城市轨道交通供电系统的中压网络研究样本

都市轨道交通供电系统中压网络研究

摘要：本文从都市轨道交通供电系统功能、构成、以及系统外部电源方案等方面对都市轨道交通供电系统进行了简述。在此基本上引入了都市轨道交通供电系统中压网络概念，中压网络有两大属性：一是电压级别，二是构成形式。同步结合国家中压配电现状及发展趋向、国内都市轨道交通中压网络现状及发展思路、以及不同电压级别中压网络特点，对中压网络电压级别特点进行了综合比较，并对其构成进行了系统分析。最后提出了一种新型接线方式-20kV牵引动力照明混合网络。

核心词：牵引动力照明混合网络都市轨道交通供电系统中压网络

一、供电系统简介及中压网络概念

1、都市轨道交通供电系统功能

都市轨道交通供电系统，肩负着运营所需一切电能供应与传播，是都市轨道交通安全可靠运营重要保证。

都市轨道交通用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运营所需要牵引负荷，二是车站、区间、车辆段、控制中心等其她建筑物所需要动力照明用电，诸如：通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。

在上述用电群体中，有不同电压级别直流负荷、不同电压级别交流负荷；有

固定负荷、有时刻在变化运动负荷。每种用电设备均有自己用电规定和技术原则，并且这种规定和原则又相差甚远。都市轨道交通供电系统就是要满足这些不同顾客对电能不同需求，以使其发挥各自功能与作用。

保证电动客车畅行，安全、可靠、迅捷、舒服地运送乘客，是供电系统主线目。

2、供电系统构成

依照功能不同，对于集中式供电，都市轨道交通供电系统可提成如下几某些：外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。对于分散式供电，都市轨道交通供电系统则可提成如下几某些：外部电源、(电源开闭所)、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。牵引供电系统，又可提成牵引变电所与牵引网系统。动力照明配电系统，又可提成降压变电所与动力照明。

但在进行初步设计与施工设计时，为便于设计管理，供电系统往往被划提成：系统设计；主变电所设计；牵引变电所(或牵引降压混合变电所)及降压变电所设计；牵引网设计；电力监控系统设计；杂散电流腐蚀防护设计(注：动力照明随同土建一起设计)。

3、外部电源方案

都市轨道交通系统外部电源方案，依照都市电网构成不同特点，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。

(1)拟定外部电源方案原则

都市轨道交通作为都市电网特殊顾客，普通用电范畴多在10km~30km之间。

都市轨道交通系统外部电源方案，重要有集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何种方式，应通过计算拟定需要负荷之后，依照都市轨道交通路网规划、都市电网构成特点、工程实际状况综合分析拟定。

(2)集中式供电

在都市轨道交通沿线，依照用电容量和线路长短，建设专用主变电所，这种由主变电所构成供电方案，称为集中式供电。主变电所进线电压普通为110kV，经降压后变成35kV或10kV，供牵引变电所与降压变电所。主变电所应有两路独立进线电源。集中式供电，有助于都市轨道交通供电形成独立体系，便于管理和运营。上海、广州、南京、香港、德黑兰地铁等即为集中式供电方案。

(3)分散式供电

依照都市轨道交通供电需要，在地铁沿线直接由都市电网引入多路电源，构成供电系统，称为分散式供电。这种供电方式普通为10kV电压级。分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所均获得双路电源，规定都市轨道交通沿线有足够电源引入点及备用容量。建设中沈阳地铁、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线等即为分散式供电方案。

(4)混合式供电

将前两种供电方式结合起来，普通以集中式供电为主，个别地段引入都市电网电源作为集中式供电补充，使供电系统更加完善和可靠。这种方式称为混合式供电。北京地铁一线和环线、建设中武汉轨道交通工程、青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。

通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所、降压变电所连接起来，横向把全线各个牵引变电所、降压变电所连接起来，便形成了中压网络。

依照网络功能不同，把为牵引变电所供电中压网络，称为牵引网络；同样，把为降压变电所供电中压网络称为动力照明网络。

中压网络有两大属性：一是电压级别，二是构成形式。

中压网络不是供电系统中独立子系统，但是它却是供电系统设计核心内容。它设计牵扯到外部电源方案、主变电所位置及数量、牵引变电所及降压变电所位置与数量、牵引变电所与降压变电所主接线等。

二、中压网络电压级别

1、国家中压配电现状及发展趋向

国内现行中压配电原则电压级别有：66kV、35kV、10kV。随着城乡电气化事业发展，只有一种10kV作为中低电压分界，显然已不能满足城乡配电网发展规定。

国内第一种20kV一次配电供电区，已经于1996年5月在苏州工业园区投入运营。从前一段运营状况来看，其线损率大大低于10kV系统。

对于农村电网，从电源电压直接送到中压一次配电层，形成高压电源层──中压一次配电层──低压户内三级配电，可以简化电网、减少造价、减少线损、利于发展。采用20kV作为中压一次配电层，功能上可以代替35kV与10kV两个配电层，而造价上则与10kV设备差别不大。由此可见，20kV电压级别这种特点，也适合于高密度负荷地区都市电网。例如：早在1999年中电联供电分会刊登“北京电网实行城网建设和改造规划原则”中表白：北京市区内电压级别按500kV、220kV、110kV、10kV(20kV)设计，其中新建开发区可选20kV电压级别。

2、国内都市轨道交通中压网络现状及发展思路

以往，因国家城乡电网中没有采用20kV这一电压级别，相应开关柜等20kV

设备，也没有跟上发展。在这样大环境下，要在都市轨道交通工程中使用20kV 电压级，是比较困难和不现实。因而，国内既有都市轨道交通中压网络电压级别采用了35kV(若采用国外设备则是33kV)或10kV。北京地铁、天津地铁、长春轨道交通环线一期工程、大连迅速轨道交通3号线中压网络为10kV；上海地铁1、2号线牵引网络采用了33kV，动力照明网络采用了10kV；上海地铁明珠线牵引网络采用了35kV，动力照明网络采用了10kV；广州地铁1、2号线采用了33kV牵引动力照明混合网络；南京地铁南北线一期工程、深圳地铁采用了35kV牵引动力照明混合网络；武汉轨道交通一期工程、重庆轨道交通较新线工程采用了10kV牵引动力照明混合网络。

然而，随着城乡电力消费增长，发展城乡20kV配电网已提到议事日程上来。20kV是当前公认具备发展前景优选电压级。20kV开关柜、变压器、电力电缆等一系列设备，也完全实现了国产化。

近年已颁布国标GB156—93中表白，20kV也是可使用电压级。此外，已经完毕送审稿《地铁设计规范》中规定：地铁中压网络电压级别可采用35kV(33kV)、20kV、10kV。因而，在国内城乡电网及20kV设备这个大环境，已经发生变化状况下，在都市轨道交通中压网络电压级别选用上，也应当拓宽思路，认真比较，优化选用。换言之，不能仅局限于以往35kV(33kV)和10kV框框，应当结识到，20kV也是可用，并已成为一种备选电压级。这是由于：都市轨道交通供电系统，特别是集中式供电系统，与其她公用顾客相比，相对独立，自成系统。无论从施工建设，还是运营管理、养护维修等均相对独立。从这个角度来说，都市轨道交通中压网络电压级别不一定与外部电网电压级别相一致。事实上，上海地铁、广州地铁，已采用了国外33kV设备，而国内电压级别是35kV，并非33kV。此外，象南京地铁、深圳地铁采用35kV，也是这两座都市市区电网所要取消电压级。换言之，在都市轨道交通中压网络电压级别与外部市网电压级别关系上，是采用