储能式有轨电车工程供电系统建设探讨

姜 超

（南车南京浦镇车辆有限公司，江苏 南京 210034）

0 引言

随着城市轨道交通的快速发展，国内引入有轨电车的城市越来越多，有轨电车输送旅客量介于城市公交系统和地铁之间，其建设成本每1km造价1～2亿，低于地铁。供电系统是有轨电车工程的重要组成部分，有轨电车工程供电距离平均在10km左右，因此不会采用地铁供电系统昂贵的建设模式，而目前国内对有轨电车供电系统的建设方式没有统一的标准，设计院一般按照地铁供电系统标准进行简化设计。

1 城市轨道交通供电系统

城市轨道交通［1］是指采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统。

1.1 供电系统的组成

传统城市轨道交通供电系统的组成包括牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统、杂散电流防护系统和防雷接地系统等。

在城市轨道交通供电系统中，从发电厂经升压、高压输电网、区域变电站至主降压变电站部分通常被称为牵引供电系统的“外部（或一次）供电系统”。从主降压变电所（当它不属于电力部门时）及其以后部分统称为“牵引供电系统”。

1.2 地铁

地铁线路长，供电距离较远，一般至少2座35kV主变电所，若干牵引降压变电所，分别给牵引网和动照配电系统供电，主变电所和牵引降压所之间采用“手拉手”或星式组网方式。每座35kV主变电所引入2路外部电源，2座主变电所互成冗余。

1.3 接触网式有轨电车

接触网供电的有轨电车工程和地铁工程的区别在于：（1）线路短，一般10km左右。（2）工程投资低，每1km造价约1～2亿。

接触网式有轨电车供电系统一般设置一座10kV开闭所引入2路外电源，3～4个车站设置一座牵引降压所，牵引降压所之间可采用“手拉手”式组网，开闭所往线路最两端的2座牵引降压所引1～2路10kV电缆形成环网。

2 储能式有轨电车牵引供电方案

2.1 总体架构设计

供电系统中压供电网络采用10kV电压等级，牵引供电系统采用DC750V，低压配电系统采用220V/380V三相四线制配电方式，并采用TN-S接地保护系统。

供电系统主要由外部电源、开闭所、牵引降压变电所、牵引网、变电所综合自动化系统、杂散电流防护系统、防雷及接地系统等组成。正线每个牵引降压变电所负责3～4个车站牵引、动照供电，车辆基地单独设置1座牵引降压变电所。

2.2 10kV中压供电方案

全线由1座10kV开闭所直接从供电公司取得电源，电源来自城市电网变电所的母线或者不同的城网变电所，两路电源互为备用。

供电网络采用AC10kV电压等级。在车辆基地和车站设置AC10kV/DC750V的牵引变电所和AC10kV/0.4kV的降压变电所。然后通过“手拉手”方式向沿线牵引及动力供电。各变电所之间通过AC10kV电缆连接，构成AC10kV供电网络（见图1）。

2.3 10kV电源进出线运行方式

正常运行时，两路进线电源分别向所连接的10kV母线供电，母联断路器断开。当供电系统因外部因素（外电源失压、进线电缆故障等）导致车站一路进线电源退出运行时，由车站的另一路进线电源承担本供电范围内的供电负荷。

图1 10kV中压网络图

其他牵引变电所当一路进线停电时，母联断路器合闸，由另一路进线向原供电区域内的负荷供电。

当线路中与开闭所连接的变电所发生故障解列时，变电所之间不互相支援，由车载储能装置给有轨电车供电，直至电车退出运营。

当线路中其他变电所发生故障解列时，其下游供电的变电所也随之退出运行，变电所之间不互相支援，有轨电车可由车载储能装置支撑，继续行驶至正常供电的车站充电。

2.4 箱式变电所方案

箱式变电所集成了牵引降压功能，变电所有2个箱体组成，箱体1主要设备为：

（1）中压开关柜

（2）整流变压器

（3）牵引整流机组

（4）750V直流开关柜

（5）钢轨电位限制装置

（6）交直流屏

箱体2主要设备为：

（1）动力变压器

（2）低压开关柜

该方案将牵引和降压设备分开安装于2个箱体，对于易出现故障的降压部分，后期维护方便、安全。整流变压器和动力变压器均为2组，每组变压器应置于独立的空间。

箱式变的安装根据工程现场环境考虑，一般来说采用全地面安装不仅工程造价低而且可靠性高，防水较容易处理，人员出入方便，便于后期的运行和维护。正线箱式变需考虑大型箱体与周围环境、绿化带的协调度，可将箱式变安装于线路沿线的绿化带中，通过树木绿化的遮挡减小对周围景观的影响。

3 建设成本与效益

储能式有轨电车供电工程建设同地铁相比，投资大幅降低，综合经济技术指标远低于地铁项目；同接触网式有轨电车相比，供电系统可节省中压环网电缆。

主要体现在以下方面：

3.1 外电源

通过容量、供电距离、供电设备投资方面比较（见表1），10kV外电源供电对有轨电车的适应性较好。

3.2 变电所建设

作为中小运量公共交通系统，有轨电车对供电可靠性要求相对较低，牵引变容量较小，主接线也相对简单，直流牵引箱变国产化研制使得成本大幅下降（见表2）。

“土建变”的主要优点是技术成熟，运行经验丰富；主要缺点是占地面积大，周围景观协调性差。“箱式变”的主要优点是占地面积小，与周围景观协调性高，施工工期短，投资少；主要缺点是国内应用少，缺乏应用经验，不节能。

表1 10kV与35kV外电源比较

表2 “土建变”和“箱式变”的比较

3.3 中压环网与牵引网

同接触网式有轨电车工程相比，储能式有轨电车工程在中压环网和牵引接触网上的建设投资大为减少，以10km长线路、5座变电所为基准计算，储能式有轨电车能够节约10km长10kV电缆和约19km长的牵引接触网（按每座车站设置100m长接触网计算），这2项成本占供电系统总投资约15%。

4 结语

有轨电车工程供电方案的选择，主要取决于车辆的供电制式，直接影响整体工程的成本和供电能力的最优化利用，本文通过储能式有轨电车工程供电方案和地铁、接触网式有轨电车工程进行了对比分析，储能式有轨电车工程供电系统可靠、经济、实用，同时无接触网供电可以很大程度上降低对线路沿线景观的破坏，能够不受我国既有城市道路现状的影响,通过巧妙的设计，将有轨电车工程与城市景观融为一体。

［1］中华人民共和国住房和城乡建设部，中华人民共和国质量监督检验检疫总局.GB50490-2009，城市轨道交通技术规范［S］.北京：中国建筑工业出版社，2009.

［2］江苏省建设厅，江苏省经济贸易委员会.DGJ32/J14-2005，江苏省35kV及以下客户端变电所建设标准［S］.2005.

［3］许大光.现代有轨电车供电系统设计方案探讨［J］.地下工程与隧道，2014（6）.