地位也不斷提升。因為地鐵的運(yùn)行需要電力支持，所以為了保證地鐵運(yùn)行的可靠性和穩(wěn)定性，就要選擇穩(wěn)定可靠的供電系統(tǒng)。目前，我國地鐵的供電系統(tǒng)是由城市電網(wǎng)負(fù)責(zé)的。本文針對目前地鐵供電系統(tǒng)的主要方式進(jìn)行論述，并對它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了對比分析。

關(guān)鍵詞：地鐵；高壓供電系統(tǒng)；

一、城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成部分

包括地鐵在內(nèi)的城市軌道交通的電源都是由城市電網(wǎng)負(fù)責(zé)供應(yīng)的，在城市軌道交通的供電系統(tǒng)中，需要由城市電力系統(tǒng)對電壓進(jìn)行輸送，并實現(xiàn)對電壓等級的轉(zhuǎn)換。只有這樣，軌道交通的各種用電設(shè)備才能使用到等級恰當(dāng)?shù)碾娏Y源。通常情況下，城市軌道交通的供電系統(tǒng)由五個職能系統(tǒng)組成，即負(fù)責(zé)外部供電的外部電源；負(fù)責(zé)電源控制和轉(zhuǎn)換的主變電所；負(fù)責(zé)牽引功能的供電系統(tǒng)；負(fù)責(zé)照明及風(fēng)水電機(jī)的供電系統(tǒng)和負(fù)責(zé)對電力進(jìn)行監(jiān)控的綜自系統(tǒng)。其中，負(fù)責(zé)牽引供電系統(tǒng)和負(fù)責(zé)照明及風(fēng)水電機(jī)的供電系統(tǒng)共同組成了城市軌道交通的內(nèi)部供電系統(tǒng)。城市軌道交通不能直接使用高壓交流電，所以就需要負(fù)責(zé)牽引供電的部分，利用牽引變電所的功能，將交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榈蛪褐绷麟?，以滿足電力車輛的行駛需求。在牽引變電所進(jìn)行交-直轉(zhuǎn)換的過程中，饋電線會將已經(jīng)轉(zhuǎn)換過的低壓直流電輸送到接觸網(wǎng)上，電動車輛上會利用受流器直接和接觸網(wǎng)進(jìn)行接觸，以獲得所需要的電能資源。負(fù)責(zé)照明的供電系統(tǒng)，顧名思義，就是負(fù)責(zé)提供車站和車廂內(nèi)照明的部分。這一部分是由降壓變電所和動力照明的配電線共同組成的，負(fù)責(zé)照明的同時還要負(fù)責(zé)車站和車輛內(nèi)的電梯、風(fēng)機(jī)和水泵等動力設(shè)備的電源。此外，它還要負(fù)責(zé)車站和車輛中的通信、信號和自動化設(shè)備的電源。

二、地鐵中高壓供電的三種方式

（一）采用集中供電的方式

采用這種方式進(jìn)行供電之前，需要根據(jù)地鐵的線路走向，計算出線路的長短和用電量的多少，然后根據(jù)這些數(shù)據(jù)建立一個地鐵專用的主變電所。主變電所中必須有兩條獨(dú)立的110kV電源線路，地鐵運(yùn)行時，內(nèi)部供電需要的電壓等級為35kV或者是10kV，電壓等級的轉(zhuǎn)換需要由主變電所來完成。這種由主變電所組成的供電方式就叫做集中式供電。

集中式供電中一個很重要的組成部分就是中壓網(wǎng)絡(luò)，用電的多少，供電距離的遠(yuǎn)近、城市電網(wǎng)的發(fā)展和規(guī)劃等因素都會影響到它的電壓等級。在綜合考慮這些因素的基礎(chǔ)上，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)和技術(shù)的比較之后才能最終確定中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級。采用集中式供電的方式便于對地鐵的供電系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，也能提高地鐵內(nèi)部供電的穩(wěn)定性和靈敏性，所以目前很多城市的地鐵都采用這種方式供電。

（二）采用分散供電的方式

這種供電方式最大的特點(diǎn)就是不設(shè)置主變電所，地鐵運(yùn)行需要的電壓等級由城市電網(wǎng)直接輸送到地鐵沿線的牽引變電所和降壓變電所中。當(dāng)然，并不是所有城市的地鐵都可以采用這種方式進(jìn)行供電，因為這種方式要求城市的電網(wǎng)系統(tǒng)非常發(fā)達(dá)，才能滿足地鐵車站附近需要穩(wěn)定電源供應(yīng)的要求。分散式供電方式的中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級應(yīng)該和城市電網(wǎng)的等級相同。采用這種方式對地鐵供電時，可以設(shè)置電源開關(guān)所，和車站的變電站一起建設(shè)。需要注意的是，采用這種方式進(jìn)行地鐵供電必須要保證每一個牽引變電所和降壓變電所都具備兩條電源線，而且這兩條電源的供應(yīng)必須是獨(dú)立的。

（三）采用混合供電的方式

這種供電方式就是集中式供電和分散式供電的融合，其中集中供電占主導(dǎo)地位，在個別地段采用分散式供電，將城市電網(wǎng)引入其中，對集中供電起到輔助作用，不斷完善地鐵的供電系統(tǒng)。

三、地鐵中高壓供電三種方式的比較分析

城市電網(wǎng)的發(fā)展程度會直接影響到地鐵的供電系統(tǒng)，所以在選擇地鐵供電方式之前，一定要考慮到城市電網(wǎng)的實際組成情況和地鐵線路的具體分布，具體問題具體分析，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H條件來選擇合適的供電方式。

（一）集中供電方式的優(yōu)勢和劣勢

集中供電方式最大的優(yōu)勢在于，它能對地鐵的供電系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)一管理，并且電源供應(yīng)的穩(wěn)定性較高，出現(xiàn)意外情況的幾率較低。除此之外，因為這種方式的線路比較集中，使得施工非常方便，而且能給后期的維護(hù)帶來便利。同時采用集中供電對抑制諧波具有比較顯著的效果，而且在計算用電費(fèi)用時也比較方便簡單。地鐵的管理部門只需要在主變電所中安裝一個總電表來計算用電量即可。雖然這種方式能為后期的各項工作提供便利，但是它最大的劣勢就是前期的投資建設(shè)費(fèi)用太大，如果預(yù)算不足，選擇這種方式就需要慎重考慮。

（二）分散式供電的優(yōu)勢和劣勢

和集中供電方式的優(yōu)勢相比，這種供電方式具有非常明顯的劣勢，例如地鐵在運(yùn)行中會同時受到兩種等級的電壓影響，很容易出現(xiàn)故障，穩(wěn)定性較差。同時這種供電方式導(dǎo)致地鐵站和城市電網(wǎng)的接口數(shù)量增多，就增加了進(jìn)行管理的環(huán)節(jié)，如果發(fā)生故障，也不便于轉(zhuǎn)電。牽引變電所產(chǎn)生的高次諧波會直接進(jìn)入到電網(wǎng)中，對其他用戶的使用造成煩擾。除了這些劣勢之外，分散供電會消耗大容量的城市變電儲備，而且在施工過程中會增加對變電站的改造工程，給施工帶來不便。雖然分散供電具有很多劣勢，但是它的前期投資耗費(fèi)較少，便于城市電網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一的規(guī)劃和管理。

（三）混合供電方式是兩者的結(jié)合

如果城市的電力資源不充裕，變電站的數(shù)量不多，就可以采用分散式供電；反之，如果因為要建立很多變電站而增加投資成本，就可以采用集中供電的方式。

四、結(jié)束語

因為地鐵高壓供電的系統(tǒng)比較復(fù)雜，在城市軌道交通的建設(shè)中，究竟該選擇什么樣的供電方式，需要結(jié)合當(dāng)?shù)氐某鞘须娋W(wǎng)情況和地鐵的實際電負(fù)荷進(jìn)行具體分析，以更好地促進(jìn)城市軌道交通的快速發(fā)展。

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作者簡介：李慶周（1980-），男，碩士研究生，中級職稱，從事工廠供配電設(shè)計工作。