城市轨道交通供电系统的设计及应用

程超宽+谭福军

摘 要：对于城市轨道交通的供电系统，在前期阶段的研究相当重要，本着设计和理论实践相结合的原则，研究适用于城市轨道交通供电系统的设计方法，能够满足城市轨道交通的供电系统的运行，同时也是有利于日后城市轨道交通设计的科学设计理念。

关键词：城市轨道交通；供电系统；中压电压

我国的经济建设规模不断扩大，带动了城市轨道交通建设也获得了快速的发展渠道。当前，各大城市都在部署或者已经开建各类城市轨道交通，特大城市的城市轨道交通已经进入了智能化网络化的发展时代。因此做好供电系统的设计工作，是发展城市轨道交通建设的动力和源泉。供电系统为城市轨道交通提供了源源不断的运营动力，电能是设备运行的唯一的能源，因此要保证城市轨道交通的安全运行，必须在服务水平、科学性和安全可靠性上下功夫，经过前期关于城市轨道交通的供电系统的研究，已经形成了适用于城市轨道交通供电系统的较为有效的设计理念和方法[1]。

1 城市轨道交通供电系统的设计任务

（1）现代项目管理理论中关于城市轨道交通的前期建设的程序设计、规划运营等，包含了项目的城市轨道交通网络规划可行性研究，城市轨道交通供电网络设计需要的资金支持以及筹措的方案等。具体的内容包括：对城市电网以及电源引入进行初步的调查，对供电系统方案进行初步的确定，对供电制式进行方案的初步设计，对车辆选型、供电牵引等进行去顶，估算供电系统的工程建设的投资，将分部分项的工程投资的估算精度加以控制。最终形成的供电系统的可行性研究报告中，关于供电系统的任务的描述是：确定城市轨道交通供电系统、外部电源、牵引供电方案、PSCADA等关系；电流腐蚀防护、接地计划等。关于工程的，是施工范围包含了电缆工程、变电所、牵引变电所、降压变电所、接触网等，关于供电系统的项目投资共算的误差率不能超过10%[2]。

（2）供电系统的前期设计阶段，根据供电系统设计的基本资料，对线路、行车、车辆等基本条件加以筹划。例如控制中心、车站、区间等关于城市轨道交通的建筑物，以及动力照明负荷等的估算。

2 城市轨道交通供电系统用电负荷估算

（1）对垒车的车辆的牵引负荷以及系统的设计运输能力进行估算，得到的牵引的负荷的年用电量的计算公式为：

G为单列机车的总重，N为日发车对数，T为年运行365天。L为机车运行里程。

不同的列车的运行线路包含了列车的牵引用电和辅助设备的用电，参考了既有线路运行的经验，将数据进行测试和积累，得到了关于列车的牵引设备用电设备的取值[3]。

（2）对动力照明符合的年用电量的计算，关于车站的动力负荷和照明负荷的低压电力的负荷，包含了通信、信号、监控等动力负荷数值，包括通风、排水、扶梯、AFC等。车站的公共其余的照明和附属的用房的照明在设计上根据运营的高峰和非高峰的实践，将灯具的数量进行了选择，开启后，办公管理房建的照明基本全部进入工作状态，设备房建中的照明没有开启。专业的电源以最大运行的状态进入了运行的前期阶段，达到了满载，设备的启动时间和运行错开后，设备的工况模式进入了一个合理的系数状态，能够将全线的年需要用电量的合理系数进行估算，从而能够将配电变压器的容量加以选择。

3 供电系统的方案设计

（1）经过对外部电源方案的规划，根据城市轨道交通的特殊用户的城网建设，估算出一条线路的用电范围在10～40公里之内，需要的功率呈现了线状的分布，采用外部电源方案进行了具体的工程的计算，得到了该城市轨道交通线网络规划的实际用电负荷，构成城市网中实际工程的电源方案，具体根据实际的工程情况进行集中供电和分散供电方式的选择[4]。

（2）经过对外部电源的方案的技术选择，采用集中或者分散的观点方式，主要要对外部主变电所的电源进行规划和设置，供电分区的划分包含了前期供电系统的设计重点和难点，对后期的设计进行了基础的开拓，这一项工作是与市规划部门进行了充分的沟通和协调后，达到的共识。

（3）中压电缆的网络部署方案，是将主变电所和降压变电所加以横向和纵向的连接，形成全线的变电所的牵引和联系，起到了电能的分配和传输的作用。电压等级构成的形式和属性包含了多种电压等级，如10、20、33、35kV的电压等级。技术经济综合比较的内容包括了系统的走向，线路的方案，站点的电力供应等。以此为来选择适合的电压等级。

（4）根据研究，牵引供电的制式、牵引网的设置方案等，根据地铁设计规范中关于供电制式的设计标准，形成了集中轨道建设的方式和架空接触网方式的应用。DV1500V电压等级多用于架空接触网上，如广州、天津等城市轨道交通中常用到的施工技术。DC750V电压等级较多用于接触轨，在一些城市軌道交通建设中也较为常用。技术的进步已经达到了采用钢铝复合导电轨道技术的阶段。

（5）牵引变电所的设置根据牵引网的等级、电压损失而定，还要考虑杂散电流腐蚀的防护、线路的能耗、电缆的铺设以及运营管理等方面，通过统筹设计，在故障和正常运行的模式下，按照城市轨道交通直流供电系统的牵引标准，要将牵引电压损失考虑在最大电压损失中，同时要将牵引变电所的设置的数量作为电压损失值的关键因素加以考虑。

上述公式可以计算出单边馈电时的最大瞬时电压损失。经过对直流牵引供电系统的电压水平的估算，得到了等效电路的模型的仿真计算，最大的电压损失往往发生在机动车的启动的瞬间，经过简单的计算，可以将牵引网的电压水平和钢轨电位进行初步的计算，得到了变电所的设置方案是可行的。

4 结语

城市轨道交通项目的供电项目进行如前期研究后，对基本任务要进行理解和分析，结合以往的设计方案，设计出适用于当前城市轨道交通供电系统的设计思路和方法。经过实践表明，这一方法能够满足供电系统的前期研究中的工程设计需要，而且具有简单有效的特点[5]。

参考文献

[1] 李寒生.城市轨道交通供电系统综合分析及其建设运营模式探索[J].铁道标准设计，2013，（5）：119-122，131.

[2] 余红梅，陈刚，于纪利等.城市轨道交通供电系统35kV环网电缆敷设工程施工方案[J].城市轨道交通研究，2015，18（7）：49-51，57

[3] 谢红，夏金凤，张华志等.可靠性理论在城市轨道交通供电系统中压环网分区设计中的应用[J].城市轨道交通研究，2016，19（2）：83-86，100.

[4] 曲尚开.城市轨道交通供电系统功率因数分析[J].城市轨道交通研究，2013，16（9）：39-42.