城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電方式

李 科

（重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶 401120）

0 引 言

軌道交通是衡量一個城市交通條件的依據(jù)，關(guān)系城市的交通運行能力。而供電系統(tǒng)是確保軌道交通用電的關(guān)鍵，負責為軌道交通提供用電保障，為站臺服務(wù)提供電力供應(yīng)。對于軌道交通而言，供電系統(tǒng)的供電方式研究具有重要意義。合理的供電方式可以確保軌道交通供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性，滿足人們的出行需求。因此，研究軌道交通供電系統(tǒng)的供電方式，對于確保城市軌道交通穩(wěn)定運行具有重要意義。文章介紹城市軌道交通對于供電系統(tǒng)的基本要求，并分析當前供電系統(tǒng)可以采用的供電方式，方便城市軌道交通供電系統(tǒng)根據(jù)實際情況選擇適合的供電方式，從而促進城市軌道交通行業(yè)的發(fā)展，確保居民日常出行的穩(wěn)定性。

1 城市軌道交通供電系統(tǒng)的應(yīng)用要求

軌道交通建設(shè)是當前時代發(fā)展的必然趨勢，通過在城市中鋪設(shè)軌道來實現(xiàn)運輸，并規(guī)劃地鐵、高架橋等專用路線，選擇適合的動力系統(tǒng)。軌道交通用電負荷可以分為動力牽引負荷和附屬設(shè)備用電負荷。

動力照明供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)、外部供電系統(tǒng)等均是常見的供電方式。其中，外部供電的常見供電方法包括分散化供電、集中化供電、混合供電。牽引供電系統(tǒng)中，將三相高壓交流電轉(zhuǎn)換成適宜軌道交通運用的低壓直流電，并通過同軸電纜將其輸送給鐵路接觸網(wǎng)，從而提供電力[1]。動力照明供電系統(tǒng)主要負責給軌道交通的站臺、區(qū)間進行供電。不同設(shè)備對于電壓等級和功耗的要求不同，所以軌道交通的供電系統(tǒng)、變電系統(tǒng)必須要考慮各種設(shè)備的用電需求，甚至需要配備專用的應(yīng)急系統(tǒng)。

根據(jù)實際情況優(yōu)化供電系統(tǒng)，設(shè)計供電系統(tǒng)時應(yīng)注意考慮城市軌道交通的客流量，電網(wǎng)設(shè)計必須要滿足實際應(yīng)用需求，做好日常維護與管理工作，為城市軌道交通提供核心動力。

2 城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電方式

基于當前我國的城市軌道交通運行情況來看，供電系統(tǒng)是根據(jù)城市軌道交通的實際情況來選擇適合自身的供電方式，而常見的供電方式主要有集中供電、分散供電、混合供電3 種。

2.1 集中供電

城市軌道交通供電系統(tǒng)通過在城市軌道交通沿途創(chuàng)建主變電所，立足于外界供電系統(tǒng)，借助牽引供電系統(tǒng)、照明降壓變電等提供電能。該供電方式的特點為必須由上一級110 kV 地區(qū)變電所給一次側(cè)開關(guān)電源提供電能，單獨設(shè)立電源，保障了供電可靠性，且維護更方便。但集中供電的成本較高，許多城市無法承擔。為提升供電穩(wěn)定性，需要兩臺變壓器，因此增加了成本。集中供電的優(yōu)勢具體可以總結(jié)為4 點：一是集中供電的施工更加方便，且后續(xù)的維護工作容易展開，電纜路徑更便捷；二是可靠性較高，可以實現(xiàn)集中管理、統(tǒng)一調(diào)度；三是方便日常計費，110 kV電壓集中供電，能夠直接在主變電所設(shè)總計量，無須分別計量各個分變電所；四是抑制諧波效果顯著，可以使用高壓電電源，方便集中實施高次諧波防治措施。

2.2 分散供電

分散供電無須建立主變電所，在城市電網(wǎng)中，通過牽引變電所與降壓變電所引入中壓電源。電網(wǎng)的主變電所能夠為軌道牽引變電所與降壓變電所提供電力的同時，為周圍居民提供電力。但這一情況也影響著供電穩(wěn)定性。分散供電的中壓環(huán)網(wǎng)連接方式與集中供電相同，從城市電網(wǎng)中引入中壓電源，平均3 ～5個車站需要引入兩路電源進線，會嚴重干擾城市電網(wǎng)負荷，供電系統(tǒng)的獨立性、可靠性較低。

2.3 混合供電

混合供電指在軌道交通供電系統(tǒng)中，結(jié)合集中供電與分散供電模式，以集中供電為主，分散供電為輔。集中供電過程中，主配電站避開中壓電網(wǎng)尾端，造成尾端電壓的損失。電壓損失控制在額定電流的5%左右，才可以確保穩(wěn)定供電。在中壓電網(wǎng)末端電壓損失無法滿足供電的情況下，可以采用分散供電方式，從附近城市電網(wǎng)中引入中壓開關(guān)電源。這一方法雖然能夠確保控制質(zhì)量的穩(wěn)定性，但生產(chǎn)成本較高。另外，電纜雙環(huán)網(wǎng)是混合供電采用的連接方式，不僅容易操作，還提升了供電系統(tǒng)的可靠性?；旌瞎╇娗闆r如圖1 所示。

圖1 混合供電

3 城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電方式選擇

3.1 供電方式的選用原則

3.1.1 以城市軌道交通規(guī)劃為依據(jù)

城市軌道交通劃分為近期規(guī)劃和遠期規(guī)劃。其中，規(guī)劃的內(nèi)容主要包括交通線路、軌道交通形式、客流量設(shè)計以及交通供電系統(tǒng)的容量與結(jié)構(gòu)等。因此，供電方式的選擇需要遵循軌道交通規(guī)劃，確保滿足軌道交通的日常運營。

3.1.2 以城市電網(wǎng)具體情況為依據(jù)

首先，當電網(wǎng)結(jié)構(gòu)比較小時，電力供應(yīng)有限制，大多采用集中供電；其次，如果電網(wǎng)的負荷較大，可以采用分散供電，并擴張變電所的容量；最后，為充分利用電力資源，科學建設(shè)供電系統(tǒng)，軌道交通部門可以與電力部門合作，采用集中供電與分散供電相結(jié)合的方式，形成混合式供電。

3.2 供電方式的評價標準

3.2.1 可靠性與安全性

軌道交通供電系統(tǒng)需要從多個方面來評估其可靠性和安全性。首先，具備抵御外界影響因素的能力。當遭遇暴雨、暴雪、雷電等惡劣天氣時，需要考慮乘客、高壓電力設(shè)備等的安全，避免發(fā)生意外情況，影響交通運行。其次，確保供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量，保障供電不間斷[2-3]。供電的穩(wěn)定性直接關(guān)系到軌道交通的運行。例如，當電壓無法保障軌道交通的運行需求時，會因為電力問題出現(xiàn)跳閘，從而停止運行。最后，供電方式必須要考慮周圍環(huán)境的影響，避免軌道交通供電系統(tǒng)影響附近居民與設(shè)備。

3.2.2 經(jīng)濟性與靈活性

城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電方式，必須要考慮靈活性條件。一旦發(fā)生意外事件，需要保證列車的穩(wěn)定運行。另外，分析供電方式的經(jīng)濟性，因為建設(shè)軌道交通是為了經(jīng)濟效益，促進國民經(jīng)濟增長。如果供電方式的經(jīng)濟性較低，并不適合應(yīng)用于城市軌道交通的長期運營。因此，基于經(jīng)濟性原則，對于供電結(jié)構(gòu)進行設(shè)計優(yōu)化，采用適合的運行方式，提高使用電能的效率，實現(xiàn)經(jīng)濟效益最大化。對于城市軌道交通來說，供電系統(tǒng)中的供電方式選擇中，需要結(jié)合電力規(guī)劃，預(yù)測城市軌道交通的未來發(fā)展前景，綜合分析軌道交通的客流量，選擇最經(jīng)濟的供電方式。

4 加強城市軌道交通系統(tǒng)建設(shè)的有效措施

在建設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)時，需要根據(jù)不同地區(qū)的供電需求選擇供電方式。城市軌道交通供電系統(tǒng)和電網(wǎng)存在直接關(guān)系，所以電力企業(yè)與軌道交通公司可以展開合作，為城市提供高質(zhì)量的穩(wěn)定供電[4]。

4.1 選擇創(chuàng)新性的供電方式

供電方式是否科學關(guān)乎軌道交通供電系統(tǒng)的實施效果。應(yīng)當進一步優(yōu)化電壓結(jié)構(gòu)和電流結(jié)構(gòu)，確保其合理性。全國各個地區(qū)的軌道交通中有著不同的特點，因此在選擇供電方式時，需要考慮城市軌道交通的實際情況，科學分析，以提高資源的利用率?？捎行谌牖旌鲜焦╇娊ㄔO(shè)理念，結(jié)合集中供電與分散供電方式，確保電力資源可以得到充分利用，提升軌道交通系統(tǒng)的經(jīng)濟效益[5]。

4.2 加強供電系統(tǒng)設(shè)施建設(shè)

為保障城市軌道交通的運行安全性和穩(wěn)定性，加強供電系統(tǒng)設(shè)施的建設(shè)，優(yōu)化電網(wǎng)規(guī)劃，增加電網(wǎng)建設(shè)的投入，開展城市電網(wǎng)改造與升級，提高對軌道交通供電系統(tǒng)的供電能力。積極推動新能源電力設(shè)施建設(shè)，建設(shè)更多的新能源設(shè)備，減少對傳統(tǒng)電力設(shè)施的依賴。包括提高接觸網(wǎng)、第三軌等供電設(shè)施的標準化和規(guī)范化建設(shè)，加強配電變電站建設(shè)和改造，以提升供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

4.3 推廣新型供電技術(shù)

城市軌道交通供電系統(tǒng)中的供電技術(shù)不斷發(fā)展，涌現(xiàn)出了眾多的新型技術(shù)，如智能電網(wǎng)、無線充電、直流配電等。這些技術(shù)不僅可以提高供電系統(tǒng)的效率和穩(wěn)定性，還可以減少環(huán)境污染。推廣新型供電技術(shù)是建設(shè)軌道交通供電系統(tǒng)的重要措施[6]。

4.4 與電力部門建立合作

在城市電網(wǎng)與軌道交通部門之間，需要構(gòu)建順暢的交流機制，打造良好的合作關(guān)系，以進一步提升軌道交通系統(tǒng)的運行質(zhì)量，避免運營故障，降低運行成本。集中供電方式，可以由電力部門負責110 kV以上軌道交通電網(wǎng)的維護工作，確保各個部門之間積極配合。

4.5 遵循因地制宜原則

在建設(shè)城市軌道交通系統(tǒng)時，供電方式要遵循因地制宜原則。一方面，結(jié)合隧道情況來選擇，確定隧道的大小、斷面等，選擇合適的供電方式，確保能夠滿足實際情況。另一方面，考慮電壓等級、受流方式，根據(jù)電網(wǎng)結(jié)構(gòu)和運行模式等因素，選擇供電方式，禁止照搬照抄、盲目選擇。因為各個地區(qū)的結(jié)構(gòu)形態(tài)不同，環(huán)形結(jié)構(gòu)與狹長結(jié)構(gòu)對于供電方式的需求不同，所以應(yīng)根據(jù)實際情況充分利用現(xiàn)有資源，實現(xiàn)資源共享，充分發(fā)揮集中供電和分散供電的作用。

5 結(jié) 論

在建設(shè)城市軌道交通的過程中，應(yīng)注意供電系統(tǒng)的設(shè)計，并根據(jù)因地制宜的原則選擇合適的供電方式。集中供電方法和分散供電方法具有不同的應(yīng)用優(yōu)勢，必須在考慮各種因素的情況下做出決定?；旌瞎╇姺绞娇梢杂行У貙⒓惺焦╇姾头植际焦╇娤嘟Y(jié)合，利用兩者的優(yōu)勢，有效互補，并考慮供電的經(jīng)濟可行性。城市軌道交通供電系統(tǒng)的選擇取決于城市軌道交通的客流量、鐵路布局等眾多因素，需要根據(jù)當?shù)厍闆r進行選擇。從建設(shè)、投資成本、鐵路條件及運營維護等方面設(shè)計相應(yīng)的供電方案，選擇最佳方案，確保城市軌道交通的正常運營，維護供電安全，促進城市軌道交通發(fā)展。