摘要：中压网络是轨道交通供电系统中主变电所与牵引供电系统、动力照明供电系统间相互连接的重要环节。其电压等级的确定，关系到城市轨道交通供电系统的供电质量，同时也制约着主变电所位置及数量的确定。所以，中压网络方案的确定，影响到轨道交通供电系统的整体投资和运营维护等诸多方面，在研究城市轨道交通供电系统时应对中压网络方案进行分析和优化。
关键词：轨道交通；供电系统；中压网络
引言
中压网络是城市轨道交通供电系统中的重要组成部分，是维系高压变电系统与动力照明供电系统、牵引供电系统连接的唯一环节。经济合理地选择、配置中压网络，有利于优化系统供电方案，因而有必要选择一种科学而实用的计算方法，对中压网络进行潮流分析。
一、城市轨道交通供电系统简介
（一）供电系统的功能
城市轨道交通供电系统，担负着线路电力的传输以及轨道车辆运行所需的一切电能的供应，是城市轨道交通安全可靠运营的重要保证。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。从城市电网引入的电源通过中压网络的传输经牵引变电所、降压变电所输出满足需求的电能。
（二）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。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[1]。究竟采用何种供电方式，应通过计算确定需要负荷之后，根据城市轨道交通线网规划、城市电网构成特点、工程实际情况综合分析确定。目前，天津、上海、广州、南京、香港等地铁均采用集中供电方式，集中式供电方式有利于城市轨道交通供电形成独立体系，便于管理和运营。地铁珠江集运线、沈阳地铁则采用分散供电方式，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入点及备用容量。将前两种方式结合起来，一般以集中式供电为主，个别地段引入城市电网电源作为补充，这种供电方式称为混合式供电，可以使集中式供电方式更加完善和可靠。北京地铁一号线和环线、武汉城轨采用了这种供电方式。
二、城市轨道交通供电系统的中压网络
城市轨道交通中压网络是由两条以上与城市轨道交通线路平行敷设的电缆线路构成。其作用是：纵向把上级的主变电所和下级的牵引变电所、降压变电所连接起来；横向把全线的各个牵引变电所和降压变电所连接起来。由于它是供电系统内部变电所之间唯一的电能传输通道，因此每回电缆线路的容量必须满足所供分区内全部牵引负荷以及一、二级动力照明负荷的需求；在网络的接线形式、电压等级、电缆截面的选择各方面，也应根据负荷情况细致分析确定。
三、中压网络的构成及组网结构
中压网络是由两条以上与城市轨道交通线路平行敷设的电缆线路构成。其作用是：纵向把上级的主变电所和下级的牵引变电所、降压变电所连接起来；横向把全线的各个牵引变电所和降压变电所连接起来。由于它是供电系统内部变电所之间唯一的电能传输通道，因此每回电缆线路的容量必须满足所供分区内全部牵引负荷以及一、二级动力照明负荷的需求；在网络的接线形式、电压等级、电缆截面的选择各方面，也应根据负荷情况细致分析确定。中压网络的组网结构与城市轨道交通供电系统的外部电源供电方式有关。就集中供电而言，中压网络组网结构为树型（二叉树）结构，如图1所示。
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图1 中压网络树型结构示意图
而对于分散供电来讲，中压网络组网结构一般采用点对点的结构，如图2所示。目前，在各个城市的轨道交通建设中，供电系统多采用集中供电方式，所以其中压网络的组网结构主要以树型结构为主。点对点的结构本文就不再详细论述。
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图2 中压网络点对点型结构示意图
树型结构的组网形式相对比较灵活，形式也多种多样。根据用电负荷的性质，树型结构大致可分为两种：一种是混合网络构架，是指由主所或电源开闭所提供的中压电能通过同一中压网络路径直接分配给牵引供电系统和动力照明供电系统这两个子系统。这种组网形式的优点是网络结构简单，设备的利用率较高，投资相对节省；其缺点是事故影响范围较大，排除故障相对复杂[2]。
例如：采用这种接线的工程有上海地铁（1号线除外）、广州地铁、天津地铁等，国内新建项目基本上多采用这种中压网络构架。混合网络构架供电系统典型接线见图3。
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图3 混合网络构架供电系统典型接线图
另一种是独立网络构架，是指由主所或电源开闭所提供的中压电能通过两个相互独立的中压网络路径分别分配给牵引供电系统和动力照明供电系统这两个子系统。即两级网络构架是由牵引整流和动力照明两个子网络组成，如图 4，图5所示。这种组网形式的优点是中压网络供电质量高，网络接线结构清晰，子系统间电气部分相互独立干扰小，事故影响范围小；其缺点是网络结构复杂，设备投资相对较高。
例如：上海地铁1号线（不是典型接线方式，但具有独立网络构架的特点），香港地铁和伊朗地铁等。这种网络构架国内应用的相对较少。
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图4 独立网络构架---牵引整流中压供电系统典型接线图
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图5独立网络构架---动力照明中压供电系统典型接线图
总之，这两种组网形式各有特点。具体的网络接线方式还要根据工程的实际情况，并结合相关轨道交通路网供电系统的组成结构，进行详细的经济技术比较。
四、中压网络电压等级的选择
电压等级的确定，是中压网络研究中的一个关键问题。因为电压等级的选择影响到整个供电系统的供电质量、系统接线和经济投资等诸多方面，所以应对中压电压等级选取进行详细分析研究。
一般来讲，35（33）kV、20kV和10kV 这三种电压等级为中压范畴，在城市轨道交通的供电系统中均可采用。33kV和20kV为国际标准电压，国内工程采用的相对较少。
五、电源电压的选择
城市轨道交通供电网络可以化简为两级电压方式的开式电网(例如：110 kV与35kV)[3]。一般主变电所的主变压器均为有载调压变压器，在进行第一遍潮流计算时选择变压器主接头电压，如有载凋压主变压器一次侧电压为115(1±8×1．25％)kV二次侧电压为37 kV，选择电源电压即为115 kV。当潮流网络结构比较复杂或是比较庞大时例如在相邻主变电所解列时，由于负荷众多，供电范围增大，可能在计算完毕后会出现网络节点的压偏(电压偏移)而不能满足系统要求。此时可以在不改变网络结构或不增加调压设施的情况下，通过改变主变调压分接头档位进行网络电压调整。
结束语
综上所述，通过上述理论及分析，可以对城市轨道交通的中压网络潮流分析有一个初步的认知。在进行中压网络潮流分析时，首先应明确思路，确定供电网络构成，运用科学合理的计算方法，结合城市轨道交通供电系统的运行方式，对中压网络进行科学分析，以达到进一步优化设计方案的目的。当然，还应结合实际情况，具体问题具体分析。
参考文献：
[1]李妍. 城市轨道交通供电系统中压网络的比较[J]. 科技风, 2013(04):13.
[2]郭强. 城市轨道交通35kV电缆接地对中压环网的影响[J]. 自动化与仪器仪表, 2017(6).
[3]王蛟. 基于母线差动保护的城市轨道交通中压环网保护方案研究[J]. 城市轨道交通研究, 2016, 19(9):43-46.
论文作者:赵羽佳
论文发表刊物:《基层建设》2019年第28期
论文发表时间:2020/1/18
标签：供电系统论文; 网络论文; 变电所论文; 中压论文; 轨道交通论文; 城市论文; 电压论文; 《基层建设》2019年第28期论文;