城市轨道交通供电系统中压网络

城市轨道交通供电系统的中压网络研究一、供电系统的简介及中压网络的概念

1、城市轨道交通供电系统的功能

城市轨道交通供电系统，担负着运行所需的一切电能的供应与传输，是城市轨道交通安全可靠运行的重要保证。

城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运行所需要的牵引负荷，二是车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，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，有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷；有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准，而且这种要求和标准又相差甚远。城市轨道交通供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求，以使其发挥各自的功能与作用。保证电动客车畅行，安全、可靠、迅捷、舒适地运送乘客，是供电系统的根本目的。

2、供电系统的构成

根据功能的不同，对于集中式供电，城市轨道交通供电系统可分成以下几部分：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，城市轨道交通供电系统则可分成以下几部分：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，又可分成牵引变电所与牵引网系统。动力照明配电系统，又可分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，供电系统往往被划分成：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

城市轨道交通系统的外部电源方案，根据城市电网构成的不同特点，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。

(1) 确定外部电源方案的原则

城市轨道交通作为城市电网的特殊用户，一般用电围多在10km~30km之间。城市轨道交通系统的外部电源方案，主要有集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何种方式，应通过计算确定需要负荷之后，根据城市轨道交通路网规划、城市电网构成特点、工程实际情况综合分析确定。

(2) 集中式供电

在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路长短，建设专用的主变电所，这

种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。主变电所进线电压一般为

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的进线电源。集中式供电，有利于城市轨道交通供电形成独立体系，便于管理和运营。、、、香港、德黑兰地铁等即为集中式供电方案。

(3) 分散式供电

根据城市轨道交通供电的需要，在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源，构成供电系统，称为分散式供电。这种供电方式一般为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，要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。建设中的地铁、轻轨、轻轨、城铁、八通线、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，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，使供电系统更加完善和可靠。这种方式称为混合式供电。地铁一线和环线、建设中的轨道交通工程、地铁南北线工程等即为混合式供电方案。

4、中压网络概念的引入

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，横向把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来，便形成了中压网络。

根据网络功能的不同，把为牵引变电所供电的中压网络，称为牵引网络；同样，把为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。

中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。

中压网络不是供电系统中独立的子系统，但是它却是供电系统设计的核心容。它的设计牵扯到外部电源方案、主变电所的位置及数量、牵引变电所及降压变电所的位置与数量、牵引变电所与降压变电所的主接线等。

二、中压网络的电压等级

1、国家中压配电现状及发展趋向

我国现行中压配电标准电压等级有：66kV、35kV、10kV。随着城乡电气化事业的发展，只有一种10kV作为中低电压的分界，显然已不能满足城乡配电网发展要求。

我国第一个20kV一次配电的供电区，已经于1996年5月在工业园区投入运行。从前一段运行情况来看，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──低压户三级配电，可以简化电网、降低造价、减少线损、利于发展。采用20kV作为中压一次配电层，功能上可以替代35kV与10kV两个配电层，而造价上则与10kV设备差异不大。由此可见，20kV电压等级的这种特点，也适合于高密度负荷地区的城市电网。例如：早在1999年中电联供电分会发表

的“电网实施城网建设和改造的规划原则”中表明：市区电压等级按500 kV、220 kV、110 kV、10 kV (20kV)设计，其中新建开发区可选20kV电压等级。2、国城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这一电压等级，相应的开关柜等20kV 设备，也没有跟上发展。在这样的大环境下，要在城市轨道交通工程中使用20kV 电压级，是比较困难和不现实的。因而，国既有城市轨道交通的中压网络电压等级采用了35 kV(若采用国外设备则是33kV)或10 kV。地铁、天津地铁、轨道交通环线一期工程、快速轨道交通3号线的中压网络为10 kV；地铁1、2号线的牵引网络采用了33kV，动力照明网络采用了10kV；地铁明珠线的牵引网络采用了35kV，动力照明网络采用了10kV；地铁1、2号线采用了33kV的牵引动力照明混合网络；地铁南北线一期工程、地铁采用了35kV的牵引动力照明混合网络；轨道交通一期工程、轨道交通较新线工程采用了10kV的牵引动力照明混合网络。

然而，随着城乡电力消费的增长，发展城乡20kV配电网已提到议事日程上来。20kV是目前公认的具有发展前景的优选电压级。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。

近年已颁布的国家标准GB156—93中表明，20kV也是可使用的电压级。另外，已经完成送审稿的《地铁设计规》中规定：地铁中压网络的电压等级可采用35kV(33kV)、20kV、10kV。因此，在我国城乡电网及20kV设备这个大环境，已经发生变化的情况下，在城市轨道交通中压网络的电压等级选用上，也应该拓宽思路，认真比较，优化选用。换言之，不能仅局限于以往的35kV(33kV)和10kV 框框，应该认识到，20kV也是可用的，并已成为一个备选电压级。这是因为：城市轨道交通供电系统，尤其是集中式供电系统，与其他公用用户相比，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，城市轨道交通中压网络的电压等级不一定与外部电网电压等级相一致。实际上，地铁、地铁，已采用了国外的33kV设备，而我国电压等级是35kV，并非33kV。另外，象地铁、地铁采用的35kV，也是这两座城市市区电网所要取消的电压级。换言之，在城市轨道交通中压网络电压等级与外部市网电压等级的关系上，是采用35kV还是采用33kV或者20kV，其性质和概念上是一样的。

3、不同电压等级的中压网络的特点

(1) 35kV中压网络，国家标准电压级。输电容量较大、距离较长；设备来源国；设备体积较大，占用变电所面积较大，不利于减小车站体量；设备价格适中；国没有环网开关，因而不能用(相对于断路器柜)价格较便宜的环网开关，构成接线与保护简单、操作灵活的环网系统；地铁、地铁已经采用。

(2) 33kV中压网络，国际标准电压级。输电容量较大、距离较长，基本与35kV 一致；设备来源国外，不利于国产化；国外开关设备体积较小、价格较高，、地铁已经采用；国外C－GIS产品有环网单元。