北京新建地铁供电方式分析比较

2018-01-21史华伟杨艳婷

城市轨道交通研究 2018年1期

关键词：分散式集中式变电所

史华伟杨艳婷

（1.北京城建设计发展集团股份有限公司，100037，北京；2.中国计量大学材料学院，300018，杭州∥第一作者，工程师）

北京新建地铁列车多采用A型车8辆编组，在增加运能的同时必然将加大电动列车牵引用电负荷。因此需对北京地铁外部电源方案进行梳理和研究，提出与新的地铁运营条件更为适应的用电需求，以得出更适合北京2020线网的中压网络供电电压等级。

目前，我国现行中压网络标准电压等级为：66 kV、35 kV、20 kV、10 kV、6 kV 及 3 kV。其中 20 kV电压等级可根据用户要求进行选用。

1 地铁供电系统与线路走向、负荷分布的关系

地铁工程供电系统中压网络电压等级的选择应结合线路走向和全线负荷分布情况确定。地铁作为城市电网的特殊用户和用电大户，有其自身的负荷分布特点：①用电范围较长，一般多在10～40 km之间，且各条线路的走向呈发散型，用电负荷沿线路分布，主变电所或电源开闭所需要送电的距离较远。②全线的用电负荷较大，地铁线路全线负荷为牵引负荷和动力照明负荷。牵引负荷与线路的运量有关，一般呈线路中间大、两端小的特点；动力照明负荷与车站的建筑形式（地下结构或地面结构）和规模大小有关。北京在建的几条地铁线路中，一般设置降压变电所的车站变压器装机容量均在1 600 kVA左右，设置牵引降压混合变电所的车站变压器装机容量在5 600 kVA左右。

基于上述地铁供电系统的负荷分布特点，中压网络电压应选用输送能力较强、供电距离较远的电压等级。因35 kV或20 kV的负荷距比10 kV长，即在相同用电负荷下前者供电距大于后者。故对于同1条地铁线路，在相同供电距和相同用电负荷下，若采用分散式供电方式，中压网络供电电压等级采用35 kV或20 kV比采用10 kV时引入的外部电源点少；若采用集中式供电方式，中压网络供电电压等级采用35 kV或20 kV比采用10 kV时需要的主变电所数量少，且主变电所馈出回路数量也相对较少。

因此，若仅考虑地铁供电系统负荷分布的特点，结合各中压网络电压等级的供电能力选择地铁中压网络电压的等级的话，从技术性和经济性两个方面比较，较高电压等级（35 kV或20 kV）的供电能力均优于较低电压等级（10 kV）。

2 计算分析

北京新建地铁大部分采用8A编组，设计车速也由原先的80 km/h提高到100～120 km/h，同时，列车远景高峰对数也将相应增加。以北京某新建地铁为例，现对以下两种供电方式进行比较分析。

（1）分散式供电。首先输入客流预测、负荷提资及车辆资料，通过直流牵引仿真计算及中压网络供电的潮流计算，当全线设置20座车站，且平均站间距为2.43 km的情况下，需设置16个开闭所分别从城市电网引入电源为地铁供电，如表1所示。此时几乎全部车站均为牵引所，并且在此基础上还需增加区间牵引变电所，这无疑大大增加了开闭所和城市电源的接口及复杂程度。

表1 地铁分散式供电开闭所设置及容量需求

（2）集中式供电。共需设置4个供电分区。其中，供电分区1包括车站1、车站2、区间牵引变电所1、区间牵引变电所2及车辆段。供电分区2包括车站 3、车站 4、车站 5、车站 6、车站 7、车站 8、区间牵引变电所3及车站9。供电分区3包括车站10、车站11、车站 12、车站 13、车站 14、区间牵引变电所 4、车站15及车站16。供电分区4包括车站17、车站18、车站19、车站20及停车场。

通过对以上两个供电方式比较得知，当采用中压网络供电电压等级为10 kV的分散式供电时，共需设置16座开闭所，且1个开闭所仅能为1～2个车站供电，这样导致全线开闭所较多，需引入的外电源较多，不利于工程的实施。

当采用中压网络供电电压等级为35 kV的集中式供电时，该新建线路一般仅需设置3座110/35 kV主变电所（若考虑资源共享，实际所需主变电所数量将更少），此时可将主变电所和车辆段或者停车场合建。另外亦可选用地下主变电所（上海地铁地下主变电所已经运行多年）。这样需引入的外部电源点比电压等级10 kV的分散式供电要少得多，更有利于工程的实施。

基于目前北京市地铁大运量、高速度的发展特点，显然采用集中式供电（中压供电电压等级为35 kV）更为合理。