都市快轨交通・第２１卷第５期２００８年１０月《机电工程●城市轨道交通供电系统的设计方法李鲲鹏（广州市地下铁道设计研究院广州５１００１０）摘要在总结城市轨道交通前期研究阶段供电系统设计工作的基础上，提出相关设计的基本任务和要求；论述开展供电系统设计的基本条件，并给出一套比较完整、简单有效的设计方法。
实践证明，该方法能够满足轨道交通项目前期研究阶段供电系统设计的需要。
关键词城市轨道交通供电系统设计方法１研究背景为了解决城市内部交通堵塞问题，城市轨道交通正在我国蓬勃发展；而且北京、上海和广州等大中城市正在进行城市轨道交通线网的规划和建设。
供电系统作为轨道交通最重要的基础系统之一，在项目的前期设计阶段需要给予重点关注。
随着国内多条轨道交通线路的建成运营，供电系统的设计理论、方法及相关仿真分析设计软件也已经成熟，正在工程设计中发挥作用。
但是，这些方法主要适用于供电系统的初步设计和施工图设计阶段。
笔者有幸参与了轨道交通工程的前期研究、供电系统设计及总体设计管理和相关的专题研究工作，结合轨道交通项目前期研究阶段的特点，对供电系统的设计方法进行了归纳，形成了一套简单有效的设计方法，可以满足轨道交通前期研究阶段的设计任务需求。
本文从前期研究阶段的供电系统设计任务、设计条件、用电负荷估算、外部电源及主变电站和主要方案设计等方面系统介绍现阶段供电系统的设计方法。
２供电系统设计的基本任务轨道交通工程前期阶段（包括项目建议书编制和工可报告编制阶段）的基本任务是论证项目立项的必要性与可行性。
供电系统作为整个轨道交通工程的一个子项目，在前期阶段的基本任务是：估算轨道交通用收稿日期：２００８・０２－１５修回日期：２００８。
０５‘１３作者简介：李鲲鹏．男．硕士．从事轨道交通供电系统的设计与研究．１ｉｋｕｎｐｅｎｇ＠ｄｔｓｊｙ．ｃｏｒｎ７０ＵＲＢＡＮＲＡＰＩＤＲＡＩＬ＂Ｔ＇ＩＭＪＭ８ＩＴ电负荷需求；提出技术、经济可行的电源方案和系统方案，作为下阶段开展初步设计的基本依据；给出供电系统子项目的工程概算。
具体而言，通过供电系统的前期设计研究，供电系统应基本明确如下方案：（１）外部电源及主变电站规划方案；（２）中压网络的电压等级和主接线方案；（３）牵引供电制式和牵引网的基本形式；（４）全线降压变电所和牵引变电所设置方案。
根据供电系统的分部分项工程投资估算指标，确定供电系统的投资估算。
在工可阶段，一般不需要列出详细的工程量清单，仅需给出主变电站工程、电缆工程、牵引变电所工程、降压变电所工程、接触网工程、杂散电流防护工程的基本数量，能够基本确定供电系统项目的投资估算即可，误差控制在初步设计的１０％以内。
３供电系统的前期设计条件在前期阶段，供电系统专业需要轨道交通中的线路、行车、车辆等专业提供基础资料，作为开展系统设计的基本条件，详见表Ｉ。
在此阶段，有些专业若不能提供相关设计资料，则可以参考类似工程的相关资料。
用电负荷、电压水平等可以根据简单实用的经验公式估算，符号说明如表２所示。
４供电系统的用电负荷估算轨道交通川电负荷由列车牵引负荷、系统负荷和车站、车辆基地及控制中心等辅助设施动力照明负荷组成。
列车牵引负荷与车辆选型和系统设计运输能力相关，可以由式（１）估算。
系统负荷主要包括通信、商业通信、信号、所用电、屏蔽门、综合监控、ＢＡＳ、ＦＡＳ、ＡＦＣ、ＡＣＳ等负荷。
根据以往轨道交通的设计经验，此类负荷的用电需求相对比较稳定，每个车站平均为２８０～３２０ｋＷ［１｜。
车站等附属设施的动力照明负荷主要包括通风空调负荷、扶梯／电梯负荷、给排水和公共万方数据统设计条城市轨道交通供电系纺的设计方法，＂日ｍ雕＿∞＿——＿矗＿＿●■＿■■■■●■■■●■■■●■■■●■■■■■■■■●■●■■■■■■■●●■●●■—■■●■●■■●●■●■■●■●●■■●■●■■●—●■■■●■■—■●■●表１前期阶段供电系统设计的基本条件专业基础资料・车站站住里程及站间距线・车站规模及敷设方式（地下车站、地面车站或者高架车站）路・线路与线网中其他线路的关系（一般车站、换乘车站）・线路配线方案解・运行交路・系统设计运输能力（列车编组、高峰小时开行列车对数、列车运用车敷和列车配属车教）午・线路全日行车计划．或者近远期日运行车公里・牵引计算数据（在前期阶段可以不提供）・车辆类型（Ａ型车、Ｂ型车、Ｌ型车等）圭・供电制式（ＤＣ７５０Ｖ、ＤＣＩ５００Ｖ等）・列车编组、列车重量（ＡＷＯ、ＡＷ２）・制动能量的吸收方式（机械制动、再生制动等）钠・列车牵引功率和辅助设备用电功率・列车牵引／制动电流速度特性曲线供电・外部电源的分布状况，城市地区变电站的分布、中压网络的电压等级、允许接入容量、出线问隔、接入路径等・系统主要变电设备的电气参数，如主变压器、整流杌组、动力变压器、中压电缆等・牵引网的基本类型及电气参数，如刚性架空接触网、柔性架空接触网和钢铝复合轨等・已经运营线路和在建线路车站、车辆段和控制中心等附属设施的用电需求表２供电系统设计的符号说明眵’符号“研孵移扮“端嗍“…’”说７“嘲…常叼唧缪照≈翱擎圈“直流牵引网电压．Ｖ口列车旅行速度．ｋｍ／ｈ％钢轨单位长度泄漏电导，ｆｌ／ｋｍＲＴ钢轨单住长度纵向电阻，彤ｋｍ日高峰小时列车开行对数，ｄ／ｈＺ０Ｚｏ＝／ＲＴ／ｌ，ｔＥ钢轨特征阻抗ｎ全线列车运用车数．列ａ口＝√ＲＴ＇，住钢轨传播常数车辆吨公里用电量，ｋＷ・ＩＣｔ・ｋｍ。
与车辆本身的用口电特性、线路坡度、曲线半径、附加阻力和平均站间距等因素相关，一般在０．０６５—０．１２ｋＷ・ｈ／ｔ・ｋｍ牵引网阻抗（包括牵引网和回流钢轨），∥ｋｍ。
一般刚性架空接触网的综合阻抗为０．０２７８Ｄ，／ｋｍ，柔性架空接触网的综合阻抗为０．０３３ｌ彤ｋｍ．ＤＣＩ５００Ｖ钢铝复合轨的综合阻抗为０．０１４Ｄ．／ｌ【ｍ￡，Ⅱ钢轨电住，Ｖ△￡，一．１单边供电时牵引网最大瞬时电压损失，Ｖ，。
列车运行最大电流，Ａ△Ｕ一．２双边供电时牵引网最大瞬时电压损失。
Ｖ，。
列车平均电流．Ａｍｍ＝ＬＩｔ／Ｖ馈电区间内的列车数Ｉｔ＂电流转换系数，与列车带电运行时的电流渡形有效一’系数有关，一般取值１．１５。
１．２５工供电距离、两座牵引变电所闻距或者线路长度。
ｋｍＧ车辆质量，包括自重和乘客质量．ｔⅣ列车编组敷ｈ一年按照３６５天计，天区／设备区照明负荷等。
此类负荷与车站的类型和规模密切相关，一般地下车站的通风空调类负荷约占车站负荷的４０％一４５％。
根据车站建设规模和功能需求，确定降压变电所的设置位置、数量和变压器的安装容量。
在前期研究阶段，一般根据以往类似工程的设计和运营经验进行估算。
例如，对于６辆编组的典型地下车站，一般在车站两端设置降压变电所（２×１２５０ｋＶ）和跟随式降压变电所（２ｘ８００ｋＶ・Ａ）；对于４辆编组的典型地下车站，一般在车站重负荷端设置降压变电所（２×１２５０ｋＶ・Ａ或者２×１６００ｋＶ・Ａ）；对于高架车站，一般设置一座降压变电所（２×６３０ｋＶ・Ａ或者２ｘ８００ｋＶ・Ａ）。
１）正线牵引负荷最大平均需用功率Ｐ。
ｆＰｔ。
＝ｎｌ。
，Ｕ（ｋＷ）ｋ（等坻户㈩ｋ口ＧⅣ号・瓦１×１０３【，ａｖ－口ＧⅣ古。
瓦×３式中，全线运用列车数／７，一般由行车专业提供，也可以由式（１）进行估算；ｆ。
为线路折返时间，估计为０．１ｈ。
２）牵引负荷年需用用电量阱ＷＴ＝ａＧＰ。
Ｙｈ（ｋＷ・ｈ）（２）式中，Ｐ。
为列车的日运行里程，车公里。
３）全线动力照明负荷最大平均需用功率Ｐ。
Ｐ。
＝ＥＰ。
，。
（ｋｗ）（３）式中，Ｐ。
，。
为车站动力照明负荷的平均最大功率，地下车站、地面车站和高架车站的动力照明负荷有所不同，应该分类叠加。
此类负荷与当地的气候条件密切相关，特别是空调的设置要求，根据南方地区的运营经验，典型地下车站（６辆编组）的平均功率为９００—１２００ｋＷ。
４）全线动力照明负荷的年需用用电量睨睨＝Ｐ。
（ｔｄ＋０．Ｉｔ。
）ｙｈ（ｋＷ・ｈ）（４）式中，ｔｄ为轨道交通日运行时间（国内一般为１８．５ｈ），ｔ。
为轨道交通夜间停运时间（一般为５．５ｈ）。
夜间负荷主要是应急照明负荷和一般维修类负荷，一般为白天运营负荷的５％一１０％。
５供电系统方案设计５．１外部电源及主变电站设置方案轨道交通的用电负荷基本为一级负荷，而且用电量需求相对较大，如一条中大运量轨道交通的高峰小万方数据都市快轨交通・第２１卷第５期２００８年１０月时需用功率一般为６×１０４～１０Ｘ１０４ｋＷ。
对于一般城市而言，轨道交通的用电负荷需求，均未列入既有城市电网的用电规划；而且根据《地铁设计规范》第１４．１．１１—１２条款的要求，轨道交通的电源应为高可靠性电源。
因此，在项目的前期研究阶段，应通过技术经济比较，确定本工程的电源方案，是集中供电方式还是分散供电方式，或者是两者的结合。
若采用分散供电方式，必将挤占其他用户的电力资源，而且难以满足。
对于供电部门而言，一般要求轨道交通用电的电源直接接人城市电网的１１０ｋＶ高压配电网络，因此轨道交通供电系统一般需要设置１１０ｋＶ主变电站。
但是，随着城市轨道交通线网规划的逐步稳定和成熟，轨道交通的用电需求将会列入城市电网的规划中，分散供电或者合建１１０ｋＶ主变电站，对于节约城市土地资源和电力资源是有益的。
在前期研究阶段，规划主变电站的容量、１１０ｋＶ电缆接入路径和２２０ｋＶ变电站１１０ｋＶ的出线间隔应获得城市供电部门的初步确认，主变电站的站址和１１０ｋＶ电缆、中压电缆的出线廊道方案应获得规划部门的初步确认。
５．１．１主变电站规划设置的基本原则（１）主变电站的设置方案应从整个城市轨道交通线网的角度人手，实现轨道交通线网电源资源的共享。
主变电站宜尽量设置在线路交会车站，具备向多条线路供电的条件。
（２）一座主变电站的供电半径，大运量线路一般不超过１５ｋｍ，中运量不超过２０ｋｍ，小运量不超过２５ｋｍ。
（３）主变电站的１１０ｋＶ进线电源一般应为两路专线电源，在困难情况下为一路专线和一路Ｔ接。
（４）在任何运行状态（正常运行模式和故障运行模式）下，中压网络的电压损失不应大于额定电压的５％。
（５）主变电站设置数量和容量应满足线网可靠性的要求：当一座主变电站解列退出运行时，其余主变电站的供电能力应能够满足该线路远期一级、二级用电负荷的用电需求。
（６）在规划阶段，主变电站的用地一般控制在３０００—３５００ｍ２，同时考虑电缆廊道和设备运输通道。
５．１．２主变电站规划的技术路线外部电源及主变电站设置规划是前期阶段供电系统设计工作的重点和难点，也是开展后期设计工作的基础。
如图１所示，此阶段的工作需要与市规划部门花ＵＲＢＡＮＲＡＰＩＤ呲＂ｆｌｇｇＮ￥１Ｔ和市供电局充分协调和沟通，成果报告需要市规划部门和供电局的确认。
