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城市軌道交通研究:城市軌道交通線網規劃方案評價指標體系研究
摘要:發展軌道交通是解決大城市交通問題的根本途徑.文中結合“綠色交通”理念,探討了城市軌道交通線網規劃方案綜合評價的主要內容,針對現有綜合評價體系的不足,利用層次分類展開法,建立了城市軌道交通線網規劃綜合評價指標體系的遞階層次結構,這一體系更加有利于城市“綠色交通體系”的實現.
關鍵詞:綠色交通;軌道交通;線網規劃;評價指標體系
在當前世界各國大力提倡公共交通的政策下,軌道交通正以其快捷、安全、準時、容量大、能耗低、污染輕等優勢成為各大城市大力發展公共交通,追求“綠色交通”的挑選方式.由于軌道交通項目投資巨大、工期長,特別是其線路走向及布置對城市土地利用、發展格局及城市化進程起著重要的作用,因而城市軌道交通網絡的規劃至關重要.其中,軌道交通線網方案評價是城市軌道交通網絡規劃的關鍵環節,是方案挑選的基礎.因此,建立科學、合理、客觀的評價指標體系是判定“滿意”方案的必要條件.
1 基于“綠色交通”理念的城市軌道線網評價的主要內容
“綠色交通[1]”是一個理念,也是一個實踐目標,注重“以人為本、公共參與”的規劃原則,最終強調城市交通的“綠色性”,即:減輕交通擁擠,減少環境污染,合理利用資源.它基于可持續發展,是可持續發展在交通運輸系統中的具體體現.
軌道交通網絡與道路系統不同,道路無論在何處,都會很快充滿交通量,著名的downs定律曾用“三頭齊發”原則來表述這種現象.而軌道線路若規劃和選線不當,將吸引不到理想的客流量,而且線路不可能隨意更改.如果這樣,軌道交通不僅不能發揮應有的作用,對資源也是巨大的浪費,“公共參與”更無從談起.
據國外研究表明,處于不同成長期的城市,軌道交通線網產生的作用(改善交通、支持和引導城市發展)不同.我國正處于城市化進程加速時期,城市規模不斷擴大,因此現階段我國城市軌道交通線網規劃應重視引導和適應城市的發展.
另外,與其他系統相比,城市軌道交通具有環境優化和資源優化兩大特征[2].
總之,在“綠色交通”理念的指導下,對城市軌道線網的評價必須注重軌道交通與綜合運輸、土地使用模式、社會、經濟、環境、資源、生態協調發展,同時考慮可實施評價,以此論證方案的可行性.
2 現有評價體系分析綜合分析
廣州、南京、大連等城市的軌道交通線網規劃的綜合評價指標[3],與基于“綠色交通”理念的城市軌道線網評價的主要內容相比較,發現存在以下不足之處.
1) 在整個評價體系中忽視與城市發展的協調性,難以體現城市軌道交通是城市交通乃至城市總體規劃的一個重要子系統,更難以體現對城市發展格局、發展形態的引導性.
2) 某些定性分析的指標缺乏客觀性,如促進合理的土地開發,提高勞動生產率等難以確定,規劃者在分析時常常融入本人的主觀意識,勢必會降低它的科學性.
3) 在同一評價體系中,有些指標相互關聯,如廣州市軌道交通線網規劃指標體系中,公交平均出行時間與平均出行車速相關,線路負荷強度、公交出行比例與日客運總量相關.
4) 忽視可實施評價,除廣州市軌道路網評價有所考慮之外,其它城市很少考慮可實施評價.不具有可實施性的方案只能是紙上談兵,沒有任何意義,所以必須進行可實施性評價.
可見,目前各大城市的軌道線網方案評價指標體系缺乏“綠色性”評價,不符合“以人為本”的規劃思想,不能符合可持續發展要求,更沒有完整的反映“綠色交通”的理念.
3 基于“綠色交通”理念的城市軌道交通線網評價指標體系
3.1 決策因素分析
以線網方案的評價內容為基礎,密切聯系軌道交通線網規劃方法以及線網的功能定位,針對目前所有評價體系存在的問題,以“綠色交通”為理念,在大量的調查資料基礎上,廣泛吸收專家的研究成果,經綜合分析、歸納、研究對比后,采用層次分析法和模糊綜合評價法[4,5],確立城市軌道交通線網的評價決策因素為三個要素,并以此作為評價體系的三個準則層.
1) 城市協調性 從宏觀層次上考察不同方案與城市發展戰略規劃、城市總體規劃之間的吻合程度,考慮軌道交通線網的布設與城市總體規劃的協調程度,評價軌道線網規劃方案對城市經濟、環境、景觀風貌及對城市的發展等所造成的影響.
2) 綜合效益性 從空間、時間及與其它各交通方式的銜接上綜合體現不同方案給城市和城市居民帶來的經濟效益,以及不同方案對居民出行條件的改善程度等社會效益.
3) 建設實施性 從工程施工、技術方案、投資以及分期建設的合理性角度考察規劃方案實施的難易程度,對規劃方案的可實施性進行分析.
上述3個準則層從宏觀、中觀、微觀層面上反映出隨著城市社會經濟的發展、規模的擴大,城市發展對交通系統的要求,同時也體現了兩者的相互作用關系.另一方面,這三個準則層從規劃主體、出行者、運營者、工程實施者四方利益出發,體現出線網規劃方案決策是權衡多方利益進行價值判斷的多目標沖突分析過程.
3.2 城市軌道交通線網方案評價的主體指標及其含義
綜合影響城市軌道交通規劃的決策因素,利用目標層次分類展開法,從軌道交通與城市協調性、綜合效益性、建設實施性3個角度出發,對軌道交通路網方案評價的主體指標及各指標的含義進行分析.
3.2.1 城市協調性
1) 與城市發展的協調性 從軌道線網方案的總體結構上衡量方案是否支持城市的發展格局,軌道線網在市中心區形成的客運樞紐站以及與城市活動中心區域相匹配形成的客運交通走廊是否與城市的擴展方向吻合,是否促進城市的可持續發展.
2) 與城市總體規劃的協調性 體現軌道交通線網的布局線路及場站設置與城市的布局結構、自然地質、人文歷史、土地利用、景觀風貌、舊城改造等協調程度.
3) 與城市經濟發展的協調性 評價城市軌道交通線網的建設規模、分期建設與城市近遠期經濟能力的適應程度,以體現“綠色交通”的根本目標是追求經濟的可持續性、社會的可持續性、環境的可持續性.
4) 與城市環境的協調性 評價城市軌道線網在運營以及項目建設期間對城市自然環境和生態環境的影響,如噪聲、振動、電磁輻射、粉塵、水質等.
5) 與城市景觀風貌的協調性 主要考慮軌道交通路基和站點的布局、形態、造型、色彩,軌道與兩側人造、自然、歷史景觀的協調性,以及軌道布置對城市景觀的影響保護.
3.2.2 綜合效益性
1) 軌道交通所體現的社會效益 主要考慮由于軌道線網的設置對居民出行條件的改善程度,包括出行時間、出行換乘次數、出行路段的負荷均勻程度.同時考慮對整個城市的交通結構的改善作用,以及對居民及乘客的環境影響程度,體現城市軌道交通的基本目標.
2) 軌道交通所體現的經濟效益 主要考察軌道交通的建設給社會或運輸企業所帶來的直接經濟效益,以及吸引大量客流所帶來的社會經濟效益等,如沿線地面、空間、地下交通和其他經濟項目開發的效益.
3.2.3 建設實施性
1) 建設的可能性 主要評價工程建設條件、工程造價、項目融資能力、既有設施利用程度等.
2) 分期實施的可調節性 考慮為適應城市的發展變化,軌道交通設施擴展或縮減的自由程度,分期實施方案的可調節性及組合的靈活性等.
3.3 基于“綠色交通”理念的城市軌道交通線網規劃方案的評價指標體系
通過以上對各主體指標含義的分析,遵循科學性、可比性、綜合性、可行性、協調性等原則,確定更加滿足“綠色交通”理念的城市軌道交通線網規劃方案評價指標體系為3個準則、14項指標的遞階層次模型,如圖1所示.
此評價體系更加反映了“綠色交通”的內涵,不僅從綜合效益層的7個指標評價了軌道交通建設的基本目標以及軌道交通建設將帶來的經濟效益,也從與城市發展協調性的4個評價指標上體現了對土地資源的合理利用、對城市發展的引導作用以及對城市環境、景觀等的影響協調程度,同時從建設實施性的3個評價指標體現了對方案建設的可實施性評價.
4 應用實例
以武漢市城市軌道交通網絡規劃為例,進一步說明所建立的城市軌道交通線網規劃方案評價指標體系的合理性.考慮到武漢市的交通瓶頸為過江問題,對指標c7軌道客運量占公交方式比例稍作調整,涵義變為跨江客運量中軌道方式占公交出行的比例,建立武漢市城市軌道交通線網規劃綜合評價指標體系的遞階層次模型.
采用層次熵決策技術[6],對武漢市軌道交通線網規劃的兩個推薦方案進行綜合評價,最終計算各評選方案距理想點的距離,距離越小,則方案越優.其結果與專家評審意見一致,如表1所列.
5 結束語
實踐表明,基于“綠色交通”理念的城市軌道交通線網規劃綜合評價指標體系是合理的、科學的,針對具體城市的交通問題變更某些指標的涵義,可以使它具有更廣泛的適用性.它的建立,將為各大城市軌道交通線網的規劃方案提供更科學的評價依據
城市軌道交通研究:城市軌道交通再生電能回收技術方案的研究
摘要：如果采用車輛吸收電阻吸收地鐵列車運行過程中的再生能量，則將帶來隧道和站臺內的溫升問題，同時也增加了站內環控系統的負擔， 造成大量的能源浪費并使地鐵的建設費用和運行費用增加。為了降低隧道洞體和車站內溫度并提高洞內空氣質量，應當進行再生能量吸收的相關技術系統研究并在地鐵工程中使用成熟的再生能量回收裝置。
關鍵詞：城市軌道交通；再生；吸收；技術方案
1 引言
在城市軌道交通工程中，直-交變壓變頻的傳動方式已經普遍采用。車輛在運行過程中， 由于站間距一般較短， 列車起制動頻繁， 因此要求起動加速度和制動減速度大，制動平穩并具有良好的起動和制動性能。從能量相互轉換的角度看， 制動能量是相當可觀的。雖然電動車組在其直流回路設有電阻耗能裝置， 但是受機車空間所限， 不可能設置足以吸收這部分動能的裝置，剩余能量只能由機械制動補充。由于軌道交通整流設備采用的是二極管整流器，只能單向供電。當列車制動時， 再生回饋能量通過機車變頻裝置向直流電網充電，使直流電網電壓升高，當直流電壓大于整流器輸出電壓時， 二極管整流器被反向阻斷。由于地鐵系統的特點是區間距離短、列車運行密度高， 這樣列車在全線運行過程中必將有頻繁的啟動、制動過程。根據經驗，地鐵再生制動產生的反饋能量一般為牽引能量的30%甚至更多。而這些再生能量除了按一定比例（一般為20%～80%， 根據列車運行密度和區間距離的不同而異） 被其它相鄰列車吸收利用外，剩余部分將主要被車輛的吸收電阻以發熱的方式消耗掉或被線路上的吸收裝置吸收。據考察北京地鐵750 v 直流供電電壓在機車進站制動時可能升到1 000 v 以上，這是由于列車再生制動能量在直流電網上不能被相鄰列車吸收造成的。當列車發車密度較低時，再生能量被其它車輛吸收的概率將大大降低。有資料表明，當列車發車的間隔大于10 min 時，再生制動能量被吸收的概率幾乎為零，這樣，絕大部分制動能量將被車輛吸收電阻所吸收， 變成熱能并向四外散發。由于列車的制動主要發生在運行過程中，如果再生能量由車輛吸收電阻吸收， 必將帶來隧道和站臺內的溫升問題， 同時也增加了站內環控系統的負擔，造成大量的能源浪費并使地鐵的建設費用和運行費用增加。在國內的部分地鐵線路（如北京地鐵） 上已經反映出溫升問題相當嚴重。因此， 對再生能量吸收的相關技術進行系統研究并在地鐵工程中使用成熟的再生能量回收裝置，將會降低隧道洞體和車站內溫度并改善洞內空氣質量。同時， 合理的配置再生能量回收裝置還能減少車載設備（車輛制動電阻），減少車輛的運營維護工作量，降低車輛成本，減少車輛自重，從而降低列車能耗， 提高車輛加減速性能， 并有可能在一定程度上降低電機的配置容量。
目前，我國在城市軌道交通中應用再生能量回收技術尚屬起步階段， 可借鑒加拿大、日本等國的成功經驗。若在國內城市軌道交通系統中廣泛應用此項技術，必將產生巨大的社會和經濟效益。
2 可采用的相關技術
軌道交通車輛所采用的電制動方式一般包括再生制動和電阻制動兩種方式，再生制動的較大優點是節能，但再生電能并不是都能被其它牽引車輛吸收，剩余部分則消耗在車輛制動電阻上并轉變為熱能散發到空氣中。車輛采用電阻制動方式吸收電能比較穩定， 但制動能量消耗在電阻上， 既不能加以利用，又因在車輛上裝設大容量制動電阻而導致車下設備的總體布置困難，車體重量和列車牽引耗電增加，同時還加大了對環境的污染。
為了減少制動能量在列車制動電阻上的耗散，抑制地鐵隧道內溫度的升高和減少車載設備，國外一般在牽引變電所的直流母線上設置再生制動能量吸收裝置，所采用的吸收方案主要包括電阻耗能型、電容儲能型、飛輪儲能型和逆變回饋型四種方式。當處于再生制動工況下的列車產生的制動電流不能被其他車輛和本車的用電設備吸收時，線路上設置的再生制動能量吸收裝置立即投入工作，吸收多余的再生電流，使車輛再生電流持續穩定，以較大限度地發揮電制動性能。如日本多摩、沖繩、東京、大阪的輕軌和地鐵線路， 加拿大多倫多輕軌及意大利米蘭3 號線等地鐵均采用了再生制動能量吸收裝置。
電阻耗能型再生制動能量吸收裝置主要采用多相igbt 斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據再生制動時直流母線電壓的變化狀態調節斬波器的導通比， 從而改變吸收功率， 將直流電壓恒定在某一設定值的范圍內，并將制動能量消耗在吸收電阻上。該吸收裝置的電氣系統主要由igbt 斬波器、吸收電阻、續流二極管、濾波裝置（濾波電容和濾波電抗器）、直流快速斷路器、電動隔離開關、避雷器、電磁接觸器、傳感器和微機控制單元等組成。該裝置的優點是控制簡單， 其主要缺點是再生制動能量消耗在吸收電阻上，未加以利用；而且電阻散熱也導致環境溫度上升，因此當該裝置設置在地下變電所內時， 電阻柜需單獨放置， 而且該房間需采取措施保障有足夠的通風量，需要相應的通風動力裝置，也增加了相應的電能消耗。
電容儲能型或飛輪儲能型再生制動能量吸收裝置主要采用igbt 逆變器將列車的再生制動能量吸收到大容量電容器組或飛輪電機中，當供電區間內有列車起動或加速需要取流時，該裝置將所儲存的電能釋放出去并進行再利用。該類吸收裝置的電氣系統主要包括儲能電容器組或飛輪電機、igbt 斬波器、直流快速斷路器、電動隔離開關、傳感器和微機控制單元等。該裝置充分利用了列車再生制動能量， 節能效果好， 并可減少列車制動電阻的容量。其主要缺點是要設置體積龐大的電容器組和轉動機械飛輪裝置作為儲能部件，因此應用實例較少。
逆變回饋型再生制動能量吸收裝置主要采用電力電子器件構成大功率晶閘管三相逆變器，該逆變器的直流側與牽引變電所中的整流器直流母線相聯， 其交流進線接到交流電網上。當再生制動使直流電壓超過規定值時，逆變器啟動并從直流母線吸收電流，將再生直流電能逆變成工頻交流電回饋至交流電網。該吸收裝置的電氣系統主要包括晶閘管逆變器、逆變變壓器、平衡電抗器、交流斷路器、直流快速斷路器、電動隔離開關、直流電壓變換器和調節控制柜等。該裝置充分利用了列車再生制動能量， 提高了再生能量的利用率， 節能效果好，并可減少列車制動電阻的容量。其能量直接回饋到電網，既不要配置儲能元件，又不要配置吸收電阻，因此對環境溫度影響小，在大功率室內安裝的情況下多采用此方案。
3 技術方案的研究與比較
3.1 有關系統的仿真模擬計算
仿真模擬是較為先進的研究方法之一，事實證明，這樣的研究方法是可取的、科學的、的。許多重大項目都要經過各種仿真模擬計算后才能夠進入實施階段，開發研究階段的有關模擬分析參數的選擇和確定將有可能影響到整個工程的方案決策、運行效果以及工程投資和系統的經濟合理性。因此，在項目的設計階段進行大量的、的仿真模擬是非常必要的。多年來中鐵電氣化勘測設計研究院已經在各條城市軌道交通的供電系統設計中多次運用這種方法。因此， 為了得到更為的研究結果，在本課題的研究過程中對相關的系統進行了大量的模擬分析與比較。所應用到的主要模擬技術和分析流程見圖1。
3.1.1 列車運行模擬
列車運行的模擬仿真是整個方案研究最基礎的數據平臺和依據，它的正確性和科學性將直接影響后續模擬計算的性和方案的性。因此必須對與此相關的各個系統進行充分調查、分析與研究。主要包括車輛特性、車輛阻力、車輛運行工況的分析與研究，線路資料和有關運營資料的分析與整理，從而獲得的全線列車運行數據。
3.1.2 不同運行圖模擬
一般來說，在固定的列車追蹤間隔運行狀態下，列車的牽引用電負荷反映到牽引變電所是相對持續穩定的，不會因運行圖上下行鋪畫的時間交錯產生較大的波動變化。因此， 中鐵電氣化勘測設計研究院一般在設計牽引供電系統方案和容量的時候，只需對典型的高峰小時運行圖進行模擬就可以滿足要求。而再生能量回饋電流則是短時的、不穩定的，由于其他列車的運行狀態直接影響到再生電流的吸收比例，所以在作回饋電流的模擬分析時，應該充分考慮運行圖上下行鋪畫的不同時間交錯情況下的回饋電流特性。在進行運行圖模擬時，增加了以追蹤間隔為周期，以2 s 為步長的多圖模擬模型，為下一步的供電系統模擬提供更具廣泛性的數據基礎。
3.1.3 供電系統模擬
供電系統模擬是基于全線牽引供電網絡數學模型之上，根據有限元分析的基本思想對全線網絡模型進行一定間隔的切割，并對各個切割斷面進行數據抽象，同時根據運行圖數據對全線列車的運行狀態掃描后進行全線的牽引供電網絡分析，從而計算出供電網絡各個切割斷面的瞬態電氣參數，并進行統計輸出。本文在原有的模擬模型基礎上， 加入了電能回饋吸收裝置的簡化數學模型（見圖2）， 使模擬的數據結果更加，為回饋吸收系統方案的建立和容量的選擇提供的依據。由于在進行系統模擬分析的過程中，主要研究目標為能量的流動過程， 因此為了簡化算法，提高運行速度，將回饋裝置在數學模型上簡化為可調電阻，設定回饋裝置的電壓投入條件，通過調節可調電阻的大小來適應回饋功率的變化。通過各種運營狀態下的模擬分析、統計，獲得回饋功率的變化特點。
圖2 回饋吸收裝置的簡化模型示意圖
3.2 仿真模擬結果分析
考慮到再生回饋電能的負荷特點（短時性和隨機性），對不同運行階段的列車運行、不同運行圖和供電網絡進行大量的模擬分析和比較。以某牽引變電所為例的圖3 可以看出，在相同的列車運行追蹤密度下，再生回饋功率因不同的運行圖鋪畫而差異很大。而在未來的實際運行中， 運行圖可能會出現各種隨機性變化。
圖3 某變電所遠期高峰小時-平均回饋功率曲線
3.3 再生吸收裝置的分布方案與容量選擇
因為當前沒有相應設計原則可依照，根據再生回饋負荷的特點、大量模擬計算和數據分析并考慮到大部分再生電流回饋沖擊都在20 s 以內，所以可認為各變電所回饋裝置的容量是按照以下原則確定：（1）按照不同運營條件、不同運行圖下的20 s 平均較大負荷確定；（2） 用不同運營條件、不同運行圖下的短時較大負荷進行容量校核。
3.4 再生回饋／吸收電能的統計分析
通過對某地鐵線路的模擬計算和統計分析，在不同追蹤間隔條件下，全線的不同運行圖平均回饋功率統計。在各種追蹤間隔條件下的不同運行圖平均回饋功率波動曲線見圖4。在不同追蹤間隔的條件下， 不同運行圖的平均回饋功率波動不大， 回饋功率的大小與追蹤間隔沒有直接的關系。因此認為可以對各種運行條件下的回饋功率進行平均并作為全線全天回饋能量統計的基礎。
圖4 不同追蹤間隔下的回饋功率波動曲線
按照每年365 天，每天運營時間18 h 計算，某地鐵全線全年回饋吸收電能總量為ere。ere=365×18×1 331=8 744 670（kw·h）。
4 經濟技術效果
通過以上對某地鐵線路的技術分析，按照每度電價0.5 元計算，每年僅節省電費就達到470 萬元。全線牽引所的回收裝置設備費暫按照飛輪儲能裝置估計約4 000 萬元。這樣僅從供電系統的角度考慮，預計8～10 年就能夠收回全部設備費用。另外，再生能量回收裝置的安裝將對地鐵其他系統帶來巨大的社會和經濟效益，比如：大大降低隧道溫升，從而降低隧道通風設備容量和相關投資；減少列車制動電阻容量， 從而使車體更輕、更節能、成本更低。由于篇幅所限， 本文不再對其他系統進行詳細分析比較。
城市軌道交通研究:城市軌道交通電力監控系統研究
摘 要：提出了城市軌道交通電力監控系統分層分布總體架構、平臺化的技術方案和累積性應用思路，旨在保障監控系統實時性、安全性、可實施性及應用的開放性，同時提出了以綜合監控系統為基礎的系統架構思路和應用框架。
關鍵詞：城市軌道交通；電力監控；綜合監控
0 引言
城市軌道交通電力監控系統主要是對城市軌道交通全線各類變配電所、接觸網等電力設備運行情況進行分層分布遠程實時監視和控制，處理供變配電系統的各種異常事故及報警事件，保障系統的正常運行，同時提升供變配電系統調度、管理及維修的自動化程度，提高供電質量，保障系統安全、地運行。系統通過通信專業提供的通信通道與車站變電所綜合自動化系統進行信息交換；變電所綜合自動化系統通過所內通信網與所內各類現場測控裝置互連，形成現場、車站和主控中心的多層應用體系。在系統整體網絡拓撲結構中，控制中心主備監控系統和站級監控系統是數據采集、處理、分析與系統實時控制的關鍵節點和使用節點，而現場測控設備是整個監控的接口設備。
1 分層分布的系統架構
城市軌道交通電力監控系統經過多年的實踐，單條線路基本上按照兩級管理、三級控制方式進行使用和管理，與之相適應的監控系統架構考慮城市軌道交通的地域分布特點，監控系統采用分層分布的結構體系。分層分布系統架構在監控系統中屬于大型復雜系統的系統結構，適用于跨地域、多層次、分級別的大型自動化系統，這種結構既滿足目前城市軌道交通的電力應用需求，也滿足今后城市軌道交通橫向規模綜合和縱向應用綜合的兩度應用發展對支持系統的基礎架構要求。兩級管理分別是中央級和車站級，三級控制分別是中央級、車站級和現場級。它們之間既相互聯系又相對獨立，分層分布原則確保了層次間的相對獨立性，有效分解了系統的復雜度，提升了系統的可實施性；冗余和動態分布原則極大提升了系統的并行度，結合多種軟硬件隔離和抗干擾措施，軟件支持 1+n 冗余調度，實現系統高可用性的終極目標。
城市軌道監控應用中心系統通常采用主備冗余系統，它對全線重要監控對象的狀態、性能數據進行實時收集和處理，通過各種調度員工作站以圖形、圖像、表格和文本的形式顯示出來，供調度人員控制和監視。同時系統根據一定的邏輯關系自動向分布在各站點的被監控對象或系統發送模式、程控、點控等控制命令，由調度員人工控制命令，從而完成對全線供電設備集中監控和調度管理，確保軌道交通的供電質量和供電安全。
車站級電力監控系統對本站供電設備監控對象的狀態、性能數據進行實時收集和處理，當中心系統或通信網絡發生故障時，該系統可對車站范圍內的供電設備進行控制，形成多級冗余。
現場級測控設備與監控系統的中心和車站級均有通信接口。它們位于各監控對象附近，起接口轉換、信息采集、傳送、匯聚、命令接收、執行和反饋作用。通常采用工業控制網絡或現場總線，分散控制結構，自律式控制器保障系統的安全。現場級測控設備通常設置當地/遠方功能，為系統的現場維護調試和特殊情況提供現場操作選擇。
2 系統平臺化實現方案
國內外城市軌道交通經過多年的實踐，基于平臺化的實時監控系統顯現出強大的優勢，尤其在綜合監控應用模式中，軟件平臺成為技術方案的核心和技術精華所在。平臺化的方案使項目的設計、工程的實施和業主的應用更側重關注應用技術和應用的本身，而不是支持系統的技術細節和計算機通信的基礎技術。
目前，國內城市軌道交通綜合監控系統中，廣州地鐵 3、4、5 號線采用的是基于法國的scadasoft 平臺、北京軌道交通指揮系統采用的是基于新加坡的 oasys 平臺、北京地鐵 5 號線采用的是基于英國的 railscada 平臺、北京首都機場線采用的是基于國產化的 railsys 平臺。
由于平臺軟件建設是一個龐大的系統工程，而且基于平臺的產品需要一定的應用累積和工程檢驗。國內自主研發的 railsys 軌道交通實時應用支持系統（簡稱為 railsys 軟件平臺）是結合了國情和行業應用特點研發的。該平臺面向城市軌道交通、鐵道行業實時應用，如城市軌道交通電力監控系統和綜合監控系統、鐵道行業行車調度、牽引供電遠動、10 kv 電力與信號電源監控等實時應用開發的一套功能強大的、接口標準開放的大型自動化系統實時應用支撐軟件平臺，是國內比較的軟件應用平臺（application plat）之一。
基于該軟件平臺可開發各種城市軌道交通和鐵道實時應用系統，并保障系統實時性和性，系統的應用構架由平臺決定，具體的應用功能由基于平臺的工程化實施完成。railsys 軟件平臺在通用平臺基礎上增加了應用支持層，使平臺具備一定的行業應用特點；同時它也豐富了產品群，尤其是工程支持包，實現了非量化工程軟件實施使用的高性。下面就該平臺的基本構成作一介紹。
2.1 異構計算機/網絡/數據庫環境支持
railsys 實時軟件平臺支持多個網絡的分布式運行環境。支持多網絡下的業務動態加載與分配。同時該系統底層采用虛擬操作系統技術和虛擬數據庫技術，支持系統的運行環境適用于多種計算機的操作系統和商用關系數據庫，包括現有的主流操作系統和主流數據庫管理系統。
2.2 基于內存的實時關系數據庫子系統
數據庫支持多網絡訪問，支持多數據庫冗余，支持 sql 語言有限子集等。
2.3 實時中間件技術及軌道應用公共信息總線
結合軌道交通實時應用的需求，參照中間件接口標準開發的實時數據庫中間件、實時通訊中間件、實時消息中間件等平臺內核機制。
平臺提供一套完備的軌道實時應用公共信息總線，本總線支持軌道交通供電應用、環境監控、機電設備等各種實時業務應用的數學模型以及其他相關擴展業務應用。
2.4 公共應用模型支持
自動化的深入應用會遇到應用模型的數學問題，作為平臺軟件，創新地在基礎平臺上增加了實時監控應用模型（屬于公共應用模型的一種）的支持。國際上有 iec 61970 cim/cis 的公共應用模型標準，結合國際標準和國內的具體應用，考慮開放性的標準，在 railsys 軌道實時應用支持系統中采取外掛策略，支持應用模型，這種靈活的方式為支持系統帶來廣泛的適用性。同時也驗證了平臺的技術思路和開放性。
2.5 軌道交通實時應用的人機界面組態工具
完整的實時監控平臺可細化為通信平臺+scada 平臺+alarm/event+hmi 平臺。當今軟件產品人機界面占的分量越來越大，通常在實時應用行業所占比例約在 50～60%，而通用軟件所占的份額更大。平臺的產品特點要求把組態軟件分成支持和應用 2 部分。從圖元底層、數據源頭 2 方面把握，提供上層應用的有力支持（通常腳本支持）；平臺軟件中提供典型的應用和應用模板，一方面豐富支持系統，另一方面驗證支持系統的正確性。
3 累積性應用
對于軌道交通監控應用，目前國內積累了一定的經驗，但是針對高密度行車、網狀線路、突發事件處理、多專業協調互動、營運管理和專業維修支持等應用都在探索中。在監控應用的多專業接口缺乏規范情況下，只有平臺化思路，才能制訂從通信、數據、應用等各種不同匹配層的標準和規范。
4 railsys 軟件平臺的應用
railsys 軟件平臺在北京市軌道交通首都機場線綜合監控系統電力監控子系統的工程實踐中已經顯現出優勢。其綜合監控系統（iscs）按照兩級管理、三級控制的結構體系進行架構。railsys系統軟件從設計到實現充分考慮和體現了分層分布、高性、高實時性、模塊化、接口的完整、規范和開放的特點，保障了系統的安全和應用的靈活多樣性。其優勢集中體現在以下幾點：
（1）高性解決方案，1+n 容錯運行模式。該系統設計時充分考慮到地鐵實時監控對性的極高要求，采用關鍵結點硬件冗余配置熱備運行，軟件運行方式實現 1+n 容錯模式，較大限度地保障系統的可用性。
（2）支持混合軟硬件計算機支撐環境。railsys 系統軟件平臺在混合軟硬件支撐平臺上統一設計并實現，支持混合計算機硬件平臺，不同的操作系統及各種主流商用數據庫，系統核心應用采用 unix 環境，人機接口采用 windows 環境。
（3）先進的多層體系系統構架。系統按照多層體系結構的框架，劃分前置通訊預處理層、實時監控應用的數據處理層、實時數據庫/歷史數據庫支持層、客戶端應用的服務層和客戶界面應用層。
（4）強大系統可擴展性支持應用的延展。該系統從設計到實現一直把系統的可擴展性貫串始終，系統強大的可擴展性是對用戶投資和系統發展的較大保障。railsys 系統采用分層、分布式的支持實時監控應用的平臺結構，保障了系統在應用上的不斷擴展，同時該系統在軟件設計容量上不進行限制，僅根據實際工程的計算機性能、內存、數據庫、可能的較大應用規模等綜合性能進行配置限制，保障了系統在規模上的持續擴展。
（5）實時數據庫與商用數據庫相結合。實現數據開放性和應用實時性的解決方案，遵照商用數據庫接口標準實現的實時數據庫通用、高效，接口開放，滿足不斷發展的實時監控應用需求和實時系統高標準的實時性指標。
（6）圖模庫一體化。該系統開發出面向供電及其他具有拓撲邏輯結構的應用圖模庫一體化機制。在繪圖的同時自動建立供電應用數學拓撲模型，智能形成應用模型實際參數并自動錄入到數據庫中，因此極大地提高了系統建模的正確性，減輕了建模和參數錄入工作量，便于整個系統的一體化維護，保障了系統圖模庫的一致性和性。
（7）強化的異常捕捉和事故處理。該系統強化異常捕捉和事故處理，增加事故追憶及反演，完善故障錄波、故障判斷及自動隔離（da）等一系列功能，同時系統設計了獨立報警和事項處理機制，支持多媒體語音報警、手機短信等功能，進一步延伸異常捕捉和事故處理后的深層應用。
5 結束語
本文以實際平臺軟件和國內實踐為例，研究了城市軌道交通電力監控系統總體分層分布架構、平臺化實施方案和累積性應用。重點論述分布分層的系統架構和平臺內核的技術要點。從今后軌道交通應用的角度，提供了一個整體解決思路和持續可用的技術策略。選擇一個符合行業應用的平臺化系統，支持包括電力監控系統在內的建設和使用，累積橫向多專業應用和縱向應用發展，制訂相應的規范和接口標準。這樣，為行業的中長期發展從體系結構上保障系統構架的技術可現實性、工程經濟性、應用拓展性、以及技術持續先進性協調發展。
城市軌道交通研究:對城市軌道交通建設投融資問題的研究
【摘 要】 分析了我國城市軌道交通建設投融資現狀,在歸納了城市軌道交通建設投融資模式的基礎上,重點討論了城市軌道交通融資租賃方式及土地開發問題,研究城市軌道交通投融資的新途徑。
【關鍵詞】 城市軌道交通; 投融資; 融資租賃; 土地開發
目前我國已經形成一股興建城市軌道交通的熱潮,但是我國目前城市軌道交通項目建設的投融資體制卻越來越難以適應快速發展的軌道交通項目建設的需要。因此需要創新軌道交通投融資體制,運用市場機制,吸引多元投資主體參與。
1 我國城市軌道交通建設投融資現狀
1 .1政府財政投資
已建設完成的北京地鐵東西線和環線是由國家投資建設的。“復八一線”由北京市政府包攬投資。“十五”期間,我國城市基礎設施建設大約需要投資10000億元。其中,中央和地方兩級政府投資約2000億元,缺口約8000億元。由此可見,由政府主導投資城市軌道交通建設,投資主體過于單一,并且僅僅依靠政府財政投資根本無法滿足城市軌道交通建設的需要。
1 .2 國內貸款
目前我國城市軌道交通建設所需國內貸款主要來自國家開發銀行的政策性貸款和國內商業銀行的投資貸款。但城市軌道交通項目資金投放量集中、回收期長、收入水平較低的特點,使項目本身孕育著較大的金融風險,籌資難度大。
1 .3 利用外資
目前我國通過世界銀行、亞洲開發銀行、日本海外協力基金會等國外金融組織引入了一部分資金,上海新修建的幾條地鐵項目就吸收了一部分外國政府優惠貸款。但其規模相對于項目建設的資金需求量來說還太小。
2 城市軌道交通的投融資方式探討
軌道交通建設投資模式從宏觀上可歸納為三種:政府財政投資模式、商業投資模式和混合投資模式。
從世界范圍看,真正采用純政府財政投資模式的國家或城市很少。而且針對我國目前的實際情況,光靠政府投入是遠遠不夠的,必須引入商業化投資運作的方法才能加大軌道交通建設資金的籌集力度。
軌道交通商業化投融資的途徑有很多,如融資租賃、bot、abs融資、世界銀行貸款項目的聯合融資等方式。本文重點討論我國城市軌道交通建設bot方式及土地開發問題。
3 融資租賃方式
租賃是一種承租人可以獲得固定資產使用權而不必在使用初期支付其全部資本開支的一種融資手段。在發達國家中,相當多的大型項目是通過融資租賃方式籌措資金的。融資租賃的一般形式為:當項目公司需要籌資購買設備時,由租賃公司向銀行融資并代表企業購買或租入其所需設備,然后租賃給項目公司。項目公司在項目營運期間以營運收入向租賃公司支付租金,租賃公司以其收到的租金向貸款銀行還本付息。租賃期結束以后,出租人基本上可以收回全部成本并取得預期的商業利潤。
3.1 可行性分析
首先,城市軌道交通建設所需資金巨大,在政府財政投入嚴重不足的情況下,多渠道籌措資金是軌道交通建設得以順利進行的必然選擇。其次,由于城市軌道交通具有運量大、快速、清潔、準時等特點,在具有百萬以上人口的大城市發展城市軌道交通系統,建成后會形成穩定而充足的客流,其經營收入能夠得到保障。再者,由于軌道交通方式所具有的一系列交通、經濟、環境和社會特性,政府往往會在稅收、貸款、沿線土地使用、相關項目開發等方面給予政策扶持,因而其投資風險程度是相對較小的。,由于當前我國城市軌道交通建設施工水平較低,很難引進先進的生產設備。采取融資租賃的方式,可以有效地利用外資引進國外先進的生產設備,有可能突破一些國際技術壁壘等。所以融資租賃適合我國當前的城市軌道交通建設和經濟發展的現狀,具有一定的可行性。
3.2 融資租賃的優勢
(1) 企業能夠節省資金投入,緩解資金緊張局面。城市軌道交通建設單位可以先不付或只付很少一部分資金,就能夠獲得建設專用機械,運營專用車輛等設備,可以把建設初期節省下來的資金投入到更多的新線建設和經營中去,再以經營收入分期償還租金,從而大大加快我國城市軌道交通建設的步伐。
(2) 企業能夠避免通貨膨脹的影響,減少投資風險。因為租賃業務的租金是根據租賃開始時的設備價格確定的,在租期內可保持固定不變,而且租金是在未來分期支付的,因而在通貨膨脹的情況下,等于用貶值后的貨幣購買原價的設備使用權。
(3) 企業能夠享受政府的優惠政策,降低投資成本。一些國家為促進融資租賃的應用,從稅收、貸款、保險等方面采取了鼓勵、扶持措施。其中包括:租賃公司購進設備供出租,可以享受所購設備加速折舊的優惠;政府向從事融資租賃業務的公司提供低息政策性貸款等。當然這些措施還能夠降低承租方的租金。
3.3城市軌道交通建設中運用融資租賃的方式
(1) 開展國產設備融資租賃業務,促進設備國產化。在我國已經運營的城市軌道交通項目中,大部分設備都要依靠國外進口,長此以往勢必會導致技術設備依賴國外,同時使運營線路設備的維修保養等都要依賴國外,從而限制我國軌道交通事業的發展。因此,國家計委已經規定今后立項建設的軌道交通項目,其設備國產化率必須達到70%以上。同時從客觀上講,我國城市軌道交通建設所需設備大部分都能由國內相關廠家生產。所以積極開展國產設備融資租賃業務是大勢所趨,這對于提高國產設備的競爭力、降低軌道交通造價具有重要意義。
(2) 積極開展售后回租式融資租賃業務,盤活存量資產。已經投入運營的城市軌道交通項目具有大量的存量資產,可以把這些資產出售給融資租賃公司,然后再租回使用,這樣可以把已經固化的設備轉化為貨幣資本,增加運營企業流動資金。
(3) 利用融資租賃方式引進外資和先進設備。應該看到一些關鍵先進的城市軌道交通設備尚不能在國內生產,因而在這種情況下,利用融資租賃引進外國資金和先進設備是一條很好的途徑。在融資租賃業務中,承租方可以自由選擇符合需要的設備,然后由出租方出面和供貨方簽訂買賣合同,購進先進設備供承租方使用,這樣可以有效避開某些國家的技術壁壘,從而擴大我國利用外資的規模和能力。
4 土地開發
軌道交通車站附近具有較好的可開發性,其商業價值較高。當軌道交通運營后,如果輔之以適當的公交集散條件及商業環境,車站周圍的土地價值就會有較大幅度的提高。因而很多開發商都看中了軌道交通車站附近的土地開發商機。
所以把城市軌道交通建設與沿線物業綜合開發相結合,讓沿線物業土地出讓的收入投入軌道交通工程建設,則能進一步緩解城市軌道交通建設資金緊張的局面。
城市軌道交通開發、建設具有“修一線、興一線”的特點,從而使沿線土地及物業得到升值。目前城市軌道交通建設與沿線物業綜合開發相結合,已成為城市軌道交通開發建設籌資的成功方式。
城市軌道交通建設與沿線物業綜合開發相結合,是指在相當長的一段時間里凡在軌道交通運營線、在建線和規劃線沿線開發的房地產項目,其土地出讓收入,根據需要全部或大部分用于軌道交通開發建設專項籌資。收費標準以建成線為較高,在建線次之,近期規劃線、遠期規劃線低。
一個代表性例子是土地資源開發在圣保羅地鐵建設融資中的成功運用。圣保羅市政府對土地升級建立了一種收費機制。即要求土地的業主必須向市政府購買“附加建設許可證”。該機制有許多優點:
(1)“許可證”具有商業價值,對任何土地業主都有吸引力,并且“許可證”可向其他投資者出售。
(2)物業開發商會感興趣,當建設項目有眉目時,會購買“許可證”。
(3)政府從“許可證”得到的資金可以投入地鐵的建設。實踐證明這種籌資方式是相當成功的。
我國香港地鐵運作的巨大成功又是一個典型的例子。香港地鐵公司為興建觀塘線、荃灣線及港島線三條城市地鐵線共需籌集建設成本250億港元,但同時香港地鐵公司在這三條城市地鐵沿線上共有18個房地產開發項目,受益為40億港元,約占總建設成本的16%,有效地解決了一部分建設資金的籌措。
5 結束語
為了推進我國城市軌道交通的快速建設,除了通過各級政府投資、銀行貸款外,還可以采用融資租賃、土地開發特許權等方式獲得軌道交通建設急需的資金。本文的探討還比較粗淺,尚有許多方面有待進一步研究。
城市軌道交通研究:城市軌道交通供電系統的中壓網絡研究
摘要：本文從城市軌道交通供電系統的功能、構成、以及系統的外部電源方案等方面對城市軌道交通供電系統進行了簡述。在此基礎上引入了城市軌道交通供電系統中壓網絡的概念，中壓網絡有兩大屬性：一是電壓等級，二是構成形式。同時結合國家中壓配電現狀及發展趨向、國內城市軌道交通中壓網絡現狀及發展思路、以及不同電壓等級的中壓網絡的特點，對中壓網絡的電壓等級的特點進行了綜合比較，并對其構成進行了系統分析。提出了一種新型接線方式-20kV牽引動力照明混合網絡。
關鍵詞：牽引動力照明混合網絡 城市軌道交通 供電系統 中壓網絡
一、供電系統的簡介及中壓網絡的概念
1、城市軌道交通供電系統的功能
城市軌道交通供電系統，擔負著運行所需的一切電能的供應與傳輸，是城市軌道交通安全運行的重要保障。
城市軌道交通的用電負荷按其功能不同可分為兩大用電群體。一是電動客車運行所需要的牽引負荷，二是車站、區間、車輛段、控制中心等其他建筑物所需要的動力照明用電，諸如：通風機、空調、自動扶梯、電梯、水泵、照明、AFC系統、FAS、BAS、通信系統、信號系統等。
在上述用電群體中，有不同電壓等級直流負荷、不同電壓等級交流負荷；有固定負荷、有時刻在變化的運動負荷。每種用電設備都有自己的用電要求和技術標準，而且這種要求和標準又相差甚遠。城市軌道交通供電系統就是要滿足這些不同用戶對電能的不同需求，以使其發揮各自的功能與作用。
保障電動客車暢行，安全、、迅捷、舒適地運送乘客，是供電系統的根本目的。
2、供電系統的構成
根據功能的不同，對于集中式供電，城市軌道交通供電系統可分成以下幾部分：外部電源、主變電所、牽引供電系統、動力照明配電系統、電力監控(SCADA)系統。對于分散式供電，城市軌道交通供電系統則可分成以下幾部分：外部電源、(電源開閉所)、牽引供電系統、動力照明配電系統、電力監控(SCADA)系統。牽引供電系統，又可分成牽引變電所與牽引網系統。動力照明配電系統，又可分成降壓變電所與動力照明。
但在進行初步設計與施工設計時，為便于設計管理，供電系統往往被劃分成：系統設計；主變電所設計；牽引變電所(或牽引降壓混合變電所)及降壓變電所設計；牽引網設計；電力監控系統設計；雜散電流腐蝕防護設計(注：動力照明隨同土建一起設計)。
3、外部電源方案
城市軌道交通系統的外部電源方案，根據城市電網構成的不同特點，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。
(1)確定外部電源方案的原則
城市軌道交通作為城市電網的特殊用戶，一般用電范圍多在10km~30km之間。城市軌道交通系統的外部電源方案，主要有集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何種方式，應通過計算確定需要負荷之后，根據城市軌道交通路網規劃、城市電網構成特點、工程實際情況綜合分析確定。
(2)集中式供電
在城市軌道交通沿線，根據用電容量和線路長短，建設專用的主變電所，這種由主變電所構成的供電方案，稱為集中式供電。主變電所進線電壓一般為110kV，經降壓后變成35kV或10kV，供牽引變電所與降壓變電所。主變電所應有兩路獨立的進線電源。集中式供電，有利于城市軌道交通供電形成獨立體系，便于管理和運營。上海、廣州、南京、香港、德黑蘭地鐵等即為集中式供電方案。
(3)分散式供電
根據城市軌道交通供電的需要，在地鐵沿線直接由城市電網引入多路電源，構成供電系統，稱為分散式供電。這種供電方式一般為10kV電壓級。分散式供電要保障每座牽引變電所和降壓變電所均獲得雙路電源，要求城市軌道交通沿線有足夠的電源引入點及備用容量。建設中的沈陽地鐵、長春輕軌、大連輕軌、北京城鐵、北京八通線、北京地鐵5號線等即為分散式供電方案。
(4)混合式供電
將前兩種供電方式結合起來，一般以集中式供電為主，個別地段引入城市電網電源作為集中式供電的補充，使供電系統更加完善和。這種方式稱為混合式供電。北京地鐵一線和環線、建設中的武漢軌道交通工程、青島地鐵南北線工程等即為混合式供電方案。
通過中壓電纜，縱向把上級主變電所和下級牽引變電所、降壓變電所連接起來，橫向把全線的各個牽引變電所、降壓變電所連接起來，便形成了中壓網絡。
根據網絡功能的不同，把為牽引變電所供電的中壓網絡，稱為牽引網絡；同樣，把為降壓變電所供電的中壓網絡稱為動力照明網絡。
中壓網絡有兩大屬性：一是電壓等級，二是構成形式。
中壓網絡不是供電系統中獨立的子系統，但是它卻是供電系統設計的核心內容。它的設計牽扯到外部電源方案、主變電所的位置及數量、牽引變電所及降壓變電所的位置與數量、牽引變電所與降壓變電所的主接線等。
二、中壓網絡的電壓等級
1、國家中壓配電現狀及發展趨向
我國現行中壓配電標準電壓等級有：66kV、35kV、10kV。隨著城鄉電氣化事業的發展，只有一種10kV作為中低電壓的分界，顯然已不能滿足城鄉配電網發展要求。
我國及時個20kV一次配電的供電區，已經于1996年5月在蘇州工業園區投入運行。從前一段運行情況來看，其線損率大大低于10kV系統。
對于農村電網，從電源電壓直接送到中壓一次配電層，形成高壓電源層──中壓一次配電層──低壓戶內三級配電，可以簡化電網、降低造價、減少線損、利于發展。采用20kV作為中壓一次配電層，功能上可以替代35kV與10kV兩個配電層，而造價上則與10kV設備差異不大。由此可見，20kV電壓等級的這種特點，也適合于高密度負荷地區的城市電網。例如：早在1999年中電聯供電分會發表的“北京電網實施城網建設和改造的規劃原則”中表明：北京市區內電壓等級按500kV、220kV、110kV、10kV(20kV)設計，其中新建開發區可選20kV電壓等級。
2、國內城市軌道交通中壓網絡現狀及發展思路
以往，因國家城鄉電網中沒有采用20kV這一電壓等級，相應的開關柜等20kV設備，也沒有跟上發展。在這樣的大環境下，要在城市軌道交通工程中使用20kV電壓級，是比較困難和不現實的。因而，國內既有城市軌道交通的中壓網絡電壓等級采用了35kV(若采用國外設備則是33kV)或10kV。北京地鐵、天津地鐵、長春軌道交通環線一期工程、大連快速軌道交通3號線的中壓網絡為10kV；上海地鐵1、2號線的牽引網絡采用了33kV，動力照明網絡采用了10kV；上海地鐵明珠線的牽引網絡采用了35kV，動力照明網絡采用了10kV；廣州地鐵1、2號線采用了33kV的牽引動力照明混合網絡；南京地鐵南北線一期工程、深圳地鐵采用了35kV的牽引動力照明混合網絡；武漢軌道交通一期工程、重慶軌道交通較新線工程采用了10kV的牽引動力照明混合網絡。
然而，隨著城鄉電力消費的增長，發展城鄉20kV配電網已提到議事日程上來。20kV是目前公認的具有發展前景的挑選電壓級。20kV開關柜、變壓器、電力電纜等一系列設備，也實現了國產化。
近年已頒布的國家標準GB156—93中表明，20kV也是可使用的電壓級。另外，已經完成送審稿的《地鐵設計規范》中規定：地鐵中壓網絡的電壓等級可采用35kV(33kV)、20kV、10kV。因此，在我國城鄉電網及20kV設備這個大環境，已經發生變化的情況下，在城市軌道交通中壓網絡的電壓等級選用上，也應該拓寬思路，認真比較，優化選用。換言之，不能僅局限于以往的35kV(33kV)和10kV框框，應該認識到，20kV也是可用的，并已成為一個備選電壓級。這是因為：城市軌道交通供電系統，尤其是集中式供電系統，與其他公用用戶相比，相對獨立，自成系統。無論從施工建設，還是運營管理、養護維修等均相對獨立。從這個角度來說，城市軌道交通中壓網絡的電壓等級不一定與外部電網電壓等級相一致。實際上，上海地鐵、廣州地鐵，已采用了國外的33kV設備，而我國電壓等級是35kV，并非33kV。另外，象南京地鐵、深圳地鐵采用的35kV，也是這兩座城市市區電網所要取消的電壓級。換言之，在城市軌道交通中壓網絡電壓等級與外部市網電壓等級的關系上，是采用35kV還是采用33kV或者20kV，其性質和概念上是一樣的。
3、不同電壓等級的中壓網絡的特點
(1)35kV中壓網絡，國家標準電壓級。輸電容量較大、距離較長；設備來源國內；設備體積較大，占用變電所面積較大，不利于減小車站體量；設備價格適中；國內沒有環網開關，因而不能用(相對于斷路器柜)價格較便宜的環網開關，構成接線與保護簡單、操作靈活的環網系統；廣州地鐵、上海地鐵已經采用。
(2)33kV中壓網絡，國際標準電壓級。輸電容量較大、距離較長，基本與35kV一致；設備來源國外，不利于國產化；國外開關設備體積較小、價格較高，廣州、上海地鐵已經采用；國外C－GIS產品有環網單元。
(3)20kV中壓網絡，國際標準電壓級。輸電容量及距離適中，比10kV系統大。設備實現國產化；引進MG、ALSTHOM等技術的開關設備，體積較小，占用變電所面積遠小于國產35kV設備，有利減小車站體量，節省土建投資；價格適中；有環網單元，能構成接線與保護簡單、操作靈活的環網系統；國內地鐵尚沒有采用，但國外地鐵多有采用。
(4)10kV中壓網絡，國家標準電壓級。輸電容量較小、距離較短；設備來源國內；設備體積適中；設備價格較低；環網開關技術成熟、運營經驗豐厚，可用其構成保護簡單、操作靈活的環網系統；國內外地鐵廣為采用。
4、不同電壓等級的中壓網絡的綜合比較
三、中壓網絡的構成
1、概述
對于集中式外部電源方案，牽引網絡和動力照明網絡，可以采用相對獨立的形式，即牽引動力照明獨立網絡，也可以共用同一個中壓網絡，即牽引動力照明混合網絡。對于分散式外部電源方案，采用牽引動力照明混合網絡。
牽引動力照明獨立網絡的特點：牽引網絡與動力照明網絡，兩者相對獨立、相互影響較小；35(33)kV較高的電壓級與較重的牽引負載相適用，而10kV較低的電壓級則與較小的動力照明負荷相適用。
牽引動力照明混合網絡的特點：供電系統的整體性比較好，設備布置可以統籌考慮。
牽引網絡與動力照明網絡，可以采用同一個電壓級，也可以采用兩個不同電壓級。
目前，我國城市軌道交通工程有的采用了牽引動力照明混合網絡，有的則采用了牽引動力照明獨立網絡；國外有的地鐵采用了牽引動力照明獨立網絡。
2、中壓網絡的構成原則
(1)滿足安全的供電要求；
(2)滿足潮流計算要求，即設備容量及電壓降要滿足要求；
(3)滿足負荷分配平衡的要求；
(4)滿足繼電保護的要求；
(5)滿足運行管理、倒閘操作的要求；
(6)每一個牽引變電所、降壓變電所均應有兩路電源；
(7)系統接線方式盡量簡單；
(8)供電分區應就近引入電源，必要時可從負荷中心處引入電源，盡量避免返送電；
(9)全線牽引變電所、降壓變電所的主接線盡量一致；
(10)滿足設備選型要求。
3、集中式外部電源方案下的中壓網絡構成
(1)獨立35(33)kV牽引網絡＋獨立10kV動力照明網絡的接線方式
1)35(33)kV牽引網絡的接線方式
當中壓網絡為兩個不同電壓級時，35(33)kV牽引網絡的常用接線方式，如插圖一所示。這些基本接線方式可以分成A、B、C、D四種類型。
lA型：牽引變電所主接線為單母線；牽引變電所的進線與出線，均采用斷路器；牽引變電所的兩路電源，來自于同一個主變電所的不同母線；該類型接線適用于位于線路起始部分、線路終端部分、主變電所附近的牽引變電所電源引入。
lB型：牽引變電所主接線為單母線；牽引變電所的進線與出線，均采用斷路器；兩個牽引變電所為一組；這一組牽引變電所的兩路電源，來自于同一個主變電所的不同母線，每個牽引變電所均從主變電所接入一路主電源，兩個牽引變電所通過聯絡電纜實現電源互為備用；該類型接線適用于位于線路起始部分、線路終端部分的牽引變電所電源引入。
lC型：牽引變電所主接線為單母線；牽引變電所的進線與出線，均采用斷路器；兩個牽引變電所為一組；這一組牽引變電所的兩路電源，來自于不同的主變電所，左側牽引變電所從左側主變電所接入一路主電源，右側牽引變電所從右側主變電所接入一路主電源，兩個牽引變電所通過聯絡電纜實現電源互為備用；該類型接線適用于位于兩個主變電所之間的牽引變電所電源引入。
lD型：牽引變電所主接線為單母線；牽引變電所的進線與出線，均采用斷路器；牽引變電所的兩路電源，來自于左右兩側不同的主變電所；該類型接線適用于位于兩個主變電所之間的牽引變電所電源引入。
2)10kV動力照明網絡的接線方式
當中壓網絡為兩個不同電壓級時，10kV動力照明網絡的基本接線方式，如插圖二所示。
全線的降壓變電所被分成若干個供電分區，每個供電分區一般不超過3個地下站；每一個供電分區均從主變電所(或中心降壓變電所)的35(33)/10kV主變壓器，就近引入兩路10kV電源；中壓網絡采用雙線雙環網接線方式；相鄰供電分區間通過環網電纜聯絡；降壓變電所主接線采用分段單母線形式；降壓變電所進線開關采用斷路器。該接線方式運行靈活。
(2)35(33)kV牽引動力照明混合網絡的接線方式
當中壓網絡采用一個電壓級時，35(33)kV牽引動力照明混合網絡的基本接線方式，如插圖三所示。
在有牽引變電所的車站，牽引變電所與降壓變電所合建成牽引降壓混合變電所，對大型地下車站，除牽引降壓混合變電所或降壓變電所外，還會設置跟隨式降壓變電所。
全線的牽引降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個供電分區，每個供電分區一般不超過3個地下站；每一個供電分區均從主變電所的不同母線就近引入兩路35(33)kV電源；中壓網絡采用雙線雙環網接線方式，牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的環網進線開關均采用斷路器；兩個主變電所之間的供電分區間通過環網電纜聯絡，其他供電分區間可以不設聯絡電纜。牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的主接線，均采用分段單母線形式。
該接線方式運行靈活。35(33)kV牽引動力照明混合網絡，因其輸電容量大、距離長，因而更適合于地下線路。
(3)10kV牽引動力照明混合網絡的接線方式
當中壓網絡采用一個電壓級時，10kV牽引動力照明混合網絡的基本接線方式，如插圖四所示。
全線的牽引降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個供電分區，每個供電分區一般不超過3個車站；每一個供電分區均從主變電所的不同母線就近引入兩路10kV電源(對于地面線路，供電分區的來自于主變電所的兩路10kV電源也可以從牽引變電所處引入，不一定就近引入)。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線均采用分段單母線形式。地下降壓變電所主接線可采用分段單母線形式，地面降壓變電所主接線則可以采用兩段母線形式，同一工程的地下降壓變電所與地面降壓變電所主接線，應盡量一致。地面降壓變電所的配電變壓器，也可以采用負荷開關－熔斷器組合電器保護。
中壓網絡采用雙線雙環網接線方式。牽引降壓混合變電所、牽引變電所的環網進線開關均采用斷路器；地面降壓變電所的環網進線開關可以采用負荷開關，地面降壓變電所的配電變壓器，也可以采用負荷開關－熔斷器組合電器保護。如果兩個主變電所10kV母線間設有專門的聯絡電纜，那么兩個主變電所之間的供電分區間不必再設聯絡電纜；同一個主變電所供電范圍內的供電分區間可以不設聯絡電纜(尤其是當這些供電分區分別只有一個牽引變電所時)。
該接線方式運行靈活。10kV牽引動力照明混合網絡，因其輸電容量小、距離短，因而更適合于地面線路。
(4)20kV牽引動力照明獨立網絡的接線方式
當中壓網絡采用一個電壓級時，除前面已經分析的35(33)kV牽引動力照明混合網絡、以及10kV牽引動力照明混合網絡外，伊朗德黑蘭地鐵采用了20kV牽引動力照明獨立網絡，即牽引網絡與動力照明網絡相對獨立，但均為20kV電壓級。該接線方式如圖五所示。
20kV牽引網絡的構成方式為：兩個63/20kV主變電所之間的牽引變電所，以相互間隔的方式分成兩組，每一組均以類似于(開環運行的)單線單環網接線方式，分別從兩個主變電所各引入一個20kV電源，即這些牽引變電所從兩個主變電所各取得一路20kV電源。位于線路端頭的牽引變電所，則以傳統的(開環運行的)雙線雙環網接線方式，從一個就近主變電所的不同母線取得兩路20kV電源。
20kV動力照明網絡的構成方式為：全線的降壓變電所被分成若干個供電分區，每個供電分區一般不超過4個地下站；每一個供電分區均從主變電所的不同母線以類似于(開環運行的)雙線雙環網接線方式就近引入兩路20kV電源。兩個供電分區間可以設聯絡電纜。
牽引變電所的主接線采用分段單母線形式，即設有兩段環網電源母線及一段牽引電源母線。降壓變電所的主接線采用兩段母線形式。牽引變電所與降壓變電所的電源進線均采用負荷開關作為環網開關。降壓變電所的配電變壓器，采用負荷開關－熔斷器組合電器保護。
該接線方式的特點是，實現了以“負荷開關”構成環網接線，保護簡單；另外牽引網絡與動力照明網絡相互影響小。但是由于牽引網絡與動力照明網絡的分離，以及牽引網絡采用了單線單環網接線方式，導致區間中壓電纜過多。
4、分散式外部電源方案下的中壓網絡構成
對分散式外部電源方案，中壓網絡采用10kV牽引動力照明混合網絡，基本接線方式有以下四種。下面逐一分析其構成特點。
(1)接線方式一
接線方式如插圖六所示。
全線的牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所被分成若干個供電分區，每個供電分區一般不超過3個地下站；每一個供電分區均從城市電網就近引入兩路10kV電源；中壓網絡采用雙環網接線方式，牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的環網進線開關均采用斷路器；兩個相鄰供電分區間通過兩路環網電纜聯絡。牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的主接線，均采用分段單母線形式。
該接線方式運行靈活。為同一個供電分區供電的從城市電網引來的兩路10kV電源，可以來自不同的地區變電所，也可以來自同一地區變電所。該方式要求城市電網有比較多的10kV電源點。
(2)接線方式二
接線方式如插圖七所示。
全線的牽引降壓混合變電所(或牽引變電所)，每兩個分成一組。每一組均從城市電網引入兩路10kV電源，分別作為兩個牽引降壓混合變電所的主電源，同時同一組的兩個牽引降壓混合變電所間設雙路聯絡電纜，實現電源互為備用。相鄰兩組牽引降壓混合變電所之間設單路聯絡電纜，增加系統的供電性。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線，均采用分段單母線形式。無牽引變電所的地面車站，其降壓變電所，可按跟隨式降壓變電所考慮。無牽引變電所的地下車站，其降壓變電所的10kV電源可以由相鄰兩組間的單路聯絡電纜提供(該降壓變電所應采用分段單母線主接線)。
該接線方式比較簡潔。該方式對城市電網10kV電源點的數量要求不多，但要求每組從城市電網引來的兩路10kV電源應來自不同地區變電所，以增加供電的性。該接線方式適合于地面線路。
(3)接線方式三
接線方式如插圖八所示。
全線的牽引降壓混合變電所(或牽引變電所)，前后關聯，渾然一體。除一個牽引降壓混合變電所從城市電網直接引入兩路10kV電源以外，其他牽引降壓混合變電所均從城市電網引入一路10kV電源，這路電源既是本變電所的主電源，又是前一個變電所的備用電源，換言之，當前變電所的主電源直接來自城市電網的10kV電源，而備用電源則來自于下一個變電所。依次類推，一個變電所則需要從城市電網引入兩路10kV電源。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線，均采用分段單母線形式。對于無牽引變電所的車站，其降壓變電所，可按跟隨式降壓變電所考慮。
該接線方式最為簡潔。N個變電所需要N＋1路10kV電源，相鄰變電所間只有一路聯絡電源。該方式對城市電網10kV電源點的數量要求不多，但要求這些城市電網引來的10kV電源應來自不同地區變電所，以增加供電的性。該接線方式適合于地面線路。
(4)接線方式四
接線方式如插圖九所示。
全線的牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所被分成若干個供電分區，每個供電分區一般不超過4個車站。每一個供電分區由一個電源開閉所供電，每個電源開閉所均從城市電網就近引入兩路10kV電源。
該電源開閉所可以獨立設置，也可以與就近的牽引變電所合建。若電源開閉所采用獨立設置方式，則需與規劃部門配合協調，另外該方式的土建投資與設備投資都比合建方式要大，故該方式，僅在地面線可以考慮。
插圖九表示的是電源開閉所與牽引變電所合建情況。合建處的牽引整流機組及配電變壓器，由電源開閉所直接供電。對于電源開閉所之間的某些牽引降壓混合變電所，其電源分別來自與左右兩側的電源開閉所，并通過在這些牽引降壓混合變電所的牽引母線段上設置與電源開閉所間的專用聯絡電纜，將相鄰的兩個電源開閉所聯系起來；對于不參與這種開閉所聯絡的牽引降壓混合變電所，其電源就近來自同一個電源開閉所。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線，均采用分段單母線形式。降壓變電所的主接線可按跟隨式降壓變電所考慮。
該接線方式比較復雜。為同一電源開閉所供電的兩路市網10kV電源，好來自于不同的地區變電所。該方式對城市電網10kV電源點的數量要求不多。
四、一種新型接線方式研究－20kV牽引動力照明混合網絡
通過對前面各種接線方式的分析，對于集中式外部供電方案，本文現提出提出一種新型接線方式：20kV牽引動力照明混合網絡。接線方式如插圖十所示。
全線的牽引降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個供電分區，每個供電分區一般不超過3個地下站；每一個供電分區均從主變電所的不同母線就近引入兩路20kV電源(對于地面線路，供電分區的來自于主變電所的兩路20kV電源也可以從牽引變電所處引入，不一定就近引入)。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線均采用分段單母線形式，即設有兩段環網電源母線及一段牽引電源母線，牽引母線與兩段環網電源母線間設有進線斷路器，任何時候只允許一個進線斷路器處于合閘位置，另一進線斷路器投入的條件是“失壓自投，過流閉鎖”。兩套牽引整流機組均接入牽引母線段，牽引降壓混合變電所的兩臺配電變壓器則分別接入兩段環網電源母線段。降壓變電所主接線采用分段單母線形式，配電變壓器可以采用負荷開關－熔斷器組合電器保護。
中壓網絡采用雙線雙環網接線方式。牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的環網進線開關均采用負荷開關。兩個主變電所之間的供電分區間通過環網電纜聯絡，其他供電分區間可以不設聯絡電纜。
該接線方式較大特點分析：前面已經介紹過，傳統的10kV動力照明網絡、10kV牽引動力照明混合網絡、35(33)kV牽引動力照明混合網絡，盡管也采用了環網接線方式，但除了10kV牽引動力照明混合網絡中的降壓變電所可采取了“負荷開關”外，基本上是以“斷路器”
作為環網進線開關。這樣，當變電所主接線采用分段單母線時，那么當中壓網絡發生故障，(多個)環網進線開關跳閘以后，故障處理及等待備用電源投入的時間就比較長，這是傳統環網接線方式的弊端。而這里提出的20kV牽引動力照明混合網絡，其較大構成特點是利用20kV負荷開關作為環網進線開關，同時設置了兩段環網電源母線。
該接線方式較大優點分析：當中壓網絡中的一路環網電纜故障時，主變電所中相應的20kV饋出斷路器將跳閘，相關牽引變電所的主進線斷路器也將失壓跳閘，隨之備用進線斷路器將自動投入，保障對牽引整流機組的不間斷供電。這就克服了傳統的10kV動力照明網絡、10kV牽引動力照明混合網絡、35(33)kV牽引動力照明混合網絡環網接線方式的弊端。另外，該20kV接線方式與德黑蘭地鐵的20kV牽引動力照明獨立網絡相比，除保護簡單、運行操作靈活以外，接線更簡單，投資更經濟。南京地鐵南北線一期工程、武漢軌道交通一期工程、杭州市軌道交通一號線工程等前期研究工作，都充分表明了這一點。
五、結束語
目前環網接線方式，越來越受到重視，并且已在許多城市和地區積極推廣應用。同時，20kV也逐漸成為城市中壓網絡的電壓級，并且已成為地鐵中壓網絡的標準電壓級。另外，加上20kV環網設備已逐步走向國產化。在這種形勢下，我國城市軌道交通領域，在供電系統中壓網絡方面，應拓寬思路，認真研究，積極探討采用20kV牽引動力照明混合網絡的工程實施，尤其是對那些新建城市軌道交通的城市。
