现代有轨电车工程电源设计方案

李 伟

（中铁二院华东勘察设计有限责任公司，浙江 杭州 310004）

1 现代有轨电车工程电源系统

有轨电车是采用电力驱动并在轨道上行驶的轻型小编组轨道交通车辆。现代有轨电车系统作为城市轨道交通系统的一个分类，具有建设难度较低、安全系数高、建设成本较低、环保系数高、运量适中、敷设方式灵活以及运营灵活等特点。同时，它较传统有轨电车进行了技术革新，包括低地板程度、无网供电技术、系统噪声和载客量等，成为城市公共交通的重要组成部分。

1.1 现代有轨电车的发展趋势

随着国家经济的飞速发展，城镇化布局由传统单中心城镇化向多中心都市圈化发展，国内的新城区、经济开发区的建设已经成为未来的发展方向。《国家新型城镇化规划（2014-2020年）》已经提出，“推进中心城区功能向1小时交通圈地区扩散，培育形成通勤高效、一体发展的都市圈”。在深圳、武汉、南京、上海、广州以及苏州等地已陆续开通了有轨电车线路，而正在建设和规划中的有轨电车线路规模庞大。

1.2 与其他公共交通的比较

现代有轨电车更方便乘客的出行。与地铁使用专属路权不同，有轨电车与公交汽车等其他交通方式混合使用路权，有利于沿线商业的发展。表1为现代有轨电车与其他公共交通的比较。

可见，现代有轨电车在运能、能耗、环保、舒适性以及提升城市公交服务形象等方面，具有明显优势。

1.3 现代有轨电车低压配电系统的构成

变电所电源系统、电源传输媒介（电缆等）、末端应用设备等构成了整个有轨电车低压配电系统，通过放射式和树干式相结合的配电方式，以变电所为中心，将电源输送至用电设备的末端。电源系统是低压配电系统的重要组成部分。电源系统设计是否合理、设备和施工质量是否合格、系统运行是否稳定，都会直接影响整个线网的运行安全和所有运营人员的人身安全。

1.4 现代有轨电车电源系统的特点

供电系统的外电源方案是有轨电车工程与城市电网连接的技术纽带。供电系统负荷等级的选择划分是确定外电源方案的主要因素之一，应设置合理的供电方式。

有轨电车车站有别于城市地铁车站常规的功能设备用房，车站设置比较简易，占地规模小，用电负荷少且容量较小。车站仅设置结构简单的挡雨棚，用电负荷仅有夜间路灯、车站照明、站牌照明、广告照明和通信信号设备等几种，总的电源容量较小，如图1和图2所示。

表1 现代有轨电车与其他公共交通的比较

图1 有轨电车示意图

图2 有轨电车站台

2 现代有轨电车工程电源系统方案

本文将结合合肥有轨电车工程可行性研究，探析现代有轨电车工程电源系统方案，主要从外部电源选择和内部配电系统电源方案两方面进行论述。车站及相邻区间的动力照明负荷由车站变电所和箱式变电台供电；车辆基地的动力照明负荷由车辆段牵混所或跟随所供电。动力照明负荷应按变电所负荷分级的原则进行配电。动力照明配电系统采用三相四线制，系统电压为AC220/380 V，接地型式采用TN-S或TNC-S系统。

2.1 外部电源供电方式的选择

本工程电源供给对象主要分两部分：一是供列车牵引用电，二是供末端负荷设备使用。牵引整流机组和配电变压器分散设置在有轨电车线路沿线，负荷分布较均匀。对于此种负荷分布情况，常规可供选择采用的供电方式分为3种，即集中、分散和混合供电方式。

集中供电方式与分散供电方式的比较见表2，混合供电方式的优缺点介于两者之间。

混合供电方式是以集中供电为主、分散供电为辅的供电方式，是上述两种供电方式的结合，其继电保护和运营管理更显复杂。目前，在国内暂无采用混合供电方式的工程实例。

依据《城市无轨电车和有轨电车供电系统》 CJ/T1—1999 3.1.4条规定，有轨电车交流电源标称电压宜采用10 kV；《城市有轨电车工程设计规范》（送审稿）中规定供电系统外部电源方案采用分散式供电，外部电源的电压等级应根据城市电网中压电压等级选择。

2.2 供电负荷分析

低压配电系统将来自降压变电所/变电台的220/380 V电压提供给沿线的动力、照明设备，具体根据用电设备的重要程度划分为3类。

2.2.1 一级负荷

一级负荷：通信、信号（道岔转折设备、段内微机连锁）、道口信号设备、综合监控、雨水、废水泵、消防设备、应急照明以及变电所操作电源等。

供电要求：设置两路独立的0.4 kV回路，在末端设双电源自动切换装置，切换后供电。一级负荷中特别重要的负荷，除由双电源供电外，还应增设后备电源，如信号、应急电源等。

表2 集中供电方式与分散供电方式的比较

表3 供电方案对比表

2.2.2 二级负荷

二级负荷：车站照明、地面区间照明、设备房屋照明、一般给水泵和垂直电梯。

供电要求：由一路独立的0.4 kV回路供电，当供电系统一回电源失电时，应由另一回电源维持供电，紧急情况下可切除。

2.2.3 三级负荷

三级负荷：电热设备、清洁设备、广告照明和检修电源等。

供电要求：由一路0.4 kV回路供电，当供电系统一回电源失电时，应自动将其从电网中切除。

2.3 正线车站电源方案

正线车站供电方式分为集中式供电、分散式供电和混合式供电3种方案。供电方案的选择应结合沿线城市电网的分布、供电可靠性、运营管理以及投资等多方面因素综合考虑。

2.3.1 方案一：集中式供电

本工程全线设有10 kV环网电源，根据全线车站型式和用电负荷分布情况，每个车站分别设置箱式变电台或在设置有牵引所的车站与其合建为牵引降压混合变电所，利用沿线设置的10 kV环网接入电源。

优点：电源可靠性高，线路故障率低，受地方电源影响较小，同时与城市电网接口少，调度方便，运营管理容易。

缺点：每座车站均设置10 kV进线的箱式变电台或降压所部分，投资较高。

2.3.2 方案二：分散式供电

本工程全线大部分穿越的是中心城区，沿线的10 kV及0.4 kV市政电源较多。根据以上情况，考虑每个车站分别就近引接沿线的市政10 kV电源或0.4 kV电源，由分散引入的城市低压电源直接为车站供电。

优点：沿线市政电源较丰富，电源接取较为方便，投资相对较小。

缺点：电源的可靠性相对较低，且与城市电网接口多，调度复杂，管理工作量大，排除故障时操作程序较复杂。

2.3.3 方案三：集中与分散式供电相结合

本工程全线设有10 kV环网电源，且全线大部分穿越的是中心城区，沿线的市政电源也较为丰富。在设有牵引变电所或设有道岔配线、平交道口等有一级负荷的车站设置降压所（与牵引所合建）或箱式变电台，电源取自沿线10 kV环网。其余车站一般负荷由沿线就近引接0.4 kV市政电源。

优点：由于车站重要负荷电源引自10 kV环网，供电可靠性相对较高，线路故障率较低。

缺点：由于全线一级负荷的电源点较多，10 kV环网的电源引接点仍然较多，投资相对较高；同时存在与城市电网的多个接口，调度较复杂，管理工作量较大。

2.4 车站供电方案比选

车站供电方案对比情况，如表3所示。

根据表3，考虑本工程的车站型式、行车配线及以后的运行管理方式等情况，综合运营管理、供电可靠性和投资等因素，暂考虑推荐采用集中式供电方式。

2.5 车站集中式供电方案

（1）结合牵引变电所布点方案，在设有牵引变电所的车站设置降压变电所合建牵混所，提供变电所所用电、通信、信号、车站及相邻区间负荷用电。

（2）在设置有一级负荷的车站分别从两段环网上分别引接10 kV电源，并分别设置一座10/0.4 kV箱式变电台，其中一座为信号设备主用电源，另一座为车站和相邻区间其他负荷及信号备用电源供电。

（3）普通车站从一段环网上引接10 kV电源，设置一座10/0.4 kV箱式变电台为车站及相邻区间负荷供电。

（4）每座箱式变电台10 kV侧均采用单母线接线方式，母线上设置一进一出一馈线回路，配电变压器采用D,Yn11的接线组别。

3 车辆段（停车场）电源方案

根据车辆基地规模和用电要求，车辆基地设置降压变电所（或合建牵混所）及跟随式降压变电所，设置原则如下。

（1）根据车站、车辆段规模的大小和设备负荷分布情况，降压变电所、箱式变电台应设置在负荷中心。

（2）当车站、车辆段内同时设有牵引变电所时，将牵引变电所和降压变电所合建为牵引降压混合变电所。

（3）降压变电所、跟随所均按无人值班方式设计。

（4）可结合沿线道路照明电源，实现资源共享。

（5）箱式变电台采用户外紧凑型成套装置，箱式变电台尽可能与沿线绿化相结合，并优先选用埋地式成套装置。

4 结 论

综上所述，现代有轨电车电源系统较为复杂，既要考虑外部电源的供电方式、变电所或箱式变电台的位置，又要综合考虑用电负荷特点和分布情况，才能确保整个线网的运行安全和运营人员的人身安全。