王弼宁
（常州地铁设备部，江苏 常州 213000）
【摘要】本文针对我国目前地铁供电系统所采用的外部电源供电方式，从供电质量、供电可靠性、运营管理以及工程投资等几个方面进行了分析和比较，并得出集中供电方式优于分散供电方式的结论。
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关键词 地铁；外部电源；集中供电
外部电源供电方式是地铁供电系统设计中的重要组成部分之一，不仅关系着城市电网与地铁系统接口时的难易；而且城市电网质量也影响着地铁以后的费用投资、运营维护、可靠性等各个方面。所以，正确选择外部电源供电方式对于地铁建设和运营都是非常重要的。目前国内地铁采用的供电方式主要有三种类型：集中供电方式、分散供电方式和混合供电方式。
1 各种外部电源供电方式的定义
1.1 集中供电方式
集中供电就是在地铁沿线根据用电需求设有若干座专为地铁供电的变电所，即主变电所；每座主变电所由城市电网提供两路电源，再由主变电所集中对地铁牵引、动力系统负荷供电（如图1所示）。一般地铁建设的主变电所数量较少，供电负荷较大，而且馈出供电距离较远，因此不仅要求主变电所具有大容量的变压器、大容量的传输系统，而且必须接入电压等级较高的电源。如苏州地铁1号线采用的就是集中供电方式，进线电压为110kV，馈线传输电压为35kV，动力配电传输电压为10kV。
1.2 分散供电方式
分散供电方式是在地铁沿线根据负荷情况建造若干座开闭所，每座开闭所由城市电网提供两路电源，由开闭所对本所和相邻变电所的牵引、动力系统供电（如图2所示）。开闭所就是将城市电源与牵引降压混合变电所合建在一起。其中：由开闭所馈向混合所的为馈出线，由混合所馈向开闭所的为联络线，用于开闭所之间的联络。当一座开闭所故障时，相邻开闭所通过联络线对其进行供电。开闭所与相邻变电所电压等级相同，由于地铁沿线开闭所数量较多，一般采用10kV电压等级。如北京城市铁路（13号线）采用的就是分散供电的方式，电压等级为10kV。
1.3 混合供电方式
混合供电是根据城市电网情况，地铁供电系统的部分区段采用集中供电，部分区段采用分散供电的方式。但是该方式结构复杂，设备选型烦琐，并且外电源网压不同，难以调度，不便管理，所以一般不被采用。因此，可供地铁选择的外部电源供电方式只是集中供电和分散供电这两种方式。
2 集中和分散两种供电方式的比较
2.1 供电质量的比较
集中供电的外电源引自城市高压电网（如110kV），电压等级高，系统短路容量大，抗干扰能力强，输电容量大，电网电压波动小；另外，主变电所一般设有载调压装置，因此35kV馈线侧电压相对稳定，供电质量很高。
分散供电方式的外电源引自城市10kV电网，一般由距离地铁线路较近的地方变电站引入，所以输电线路较短，线路损耗较少。但是由于10kV电压等级较低，用户较多，所以系统网压波动较大。国家电力法规定：对10kV及以上等级的用户，其供电末端电压不能超过7%。资料表明，对于大型城市，尤其一些工业城市，部分城市的电网末端电压基本接近于7%的指标。
因此，如果采用分散供电的方式，应采取相应的技术措施如增大变压器容量以提高过载能力；或增加有载调压装置减少系统电压波动对地铁供电系统的影响。
2.2 供电可靠性的比较
集中供电方式的主变电所进线电压等级较高，电气设备绝缘等级也相应提高，设备一般都比较先进（如许多城市采用了GI开关柜）；另外，继电保护配置也较高，线路故障率相对较低；同时，主变电所与城市电网接口较少，地铁内部构成一个小型电网，城市其它负荷对地铁供电系统干扰少。因此，采用集中供电方式时地铁供电系统可靠性比较高。无论一路电源或主变压器故障，都不会影响地铁供电系统的正常运行。即使在极端故障情况下，如一座主变电所全所解列时，通过闭合联络开关，仍可以由另一座主变电所向全线的地铁变电所供电。
采用分散供电方式时，开闭所从城市电网的不同变电站引入两路独立电源，此方式理论上讲是比较可靠的。但由于城市电网10kV系统接入用户较多，各种用户所带负荷不同，产生的影响也就不同（如电压畸变与电压波动等），而且10kV系统处于城市电网继电保护的中、末端，因此地铁供电系统的运行难免会受到其它用户的干扰。另外就地铁供电系统本身而言，由于10kV系统供电容量有限，当一座开闭所完全解列时，相邻开闭所供电能力有限，这对地铁系统的稳定运行肯定会带来一定的影响。
2.3 地铁牵引系统对城市电网的影响
电力牵引系统对城市电网的影响主要表现在谐波影响和网压波动两个方面。比如铁路交流牵引系统产生的谐波含量就比较高，谐波治理是铁路供电部门研究的重要课题之一。
我国地铁牵引系统均为直流牵引，只是采用电压等级的不同。目前许多城市采用等效24脉波整流装置，如苏州地铁1号线、2号线，南京地铁1号线、2号线以及广州、北京等项目，采用的就是该整流方式。部分城市为了节省资金，采用了12脉波的整流方式，如上海轨道交通3号线一期工程。但上海轨道交通3号线一期工程也有个别变电所使用24脉波整流机组挂网运行。
由谐波理论可知，整流机组的脉波数越高，产生的低次谐波就越少。因此，无论采用集中供电方式还是分散供电方式，地铁直流牵引系统注入城市电网的谐波含量都非常低，对城市电网影响非常小。但两种方式相比较，采用集中供电方式时，高次谐波经过多级变电所变换、分流以后，注入城市电网的谐波含量将会更少。
在网压波动方面，由于地铁牵引系统是一个剧烈变化的移动负荷，电源电压将会受到很大的影响。采用集中供电方式时，地铁供电系统是一个相对独立的小型电网，牵引负荷产生的电压波动和闪变在地铁供电系统内部经过两级变压器的转换，使其逐渐变得平衡，对城市电网其它用户的影响相对要少得多。
采用分散供电方式时，地铁牵引变电所直接接入城市10kV电网，牵引负荷产生的网压波动经过一级变压器转换后就会波及到与地铁接入同一供电系统的其它用户，如果该变压器容量较小，那么产生的影响就会更明显。
2.4 运营管理的比较
集中供电方式与分散供电方式相比较，采用集中供电方式的地铁系统与城市电网的接口非常少。比如苏州地铁1号线一期工程全长26.1km，采用了集中供电方式，与城市电网只有2座变电所即4路电源接口；而北京城市铁路（13号线）长度为40.85km，采用了分散供电方式，共设8座开闭所，与城市电网接口为16路电源。
如果发生故障需要改变运行方式，当采用集中供电方式时，地铁内部可以自己调整，操作方便，易于调度，工作效率较高。而采用分散供电方式时，由于接口较多，关系复杂，需要城市供电局与地铁调度协调配合，才能改变其运行方式，工作效率明显降低。另外，开闭所进线开关与母联开关作为城市电网的馈线，受着供电局的管理与制约，地铁内部操作起来非常不便。
集中供电方式与分散供电方式相比较，除了接口较少，另外还有一些明显的优点，如供电局与地铁产权划分明确，计费方便，维修简单等。
2.5 工程投资比较
资金也是地铁建设重点考虑的问题。根据上述分析，无疑采用集中供电的方式需要的投资多，因为电压等级提高，设备容量、绝缘等级、建筑面积等相对要求较高。而采用分散供电的方式，电源变电所与牵引变电所合建，并且电压等级较低，设备要求也相对简单一些，投资也肯定会较少。
3 结论
本文针对目前我国地铁所采用的外部电源供电方式，即集中供电方式与分散供电方式，从多个方面进行了综合比较，可得出如下结论：集中供电方式优于分散供电方式，尤其对于规划构筑地铁网络的大型城市，其优点更为突出。当然，究竟采用何种供电方式，还应该结合城市特点、城市电网稳定程度、电网发展规划以及城市发展趋势等诸多方面进行综合分析与比较确定最佳方案。
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参考文献
［1］郑瞳炽,张明锐.城市轨道交通牵引供电系统[M].北京:中国铁道出版社,2000.
［2］张明锐.上海市轨道交通供电系统现状分析[J].城市轨道交通研究,2004,2.
［责任编辑：杨玉洁］