地鐵供電系統研究

付愛明+劉哲淵

摘 要：地鐵供電系統由外部電源，主變電所（或電源開閉所）、牽引供電系統、變配電系統、電力監控系統（SCADA）組成。外部電源來自城市電網，可采用集中式、分散式、混合式等形式，外部電源的電壓等級一般為110KV或10KV。地鐵供電系統擔負著地鐵運行所需電能的傳輸與供應，是地鐵安全，可靠運行的重要保證。

關鍵詞：地鐵供電系統；地鐵中壓配電網絡

1 地鐵中壓配電網絡

地鐵中壓配電網絡是通過中壓電纜，縱向上把主變電所和牽引變電所、降壓變電所連接起來，橫向上把全線的各個牽引變電所、降壓變電所連接起來而形成的配電網絡。

中壓配電網既為牽引變電所供電（即牽引配電網絡）。有位降壓變電所供電（即降壓配電網絡）。

1.1 集中供電方式

根據用電容量和線路長短，在地鐵沿線設置專用的主變電所，這種由主變電所構成的供電方案，稱為集中式供電。集中式供電方案下的配壓電網絡可分為牽引-降壓獨立配電網絡和牽引-降壓混合配電網絡兩種形式。

（1）牽引—降壓獨立配電網絡

牽引—降壓獨立配電網絡即牽引配電網絡和降壓配電網絡相互獨立的中壓網絡形式。對于牽引—降壓獨立網絡，牽引配電網絡和降壓配電網絡的電壓等級不同，牽引配電網絡電壓為35KV，降壓配電網絡電壓為10KV。

全線的降壓變電所被分為成若干個分區，每個分區一般不超過3個車站；每一個分區均從主變電所的35/10KV變壓器，就近引入兩路10KV電源；每座降壓變電所的兩路電源分別由主變電所或相鄰降壓變電所10KV不同母線引入，接至兩段母線，同時在降壓變電所的每段母線設一路出現，向相鄰降壓變電所供電；在各分區設有網絡開關，正常運行時刻開關分斷，形成10KV開口雙環網供電形式。

（2）牽引-降壓混合配電網絡

牽引-降壓混合配電網絡是指牽引配電網絡和降壓配電網絡公用的一個網絡的中壓網絡形式。當中壓網絡采用牽引—降壓混合變電所。牽引-降壓混合配電網絡電壓可以為35KV或10KV，因35KV輸電容量大、距離長，故一般采用35KV級。

全線的牽引—降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個分區，每個分區一般不超過3個車站；每一個分區均從主變電所35（10）KV的不同母線就近引入兩路35（10）KV電源，中壓配電網絡采用雙環網接線方式；兩個主變電所之間的分區間通過環網點電纜聯絡。

1.2 分散供電方式

根據城市電網的特點，在地鐵沿線直接由城市電網引入多路電源構成的供電形式，成為分散式供電。這種供電方式的電壓一般為10KV，要求的接線方式有一下四種。

（1）全線的牽引—降壓混合變電所、降壓變電所被分成若干分區，每個分區一般不超過3個車站；每一個分區均從城市電網就近引入兩路10KV電源，兩路電源可以來自不同的地區變電所，也可以來自同一地區變電所的不同母線；中壓配電網絡采用雙環網接線方式；兩個相鄰分區之間通過兩路環網電纜聯絡。

（2）全線的牽引—降壓混合變電所，每兩個分成一組。每一組均從城市電網引入兩路來自不同地區變電所的10KV電源，分別作為兩個牽引—降壓混合變電所的主電源，同時同一組的兩個牽引—降壓混合變電所之間設雙路聯絡電纜，實現電源互為備用；相鄰兩組牽引—降壓混合變電所之間設單路聯絡電梯，增加系統的供電可靠性；無牽引變電所的車站，其降壓變電所的10KV電源可由相鄰牽引—降壓混合變電所的兩段10KV母線提供。

（3）全線除末端牽引—降壓混合變電所從城市電網直接引入兩路10KV電源以外，其余牽引—降壓混合變電所均從城市電網引入一路10KV電源，這路電源既是本變電所的主電源，又是相鄰變電所的備用電源。

（4）全線設有若干座電源開閉所，每座開閉所由城市電網的不同地區變電所引來兩路10KV電源，開閉所可以與車站變電所合建。全線的牽引—降壓混合變電所、降壓變電所被分成若干個分區，每個分區一般不超過4個車站，每個分區由一個電源開閉所供電。在兩個相鄰電源開閉所之間，設置起聯絡作用的牽引—降壓混合變電所，其電源分別來自其兩側的電源開閉所，并通過在這種變電所的母線段上設置與電源開閉所間的專用聯絡電纜，將相鄰的兩個電源開閉所聯系起來。

1.3 混合供電方式

將集中式供電與分散式供電結合起來構成的供電方式成為混合供電。這種方式一般以集中式供電為主，個別地段引入城市電網電源作為集中式供電的補充，使中壓配電網絡更加完善和可靠。

2 降壓變電所

2.1 降壓變電所的設置與形式

根據不同的地鐵車站，降壓變電所可采用多種型式。

（1）一所型式

車站只設一座降壓變電所，位于重負荷一端。車站所有重要的一、二級負荷及容量較大的三級負荷均從所內以放射式供電。根據設計經驗，標準的地下雙層車站，降壓變電所送出回路在80-90個。除冷凍站以外，由于車站兩段負荷一般分布較為均勻，故遠離降壓變電所一段的供電回路約占一半左右。

（2）一主所一跟隨所型式

在車站一端設一座主降壓變電所，另一端設一座跟隨式降壓變電所（跟隨所電源引自設在主降壓變電所的高壓開關室）。主所、跟隨所的高壓進線均為兩路獨立電源，引自不同的饋線回路，互不干涉，即為并列關系的兩座降壓變電所。因此，兩者低壓間亦不存在聯系，各負擔本端的負荷用電。

（3）一所一室型式

在車站一端設一座降壓變電所，另一端設一座低壓配電室。與一主所一跟隨所型式不同的是，低壓配電室替代了跟隨所。以車站中心分界，降壓變電所與低壓配電室各負責本端的負荷供電（除單臺容量較大的設備外）。低壓配電室的電源引自降壓變電所低壓側，因此兩者的一、二級負荷母線為并列關系。

2.2 降壓變電所的電氣設計

（1）主接線

降壓變電所一般設在車站的負荷中心，擔負本車站和相鄰區間的全部動力、照明用電。地鐵動力、照明負荷大多味一、二級負荷，因為降壓變電所必須按兩路獨立電源供電設計。

（2）控制、繼電保護和自動裝置

a.降壓變電所35（10）KV斷路器采用SCADA遠動控制、變電所集中控制和地控制；0.4KV進線、斷路器和三級負荷總開關采用SCADA遠動控制和就地控制；自動扶梯饋線開關帶脫扣期，按鈕與FAS系統輸出繼電器的常開接點并聯，以實現火災情況下FAS系統可將其斷開。

b.繼電保護

繼電保護要滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速凍性要求，并力求簡化保護配置；供電系統各級保護應考慮配合關系。

降壓變電所35（10）KV系統的繼電保護裝置采用微機型綜合保護測控單元，實現保護、測量、信息采集與控制、開關間的互鎖與聯動、通信等功能，通過光纖以太網絡接口接入全所綜合自動化系統并上傳至控制中心，保護功能具有獨立性，不依賴與網絡。

c.自動裝置

35（10）KV、0.4KV短路器設置自動投入裝置/功能，自動投切功能可在當地/遠方進行投入/退出。交流所用電斷路器設置自動投入、進線設來電自復功能。直流所用電的兩路交流進線設置自動投入功能。

（3）測量和計量

變電所的所有測量和計量均在開關柜當地顯示并通過變電所綜合自動化系統將主要數據送到控制中心。

（4）功率因素補償

變電所采用低壓集中自動補償方式，每段0.4KV母線上裝設電容自動補償裝置，對系統進行武功功率補償，使補償后的功率因數大于0.9。

（5）所用電系統

a.交流所用電系統

交流所用電系統由降壓變電所0.4KV兩段母線分別引入相互獨立的兩路電源，作為交流所用電系統的進線電源，兩路電源互為備用。

b.直流所用電系統

直流所用電系統用于提供降壓變電所控制、操作、繼保電源及事故照明電源。

（6）過電壓保護、防雷與接地

a.過電壓保護

供電系統在運行過程中會遭受暫態過電壓、操作過電壓、雷電過電壓的侵襲，使設備絕緣直接破壞或不斷劣化，最終引發事故。

b.防雷與接地

考慮雷電過電壓下的絕緣配合合理，受避雷器保護的設備，其額定雷電沖擊耐受電壓不低于避雷器的雷電沖擊保護電壓乘以配合因數KC，一般取KC≥14。接地網的接地電阻小于0.5歐姆；降壓變電所內做局部等電位連接。

結論

通過本文的分析可以得到：一般換乘站、帶折返線的車站以及車站長度超過200的大規模車站，由于其符合容量較大，供電距離較長，設置一主所一跟隨所的方案較為合理；車站長度低于200的一般車站，在節約投資的前提下，一所型式即可滿足供電方案。而一所一室型式由于沒有突出的優點采用的并不多。

參考文獻

[1] 中華人民共和國國家標準.地鐵設計規范[M].北京：中國計劃出版社，2003.

[2] 張海波.地鐵交通供電系統中壓網絡的選擇[J].城市軌道交通研究，2005（5）：55-59.