黄志强

摘 要：轨道交通的建设成本较高，一旦设计完成，对其进行技术改造或升级将会是一项巨大的投入，因此在设计时就必须尽可能考虑到后期运行的各种因素，科学设计。供电系统是轨道交通的重要动力能源，需要充分结合轨道交通自身供电需求以及城市供电系统发展状况。本文简要介绍城市轨道交通供电系统的设计及应用。

关键词：城市;轨道交通;供电系统;设计;应用

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.01.174

0 概述

轨道交通系统的稳定运行离不开一个可靠的电源供电系统，供电系统已经成为城市轨道交通运行的基本保障。轨道交通的电源分为两部分，一部分是城市电网，城市电网向轨道交通系统提供的电源电压等级较高，并不能直接提供给车辆。另一部分是轨道交通的内部电源，内部电源负责将城市电网中高电压转换为适合轨道交通车辆自身运行的电源电压。在城市电网中，轨道交通的供电往往不会直接单独建设电厂，而是从城市电网中获取电能，可以把城市轨道交通看作城市电网的一个用户。

1 供電系统的供电方式

不同于高铁，城市轨道交通的供电大部分采用直流供电，内外电源之间高低电压的转换离不开变电所设施，通常轨道交通系统从城市电网获取电力之后，会经过变电所一系列的降压，将电网配电电压由220kV等级降至35kV以匹配直流牵引变电所。轨道交通一般在城市内部或城市与城郊之间建设，因此，城市电网供电电源的设计需要结合轨道交通的投资预算、施工条件、工程方案以及运行方式进行综合考虑。根据用电性质的不同，轨道交通供电系统可分为牵引车辆运行的牵引供电系统以及动力照明供电系统。

如上图1所示，牵引供电系统主要由牵引变电所组成，变电所将三相高压交流电转换成低压直流电，馈电想将直流电输送至接触网上。接触网分为柔式接触网和刚式接触网两种，车辆通过受流器与接触网的直接接触获得电能。牵引变电所一般配置有两套整流机组，设计时要考虑到后期运营时列车的运量，避免引起过负荷问题。

目前，采用跨坐式单轨的轨道交通利用接触网供电技术成熟而且造价成本较低，但存在以下缺点：

（1）容易受到极端天气的影响;（2）不方便轨道车辆的日常维修;（3）高架线外露不美观;（4）对隧道的限界要求相对严格，在隧道内安装在管片上，对结构有一定的损伤。

针对上述问题，某些地区轨道建设采用第三轨受流方式，地面段采用第三轨供电，但是存在着容易受到异物、积水等损坏，存在有覆盖的盲区，安全性不高。而且三轨供电容易形成较多的断电区，在地铁车辆运行完毕的当天，需要等待几个小时的电流放散，之后才可进入轨行区检修，检验程序要复杂。

2 动力照明系统

动力照明系统则主要包括降压变电所以及动力照明两部分内容。降压变电所在正常运行时，内部的变压器组分列运行，在同步供电的情况下，负荷率一般要有30%的冗余，同时，要求降压变电系统具备可靠的故障诊断能力，在某一台变压器发生故障时能够自动切除三级负荷（往往采用单电源、单电缆，无自动切换及自恢复功能），同时其余正常工作的变压器承担系统内的一级负荷（双电源、双电缆，供电末端自动切换，来电时可自恢复）以及二级负荷（双电源、单电缆）。在传感技术以及智能化诊断技术日益成熟的今天，自诊断、自恢复等功能已经越来越多地运用到降压变电所的设计中。

按照供电设施的分配形式及集中程度，城市电网对城市轨道交通供电可分为分散式供电、集中式供电以及混合式供电三种形式。

值得注意的是，集中式供电是由专用的主变电所集中为牵引变电所及降压变电所供电的外部供电方式，每个主变电所有两路独立的进线电源。主变电所进线电压一般为110kV，经降压后变成35kV或10kV。牵引变电所、降压变电所均有两个独立的引入电源。

3 供电系统的组成及结构

供电系统的最终使用的电源电压通常是直流低压，电压范围在10kV以下。不同的电压等级，所使用的设备规格以及性能要求也不相同，按照国际标准要求，在35kV、10kV中压等级设备在各种气候条件下的结构性能相对低压等级设备要高。但特殊用途的设备如接触网、受流器等在抗疲劳强度、安全可靠性以及使用寿命方面必须达到规范要求。

主变电所从城市电网高压交流电通过网络分配给牵引供电系统或动力照明系统，此种形式往往是混合网络架构所采用的。而主变电所的中压电能通过两个独立的中压网络路径分别向牵引供电系统以及动力照明系统供电，此种形式称为独立网络架构。

4 城轨供电数据采集与监视控制系统

技术的进步促使轨道交通供电系统不断走向完善，在现代轨道交通建设项目中，城轨供电数据采集与监视控制系统应用越来越广泛。这一系统是以计算机为基础的过程控制与调度自动化系统，能够实现对现场运行的设备进行全方位的实时监控，综合了数据采集、设备控制、参数调节与测量以及各种信号报警等功能于一体。

通过遥控功能实现对所控站点的全线停送电操作。控制中心对变电所量值遥测，采集进线、母线、馈线电压/电流/有功电度/功率/变压器温度等信息的采集与处理。变电所的断路器开关状况通过网络信号传输到控制中心的模拟显示屏上。

5 总结

城轨交通的供电宜采用何种方式目前并无固定的答案，应该结合具体的线路工程条件进行综合分析，以城市轨道交通的速度目标以及灵活多变的特点来看，未来一段时间内，混合式供电，接触网和第三轨受流的技术仍然会有很大的市场应用。

参考文献：

[1]董朝德.电气化铁道接触网发展研究[J].交通科学与工程，2011，（85）：160-161.

[2]于万聚.高速电气化铁路供电设计[J].城市公共交通，2017（56）：116-117.