基于100%低地板現代有軌電車的城市軌道交通供電系統設計

李虎+崔磊+黃德敏

摘要：城市軌道交通供電系統是現代有軌電車工程中重要的機電設備系統之一，它擔負著為電動列車和各種運營設備提供電能的重要任務，也是城市電網的用電大戶。現代有軌電車供電系統的可靠性與安全性，直接影響到城軌交通的安全運營與服務水平；現代有軌電車供電方案的科學性及設備選型的合理性，也直接影響到現代有軌電車的節能效果。

關鍵詞：現代有軌電車；供電系統；電車節能

中圖分類號：U482 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）01-0123-02

1 基本組成部分

有軌電車工程供電系統包括外部電源進線、中壓供電網絡、牽引供電系統、動力照明供電系統、電力監控系統、雜散電流防護系統等部分。牽引供電系統包括牽引變電所與牽引網，動力照明供電系統包括降壓變電所與動力照明配電系統。

2 供電系統的功能

2.1 接受并分配電能功能

通過10kV外部電源進線將地方電源直接供給工程變電所，保證有軌電車的牽引及動力照明用電。

2.2 降壓整流及傳輸直流電能的功能

接受外部電源進線傳輸來的交流電能，在牽引變電所內經降壓整流后，向沿線的牽引網系統供電，有軌電車沿線安裝的牽引網系統，接受由牽引變電所降壓整流后的直流電能，同時不間斷地供給列車電能，以保證電車安全、可靠、快速地運行。

2.3 降壓變配電功能

降壓變電所將進線電源降壓后變成低壓380/220V電源，再經低壓配電系統供給車站、區間的動力照明設備使用，以保證車站設備和照明系統的正常運行。

2.4 對供電設備實施電力監控的功能

在電力調度中心，通過電力監控系統的中心控制站、通道、被控站，對整個有軌電車供電系統的牽引降壓混合變電所、牽引網等供電設施的運行狀態進行實時監視、控制、數據采集及處理，實現供電設備的自動化調度管理，保證設備的正常運行。

2.5 對雜散電流進行防護的功能

通過對有軌電車回流系統采取必要的絕緣、設置雜散電流收集網及建立雜散電流監測系統等措施，保護有軌電車結構和沿線金屬管線，使之不受雜散電流的腐蝕。

3 主要技術標準與設計原則

3.1 主要技術標準

3.1.1 供電系統外部電源。供電方式采用分散式供電方式，每座開閉所引入1路中壓環網電源。

3.1.2 電壓損失。在任何運行方式下，中壓供電網絡每一供電分區的電壓損失不得大于系統電壓的5%。

3.1.3 網壓及其范圍。列車的牽引供電采用直流750V的架空接觸網授流方式。牽引網電壓的波動范圍為500～900V。

3.1.4 過負荷。有軌電車整流機組的負荷特性應符合GB/T 3859.1中的Ⅵ類負荷標準。

3.1.5 整流機組。采用集中供電時，牽引變電所內設置1套12脈波的整流機組；采用分散供電時，牽引變電所內設置1套24脈波的整流機組，從而避免對城市電網的干擾。

3.1.6 泄露電阻。鋼軌對道床的泄漏電阻不小于15Ω/km。

3.1.7 接線方式。低壓配電采用三相四線制，接地形式采用TN-S系統。

3.1.8 接地系統。區間車站雨篷采用防雷接地、強弱電系統接地為一體的共用接地系統。

3.2 主要設計原則

供電系統規模及主要設施的數量和位置按滿足遠期運行高峰時段的用電負荷要求設計。供電系統采用電源開閉所形式供電，每座電源開閉所引入1路中壓電源，中壓環網設置聯絡開關。牽引變電所的分布除了保證牽引供電的可靠性外，還應結合車輛功率、行車組織、線路條件綜合考慮，充分利用好變電所的供電能力，以避免投資的浪費。為保證旅客的安全，每個車站設一套軌道電位限制裝置。雜散電流防護設計應按照“以堵為主，以排為輔，堵排結合，加強監測”的原則設計。

4 外部電源供電方案

目前國內外城市電網對軌道交通的供電方式一般可歸納為三種類型：集中供電方式、分散供電方式和混合供電方式。外部電源供電方案的選擇應結合城市電網、電源路徑、電網規劃等多方面因素綜合考慮。

國內外有軌電車的供電電壓制式均為DC750V，一般均采用10kV中壓環網電源。當有軌電車規劃線路長度大于12km，并且沿線10kV城市電源較少時，可以考慮采用集中供電方式。

5 牽引供電系統

（以10kV中壓環網為例）正線典型電源牽引變電所10kV母線采用單母線不分段接線方式，從地區變電所引入1路AC10kV電源，并設2路出線分別接至相鄰兩個方向的變電所。正線典型牽引變電所10kV母線采用單母線不分段接線方式，從其中一座相鄰所引入1路AC10kV電源，并設1路出線至下一相鄰所電。

車輛段牽引變電所10kV母線采用單母線分段接線方式，每段母線設一路地區電源進線，分別來自地區變電站的不同母線。直流正母線通過直流快速開關分別向左右兩方向的上、下行牽引網供電。

6 接觸網系統

6.1 接觸網架設范圍

接觸網架設范圍包括正線、正線間的渡線、折返線、停車線、出入段線以及車輛段內電化股道。

6.2 主要設計原則

接觸網系統應滿足本工程行車最高速度70km/h的要求，安全可靠地向車輛供電。接觸網其結構形式力求簡單、輕型，穩定性好，便于安裝。接觸網設備及零部件要技術先進、安全可靠、耐腐蝕性好，做到不維修或少維修。關鍵零件采用強度高、性能好的模鍛或精鑄金屬零件。接觸網形式應力求美觀，以減少對城市景觀的影響。

7 電力監控系統

全線設電力監控系統（SCADA），對本工程的變電所、牽引網等主要供電設施的運行狀態及雜散電流的相關參數進行實時監視、控制、數據采集及處理，實現供電設備的自動化調度管理，以確保牽引供電系統和全線的電力變配電系統安全可靠和經濟運行。endprint

8 動力照明與低壓配電

所有牽引變電所不另設所用變壓器，由降壓變電所為其提供低壓電源。降壓變電所與牽引整流站一道接入遠程監控系統。

根據用電設備的重要程度，動力照明負荷劃分為

三級：

一級負荷有車輛段及停車場內通信、信號、FAS、消防設備、應急照明、變電所所用電、接觸網報警裝置等。

二級負荷有沿線車站照明、車輛段及停車場照明、區間道岔轉轍設備、車輛段重要的檢修設備等。

三級負荷為除一、二級負荷外的其他負荷。

一級負荷由變電所提供兩路電源供電，末端切換。二、三級負荷由雙電源變電所或接在環網上的變電所提供一回低壓電源供電，距離變電所過遠的重要二級負荷提供兩回線路供電。

9 供電車間

在車輛段綜合維修基地設置供電車間，負責全線供電設施的運營管理、檢修維護和事故搶修以及材料供應等工作，保證供電系統安全可靠和不間斷地供電。

10 雜散電流腐蝕防護

雜散電流防護設計按照“以堵為主，以排為輔，堵排結合，加強監測”的原則設計，設置雜散電流防護及檢測系統，在無法設置雜散電流收集網的路段，對沿線金屬管線進行單獨防護。當雜散電流防護與安全接地發生矛盾時，優先考慮安全接地。

11 結語

有軌電車線路供電系統設計要綜合考慮城市道路現狀及規劃斷面情況、運營組織密度等因素，經過分析、比較、研究后確定。尤其是如何選擇供電方式的種類是制約現代有軌電車供電系統的重要因素，會直接影響整體工程的成本和供電能力的最優化利用，可以結合公司車輛的具體優勢，提高現代有軌電車的能量利用率和節能環保

要求。

參考文獻

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系統設計原理與應用[M].成都：西南交通大學出版

社，2008.

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作者簡介：李虎（1986—），男，河北唐山人，唐山軌道客車有限責任公司電氣工程師，研究方向：城市軌道交通供電系統設計。endprint