地铁供电系统研究

付爱明+刘哲渊

摘 要：地铁供电系统由外部电源，主变电所（或电源开闭所）、牵引供电系统、变配电系统、电力监控系统（SCADA）组成。外部电源来自城市电网，可采用集中式、分散式、混合式等形式，外部电源的电压等级一般为110KV或10KV。地铁供电系统担负着地铁运行所需电能的传输与供应，是地铁安全，可靠运行的重要保证。

关键词：地铁供电系统；地铁中压配电网络

1 地铁中压配电网络

地铁中压配电网络是通过中压电缆，纵向上把主变电所和牵引变电所、降压变电所连接起来，横向上把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来而形成的配电网络。

中压配电网既为牵引变电所供电（即牵引配电网络）。有位降压变电所供电（即降压配电网络）。

1.1 集中供电方式

根据用电容量和线路长短，在地铁沿线设置专用的主变电所，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。集中式供电方案下的配压电网络可分为牵引-降压独立配电网络和牵引-降压混合配电网络两种形式。

（1）牵引—降压独立配电网络

牵引—降压独立配电网络即牵引配电网络和降压配电网络相互独立的中压网络形式。对于牵引—降压独立网络，牵引配电网络和降压配电网络的电压等级不同，牵引配电网络电压为35KV，降压配电网络电压为10KV。

全线的降压变电所被分为成若干个分区，每个分区一般不超过3个车站；每一个分区均从主变电所的35/10KV变压器，就近引入两路10KV电源；每座降压变电所的两路电源分别由主变电所或相邻降压变电所10KV不同母线引入，接至两段母线，同时在降压变电所的每段母线设一路出现，向相邻降压变电所供电；在各分区设有网络开关，正常运行时刻开关分断，形成10KV开口双环网供电形式。

（2）牵引-降压混合配电网络

牵引-降压混合配电网络是指牵引配电网络和降压配电网络公用的一个网络的中压网络形式。当中压网络采用牵引—降压混合变电所。牵引-降压混合配电网络电压可以为35KV或10KV，因35KV输电容量大、距离长，故一般采用35KV级。

全线的牵引—降压混合变电所及降压变电所被分成若干个分区，每个分区一般不超过3个车站；每一个分区均从主变电所35（10）KV的不同母线就近引入两路35（10）KV电源，中压配电网络采用双环网接线方式；两个主变电所之间的分区间通过环网点电缆联络。

1.2 分散供电方式

根据城市电网的特点，在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源构成的供电形式，成为分散式供电。这种供电方式的电压一般为10KV，要求的接线方式有一下四种。

（1）全线的牵引—降压混合变电所、降压变电所被分成若干分区，每个分区一般不超过3个车站；每一个分区均从城市电网就近引入两路10KV电源，两路电源可以来自不同的地区变电所，也可以来自同一地区变电所的不同母线；中压配电网络采用双环网接线方式；两个相邻分区之间通过两路环网电缆联络。

（2）全线的牵引—降压混合变电所，每两个分成一组。每一组均从城市电网引入两路来自不同地区变电所的10KV电源，分别作为两个牵引—降压混合变电所的主电源，同时同一组的两个牵引—降压混合变电所之间设双路联络电缆，实现电源互为备用；相邻两组牵引—降压混合变电所之间设单路联络电梯，增加系统的供电可靠性；无牵引变电所的车站，其降压变电所的10KV电源可由相邻牵引—降压混合变电所的两段10KV母线提供。

（3）全线除末端牵引—降压混合变电所从城市电网直接引入两路10KV电源以外，其余牵引—降压混合变电所均从城市电网引入一路10KV电源，这路电源既是本变电所的主电源，又是相邻变电所的备用电源。

（4）全线设有若干座电源开闭所，每座开闭所由城市电网的不同地区变电所引来两路10KV电源，开闭所可以与车站变电所合建。全线的牵引—降压混合变电所、降压变电所被分成若干个分区，每个分区一般不超过4个车站，每个分区由一个电源开闭所供电。在两个相邻电源开闭所之间，设置起联络作用的牵引—降压混合变电所，其电源分别来自其两侧的电源开闭所，并通过在这种变电所的母线段上设置与电源开闭所间的专用联络电缆，将相邻的两个电源开闭所联系起来。

1.3 混合供电方式

将集中式供电与分散式供电结合起来构成的供电方式成为混合供电。这种方式一般以集中式供电为主，个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充，使中压配电网络更加完善和可靠。

2 降压变电所

2.1 降压变电所的设置与形式

根据不同的地铁车站，降压变电所可采用多种型式。

（1）一所型式

车站只设一座降压变电所，位于重负荷一端。车站所有重要的一、二级负荷及容量较大的三级负荷均从所内以放射式供电。根据设计经验，标准的地下双层车站，降压变电所送出回路在80-90个。除冷冻站以外，由于车站两段负荷一般分布较为均匀，故远离降压变电所一段的供电回路约占一半左右。

（2）一主所一跟随所型式

在车站一端设一座主降压变电所，另一端设一座跟随式降压变电所（跟随所电源引自设在主降压变电所的高压开关室）。主所、跟随所的高压进线均为两路独立电源，引自不同的馈线回路，互不干涉，即为并列关系的两座降压变电所。因此，两者低压间亦不存在联系，各负担本端的负荷用电。

（3）一所一室型式

在车站一端设一座降压变电所，另一端设一座低压配电室。与一主所一跟随所型式不同的是，低压配电室替代了跟随所。以车站中心分界，降压变电所与低压配电室各负责本端的负荷供电（除单台容量较大的设备外）。低压配电室的电源引自降压变电所低压侧，因此两者的一、二级负荷母线为并列关系。

2.2 降压变电所的电气设计

（1）主接线

降压变电所一般设在车站的负荷中心，担负本车站和相邻区间的全部动力、照明用电。地铁动力、照明负荷大多味一、二级负荷，因为降压变电所必须按两路独立电源供电设计。

（2）控制、继电保护和自动装置

a.降压变电所35（10）KV断路器采用SCADA远动控制、变电所集中控制和地控制；0.4KV进线、断路器和三级负荷总开关采用SCADA远动控制和就地控制；自动扶梯馈线开关带脱扣期，按钮与FAS系统输出继电器的常开接点并联，以实现火灾情况下FAS系统可将其断开。

b.继电保护

继电保护要满足可靠性、选择性、灵敏性、速冻性要求，并力求简化保护配置；供电系统各级保护应考虑配合关系。

降压变电所35（10）KV系统的继电保护装置采用微机型综合保护测控单元，实现保护、测量、信息采集与控制、开关间的互锁与联动、通信等功能，通过光纤以太网络接口接入全所综合自动化系统并上传至控制中心，保护功能具有独立性，不依赖与网络。

c.自动装置

35（10）KV、0.4KV短路器设置自动投入装置/功能，自动投切功能可在当地/远方进行投入/退出。交流所用电断路器设置自动投入、进线设来电自复功能。直流所用电的两路交流进线设置自动投入功能。

（3）测量和计量

变电所的所有测量和计量均在开关柜当地显示并通过变电所综合自动化系统将主要数据送到控制中心。

（4）功率因素补偿

变电所采用低压集中自动补偿方式，每段0.4KV母线上装设电容自动补偿装置，对系统进行武功功率补偿，使补偿后的功率因数大于0.9。

（5）所用电系统

a.交流所用电系统

交流所用电系统由降压变电所0.4KV两段母线分别引入相互独立的两路电源，作为交流所用电系统的进线电源，两路电源互为备用。

b.直流所用电系统

直流所用电系统用于提供降压变电所控制、操作、继保电源及事故照明电源。

（6）过电压保护、防雷与接地

a.过电压保护

供电系统在运行过程中会遭受暂态过电压、操作过电压、雷电过电压的侵袭，使设备绝缘直接破坏或不断劣化，最终引发事故。

b.防雷与接地

考虑雷电过电压下的绝缘配合合理，受避雷器保护的设备，其额定雷电冲击耐受电压不低于避雷器的雷电冲击保护电压乘以配合因数KC，一般取KC≥14。接地网的接地电阻小于0.5欧姆；降压变电所内做局部等电位连接。

结论

通过本文的分析可以得到：一般换乘站、带折返线的车站以及车站长度超过200的大规模车站，由于其符合容量较大，供电距离较长，设置一主所一跟随所的方案较为合理；车站长度低于200的一般车站，在节约投资的前提下，一所型式即可满足供电方案。而一所一室型式由于没有突出的优点采用的并不多。

参考文献

[1] 中华人民共和国国家标准.地铁设计规范[M].北京：中国计划出版社，2003.

[2] 张海波.地铁交通供电系统中压网络的选择[J].城市轨道交通研究，2005（5）：55-59.