现代有轨电车中压网络接线方案

何 斌

(中铁第四勘察设计院集团有限公司 武汉430063)

据资料显示，有轨电车技术始于19世纪末，后来退出历史舞台，最近这二三十年，提升了技术含量、建造成本不到地铁1/4的现代有轨电车再度回归到公众视野。它填补了地铁网络和公交汽车网络之间的空白，能够承担大型城市主要干线之间的联络和过渡，解决了“最后1km”的难题。目前，国内多个城市正在积极建设和规划现代有轨电车线路［1-3］，但与有轨电车供电系统相关的设计规范由于编写年代较早，已不能完全指导现代有轨电车的建设，导致一些工程在技术论证阶段难以抉择或者盲目参考地铁设计规范，造成建设标准较高，增加了工程投资和运营、维护成本等问题。

1 外部电源供电方式及电压等级的选择

对于类似地铁、轻轨、有轨电车等轨道交通系统，其负荷呈长线型分布，相对较大且具有特殊性，供电方式主要有设置主变电所的集中供电方式、直接从城市

变电站引入中压电源的分散供电方式以及这两种供电方式结合的混合供电方式。集中供电方式需要引入较高电压等级的电源以及设置将高压电源降压为中压电源的主变电所，投资较高，1座主变电所投资通常可达1亿元以上，这对于以投资小为优势之一的现代有轨电车显然不是最合理的供电方式［4-5］。而且，现代有轨电车无论是牵引负荷还是车站的动力照明负荷相对于地铁、轻轨均要小很多，采用分散供电方式已完全可以满足要求，因此，现代有轨电车选择投资更省的分散供电方式更为合理。

关于外部电源的电压等级，理论上应根据城市电网中压网络的电压等级选择，可采用35、20、10kV［6］。但20 kV电压等级仅个别城市的个别区域存在，而35 kV供电网络已面临逐步取消，所以实际上目前以10kV电压等级为主。这与GJ/T—1999《城市无轨电车和有轨电车供电系统》第3.1.4条“交流电源标称电压宜采用10kV”的规定也是一致的［7］。

2 对外部电源的可靠性要求

CJ/T1—1999《城市无轨电车和有轨电车供电系统》中对于外部电源的规定主要有第3.2.1条“系统应列为交流电源的一级或二级负荷”;第4.4.1条规定“电车整流站应有两路交流进线电源，一路常用，一路保安备用。临时电车整流站可用单路交流进线电源”［7］。

从以上规定来看，有轨电车交流电源可列为一级或二级负荷，正常情况下可以由一路电源供电，但应有备用电源。

GB 50052—2009《供配电系统设计规范》第3.0.2条对于一级负荷的电源要求为“一级负荷应由双重电源供电，当一电源发生故障时，另一电源不应同时受到损坏”，第3.0.7条规定对于二级负荷的电源要求为“二级负荷的供电系统，宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一回6 kV及以上专用的架空线路供电”［8］。

从以上规定可以看出，现代有轨电车的用电负荷如定义为一级负荷，则正常情况下应由两路电源供电，且两路电源互为备用;如定义为二级负荷，则正常情况下可由一回电源供电，但应同时有一路备用电源，即要满足“有两路电源，一路常用，一路备用”的要求。

负荷的分级是依据负荷的重要性来划分的。停电后如果造成人员伤亡、重大经济损失和公共场所秩序严重混乱的情况，其负荷就应该划分为一级负荷。

现代有轨电车的实质就是有固定运行线路、享有一定优先权、清洁环保、具有较大运输能力的公共交通系统，与传统公交运输在重要性上没有本质的区别。因此，笔者认为，地面和高架段的现代有轨电车牵引负荷可以定位于二级负荷，在外部电源条件较好、经济条件许可的情况下可按一级负荷考虑。但有地下线路时，地下段应定位于一级负荷。

3 中压网络接线方案

笔者根据现代有轨电车对供电可靠性的要求，以及轨道交通常用中压网络结构，结合现代有轨电车的特点提出了4种中压供电方案进行分析、研究，分别为双回路10kV电源直接供电方案、双回路10kV电源+双环网供电方案、单回路10kV电源+单环网供电方案以及双回路10kV电源+单环网供电方案。

为了能够更好地说明这4种中压网络接线形式的区别和特点，下面以1条15 km左右，设8座牵引变电所的线路为例进行说明。

3.1 双回路10kV电源直接供电方案

双回路10kV电源直接供电方案是指每座牵引变电所直接从附近的城市电网变电站引入2回路10kV电源向牵引变电所供电的形式［9］。每座牵引变电所引入的2回路10kV电源互为备用，牵引变电所间无环网联络，其接线网络结构如图1所示。

图1 双回路10kV电源直接供电方案接线形式

该接线形式的特点是引入的10kV电源较多，本例中需要引入16回10kV电源，占用电力系统10kV间隔资源及市政电力廊道较多。

3.2 双回路10kV电源+双环网供电方案

双回路10kV电源+双环网供电方案的接线形式是指在部分牵引变电所直接从城市电网变电站直接引入2回10kV电源供电，而没有直接从城市电网的则采用双环网从相邻10kV电源的牵引变电所引入2回10kV电源，其网络结构如图2所示。该方案为国内城市轨道交通通常采用的双环网方案，通过10kV环网将引入电源相互连接，形成备用。全线仅需要在3个牵引变电所引入6回10kV电源就可满足供电要求。

图2 双回路10kV电源+双环网供电方案的接线形式

该方案引入的电源数量较少，同时也可结合沿线外部电源情况，在距离电源点近的车站引入电源，所以外部电源工程量较小，但由于沿线敷设2回10kV环网电缆，投资较高。

3.3 单回路10kV电源+单环网供电方案

单回路10kV电源+单环网供电方案的接线形式是指在部分牵引变电所直接从城市电网变电站直接引入1回10kV电源供电，而没有直接从城市电网引入的则采用单环网从相邻10kV电源的牵引变电所引入1回10kV电源，通过10kV环网将引入电源相互连接，形成备用，其网络结构如图3所示。该接线形式全线仅需要在4个牵引变电所引入4回10kV电源就可满足供电要求。

该接线方式任一变电所均有2回10kV电源，1回为主供电源，1回为备供电源。供电可靠性能够满足二级负荷的供电要求。

图3 单回路10kV电源+单环网供电方案接线形式

这种接线形式变电所采用单母线接线，主接线简单、设备较少，除了可突出体现现代有轨电车的投资优势外，还可大大减少变电所的设备数量、减小变电所体量。这对于现代有轨电车提出的站台简易，特别要求设备用房尽量精简，采用箱式变电所时体积尽量小的需求是十分吻合的［10］。

3.4 双回路10kV电源+单环网供电方案

双回路10kV电源+单环网供电方案的接线形式是指在部分牵引变电所直接从城市电网变电站引入两回10kV电源供电，而没有直接从城市电网引入的则采用单环网从相邻10kV电源的牵引变电所引入1回10kV电源，也通过10kV环网将引入电源相互连接，形成备用，其网络结构如图4所示。该接线形式全线仅需要在3个牵引变电所引入6回10kV电源就可满足供电要求。

图4 双回路10kV电源+单环网供电方案的接线形式

这种接线形式是根据沿线外部电源情况对单回路10kV电源+单环网供电方案的一种优化和适应性改变的接线形式。这种接线形式主要有2个优势:

一是在每个电源点同时引入2回10kV电源，这样可以减少引入电源点的数量。比如对于单回路10kV电源+单环网供电方案需要从4座地方110kV变电站引入电源，而该接线形式只需要从3座地方110kV变电站引入电源，对外部电源的条件要求低一些，可以更好地适应沿线的外部电源条件。

二是对于线路末端车站没有电源点或者在局部地下区段的情况，引入双电源可以在局部区段构成双环网结构，可保证在1回10kV出现电源故障时，可以有另1回10kV备用电源，保证其供电的可靠性。

这种接线形式变电所的接线也相对简单、设备也较少。同时，它还可以结合外部电源的情况灵活构造接线网络，具有更好的适应性和灵活性，工程可实施性更高。

4 不同方案的特点及适用范围

上述4种中压网络接线方案均可用于现代有轨电车，但方案各有特点，也因此具有不同的适用范围，其经济性、可靠性、工程投资和适用范围等的对比分析见表1所示。

表1 中压网络接线方案综合分析比较

从表1可以看出，双回路10kV电源直接供电方案外部引入的电源工程量最大，虽然没有环网工程，投资也最高。但该投资是以平均每处电源为2 km来计算的，如外电源距离更近，则投资可能会降低。因此，双回路10kV电源直接供电方案只适用于外部电源点充足且距离较近的线路。

双回路10kV电源+双环网供电方案具有较高的投资，但因为其具有最高的供电可靠性，它适用于外部电源点少或距离较远，供电可靠性要求较高的线路。比如地下段线路或车站规模较大的线路以及运量较大，对可靠性要求更高的线路。

单回路10kV电源+单环网供电方案具有最少的投资，最高的性价比。它适用于外部电源点少、供电可靠性要求不高、投资要求更省的线路。如全部为地面或高架线路，车站设置较为简单、停运后不会造成较大影响的线路。在满足供电可靠性的前提下，具有最好的经济性和可实施性。

双回路10kV电源+单环网供电方案投资也较低，它适用于外部电源点少、供电可靠性要求不高，且末端车站无电源点、投资要求更省的线路。这种接线形式是单回路10kV电源+单环网供电方案根据沿线外部电源情况的一种优化形式，它能更好地适应外部电源条件，具有更好的适应性和可实施性。

5 结语

现代有轨电车的外部电源供电方式宜采用分散供电方式，电源电压等级根据外部电源确定，以10kV电压等级为主。地面和高架段的现代有轨电车牵引负荷宜定位于二级负荷，在外部电源条件较好、经济条件许可的情况下可按一级负荷考虑。但当有地下线路时，地下段应定位于一级负荷。中压网络接线方案提出的4种接线方案各具特点，适宜于不同条件的线路。在具体设计和实施时，应根据沿线的外部电源情况、本线的负荷需求，以及对供电安全和可靠性的要求进行综合选择确定。

［1］沈景炎.对现代有轨电车建设与发展的思考［J］.交通与运输，2013(5):1-3.

［2］苗彩霞.现代有轨电车系统特点及应用前景［J］.都市快轨交通，2013，26(6):9-11.

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［4］张海波.城市轨道交通供电系统中压网络的选择［J］.城市轨道交通研究，2005(5):68-72.

［5］张永康.地铁供电系统外部电源供电方式的分析与比较［J］.城市轨道交通研究，2005(6):80-83.

［6］GB 50157—2013地铁设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2014:141.

［7］CJ/T 1—1999城市公共交通无轨电车和有轨电车供电系统［S］.北京:中国标准出版社，1999:315-316.

［8］GB 50052—2009供配电系统设计规范［S］.北京:中国计划出版社，2010:4-5.

［9］刘家美.新型公共交通外部电源供电模式分析［J］.城市轨道交通研究，2013(3):9-11.

［10］许大光.现代有轨电车供电系统设计方案探讨［J］.地下工程与隧道，2014(1):6-9.