地鐵高壓供電的方式及對比研究

王昭

摘 要：在我國經(jīng)濟發(fā)展進(jìn)程不斷提速的背景之下，地鐵體系建設(shè)逐步完善，為人民群眾的日常生活提供了較大的便利，相比于公交等傳統(tǒng)交通工具，地鐵的運行速度相對較快，車次相對較多，旅客運輸量相對較大，且旅客所獲得的體驗更為舒適。而要想讓地鐵具備良好的安全性能，就必須保證地鐵供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)，采取正確的高壓供電方式?；诖?，本文簡要闡述了地鐵供電系統(tǒng)的基本概念，分析了三種高壓供電模式之間的優(yōu)勢與劣勢，并結(jié)合實際情況給出了選擇供電方式的正確策略，以求為地鐵行業(yè)的良好發(fā)展提供理論上的支持。

關(guān)鍵詞：地鐵;供電系統(tǒng);高壓供電方式

中圖分類號：U231.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

當(dāng)前較為常見的地鐵高壓供電方式有集中供電、分散供電以及混合供電，這三種供電方式各有優(yōu)劣，且有著不同的適用條件，相關(guān)工作人員應(yīng)當(dāng)明確這三類供電方式之間所存在的差異，結(jié)合實際情況來選擇合理的供電方式。

1 地鐵供電系統(tǒng)概述

地鐵是一種新興的現(xiàn)代交通工具，在運轉(zhuǎn)的過程之中主要是以電能作為動力來源，地鐵的供電系統(tǒng)在設(shè)計的過程之中充分遵循了經(jīng)濟合理、運轉(zhuǎn)靈活且安全、操作簡便、供電可靠這類基本原則，并且所采取的接線方式存在著較為廣闊的發(fā)展空間。在地鐵運轉(zhuǎn)時，諸如排水、防災(zāi)警報、信號、照明、空調(diào)、自動扶梯、通信、通風(fēng)這類輔助設(shè)備同樣需要電力的供應(yīng)才能夠正常運行，因此地鐵供電系統(tǒng)的作用就顯得至關(guān)重要。

一般而言，地鐵供電系統(tǒng)主要包含了外部電源、牽引供電系統(tǒng)、主變電所以及動力照明系統(tǒng)，其中外部電源主要是指在供電系統(tǒng)中除開主變電所用于供電的城市電網(wǎng)的電源，一般存在著分散供電、集中供電以及混合供電這三種形式。集中供電主要是指以110 kV的城市電網(wǎng)為基礎(chǔ)，從中引出地鐵運轉(zhuǎn)過程中所需的電源，需要注意的是，這一電源中必須要保證有一回路的電源屬于專業(yè)線路的范疇。而主變電所則主要是用于對110 kV的城市電網(wǎng)高壓電源進(jìn)行接收，通過一系列降壓處理轉(zhuǎn)變成35 kV或者是10 kV的中壓電源，一般是集中供電采取主變電所這一模式。當(dāng)前主變電所主要采取了橋型或者是線變這兩種接線模式。而牽引供電系統(tǒng)主要是用于對交流中壓進(jìn)行額外處理，轉(zhuǎn)換成750 kV或者是1 500 V的直流電壓，通常用于讓地鐵列車獲得相應(yīng)的牽引供電。牽引供電系統(tǒng)主要包含了牽引網(wǎng)絡(luò)以及牽引變電所，而牽引網(wǎng)絡(luò)又由接觸網(wǎng)以及回流網(wǎng)組成。其中接觸網(wǎng)主要采用了1 500 V或者是750 V直流接觸軌以及1 500 V直流架空接觸網(wǎng)羅這兩種懸掛手段，大部分工程都采取了走行軌兼做回流網(wǎng)的模式，少部分工程則采取了回流軌的模式。動力照明供電系統(tǒng)主要是用于對10 kV或者是35 kV的交流中壓進(jìn)行降壓處理，轉(zhuǎn)變?yōu)?20 V或者是380 V的電壓，這樣一來便能夠給地鐵運轉(zhuǎn)過程中的各類機電設(shè)備注入不竭的動力[1]。

2 地鐵高壓供電的基本方式

2.1 集中供電

顧名思義，集中性供電就是按照地鐵的實際線路走向情況來完成對線路及用電量的計算，并將所獲得的數(shù)據(jù)信息儲存于主變電所之中，當(dāng)?shù)罔F運轉(zhuǎn)過程中便對其進(jìn)行集中供電，以此來滿足不同部位的各類需求。在主變電所之中存在著兩條110 kV電源線路，并且這兩條電源線路之間相互獨立，地鐵運轉(zhuǎn)時對供電電壓的等級需求為35 kV或者是10 kV，因此主變電所主要負(fù)責(zé)轉(zhuǎn)換電壓等級，這一模式便稱之為集中供電。中壓網(wǎng)絡(luò)是集中供電模式中的關(guān)鍵組成部分，用電電量、供電距離、城市電網(wǎng)規(guī)劃情況這類因素都會對中亞網(wǎng)絡(luò)的電壓等級產(chǎn)生直接的影響。因此相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)充分考慮到這類因素所產(chǎn)生的作用，并站在經(jīng)濟以及技術(shù)等層面來進(jìn)行全方位地比較，這樣所確定的電壓等級才更為合理。通過集中供電這一模式能夠讓地鐵供電具備更高的靈敏性以及穩(wěn)定性，因此當(dāng)前集中供電模式在大部分城市的地鐵建設(shè)之中較為常見。

2.2 分散供電

這種供電方式的主要特點是無主變電所，地鐵運營所需電壓等級直接從城市電網(wǎng)接入地鐵沿線牽引變電所向降壓變電所轉(zhuǎn)換。當(dāng)然，不是所有的地鐵都能提供這種電力城市的電網(wǎng)非常發(fā)達(dá)，為了滿足地鐵站附近穩(wěn)定供電的需要，分布式電網(wǎng)的平均電壓水平應(yīng)為城市電網(wǎng)的平均電壓水平[2]。這樣，可以與車站的變電站一起建立電源開關(guān)。請注意：每個牽引變電站和變電站必須有兩條電源線，并且兩個電源之間的供應(yīng)來源必須獨立，具體如圖2所示。

2.3 混合供電

混合供電模式結(jié)合了集中供電以及分散供電的優(yōu)勢，并以集中供電為主，分散供電為輔。在采取這一模式時，會在大部分地段都采取集中供電的模式，針對部分較為特殊的地段則采取分散供電模式，通過這一模式的應(yīng)用，能夠讓地鐵供電系統(tǒng)得到一定程度的完善，具體如圖3所示。

3 地鐵三種供電方式的比較分析

如采用集中供電方式，需設(shè)置一座總變電所，并從城市電網(wǎng)增加2套安全高壓電源，其電壓一般是在35 kV或者是110 kV之中進(jìn)行選擇。如若采取了分散供電這一模式，相關(guān)工作人員就無需再進(jìn)行總變電所的設(shè)定，則需要對降壓變電所以及牽引變電所進(jìn)行單獨設(shè)定，并從城市電網(wǎng)之中引出兩個相對獨立的電源，其電壓分別是35 kV以及10 kV?；旌瞎╇姺ㄊ乔皟煞N方法的結(jié)合。集中供電是主要供電方式，分散供電是輔助能源。城市地鐵沿線由牽引變電所和降壓變電所連接，為了彌補分散供電系統(tǒng)相比集中供電的不足，集中供電系統(tǒng)具有以下優(yōu)點：更安全可靠，安裝管理更方便，而員工投訴項目的實施更方便、更簡單，維修項目也更簡單。由高壓線敷設(shè)更多的是電線舒適。地下部分城市地鐵可沿隧道壁移動，不存在選線問題。這樣既縮短了施工時間，又減少了資金投入，使線路的定期維護(hù)更加舒適。中央電源接高壓電源，其保護(hù)措施優(yōu)于高壓性能，且相對維護(hù)成本較低。在收費方面，由于其獨特的用電類型，計算起來更加方便。能源管理部門在計算電費時只應(yīng)超過整個變電站的總計量，不必超過每個變電站的電能計量。在向各自的工作人員提供綜合匯總后，能源管理部門操作起來更為簡便，各類不必要的環(huán)節(jié)也能夠被省去[4]。

4 地鐵供電系統(tǒng)的供電方式的選擇對策

第一，從供電可靠性選擇。從安全可靠的電源供應(yīng)的角度來看，集中供電的方法變得非常低的短路或故障概率。集中式高壓供電方式必須非常可靠;這樣就比較小，這樣更安全可靠;分散式供電方式主要是與城市電網(wǎng)相結(jié)合，會設(shè)置多個開關(guān)點，且極性因素較多。如果有問題，一定要有下一個開關(guān)，對電源進(jìn)行補償，使其安全性和可靠性不高。

第二，從供電質(zhì)量選擇。從供電質(zhì)量來看，集中供電方式優(yōu)于分散供電方式。集中供電方式供電只要是高壓電，其供電質(zhì)量就比較好;分散供電方式的用電量與城市電網(wǎng)關(guān)聯(lián)，其供電質(zhì)量相對較差。

第三，從運營管理方面選擇。電力集中管理是城市供電管理的一個重要組成部分，其主要原因是供電環(huán)節(jié)多、管理不集中、管理難度大，所以它的調(diào)控比較復(fù)雜[5]。

第四，從施工方以及建設(shè)資金方面選擇。對于項目的實施，集中供電方式比分散供電方式更容易。由于集中供電方式與城市的聯(lián)系較少，供電線路需要經(jīng)過的路徑相對較少，因此項目的實施更加容易和方便。相反，分散供電方式需要與城市聯(lián)系復(fù)雜，項目實施更為復(fù)雜;從資金角度看，集中供電方式多采用高壓電源，建設(shè)成本較高。相反，分散供電方式對供電電壓要求較低，成本相對較低。

5 結(jié)語

綜上所述，地鐵高壓供電系統(tǒng)相比而言較為復(fù)雜，相關(guān)技術(shù)人員在選擇供電方式的過程之中應(yīng)當(dāng)充分考慮到所在地的電網(wǎng)狀況以及地鐵實際電負(fù)荷情況，這樣才能夠有效推動城市軌道交通的良好發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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[3]林圣，崔臻，楊茜茜，等.地鐵中壓環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)可靠性評估方法[J/OL].西南交通大學(xué)學(xué)報：1-8[2020-10-16].

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