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摘 要：本文主要就地铁电压制式的发展为切入点，分析了电压制式的发展过程，并对地铁供电应用DC3000V供电制式的条件进行详细研究。
关键词：供电制式；供电设备；牵引供电
1、概述
目前世界各国城市轨道交通电压制式类型繁多，主要分为DC500、600、750、1000、1200、1500、3000V等。目前国内外相关标准中城市轨道交通制式电压如下：IEC：DC750、1500、3000V；中国标准：DC750、1500V。从修建年代方面看，在早期的地铁及轻轨系统中，大多数采用DC750V系统。这是因为当时整流设备大多数采用水银整流器，其反向冲击电压水平仅能满足750V电压的要求，初期的硅二极管也是很难达到1500V及以上电压的要求。但目前大电流的硅二极管制造技术已经成熟，完全具备更高电压等级的要求。地铁电压等级从时间轴看是一个逐步提高的过程。
从我国的地铁轻轨发展史看，七十年代修建成的北京、天津地铁采用DC750V电压等级，而在九十年代起建设的地铁工程除武汉、昆明外，其它城市均采用DC1500V电压等级。从DC3000V牵引供电制式的应用来看，目前国内尚未有运营线路，国外应用主要为两个方向：干线铁路：意大利等西欧国家、前苏联等加盟共和国；地铁线路：如格鲁吉亚、巴西圣保罗地铁等。电压制式与车站间距具有较大的相关性，对于DC3000V制式，比较适合车站间距在4到10公里的线路，如表1所示。
2、DC3000V牵引供电制式应用所需条件
DC3000V牵引供电方案影响整流机组、直流开关柜、直流电缆等变电所牵引设备材料，其他交流设备与DC1500V方案一致。由于目前国内针对DC3000V相关设备材料尚未形成系统的、完整的规范标准，因此其相关参数的选择需参照DC1500V设备的选择标准，相应提高一定等级。
2.1整流变压器
DC3000V系统的整流变压器，其电压比仍然为AC35/1.18/1.18，由于低压侧在整流器内部需串联，所以，整流变压器低压侧的绝缘水平应按2.36kV考虑。整流变压器低压侧电压仍然小于3kV，所以，目前的整流變压器的绝缘水平是可以满足要求的。DC1500V与DC3000V系统整流变压器的具体参数对比分析如下表2：
综上绝缘水平参数选取分析，整流变压器主要参数为，分接范围：35±2·2.5%；额定电压（高压/低压/低压）：35/1.18/1.18kV（整流机组串联方式）；相数：三相；额定容量：3300kVA；绝缘等级：F级；冷却方式：自然风冷。
2. 2整流器
DC3000V整流器实现方式分为两个三相桥并联和两个三相桥串联两种，两种方式技术经济性分析如下表3所示：
综上经济技术对比分析，DC3000V整流器采用两个三相桥串联方式，不仅造价较低，且不影响二极管、整流变压器等主要设备及元器件的技术参数，故推荐本工程DC3000V整流器采用串联方式，由两个串联的三相桥构成，十二脉波全波整流。但无论采取哪种方式，不存在技术困难。
DC1500V与DC3000V系统整流器的技术参数主要差异为绝缘水平的不同，具体参数对比分析如下表4：
综上绝缘水平参数选取分析，整流器主要参数为，额定直流电压：3000V；最高直流电压：3600V；额定功率：3000kW；工频耐压：14kV；冲击耐压：30kV；冷却方式：自然风冷。
2. 3直流开关柜
直流开关柜采用户内空气式开关柜。进线柜和馈线柜均采用手车式结构，开关为直流快速断路器；负极柜采用手动隔离开关。DC1500V与DC3000V系统直流开关柜的技术参数主要差异为绝缘水平的不同，具体参数对比分析如下表5：
综上绝缘水平参数选取分析，直流开关柜主要参数为，额定电压：DC3000V；最高工作电压：DC3600V；额定电流：4000A；预期短路电流峰值：55kA；预期短路电流稳态值：40kA；工频耐压：≥14kV；冲击耐压：≥30kV。
2.4直流电缆
目前国内DC1500V电缆直接用AC1000V XLPE电缆代替，直流电缆选用铜芯、交联聚乙烯绝缘、低烟、无卤、A类阻燃电缆。DC1500V与DC3000V系统直流电缆的技术参数主要差异为绝缘水平的不同，具体参数对比分析如下表6：
综上绝缘水平参数选取分析，直流电缆主要参数为，额定电压：3000V；最高工作电压：3600V；工频耐压：11kV/12kV；冲击耐压：60kV；绝缘：乙丙橡胶（EPR）；外护套：热固性材料。
3、DC3000V牵引供电制式应用优点
（1）越高电压等级的供电制式，单边供电距离越远，所需的变电所越少，节约了建设投资。
（2）采用DC3000V供电制式，由于变电所数量减少，运营维护成本有所降低少；
（3）推进电压制式多样化的发展，推进设备国产化率。
4、结论
根据以上内容的分析和研究，我们知道DC3000V供电制式比较适合车站间距在4到10公里的线路。且相关设备在技术上完全可以实现的，但目前我国缺少DC3000V电压等级相配套的有关设备生产及试验标准，该电压等级设备采购方面需进一步研究。
参考文献：
[1] GB/T 25890.1 轨道交通地面装置直流开关设备.
[2] GB 1094.11电力变压器.
[3] GB/T28429轨道交通1500V及以下直流牵引电力电缆及附件.
[4] 孙才勤，陈琪，邓玉斌.双向变流型再生电能吸收利用装置应用分析[J].电气化铁道，2017，28（04）
[5] 薛扬禹. 地铁再生制动能量利用方案研究[D].西南交通大学，2017.
作者简介：
吴志斌，1985-，男，福建漳平人，本科， 厦门轨道交通集团有限公司，工程师，2008年从事地铁供电系统方面工作至今。
关键词：供电制式；供电设备；牵引供电
1、概述
目前世界各国城市轨道交通电压制式类型繁多，主要分为DC500、600、750、1000、1200、1500、3000V等。目前国内外相关标准中城市轨道交通制式电压如下：IEC：DC750、1500、3000V；中国标准：DC750、1500V。从修建年代方面看，在早期的地铁及轻轨系统中，大多数采用DC750V系统。这是因为当时整流设备大多数采用水银整流器，其反向冲击电压水平仅能满足750V电压的要求，初期的硅二极管也是很难达到1500V及以上电压的要求。但目前大电流的硅二极管制造技术已经成熟，完全具备更高电压等级的要求。地铁电压等级从时间轴看是一个逐步提高的过程。
从我国的地铁轻轨发展史看，七十年代修建成的北京、天津地铁采用DC750V电压等级，而在九十年代起建设的地铁工程除武汉、昆明外，其它城市均采用DC1500V电压等级。从DC3000V牵引供电制式的应用来看，目前国内尚未有运营线路，国外应用主要为两个方向：干线铁路：意大利等西欧国家、前苏联等加盟共和国；地铁线路：如格鲁吉亚、巴西圣保罗地铁等。电压制式与车站间距具有较大的相关性，对于DC3000V制式，比较适合车站间距在4到10公里的线路，如表1所示。
2、DC3000V牵引供电制式应用所需条件
DC3000V牵引供电方案影响整流机组、直流开关柜、直流电缆等变电所牵引设备材料，其他交流设备与DC1500V方案一致。由于目前国内针对DC3000V相关设备材料尚未形成系统的、完整的规范标准，因此其相关参数的选择需参照DC1500V设备的选择标准，相应提高一定等级。
2.1整流变压器
DC3000V系统的整流变压器，其电压比仍然为AC35/1.18/1.18，由于低压侧在整流器内部需串联，所以，整流变压器低压侧的绝缘水平应按2.36kV考虑。整流变压器低压侧电压仍然小于3kV，所以，目前的整流變压器的绝缘水平是可以满足要求的。DC1500V与DC3000V系统整流变压器的具体参数对比分析如下表2：
综上绝缘水平参数选取分析，整流变压器主要参数为，分接范围：35±2·2.5%；额定电压（高压/低压/低压）：35/1.18/1.18kV（整流机组串联方式）；相数：三相；额定容量：3300kVA；绝缘等级：F级；冷却方式：自然风冷。
2. 2整流器
DC3000V整流器实现方式分为两个三相桥并联和两个三相桥串联两种，两种方式技术经济性分析如下表3所示：
综上经济技术对比分析，DC3000V整流器采用两个三相桥串联方式，不仅造价较低，且不影响二极管、整流变压器等主要设备及元器件的技术参数，故推荐本工程DC3000V整流器采用串联方式，由两个串联的三相桥构成，十二脉波全波整流。但无论采取哪种方式，不存在技术困难。
DC1500V与DC3000V系统整流器的技术参数主要差异为绝缘水平的不同，具体参数对比分析如下表4：
综上绝缘水平参数选取分析，整流器主要参数为，额定直流电压：3000V；最高直流电压：3600V；额定功率：3000kW；工频耐压：14kV；冲击耐压：30kV；冷却方式：自然风冷。
2. 3直流开关柜
直流开关柜采用户内空气式开关柜。进线柜和馈线柜均采用手车式结构，开关为直流快速断路器；负极柜采用手动隔离开关。DC1500V与DC3000V系统直流开关柜的技术参数主要差异为绝缘水平的不同，具体参数对比分析如下表5：
综上绝缘水平参数选取分析，直流开关柜主要参数为，额定电压：DC3000V；最高工作电压：DC3600V；额定电流：4000A；预期短路电流峰值：55kA；预期短路电流稳态值：40kA；工频耐压：≥14kV；冲击耐压：≥30kV。
2.4直流电缆
目前国内DC1500V电缆直接用AC1000V XLPE电缆代替，直流电缆选用铜芯、交联聚乙烯绝缘、低烟、无卤、A类阻燃电缆。DC1500V与DC3000V系统直流电缆的技术参数主要差异为绝缘水平的不同，具体参数对比分析如下表6：
综上绝缘水平参数选取分析，直流电缆主要参数为，额定电压：3000V；最高工作电压：3600V；工频耐压：11kV/12kV；冲击耐压：60kV；绝缘：乙丙橡胶（EPR）；外护套：热固性材料。
3、DC3000V牵引供电制式应用优点
（1）越高电压等级的供电制式，单边供电距离越远，所需的变电所越少，节约了建设投资。
（2）采用DC3000V供电制式，由于变电所数量减少，运营维护成本有所降低少；
（3）推进电压制式多样化的发展，推进设备国产化率。
4、结论
根据以上内容的分析和研究，我们知道DC3000V供电制式比较适合车站间距在4到10公里的线路。且相关设备在技术上完全可以实现的，但目前我国缺少DC3000V电压等级相配套的有关设备生产及试验标准，该电压等级设备采购方面需进一步研究。
参考文献：
[1] GB/T 25890.1 轨道交通地面装置直流开关设备.
[2] GB 1094.11电力变压器.
[3] GB/T28429轨道交通1500V及以下直流牵引电力电缆及附件.
[4] 孙才勤，陈琪，邓玉斌.双向变流型再生电能吸收利用装置应用分析[J].电气化铁道，2017，28（04）
[5] 薛扬禹. 地铁再生制动能量利用方案研究[D].西南交通大学，2017.
作者简介：
吴志斌，1985-，男，福建漳平人，本科， 厦门轨道交通集团有限公司，工程师，2008年从事地铁供电系统方面工作至今。