城市轨道交通供电系统分析
摘要: 本文从城市轨道交通供电系统的功能、构成、以及系统的外部电源方案等
方面对城市轨道交通供电系统进行了简述。

在此基础上引入了城市轨道交通供电系
统中压网络的概念，中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。

轨道交
通配电作为轨道交通的重要构成部分，起着非常重要的作用。

最后提出变电所综合
自动化的重要性。

关键字: 城市轨道交通供电系统；中压网络；配电系统；变电所综合自动化
0 引言
城市轨道交通供电系统是将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称。

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。

1 城市轨道交通供电系统的主要功能
（一）、城市轨道交通电动车组运行所需电能供应；牵引用电。

（二）、城市轨道交通机电设备运转所需电能供应：风机、空调、自动扶梯、电梯、水
泵、加工设备等。

（三）、城市轨道交通通信信号设备运行所需电能供应。

（四）、城市轨道交通照明及其他生产生活用电供应。

2 城市轨道交通供电系统的组成
城市轨道交通供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和城市轨道
供电系统实现输送或变换，然后以适当的等级供给城市轨道交通各类设备。

城市城市轨道交通供电系统分为主变电所、牵引变电系统、变配电系统三部分。

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。

3 城市轨道交通供电系统外部电源方案
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。

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，一般用电范围多在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。

3.1 集中式供电
在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路是非，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，便于治理和运营。

上海、广州、南京、香港、德黑兰地铁等即为集中式供电方案。

3.2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进多路电源，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进点及备用容量。

建设中的沈阳地铁、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线等即为分散式供电方案。

3.3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，个别地段引进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。

北京
地铁一线和环线、建设中的武汉轨道交通工程、青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。

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内容。

它的设计牵扯到外部电源方案、主变电所的位置及数目、牵引变电所及降压变电所的位置与数目、牵引变电所与降压变电所的主接线等。

4 变电所综合自动化
变电所综合自动化系统是对变电所供电设备进行故障保护、运行控制、状态采集、实时测量的微机化、网络化得智能保护测控系统。

它以RTU、微机保护装置为核心，将变电所的控制、信号、测量、计费等回路纳入计算机系统，取代传统的控制、保护屏，能够降低变电所的占地面积和设备投资，提高二次系统的可靠性。

变电所运行管理的模式是无人值班，但是实现变电所无人值班的技术基础是变电所中测量、监视、保护、控制等二次设备应具有高度的安全性和可靠性，变电所综合自动化系统是实现变电所无人值班的最有效途径。

变电所综合自动化系统采用分散安装、分层结构、分布式功能配置既能满足上述要求又当前自动化发展潮流的体系结构，面对变电所通盘考虑，集继电保护功能、自动控制功能、测量表计功能、接口功能及系统管理功能，完成对变电所的自动化管理。

4.1变电所综合自动化特征
（1）功能自动化
变电所综合自动化系统是一个技术密集、多种专业技术相互交叉、相互配合的系统。

他综合了变电所内一次设备和交、直流电源及全部二次设备。

（2）分级、分布式、微机化的系统结构
综合自动化系统内各子系统和各功能模块由不同配置的单片机或微型计算机组成，采用分布式结构，通过网络、总线将微机保护、数据采集、控制等连接起来，构成一个自动化系统可以有十几个甚至几十个微处理器同时并行工作，实现各种功能。

（3）测量显示数字化
常规指针式仪表完全被显示器上的数字显示代替。

（4）操作监视屏幕化
（5）运行管理智能化
智能化不仅实现许多自动化的功能，更重要的是能实现故障分析和故障恢复智能
化，而且能实现自动化系统本身的故障自诊断、自锁闭和恢复等功能。

这对于提高变电所的运行管理水平和安全可靠性是非常重要的，也是常规的二次系统所无法实现的。

常规的二次设备只能监视一次设备，而本身的故障必须靠维护人员去检查，本身不具备自我诊断能力。

4.2变电所综合自动化系统的组成
（1）站级管理层
站级管理层设备主要包括计算机控制设备、通信处理设备、印象报警设备等，在通信处理设备上设置与控制中心的接口、管理维护计算机接口。

站级管理层协调间隔层设备完成所有自动化功能。

（2）网络通信层
所有通信网络采用现场总线或以太网方式，通过组网完成所有数字化信息传输。

（3）间隔设备层
间隔层采用保护测控一体化设备，这不仅减少了保护与监控之间的接口，减少了故障点，而且系统集成度高，可靠性随之增加。

同时保护测控一体化设备简化了与一次设备之间的接口，实现了数据信息共享，减少了硬件重复配置。

间隔层设备通过与一次开关设备、TV/TA设备接口，完成对所内供电设备的控制、监视、测量及保护功能。

间隔层设备由站级管理层设备管理，并通过所内通信网络实现所内集中监控、数据集中处理及远程通信功能。

4.3变电所综合自动化系统的优越性
（1）提高供电质量，提高电压合格率
（2）提高变电所的安全、可靠运行水平
（3）提高电力系统的运行、管理水平
（4）减少变电所占地面积，降低造价，减少总投资
（5）减少维护工作量，减少值班员劳动，实现减员增效
5 结论与展望
目前城市轨道交通问题的供电问题经过数十年的建设与经营，已经基本解决了可靠性的问题。

目前突出的问题是怎样根据城市轨道交通网络的总体规划和建设进度，对城市轨道交通网络的供电系统做网络化规划，打破既有线路供电系统各自为政的局面，充分利用轨道交通供电网现有和建设中的资源，以从系统的角度降低重复建设成本，使城市轨道交通更加健康有序的发展。

参考文献:
[1]宋奇吼,李学武, 张云太《城市交通轨道供电》.中国铁道出版社,2009
[2]刁新宏,李明华《城市轨道交通概论》.中国铁道出版社,2010
[3]柳明宇,毛克胜,李希岐.《牵引供电综合自动化技术》.西南交通大学出版社,2007
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