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摘要:隨著社會(huì)的進(jìn)步和經(jīng)濟(jì)的迅猛增長(zhǎng)，城市交通建設(shè)也隨之快速發(fā)展起來。城市軌道交通作為新型便捷的交通工具，已日益發(fā)展成為城市交通的重要組成部分。軌道交通供電系統(tǒng)作為維持軌道交通運(yùn)行的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，理應(yīng)受到更多的重視與關(guān)注。在各個(gè)城市的交通系統(tǒng)中，軌道交通的快速、便捷、投資省等多方面優(yōu)勢(shì)使得其發(fā)展迅速，對(duì)于提高人們的生活水平發(fā)揮了重要的作用。對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了探討與研究，為優(yōu)化軌道交通的建設(shè)與發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞:城市軌道交通;供電系統(tǒng);設(shè)計(jì)方法

引言

在經(jīng)濟(jì)科技水平迅速發(fā)展與進(jìn)步的今天，人們的生活水平也在不斷提高，對(duì)交通的需求越來越大，城市軌道交通的出現(xiàn)和發(fā)展無疑是緩解城市交通緊張狀況的關(guān)鍵。城市軌道交通對(duì)于人們的生活有著重要的意義與作用，需要相關(guān)人員重視它的建設(shè)與發(fā)展。本文對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要分析與探討，通過對(duì)以往軌道交通系統(tǒng)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)，以及對(duì)設(shè)計(jì)要求與規(guī)范的理解，進(jìn)一步探討軌道交通設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)內(nèi)容以及相關(guān)條件和要求。

1城市軌道交通發(fā)展以及供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)概況

1．1城市軌道交通發(fā)展的現(xiàn)狀

隨著社會(huì)的進(jìn)步與發(fā)展，對(duì)交通的需求越來越大，為了更好地解決交通不便的問題，一些城市正在大力發(fā)展城市軌道交通建設(shè)。城市軌道交通是緩解城市公共交通壓力的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，尤其其自身的獨(dú)有優(yōu)勢(shì)，不僅具有節(jié)能、便捷、環(huán)保、安全以及運(yùn)輸能力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，而且符合環(huán)保出行和可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求，因此十分適用于現(xiàn)今城市的發(fā)展需求。我國(guó)的城市軌道交通建設(shè)已迎來了發(fā)展的黃金時(shí)期，目前有大約30多個(gè)城市正在規(guī)劃或者已經(jīng)實(shí)施了軌道交通的建設(shè)工作。尤其是北京、上海等發(fā)展比較快的城市，都在大力發(fā)展城市軌道交通建設(shè)。城市軌道交通具有較多的種類，按其用途的差異可分為多種類別。我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的特點(diǎn)是多城市同步展開，發(fā)展勢(shì)頭較猛，且軌道交通更加多元化，如上海、大連、天津等多個(gè)城市已經(jīng)構(gòu)建了輕軌交通系統(tǒng)。截至2014年，中國(guó)大陸已經(jīng)建成并通車運(yùn)行的城市軌道交通線路合計(jì)超過1700km。根據(jù)規(guī)劃，到2020年，全國(guó)將有近50個(gè)大中城市擁有城市軌道交通，總里程超過7000km，更多的現(xiàn)代化大都市將不斷地加入到城市軌道建設(shè)中來。

1．2城市軌道交通供電系統(tǒng)簡(jiǎn)介

供電系統(tǒng)是城市軌道交通的基礎(chǔ)，同時(shí)也是較為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)，因此在軌道交通建設(shè)的前期要給予足夠的重視。隨著我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的繁榮與發(fā)展，相關(guān)的設(shè)計(jì)水平與施工技術(shù)也得到了較快的發(fā)展，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案與理論以及相關(guān)的處理軟件工具也更加科學(xué)合理，在軌道交通設(shè)計(jì)過程中起到了較好的促進(jìn)作用。然而目前的許多方法大多只適合軌道交通供電系統(tǒng)的初始規(guī)劃設(shè)計(jì)以及方案設(shè)計(jì)過程中。通過對(duì)城市軌道交通工程建設(shè)前期準(zhǔn)備的探索以及相關(guān)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)等內(nèi)容的深入研究，并結(jié)合軌道交通供電系統(tǒng)的分析，對(duì)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法有了更多的了解與深入的歸納，從而構(gòu)建了一套科學(xué)合理的設(shè)計(jì)方法，能夠較好地完成現(xiàn)今軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的前期準(zhǔn)備以及相關(guān)設(shè)計(jì)工作。

2城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備工作

2．1軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本任務(wù)

軌道交通設(shè)計(jì)的前期，也就是軌道交通建議書編制以及工程可行性研究報(bào)告編制的過程中，最主要的目標(biāo)是項(xiàng)目立項(xiàng)的實(shí)施可行性與必要性的研究。在軌道交通設(shè)計(jì)以及建設(shè)期間，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)施是整個(gè)軌道交通建設(shè)的一部分，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的最初目標(biāo)是針對(duì)整體軌道交通的電負(fù)荷需求進(jìn)行估計(jì)預(yù)算工作，然后結(jié)合具體技術(shù)方法以及經(jīng)濟(jì)這兩個(gè)方面找到科學(xué)合理且切實(shí)可行的電源方案以及系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，使其作為供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的根本依據(jù)，并能夠?qū)⒐╇娤到y(tǒng)中的子項(xiàng)目工程預(yù)算大致推算出來。在軌道交通建設(shè)的前期階段，供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案可以大致分為以下幾種類型:一是外部電源與變電站的設(shè)計(jì)方案;二是中壓網(wǎng)站的電壓等級(jí)以及主線方案;三是牽引供電制式和牽引網(wǎng)的根本形式;四是全線降壓變電所以及牽引變電所的設(shè)置方案。從目前的軌道交通發(fā)展?fàn)顩r來看，根據(jù)供電系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)進(jìn)行分項(xiàng)評(píng)估和預(yù)算，在整個(gè)工程可行性研究階段，不需要將全部的工程量清單都列出來，主要任務(wù)是將變電工程、電纜工程以及牽引變電所工程相應(yīng)的工程量清單列出即可。

2．2軌道交通供電系統(tǒng)涉及的前期設(shè)計(jì)條件

在城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的初始階段，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)需要收集和具備大量的資料與資源，例如交通線路資料以及城市車輛資料等，這些資料能夠更好地幫助供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作的展開，為接下來的設(shè)計(jì)工作提供科學(xué)合理的依據(jù)。如果出現(xiàn)一些較為特殊的狀況，例如某些重要的專業(yè)資料不能夠獲取到，供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以將與之相似的工程資料作為參照。在驗(yàn)算過程中，參與這個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)人員借助用電負(fù)荷以及電壓水平進(jìn)行驗(yàn)算。

2．3估算用電負(fù)荷

城市軌道交通用電負(fù)荷大致的構(gòu)成內(nèi)容包括車輛牽引負(fù)荷、系統(tǒng)負(fù)荷以及控制中心等。其中的列車牽引負(fù)荷在很大程度上與列車型號(hào)以及供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的承載運(yùn)輸量有關(guān)。結(jié)合相關(guān)情況來看，商業(yè)通信、BAS、AFC以及信號(hào)綜合監(jiān)控等方面均是對(duì)用電負(fù)荷造成一定影響的因素。從現(xiàn)有的城市軌道交通設(shè)計(jì)方案研究與設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)來看，軌道交通的兩個(gè)車站之間的距離大多在1～2km的范圍內(nèi)，部分區(qū)域較大的郊區(qū)站與站之間的間隔可擴(kuò)大到2～3km，從總體上來講，軌道交通對(duì)電力的要求較為平穩(wěn)。

3城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法研究

3．1供電系統(tǒng)中外部電源以及主變電所的設(shè)計(jì)

城市軌道交通的運(yùn)行需要較為強(qiáng)大的電源作為支撐，在正常情況下用電負(fù)荷大多是一級(jí)負(fù)荷。一般運(yùn)量較大的軌道交通所需的電功率以及與之對(duì)應(yīng)的用電負(fù)荷需求很少被我們關(guān)注，因此大多沒有被劃分到城市用電的整體計(jì)劃中。現(xiàn)今供電系統(tǒng)所遇到的最大難題，便是怎樣借助技術(shù)經(jīng)濟(jì)規(guī)劃好電源設(shè)計(jì)方案，然后從集中供電或者分散供電兩種方式中選擇一個(gè)較為科學(xué)合理的方式，或者將兩種方式相結(jié)合進(jìn)行設(shè)計(jì)。城市軌道交通在進(jìn)行主變電站設(shè)計(jì)的過程中，需要依據(jù)兩方面的內(nèi)容:首先，要把城市軌道的中心點(diǎn)當(dāng)作基點(diǎn)，再沿線路進(jìn)行延伸，使得軌道交通線網(wǎng)電源資源能夠得到一定的共享。其次，是主變電站的供電范圍，每個(gè)主變電站之間的距離在大運(yùn)量的線路要＜15km，中運(yùn)量應(yīng)該＜20km，小運(yùn)量應(yīng)該在25km以內(nèi)。

3．2直流牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法

在軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要能夠?qū)╇娤到y(tǒng)有全面的把握，如牽引供電制式設(shè)置方案以及牽引變電所設(shè)置方案等。根據(jù)GB50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》、GB/T3317—2006《電力機(jī)車通用技術(shù)條件》等的有關(guān)規(guī)定，直流牽引供電變電式分為DC750V以及DC1500V兩種，其中后者在經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)方面都占有較大的優(yōu)勢(shì)。因此，在城市軌道交通建設(shè)中提倡選擇DC1500V供電制式。結(jié)合我國(guó)的現(xiàn)狀來看，直流牽引供電系統(tǒng)大致包括了牽引網(wǎng)供電以及走行軌回流方式，而牽引網(wǎng)又分為架空接觸網(wǎng)和接觸網(wǎng)兩種。地面和高架線路方面主要分為柔性架空接觸網(wǎng)和接觸網(wǎng)兩種。在設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)當(dāng)根據(jù)行車專業(yè)所提供的最大運(yùn)輸能力來確定牽引變電所的設(shè)置方案和整流機(jī)組容量。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員要能夠按照軌道交通所負(fù)擔(dān)的運(yùn)輸量，來具體設(shè)計(jì)牽引變電所方案與整流機(jī)組容量。

3．3中壓網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)

在進(jìn)行城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的過程中，對(duì)直流牽引供電系統(tǒng)電壓水平的計(jì)算，設(shè)計(jì)人員要能夠根據(jù)列車運(yùn)行圖展開合理的運(yùn)算，從而構(gòu)建出等效線路模型，該環(huán)節(jié)需要專業(yè)間的配合才能更好地進(jìn)行。在開始的分析過程中，設(shè)計(jì)人員要通過基礎(chǔ)的公式展開驗(yàn)算工作，對(duì)牽引網(wǎng)的電壓水平以及鋼軌電位進(jìn)行估測(cè)預(yù)算，以便于對(duì)接下來的設(shè)計(jì)進(jìn)行判斷，并滿足相關(guān)規(guī)范要求。在最初的分析研究過程中，供電網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要能夠充分地將中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)以及主接線兩者進(jìn)行劃分。

4結(jié)語

城市軌道交通對(duì)于城市的發(fā)展和建設(shè)有著重要的意義，也是推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步發(fā)展，提高人們生活水平的重要內(nèi)容。軌道交通供電系統(tǒng)作為城市軌道交通建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要有完整的、系統(tǒng)的、科學(xué)合理且能夠滿足建設(shè)需求的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案作為支撐。因此，需要對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法給予更多的重視與研究，為優(yōu)化城市的交通系統(tǒng)做好準(zhǔn)備，以更好地推動(dòng)城市軌道交通的建設(shè)與發(fā)展。

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作者：吳凡 單位：廈門軌道交通集團(tuán)有限公司