基于100%低地板现代有轨电车的城市轨道交通供电系统设计

李虎+崔磊+黄德敏

摘要：城市轨道交通供电系统是现代有轨电车工程中重要的机电设备系统之一，它担负着为电动列车和各种运营设备提供电能的重要任务，也是城市电网的用电大户。现代有轨电车供电系统的可靠性与安全性，直接影响到城轨交通的安全运营与服务水平；现代有轨电车供电方案的科学性及设备选型的合理性，也直接影响到现代有轨电车的节能效果。

关键词：现代有轨电车；供电系统；电车节能

中图分类号：U482 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0123-02

1 基本组成部分

有轨电车工程供电系统包括外部电源进线、中压供电网络、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统、杂散电流防护系统等部分。牵引供电系统包括牵引变电所与牵引网，动力照明供电系统包括降压变电所与动力照明配电系统。

2 供电系统的功能

2.1 接受并分配电能功能

通过10kV外部电源进线将地方电源直接供给工程变电所，保证有轨电车的牵引及动力照明用电。

2.2 降压整流及传输直流电能的功能

接受外部电源进线传输来的交流电能，在牵引变电所内经降压整流后，向沿线的牵引网系统供电，有轨电车沿线安装的牵引网系统，接受由牵引变电所降压整流后的直流电能，同时不间断地供给列车电能，以保证电车安全、可靠、快速地运行。

2.3 降压变配电功能

降压变电所将进线电源降压后变成低压380/220V电源，再经低压配电系统供给车站、区间的动力照明设备使用，以保证车站设备和照明系统的正常运行。

2.4 对供电设备实施电力监控的功能

在电力调度中心，通过电力监控系统的中心控制站、通道、被控站，对整个有轨电车供电系统的牵引降压混合变电所、牵引网等供电设施的运行状态进行实时监视、控制、数据采集及处理，实现供电设备的自动化调度管理，保证设备的正常运行。

2.5 对杂散电流进行防护的功能

通过对有轨电车回流系统采取必要的绝缘、设置杂散电流收集网及建立杂散电流监测系统等措施，保护有轨电车结构和沿线金属管线，使之不受杂散电流的腐蚀。

3 主要技术标准与设计原则

3.1 主要技术标准

3.1.1 供电系统外部电源。供电方式采用分散式供电方式，每座开闭所引入1路中压环网电源。

3.1.2 电压损失。在任何运行方式下，中压供电网络每一供电分区的电压损失不得大于系统电压的5%。

3.1.3 网压及其范围。列车的牵引供电采用直流750V的架空接触网授流方式。牵引网电压的波动范围为500～900V。

3.1.4 过负荷。有轨电车整流机组的负荷特性应符合GB/T 3859.1中的Ⅵ类负荷标准。

3.1.5 整流机组。采用集中供电时，牵引变电所内设置1套12脉波的整流机组；采用分散供电时，牵引变电所内设置1套24脉波的整流机组，从而避免对城市电网的干扰。

3.1.6 泄露电阻。钢轨对道床的泄漏电阻不小于15Ω/km。

3.1.7 接线方式。低压配电采用三相四线制，接地形式采用TN-S系统。

3.1.8 接地系统。区间车站雨篷采用防雷接地、强弱电系统接地为一体的共用接地系统。

3.2 主要设计原则

供电系统规模及主要设施的数量和位置按满足远期运行高峰时段的用电负荷要求设计。供电系统采用电源开闭所形式供电，每座电源开闭所引入1路中压电源，中压环网设置联络开关。牵引变电所的分布除了保证牵引供电的可靠性外，还应结合车辆功率、行车组织、线路条件综合考虑，充分利用好变电所的供电能力，以避免投资的浪费。为保证旅客的安全，每个车站设一套轨道电位限制装置。杂散电流防护设计应按照“以堵为主，以排为辅，堵排结合，加强监测”的原则设计。

4 外部电源供电方案

目前国内外城市电网对轨道交通的供电方式一般可归纳为三种类型：集中供电方式、分散供电方式和混合供电方式。外部电源供电方案的选择应结合城市电网、电源路径、电网规划等多方面因素综合考虑。

国内外有轨电车的供电电压制式均为DC750V，一般均采用10kV中压环网电源。当有轨电车规划线路长度大于12km，并且沿线10kV城市电源较少时，可以考虑采用集中供电方式。

5 牵引供电系统

（以10kV中压环网为例）正线典型电源牵引变电所10kV母线采用单母线不分段接线方式，从地区变电所引入1路AC10kV电源，并设2路出线分别接至相邻两个方向的变电所。正线典型牵引变电所10kV母线采用单母线不分段接线方式，从其中一座相邻所引入1路AC10kV电源，并设1路出线至下一相邻所电。

车辆段牵引变电所10kV母线采用单母线分段接线方式，每段母线设一路地区电源进线，分别来自地区变电站的不同母线。直流正母线通过直流快速开关分别向左右两方向的上、下行牵引网供电。

6 接触网系统

6.1 接触网架设范围

接触网架设范围包括正线、正线间的渡线、折返线、停车线、出入段线以及车辆段内电化股道。

6.2 主要设计原则

接触网系统应满足本工程行车最高速度70km/h的要求，安全可靠地向车辆供电。接触网其结构形式力求简单、轻型，稳定性好，便于安装。接触网设备及零部件要技术先进、安全可靠、耐腐蚀性好，做到不维修或少维修。关键零件采用强度高、性能好的模锻或精铸金属零件。接触网形式应力求美观，以减少对城市景观的影响。

7 电力监控系统

全线设电力监控系统（SCADA），对本工程的变电所、牵引网等主要供电设施的运行状态及杂散电流的相关参数进行实时监视、控制、数据采集及处理，实现供电设备的自动化调度管理，以确保牵引供电系统和全线的电力变配电系统安全可靠和经济运行。endprint

8 动力照明与低压配电

所有牵引变电所不另设所用变压器，由降压变电所为其提供低压电源。降压变电所与牵引整流站一道接入远程监控系统。

根据用电设备的重要程度，动力照明负荷划分为

三级：

一级负荷有车辆段及停车场内通信、信号、FAS、消防设备、应急照明、变电所所用电、接触网报警装置等。

二级负荷有沿线车站照明、车辆段及停车场照明、区间道岔转辙设备、车辆段重要的检修设备等。

三级负荷为除一、二级负荷外的其他负荷。

一级负荷由变电所提供两路电源供电，末端切换。二、三级负荷由双电源变电所或接在环网上的变电所提供一回低压电源供电，距离变电所过远的重要二级负荷提供两回线路供电。

9 供电车间

在车辆段综合维修基地设置供电车间，负责全线供电设施的运营管理、检修维护和事故抢修以及材料供应等工作，保证供电系统安全可靠和不间断地供电。

10 杂散电流腐蚀防护

杂散电流防护设计按照“以堵为主，以排为辅，堵排结合，加强监测”的原则设计，设置杂散电流防护及检测系统，在无法设置杂散电流收集网的路段，对沿线金属管线进行单独防护。当杂散电流防护与安全接地发生矛盾时，优先考虑安全接地。

11 结语

有轨电车线路供电系统设计要综合考虑城市道路现状及规划断面情况、运营组织密度等因素，经过分析、比较、研究后确定。尤其是如何选择供电方式的种类是制约现代有轨电车供电系统的重要因素，会直接影响整体工程的成本和供电能力的最优化利用，可以结合公司车辆的具体优势，提高现代有轨电车的能量利用率和节能环保

要求。

参考文献

[1] 于松伟，杨兴山，韩连祥，张巍.城市轨道交通供电

系统设计原理与应用[M].成都：西南交通大学出版

社，2008.

[2] 薛美根，杨立峰，程杰.现代有轨电车主要特征与国

内外发展研究[J].城市交通，2008，6（6）：88-96.

作者简介：李虎（1986—），男，河北唐山人，唐山轨道客车有限责任公司电气工程师，研究方向：城市轨道交通供电系统设计。endprint