城市轨道交通运行图优化节能方案研究(4)
供电系统组成如图1所示
图1 供电系统组成
2.2.1 地铁高压供电系统
一般城市电网对城市轨道交通供电方式有三种：集中式供电、分散式供电和混合式供电。
※集中式供电
沿城市轨道交通线路，根据用电量和线路的长短，建设城市轨道交通专用主变电所。主变电所应有两路独立的110kV电源。再由主变电所变压为城市轨道交通内部供电系统所需的电压级(35kV或10kV等)。由主变电所构成的供电方案为集中式供电。供电方式如图2所示
图2 集中式供电方式
集中供电方式又分为三级电压制和两级电压制，目前我国城市轨道交通供电的电源，上海地铁1、2号线、明珠一期、二期采用的是三级电压制，即110kV/35kV(或33kV)/l0kV系统;广州地铁l、2号线、正在建设的深圳地铁、南京地铁等线的供电系统采用的是两级电压制，即110kV/35(33)kV系统。
110/35(33)kV两级供电方式，供电可靠性不低于110/35(33)/10kV三级供电方案，而且在工程投资、运营成本、工程建设条件等方面优势明显。
但从谐波的影响来看，在三级供电方式中，牵引变压器整流机组产生的谐波要通过主变电所，到中心降压变电所，到降压变电所，再影响车站两侧的动力设备，距离长，有一部分谐波在主变电所己经被互相抵消了，到达车站动力设备的谐波分量小。在两级供电方式中，降压变压器与牵引变压器接在同一段母线上，牵引变压器产生的谐波直接通过降压变压器影响车站400V侧的动力设备，距离短，谐波分量大。因此，从谐波性能影响上，三级供电方式的技术要好一些。
※分散式供电
根据城市轨道交通供电系统的需要，在城市轨道交通沿线直接由城市电网引入多路电源，电源电压等级一般为10kV，供给各牵引或降压变电所，这种方式为分散式供电。分散式供电应保证每座牵引变电所和降压变电所能获得双路电源。沈阳地铁和北京地铁5号线为此种供电方式，如图3所示。
图3分散式供电方式
※ 混合式供电
即前两种供电方式的结合，以集中式供电为主、个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充，使供电系统更加完善和可靠。北京地铁1号线和环线即为此种供电方式。
当采用集中供电方式时，设主变电所，需从城市电网中引入两路可靠电源(一般为110kV或35kV电压等级)。当采用分散供电方式时，不设主变电所，各牵引变电所、降压变电所分别由城市轨道交通沿线电网就近接引两路相互独立的35kV或10kV电源供电。混合供电方式是前两种供电方式的结合，一般是以集中供电方式为主，个别区段的牵引或降压变电所直接引入城市电网电源作为集中供电方式的补充。
总之，由于城市轨道交通的供电系统与城市电网的分布密切相关。因此设计时应根据城市电网的构成情况和城市轨道交通的具体情况，选用某种形式的供电方式。
2.2.2 内部供电系统
城市轨道交通内部供电系统由牵引供电系统和动力照明供电系统组成。牵引供电系统中的牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电。馈电线再将牵引变电所的直流电送到接触网上，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能。动力照明供电系统提供车站和区间各类照明、扶梯、风机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设备电源，它由降压变电所和动力照明配电线路组成。
※牵引供电系统
电力牵引是一种以电能为动力牵引车辆前进的牵引方式。轨道车辆通过受流器从架空接触网或第三轨（输电轨）接收电能，通过车载的变流装置给安装在转向架上的牵引电机供电，牵引电机将电能转变成机械能，机械能通过齿轮传给轮对，驱动轮对在轨道上运动带动车辆前进。早期的电力牵引的轨道车辆采用直流电动机，电机调速是采用改变串联在电机上的电阻的大小来改变电机的端电压的控制的方式，这种方式对电能的浪费大。以后由于半导体技术的发展，电力电子变流技术得到了广泛应用，直流牵引普遍采用斩波调压的方式。直流电动机存在体积大、结构复杂、工作可靠性差、制造成本高、文修麻烦的缺点，故随着交流电机控制理论和大功率电力电子元器件制造技术的发展，采用交流电机牵引的交流传动技术迅速崛起，使轨道车辆电力牵引技术上了一个新台阶。城市轨道交通多采用直流—交流方式。在车辆牵引的开始阶段，保持气隙磁通为常数，改变供电频率可以使电动机的最大扭矩基本不变，达到加速运行的目的。而在随后的牵引阶段，保持电压不变而改变频率，则最大扭矩随着频率的上升而下降，实现恒功率控制。地铁牵引供电系统如图4所示。