浅析地铁变电站的选址与布局

浅析地铁变电站的选址与布局摘要：本文结合国家电网公司提出的智能电网理论为基础，对发展中的城市轨道交通所需要的变电站的选址以及变电站布局问题进行阐述。

通过对国内大型城市如上海、广州为例子，结合沈阳本地实际情况进行分析，在理论和应用上阐述了理解与认识。

关键词：地铁变电站规划选址布局0 引言随着国内一些中小型城市和二线城市的社会经济的持续高速发展和城市规模的不断扩大，城市交通需求迅猛增长，道路交通压力日益增大，城市的交通正面临着严峻的压力和挑战，对此必须大力加强轨道交通的建设。

与此同时轨道交通对电力能源的需求也是越来越大。

伴随着我国从发展清洁能源、保证能源安全、促进经济增长的需要出发，提出的智能电网理论，轨道交通的电力能源需求也应达到安全，环保，经济的标准。

与智能电网理论相结合的轨道交通技术将是我国未来地铁的主要发展方向。

1 地铁变电站的选址地铁变电站选址工作要结合规划部门进行开展，要根据《城市总体规划》、《城市交通规划》、《城市土地规划》以及《城市电力规划》。

选址工作更要以智能电网的理论为基础。

1.1 保障地铁线网安全运行的需要地铁因其跨越式发展，赶工严重而面临诸多安全问题。

以沈阳地铁为例，地铁采用电力牵引，用电负荷波动较大，分布较广，给地铁线网的供电带来困难。

为了满足地铁牵引、照明等用电需求，合理的前期规划，可以避免地铁供电设施建设滞后、盲目等现象，保证供电质量，保障地铁安全运行，有效的保护人民生命财产安全。

目前我国轨道交通供电系统采用集中供电方式，目前南方地区如上海，广州采用三级电压供电，即110kV/35kV/10kV电压供电方式；北方地区如沈阳，大连地区采取66kV/35kV/10kV电压供电方式。

整个供电系统根据轨道交通的线路及车站分布和负荷情况，设置主变电站、中压供电网络、牵引变电站、降压变电所、接触网及动力照明配电等系统，以满足轨道交通沿线动力、照明及牵引的用电需求。

轨道交通110kV或66kV变电站作为轨道交通供电系统的核心，将来自城市电网交流110kV或66kV电压降压为35kV或10kV，通过中压供电网络分配到沿线的牵引变电所及降压变电所。

主变电站的设置应尽可能靠近负荷中心，并根据轨道交通的线路情况，采用地下变电所或地面变电所，沿线主变电站的数量设置可根据线路供电距离的长短和负荷情况来确定。

图1 地铁供电系统结构图根据智能电网技术对变电站的要求，变电站电气主接线一般采用线路-变压器组，内桥接线和单母线分段接线。

供电系统对主接线的要求：（1）可靠性：主接线应保证供电可靠性，主接线不仅满足正常运行是供电的可靠性，也应考虑到在事故或者检修的情况下，尽可能减少供电的终端，特别是地铁牵引负荷、信号电源等带来的影响。

这样一来，在满足上述可靠性要求的情况下，就必然要增加设备和线路，是接线复杂。

显而易见，提高可靠性是一增加投资为代价的。

由于接线复杂，会导致较复杂的操作、切换程序，有可能引起事故，反而降低了可靠性。

因此，要综合考虑多种因素来提高可靠性。

（2）灵活性：主接线应满足在调度、检修及扩建时的灵活性、安全方便性。

调度时，可以灵活地投入和切除变压器和线路，满足系统在非正常运行方式下的系统调度要求。

检修时，可以方便地停运断路器、母线及继电保护设备，而不至影响检修设备的正常运行。

扩建时，可以方便地从初期接线过渡到最终接线，且对既有一次、二次设备的改建工作量减至最少。

（3）经济性：主接线在满足可靠性、灵活性要求的前提下，还要做到经济合理。

降低投资成本。

主接线用力求简单、清晰，以节省断路器、隔离开关、电流互感器和电压互感器以及避雷器等一次设备，要能使继电保护和二次回路不过于复杂，以节省二次设备和控制电缆，这样既降低了成本，又减少了操作程序，降低了故障几率。

减少占地面积。

主接线设计应合理经济地布置各配电装置，尽量减少占地面积。

降低运行成本。

运行成本包括设备电能损耗和维护费用等。

经济合理地选择设备，降低电能损耗、维护维修费用。

图2 内桥接线方式图3 线路变压器组接线方式1.2 结合城市规划，合理利用土地资源的需要随着城市经济的快速发展和城市规模的扩大，土地价值在不断升高，特别是城市中心区域的城市建设用地可谓寸土寸金，选址市政设施的难度也在不断的增加。

沈阳的地铁线网供电规划需要对全市11条地铁线网的供电变电站进行选址和选线，变电站数量多、分布广、线路长。

结合城市规划选择站址用地性质、建设形式和线路路径，可以减少对价值较高的土地资源的占用，使地上和地下空间的开发利用有效的结合。

国内的先进经验以上海、广州地铁先进城市为例：（1）地铁变电站要控制在地铁沿线25km-30km为一座，并且双电源接入。

地铁变电站的电源接入一般一路由附近的一次变专线接入，另一路“T”接于另一电源的其他线路，当一路电源检修或者事故时，另一路电源要能及时、有效的保证地铁的供电，并且在地铁运行前期要做带负荷测试。

同时电源的接入方案要得到电力部门已经城市规划部门的认可，并且要体现到电力部门的滚动规划中。

（2）在选址变电站是一定要考虑多条地铁沿线的共享，在结合地铁线网规划和电网规划而统一考虑。

一般情况为两线共享，广州地铁的部分主要换乘站也有三线共享，这样能大大减少占地面积。

地铁变电站的选址也要考虑地铁部门与供电部门的变电站共享，但是如果采用此种共享则需要更高的可靠性，这就对供电部门对变电站的管理和维护提出了更高的要求。

（3）变电站尽量控制在铁站点500m内。

同时考虑地铁变电站进线、出线的线路长短及其路径。

由于电缆转弯半径大，110kV或者66kV电缆进线不应利用地铁隧道，建议走电力隧道。

电缆接头应放在车站附近，这样会对抢修提供方便。

（4）地下变电站。

地下变电站与地铁最好相互结合，同时为了不影响环境，地上应为绿化或者市政设施。

以上海110kV耀华地下变电站为例，站区用地面积为5115m2,带征地面积990 m2，建筑占地面积：1575 m2，总建筑面积4604 m2，其中，地下一层建筑面积：1227 m2，地下二层建筑面积：1512 m2，地下三层建筑面积：1575 m2，地面部分建筑面积：290 m2。

绿化面积：1535 m2，绿化率30%，地面建筑高度：5.0m，建筑密度：30.8%。

地下变电站的缺点是不利于设备维修以及运输。

（5）地铁变电站选址尽量放在地铁车辆段或停车场，这样既可以更有效的利用地铁车辆或停车场段的占地，又可以节省市政用地。

1.3 节约基础设施建设成本的需要沈阳市11条地铁线路的建设预计将于2050年完工，建设周期较长。

如果每条线路在建设时才开始考虑供电设施的问题，将会导致设施的重复建设和设施利用率低的情况发生，不仅占用大量的土地资源，也会造成资金上的浪费。

在地铁线网建设初期就应该开展全局的供电规划，可以从分利用线路纵横交错的特点，结合线路交叉点建设供电设施，提高设施利用率，节约基础设施建设成本。

2 地铁变电站布局变电站布局原则：重共享，尽量位于线路交叉点附近，未来沈阳将建设11条地铁线路，将会出现多个交叉点，在土地规划范围允许内，尽量将地铁变电站规划到交叉点处，使多条线路能共享。

保安全，经计算，各个变电站的供电半径应该控制在20-25km之内。

这样既能保证安全供电，还可以在一个变电站检修或者故障是另一端变电站承带负荷。

式中：——————负荷视在功率，KVA；SiΦ——————负荷的功率因数角；——————线路终端线电压，KV；Un——————线路的每相电阻，Ω；RiXi——————线路的每相电抗，Ω。

由于公用电网允许的电压降为5%，经计算，得出地铁主变合理供电半径为20～25km。

依时序，沈阳市近期要规划建设的地铁线路是1号线、2号线、4号线、10号线和9号线，远期规划建设的地铁线路为3号线、5号线、6号线、7号线、8号线和11号线。

既要保证近期建设线路供电，同时又要兼顾远期的电源规划，要保证电源规划合理，布局合理。

近电源，要选择靠近电源的位置进行地铁变电站的布局，合理选者导线形式，在城中多为电缆形式，合理选择进线路径，尽量选者最短路径，节省开支。

图4 布局规划示意图3 工程举例本文将对沈阳市地铁变电站选址工作进行简要分析。

沈阳是2050年之前建设11条地铁线路，现已投运的为1号线，2号线也在试运行。

截止2018年，地铁线网近期建设线路建成通车之前，全市应规划形成66kV地铁供电变电站10座，其中现状为3座，7座新建。

至2050年，地铁线网全部线路建成通车之前，全市应规划形成66kV地铁供电变电站15座。

由于地铁变电站建设周期较长，仅以沈阳市城市总体规划中确定220kV变电站布局来分析地铁变电站的电源情况，所有变电站在5公里左右均有2个以上的电源可以为其供电。

从安全性考虑，近远期规划的15座变电站为地铁沿线供电长度均小于25km，其中7座变电站供电供电长度在20～25km之间，7座变电站供电长度在20公里左右，现状的重工变为地铁沿线供电长度为15公里，所以变电站的布局能够保证地铁线网的安全可靠的运行的需要。

经济性评价，规划形成的所有变电站中，4座变电站被三条线路共享，9座北两条线路共享，仅有2座为一条线路共享。

所有变电站的负载率都低于N-1情况下的负载率，能搞保证地铁的安全运行，另外沈阳地铁变电站平均供电长度略大于上海、广州等城市，变电站站址及设备容量利用充分，主站数量较少，有效的节约了基础设施建设成本。

表1 沈阳近期地铁规划表图5 沈阳地区地铁变电站覆盖图4 总结地铁的建设对于一些中小型城市来说还是一个全新的体验，变电站的选址以及布局在经济日益发展的今天显得尤其重要，良好的选址及布局不仅能节省土地资源，节省基础设施建设，而且能对地铁的安全运行有着良好的保障，也为城市的经济发展提供良好的运输环境。

参考文献[1] 刘振亚,智能电网知识读本, 北京：中国电力出版社,2010。

[2] 靳志方,地铁主变站电气主接线方式的探讨,2006。

[3] 侯頔,沈阳地铁线网供电规划,2011。

作者简介赵裕博，工程师，从事电力系统设计、电网规划工作。