摘要：地铁运营离不开电网的支持，如地铁车辆能量，车站的各个电气设备等，都要通过电网提供来源，因此，供电系统在地铁中扮演着非常重要的角色。本文主要对地铁环网供电技术应用存在的一些问题及解决措施进行分析，供同行借鉴参考。
关键词：地铁；环网供电技术；供电系统
一、地铁供电方式设计现状
地铁供电系统一般由以下两个部分构成的：①通过城市电网获得的电源；②地铁内部的供电系统，主要由主变电所、供配电系统、牵引供电系统。城市电网对地铁的供电方式有三种：集中式供电、分散供电方式、混合供电方式（即前两种供电方式的结合）等多种不同形式的供电方式。电压等级有两种模式：①110kV/35kV/10kV的三级电压供电模式；②110kv/35kv两级电压供电模式。经过技术、投资等比选后，两级电压集中供电方案逐渐占据了主导地位，成为现代城市轨道交通供电系统的主流。
二、环网供电方式
环网供电有开环和闭环两种，配电系统以开环运行的居多，理论上是开环点通过计算及设计进行选择，但实际项目中普遍选择接近环网干线的中间位置作为开环点，这么设置的原因是可以用来隔离故障点以及带负荷投切。供变电系统主要以闭环为主，发挥不间断供电优势。
三、环网供电的实施原则：
（1）设计铺设线路时保证不同线路之间的互补作用；（2）合理规划线路分段方法、分段数量、分段点选择，杜绝局部线路故障造成整个供电线路瘫痪的情况发生；（3）线路主干道进行合理分段，平均分配用电负荷和用户数量；（4）配电线路中安置自动化设备，线路出现故障时能将故障区域自动隔离，不影响其他居民正常用电；（5）在配电线分支干道上设置多层开关，隔离分支线故障，避免主干线受到故障影响；（6）及时升级配电设备以保证对整个配电网络进行远程监控。
四、地铁供电方式
（一）集中供电方式
集中供电方式是根据用电容量和地铁线路长短建设地铁专用的主变电所， 再由该主变电所向地铁中压环网系统供电的一种供电方式。
1.优点：①供电可靠性高，受外界影响较小；②主变电所采用有载调压变压器，可设置专用供电回路，供电质量好；③调度管理自由度高，在优良的调度管理体系下，能极大的发挥地铁供电系统的优质、高效、可靠供电；④检修工作相对比较独立方便；⑤涉及城市供电系统的工程量较小，相对较容易实现。
2.缺点：①投资较大；②对地铁供电系统调度管理要求较高。
（二）分散供电方式
分散供电方式只的是在地铁沿线直接从城市电网引入多路电源，由区域变电所直接对地铁降压所及牵引混合变电所供电的一种供电方式。
1.优点：①投资小；②便于城市电网统一规划和管理。
2.缺点：①供电系统受外界因素影响较多；②与城市电网接口多，调度协调和运营管理环节多，故障状态可选择的供电方式调整手段有限；③整流机组产生的高次谐波对城市电网影响较大。
（三）混合供电方式
混合供电方式既为集中供电方式和分散供电方式相结合的形式。在现阶段还存在两种不同的结合形式：①集中供电方式和分散式供电方式并列结合的形式。即一条地铁线路中，部分中压环网系统采用集中供电方式，另外部分中压环网系统采用分散供电方式。②以集中供电方式的地铁供电线中压线路变电所作为另一变电所的区域变电所取电点，建立分散供电方式系统。
五、环网供电技术在地铁供电系统中的应用
地铁供电系统作为城市电网的大客户，为一级负荷。地铁内部供电系统里的主变电所、降压变电所以及牵引变电所，均是需要获得两路电源的。就目前而言，我国的地铁供电系统普遍使用的是双环网形式的接线方式。环网供电技术不仅投资少、安全可靠，而且供电设备较为简单，操作起来较为高效、容易，变压器性能较为稳定等等，如果在地铁供电系统中将这些优势融会贯通，必定能大大确保城市地铁的安全稳定运行。
（一）环网接线
电网对供电可靠性要求一般是采用 “N-1安全准则”，即某电网中包括变压器、送电线路共有 N 个元件，其中任何一个元件发生故障后，应保证其余 N-1个元件继续安全供电，不引起对用户的停电或限电。要达到“N-1安全准则”的要求，一般要利用电网设备的容许过载能力，并使正常负荷小于电网设定的额定容量，即留有一定容量裕度，以便当邻近线路故障停运时接受转移过来的负荷，抓负起 N-1安全供电的使命。这种容量裕度应留多少？可以事先根据电网结构、结线和电力潮流来配置，此即规定设备运行率 T，假设每个环网单址取用容量大致相同，则：
式中为设备容许过载能力，变压器 K=1.30，电缆线路 K=1.0。 故开环运行的单环网电缆线路，在故障运行时因开环点闭合，一条线路承担起环网全部负荷，其：
对双电源闭环运行的单环网电缆线路， 故障时由两侧线路共同承担转移负荷，故：
为提高电缆线路的设备运行率，可另敷备用电缆线路，或采用双线单环网结线、双线双环网结线。 这样，故障时转移负荷可由备用电缆线路来承担。 故：
所以说，“N-1安全准则” 是可以通过电网结线和规定设备运行率 T来达到。
单环网供电系统，当出现故障时，人工倒闸需较长时间才能恢复供电，所以不能满足某些重要用户的供电要求。为提高供电可靠性，通常采用“双线单环”或“双线双环”的环网供电方式，对用户而言，均可获得两路电源（可同时工作、一用一备或互为备用）。“双线双环”又称为“双 T型”或“手拉手联络”环网。双 T 型结线的原理是二路平行树干式系统的改进，使二路原属简单经济的，可靠性较差的树干式系统，一变而成为可靠性较高的，可满足一级负荷供电要求的双线双环网，若采用开环运行而应具备四个电源点，每个用户拥有两路工作电源和两路备用电源，其可靠性的优点是明显的，但投资较多。
（二）地铁中压交流环网系统
通常调度方便、运行稳定的环网供电系统，应该要达到以下几个设计原则与技术条件：
（1）供电系统必须要接线方便简单、运行灵活顺畅、经济实用可靠；
（2）供电系统包括牵引供电的容量应当按照远期高峰小时负荷来设计，同时遵循路网规划的设计，预留出一定容量裕度；
（3）供电系统应当根据一级负荷的要求来设计，也就是说平时是通过两路互相备用的独立电源来供电，从而做到连续供电；
（4）同时环网供电系统的电缆载流量也应当达到最大高峰小时负荷的要求， 而且要做到当主变电所处于正常运行的状态，但是环网中的任一条电缆发生故障的时候，电缆载流量能够维持城市地铁交通的正常使用。当然此时可以不思考主变电所以及电缆同时发生故障的状况，但要思考如果其中的牵引变电所和主变电所同时发生故障的情况，要保证在这种情况下也能稳定供电，不包括三级负荷。
六、应用环网供电技术的可靠性分析
环网供电以其特有的后备线路接线模式大大增强了供电系统的稳定性。 合环操作使得停电次数变少、电力调度变得容易操作且误操作几率大大降低，此举不仅缩减了用电成本，而且还方便了维护工作的开展。同时环网供电技术能够在故障发生时，实现监控系统的自动报警，然后维护人员据此积极应对，尽可能地降低故障的影响程度，尽快地恢复故障范围的正常供电。
七、结束语
环网供电系统中的每一用电点均与两路电源连接， 形成环形网络，可提高供电可靠性，改善电压质量，减少线路损失。目前的当务之急是大力提高产品制造水平，多开发几种系列产品，使得设计选择的余地大一些，最终有利于环网技术在地铁供电系统中普及和发展。
参考文献
[1]王靖满，黄书明.城市轨道交通供电系统技术[M].上海：上海科学普及出版社，2011.
[2]崔 杰，张曹勇.地铁供电系统中的并行送电技术探讨[J].城市轨道交通研究，2010（4）.
论文作者:林晨旭
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/28
标签：供电系统论文; 地铁论文; 变电所论文; 环网论文; 方式论文; 电网论文; 故障论文; 《基层建设》2017年第24期论文;