成阳
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摘要：以目前主流的城市轨道交通系统为对象，对其供电系统进行了详细的介绍，并就供电系统中的关键电力技术进行了分析，确立了供电模式的评价标准。总结目前供电系统存在的潜在问题和应对方式。
关键词：城市轨道；交通供电；系统模式
引言
供电系统是城市轨道交通的重要组成部分，负责线路电能的供应和传输，关系到整个城市轨道交通运行的质量和效率。随着城市轨道交通网络的发展，对城市轨道交通供电系统可靠性提出了更高的要求，因此研究并探讨其供电系统结构及电力技术分析就具有重要的现实意义。
1.城市轨道交通供电系统的供电方式简析
1.1集中供电方式
设置专门数量不等的主变电所，即从若干个有限的集中点获取电能，城市轨道交通电力系统所有电能均通过主变电所获取。集中供电模式是目前我国轨道
交通的主要供电模式。如图 1所示，通常由独立的110kV主变电所引入两路电源。中压网络采用35kV 或10kV电缆全线贯通，中间采用环网联络开关，当一路电源退出运行时，由另一路电源支援供电。其优点是外界干扰少、供电能力强，能满足大容量用电的需求。我国许多城市，如上海、广州、南京、香港、深圳、成都地铁等均采用此种供电模式。
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目前采用该模式的主要原因: 一是国家电力资源相对紧缺，高峰时段会出现严重的电力不足，为确保系统的安全运行，必须要重新规划设计单独的供电设施设备; 二是城市轨道交通电力调度综合控制的要求很高，从控制速度和精度等方面，城市电网电力调度技术还无法满足; 三是由于城市轨道运输和电力运营隶属于不同的部门，还无法实现多部门的相互协同运行管理; 四是由于城市轨道交通供电系统对电网影响较大，因此从有限点接入有利于采取措施消除对系统电网的影响，如可以进行谐波集中治理、电能质量控制等。
1.2分散供电方式
与集中供电方式相对应的，分散供电方式不需要建设专门的主变电所，而是从附近的城市电网引出10kV电源。中压网络采用环网联络开关， 一路电源退出运行时，由相邻电源提供电能给牵引变电所和降压变电所。采用分散供电方式的优点是无需建设主变电所，牵引和降压变电所的电源全部由城市电网提供。其缺点是城市电网不仅需要为轨道交通牵引变电所和降压变电所进行电能供应，还要提供电能给附近的用户，这就导致该供电方式很容易受到附近居民用电的影响，从而降低供电的可靠性。此外，分散供电在中压环网的连接方式是采用就近原则，从附近的城市电网引入轨道交通供电系统的中压电源，平均三至五站引入两路电源，大大增加了与城市电网接口，独立性较差，容易受到城市电网负荷的影响，降低供电质量。但由于其相对便宜的成本，使得此种供电方式仍然有一定的应用市场。
1.3混合供电方式
混合供电方式即利用上述两种供电方式，以集中供电占主导地位，分散供电进行辅助。当集中供电的中压网络末端与主变电所之间的距离较远，使得末端产生较大的电压损失时，为保障供电系统的稳定运行，该电压损失必须控制在额定电压的 5%以下，例如 10kV 的中压环网，其末端电压损失不能超过 10kV 的5%，即末端电压要高于 9.5kV。如果中压电网末端的电压损失难以满足供电要求，则需要应用分散供电方式，从附近的城市电网引入中压电源。这种混合供电方式的投资较为适中，同时能够保证供电系统的稳定性与可靠性，应用较为广泛，例如我国的武汉、北京等地的轨道交通系统便采用了这种供电方式。
2.城市轨道交通供电系统供电模式评价标准
2.1安全性与可靠性
城市轨道交通供电系统的安全性与可靠性体现在以下几个方面: 一是保证不间断供电，即由两路电源供电，当一路电源发生故障时，另一路仍然能保证重要负荷的用电需求; 二是保证供电质量。电能质量的好坏直接影响设备的安全运营; 三是保证人身安全和贵重高压电气设备的安全; 四是具有一定的抗御外界环境影响，如大风、大雪、雷雨、雷电、高温的能力，确保不会出现安全问题，或尽可能缩小故障范围，减少损失; 五是不会对周围环境造成危害，如杂散电流，对城市管线、通信、高楼等损害，减少对居民生活的影响。
2.2经济性
城市轨道交通供电系统必须科学建设和运营，以获得较好的效益。主要体现在以下方面: 一是采用科学合理的结构模式，减少一次性投资，减少资金偿还压力; 二是建成后，采用合理科学的运行模式，提高效能，节约用电; 三是要有全网电力规划的概念。要结合未来整个城市的轨道交通网络，进行供电系统建设，并选择更为科学的模式。
3.城市轨道轨道交通供电系统相关技术的探讨
3.1 供电系统中谐波分析及治理
在城市轨道交通供电系统中由于存在非线性负荷，如牵引整流机组、荧光灯和UPS电源等，会产生大量的谐波，降低电能质量。供电网络中的谐波不仅会对供电线路产生附加损耗，影响系统中电气设备的正常运行，还会对通信系统产生干扰。在直流制牵引供电系统中，整流机组是产生谐波的主要原因。限制谐波的方法有增加整流装置的脉波数，加装无源或有源滤波器等措施。
3.2 供电系统中无功功率补偿
城市轨道交通中的动力照明系统中包含了大量的低压用电设备，功率因数较低。系统中功率因素過低，会使供电线路中损耗增加，导致变送配电设备发热严重；还会增加供电线路的无功电压降，导致线路末端端电压过低，甚至会导致电压和电流相位差变大，产生较为严重的谐波分量。因此应该进行无功功率补偿来提高系统的功率因因数。
3.3 供电系统继电保护技术
在城市轨道交通供电系统中，继电保护技术可以对供电的运行起到重要的保护作用，当故障发生时可以快速有效地切除故障设备或进行报警。对于交流供电部分，主要有过负荷保护和零序电流保护，分别应用于负荷过载运行和配电变压器高压侧和进线电缆单相接地故障。对于直流馈线保护，主要有大电流脱扣保护、电流上升率和电流增量保护、过流保护、双边联跳保护、接触网热过负荷保护和自动重合闸等。供电系统继电保护中可以将灵敏性和速动性较高的纵联差动保护措施作为主保护，即用通信信道将输电线两端的保护装置纵向联结，将两端的电气量传送到对端，通过比较后进行判断是否执行保护动作。
4.结语
城市轨道交通在现代城市生活中扮演着越来越重要的角色，为人们提供便利的同时也提出了如何完善城市轨道交通供电系统，如何保证供电系统高效、安全、稳定的运行等难题。由于供电系统的可靠性要求高、引入电源点多、实施工期长，使其成为轨道交通建设中优先考虑的问题，这就需要根据实际情况选择出合适的供电方式，从而保证城市轨道交通的供电安全性、稳定性。这对于城市轨道交通供电系统的改进和优化有着重要的意义，也值得人们对其展开更为深入细致的研究。
参考文献
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