城市轨道交通供电系统设计方法

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摘要:随着社会的进步和经济的迅猛增长，城市交通建设也随之快速发展起来。城市轨道交通作为新型便捷的交通工具，已日益发展成为城市交通的重要组成部分。轨道交通供电系统作为维持轨道交通运行的关键环节，理应受到更多的重视与关注。在各个城市的交通系统中，轨道交通的快速、便捷、投资省等多方面优势使得其发展迅速，对于提高人们的生活水平发挥了重要的作用。对城市轨道交通供电系统的设计方法进行了探讨与研究，为优化轨道交通的建设与发展提供参考。

关键词:城市轨道交通;供电系统;设计方法

引言

在经济科技水平迅速发展与进步的今天，人们的生活水平也在不断提高，对交通的需求越来越大，城市轨道交通的出现和发展无疑是缓解城市交通紧张状况的关键。城市轨道交通对于人们的生活有着重要的意义与作用，需要相关人员重视它的建设与发展。本文对城市轨道交通供电系统的设计方法进行了简要分析与探讨，通过对以往轨道交通系统设计经验的总结，以及对设计要求与规范的理解，进一步探讨轨道交通设计的基础内容以及相关条件和要求。

1城市轨道交通发展以及供电系统设计概况

1．1城市轨道交通发展的现状

随着社会的进步与发展，对交通的需求越来越大，为了更好地解决交通不便的问题，一些城市正在大力发展城市轨道交通建设。城市轨道交通是缓解城市公共交通压力的关键环节，尤其其自身的独有优势，不仅具有节能、便捷、环保、安全以及运输能力强的优点，而且符合环保出行和可持续发展的战略要求，因此十分适用于现今城市的发展需求。我国的城市轨道交通建设已迎来了发展的黄金时期，目前有大约30多个城市正在规划或者已经实施了轨道交通的建设工作。尤其是北京、上海等发展比较快的城市，都在大力发展城市轨道交通建设。城市轨道交通具有较多的种类，按其用途的差异可分为多种类别。我国城市轨道交通建设的特点是多城市同步展开，发展势头较猛，且轨道交通更加多元化，如上海、大连、天津等多个城市已经构建了轻轨交通系统。截至2014年，中国大陆已经建成并通车运行的城市轨道交通线路合计超过1700km。根据规划，到2020年，全国将有近50个大中城市拥有城市轨道交通，总里程超过7000km，更多的现代化大都市将不断地加入到城市轨道建设中来。

1．2城市轨道交通供电系统简介

供电系统是城市轨道交通的基础，同时也是较为关键的环节，因此在轨道交通建设的前期要给予足够的重视。随着我国城市轨道交通建设的繁荣与发展，相关的设计水平与施工技术也得到了较快的发展，供电系统的设计方案与理论以及相关的处理软件工具也更加科学合理，在轨道交通设计过程中起到了较好的促进作用。然而目前的许多方法大多只适合轨道交通供电系统的初始规划设计以及方案设计过程中。通过对城市轨道交通工程建设前期准备的探索以及相关供电系统设计等内容的深入研究，并结合轨道交通供电系统的分析，对供电系统设计方法有了更多的了解与深入的归纳，从而构建了一套科学合理的设计方法，能够较好地完成现今轨道交通供电系统设计的前期准备以及相关设计工作。

2城市轨道交通供电系统设计前的准备工作

2．1轨道交通供电系统设计的基本任务

轨道交通设计的前期，也就是轨道交通建议书编制以及工程可行性研究报告编制的过程中，最主要的目标是项目立项的实施可行性与必要性的研究。在轨道交通设计以及建设期间，供电系统的设计与实施是整个轨道交通建设的一部分，供电系统设计的最初目标是针对整体轨道交通的电负荷需求进行估计预算工作，然后结合具体技术方法以及经济这两个方面找到科学合理且切实可行的电源方案以及系统设计方案，使其作为供电系统设计的根本依据，并能够将供电系统中的子项目工程预算大致推算出来。在轨道交通建设的前期阶段，供电系统的设计方案可以大致分为以下几种类型:一是外部电源与变电站的设计方案;二是中压网站的电压等级以及主线方案;三是牵引供电制式和牵引网的根本形式;四是全线降压变电所以及牵引变电所的设置方案。从目前的轨道交通发展状况来看，根据供电系统的不同环节进行分项评估和预算，在整个工程可行性研究阶段，不需要将全部的工程量清单都列出来，主要任务是将变电工程、电缆工程以及牵引变电所工程相应的工程量清单列出即可。

2．2轨道交通供电系统涉及的前期设计条件

在城市轨道交通供电系统设计的初始阶段，供电系统设计团队需要收集和具备大量的资料与资源，例如交通线路资料以及城市车辆资料等，这些资料能够更好地帮助供电系统设计工作的展开，为接下来的设计工作提供科学合理的依据。如果出现一些较为特殊的状况，例如某些重要的专业资料不能够获取到，供电系统设计人员可以将与之相似的工程资料作为参照。在验算过程中，参与这个环节的设计人员借助用电负荷以及电压水平进行验算。

2．3估算用电负荷

城市轨道交通用电负荷大致的构成内容包括车辆牵引负荷、系统负荷以及控制中心等。其中的列车牵引负荷在很大程度上与列车型号以及供电系统设计的承载运输量有关。结合相关情况来看，商业通信、BAS、AFC以及信号综合监控等方面均是对用电负荷造成一定影响的因素。从现有的城市轨道交通设计方案研究与设计经验总结来看，轨道交通的两个车站之间的距离大多在1～2km的范围内，部分区域较大的郊区站与站之间的间隔可扩大到2～3km，从总体上来讲，轨道交通对电力的要求较为平稳。

3城市轨道交通供电系统的设计方法研究

3．1供电系统中外部电源以及主变电所的设计

城市轨道交通的运行需要较为强大的电源作为支撑，在正常情况下用电负荷大多是一级负荷。一般运量较大的轨道交通所需的电功率以及与之对应的用电负荷需求很少被我们关注，因此大多没有被划分到城市用电的整体计划中。现今供电系统所遇到的最大难题，便是怎样借助技术经济规划好电源设计方案，然后从集中供电或者分散供电两种方式中选择一个较为科学合理的方式，或者将两种方式相结合进行设计。城市轨道交通在进行主变电站设计的过程中，需要依据两方面的内容:首先，要把城市轨道的中心点当作基点，再沿线路进行延伸，使得轨道交通线网电源资源能够得到一定的共享。其次，是主变电站的供电范围，每个主变电站之间的距离在大运量的线路要＜15km，中运量应该＜20km，小运量应该在25km以内。

3．2直流牵引供电系统的设计方法

在轨道交通供电系统设计中，设计人员要能够对供电系统有全面的把握，如牵引供电制式设置方案以及牵引变电所设置方案等。根据GB50157—2013《地铁设计规范》、GB/T3317—2006《电力机车通用技术条件》等的有关规定，直流牵引供电变电式分为DC750V以及DC1500V两种，其中后者在经济以及技术方面都占有较大的优势。因此，在城市轨道交通建设中提倡选择DC1500V供电制式。结合我国的现状来看，直流牵引供电系统大致包括了牵引网供电以及走行轨回流方式，而牵引网又分为架空接触网和接触网两种。地面和高架线路方面主要分为柔性架空接触网和接触网两种。在设计时，应当根据行车专业所提供的最大运输能力来确定牵引变电所的设置方案和整流机组容量。供电系统设计人员要能够按照轨道交通所负担的运输量，来具体设计牵引变电所方案与整流机组容量。

3．3中压网络的设计

在进行城市轨道交通供电系统设计的过程中，对直流牵引供电系统电压水平的计算，设计人员要能够根据列车运行图展开合理的运算，从而构建出等效线路模型，该环节需要专业间的配合才能更好地进行。在开始的分析过程中，设计人员要通过基础的公式展开验算工作，对牵引网的电压水平以及钢轨电位进行估测预算，以便于对接下来的设计进行判断，并满足相关规范要求。在最初的分析研究过程中，供电网系统设计要能够充分地将中压网络的电压等级以及主接线两者进行划分。

4结语

城市轨道交通对于城市的发展和建设有着重要的意义，也是推动社会进步发展，提高人们生活水平的重要内容。轨道交通供电系统作为城市轨道交通建设的关键环节，需要有完整的、系统的、科学合理且能够满足建设需求的供电系统设计方案作为支撑。因此，需要对城市轨道交通供电系统的设计方法给予更多的重视与研究，为优化城市的交通系统做好准备，以更好地推动城市轨道交通的建设与发展。

参考文献:

［1］王小峰．城市轨道交通供电系统的设计方法［J］．电气化铁道，2010(4):42－46．

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［4］陈琳，王黎，李宗昉，等．城市轨道交通牵引供电系统的主接线设计［J］．电气化铁道，2012(3):45－47，50．

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作者：吴凡 单位：厦门轨道交通集团有限公司