北京新建地鐵供電方式分析比較

史華偉 楊艷婷

（1.北京城建設計發展集團股份有限公司，100037，北京；2.中國計量大學材料學院，300018，杭州∥第一作者，工程師）

北京新建地鐵列車多采用A型車8輛編組，在增加運能的同時必然將加大電動列車牽引用電負荷。因此需對北京地鐵外部電源方案進行梳理和研究，提出與新的地鐵運營條件更為適應的用電需求，以得出更適合北京2020線網的中壓網絡供電電壓等級。

目前，我國現行中壓網絡標準電壓等級為：66 kV、35 kV、20 kV、10 kV、6 kV 及 3 kV。其中 20 kV電壓等級可根據用戶要求進行選用。

1 地鐵供電系統與線路走向、負荷分布的關系

地鐵工程供電系統中壓網絡電壓等級的選擇應結合線路走向和全線負荷分布情況確定。地鐵作為城市電網的特殊用戶和用電大戶，有其自身的負荷分布特點：①用電范圍較長，一般多在10～40 km之間，且各條線路的走向呈發散型，用電負荷沿線路分布，主變電所或電源開閉所需要送電的距離較遠。②全線的用電負荷較大，地鐵線路全線負荷為牽引負荷和動力照明負荷。牽引負荷與線路的運量有關，一般呈線路中間大、兩端小的特點；動力照明負荷與車站的建筑形式（地下結構或地面結構）和規模大小有關。北京在建的幾條地鐵線路中，一般設置降壓變電所的車站變壓器裝機容量均在1 600 kVA左右，設置牽引降壓混合變電所的車站變壓器裝機容量在5 600 kVA左右。

基于上述地鐵供電系統的負荷分布特點，中壓網絡電壓應選用輸送能力較強、供電距離較遠的電壓等級。因35 kV或20 kV的負荷距比10 kV長，即在相同用電負荷下前者供電距大于后者。故對于同1條地鐵線路，在相同供電距和相同用電負荷下，若采用分散式供電方式，中壓網絡供電電壓等級采用35 kV或20 kV比采用10 kV時引入的外部電源點少；若采用集中式供電方式，中壓網絡供電電壓等級采用35 kV或20 kV比采用10 kV時需要的主變電所數量少，且主變電所饋出回路數量也相對較少。

因此，若僅考慮地鐵供電系統負荷分布的特點，結合各中壓網絡電壓等級的供電能力選擇地鐵中壓網絡電壓的等級的話，從技術性和經濟性兩個方面比較，較高電壓等級（35 kV或20 kV）的供電能力均優于較低電壓等級（10 kV）。

2 計算分析

北京新建地鐵大部分采用8A編組，設計車速也由原先的80 km/h提高到100～120 km/h，同時，列車遠景高峰對數也將相應增加。以北京某新建地鐵為例，現對以下兩種供電方式進行比較分析。

（1）分散式供電。首先輸入客流預測、負荷提資及車輛資料，通過直流牽引仿真計算及中壓網絡供電的潮流計算，當全線設置20座車站，且平均站間距為2.43 km的情況下，需設置16個開閉所分別從城市電網引入電源為地鐵供電，如表1所示。此時幾乎全部車站均為牽引所，并且在此基礎上還需增加區間牽引變電所，這無疑大大增加了開閉所和城市電源的接口及復雜程度。

表1 地鐵分散式供電開閉所設置及容量需求

（2）集中式供電。共需設置4個供電分區。其中，供電分區1包括車站1、車站2、區間牽引變電所1、區間牽引變電所2及車輛段。供電分區2包括車站 3、車站 4、車站 5、車站 6、車站 7、車站 8、區間牽引變電所3及車站9。供電分區3包括車站10、車站11、車站 12、車站 13、車站 14、區間牽引變電所 4、車站15及車站16。供電分區4包括車站17、車站18、車站19、車站20及停車場。

通過對以上兩個供電方式比較得知，當采用中壓網絡供電電壓等級為10 kV的分散式供電時，共需設置16座開閉所，且1個開閉所僅能為1～2個車站供電，這樣導致全線開閉所較多，需引入的外電源較多，不利于工程的實施。

當采用中壓網絡供電電壓等級為35 kV的集中式供電時，該新建線路一般僅需設置3座110/35 kV主變電所（若考慮資源共享，實際所需主變電所數量將更少），此時可將主變電所和車輛段或者停車場合建。另外亦可選用地下主變電所（上海地鐵地下主變電所已經運行多年）。這樣需引入的外部電源點比電壓等級10 kV的分散式供電要少得多，更有利于工程的實施。

基于目前北京市地鐵大運量、高速度的發展特點，顯然采用集中式供電（中壓供電電壓等級為35 kV）更為合理。

3 集中式供電與分散式供電經濟性比較

表2為集中式供電與分散式供電的經濟性比較。由表2可知，集中式供電總體上更為經濟、更具優勢。

表2 集中式供電與分散式供電的經濟性比較

4 結論

對于地鐵供電系統而言，中壓網絡供電電壓等級的選擇與多方面因素密切相關。在電壓等級的選擇上，須綜合外部電源條件、地鐵線路規劃、全線負荷大小及分布情況、中壓網絡接線構成方式、線路運營管理模式以及與已建線路的關系等諸多因素進行考慮。

（1）從技術和經濟角度出發，根據線路長度、沿線的電源分布以及負荷分布情況選擇35 kV或者20 kV作為中壓供電網絡的電壓等級。

（2）基于地鐵工程的負荷特點及供電能力，建議北京新建地鐵采用集中式供電方式。

［1］ 于松偉，楊興山，韓連祥，等.城市軌道交通供電系統設計原理與應用［M］.成都：西南交通大學出版社，2008.

［2］ 黃德勝，張巍.地下鐵道供電［M］.北京：中國電力出版社，2009.

［3］ 黃四昌，郭逸凡.大眾捷運車站供電可用度及可靠度分析［J］.都市快軌交通，2016（1）：63.