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城市轨道交通研究:城市轨道交通线网规划方案评价指标体系研究
摘要:发展轨道交通是解决大城市交通问题的根本途径.文中结合“绿色交通”理念,探讨了城市轨道交通线网规划方案综合评价的主要内容,针对现有综合评价体系的不足,利用层次分类展开法,建立了城市轨道交通线网规划综合评价指标体系的递阶层次结构,这一体系更加有利于城市“绿色交通体系”的实现.
关键词:绿色交通;轨道交通;线网规划;评价指标体系
在当前世界各国大力提倡公共交通的政策下,轨道交通正以其快捷、安全、准时、容量大、能耗低、污染轻等优势成为各大城市大力发展公共交通,追求“绿色交通”的挑选方式.由于轨道交通项目投资巨大、工期长,特别是其线路走向及布置对城市土地利用、发展格局及城市化进程起着重要的作用,因而城市轨道交通网络的规划至关重要.其中,轨道交通线网方案评价是城市轨道交通网络规划的关键环节,是方案挑选的基础.因此,建立科学、合理、客观的评价指标体系是判定“满意”方案的必要条件.
1 基于“绿色交通”理念的城市轨道线网评价的主要内容
“绿色交通[1]”是一个理念,也是一个实践目标,注重“以人为本、公共参与”的规划原则,最终强调城市交通的“绿色性”,即:减轻交通拥挤,减少环境污染,合理利用资源.它基于可持续发展,是可持续发展在交通运输系统中的具体体现.
轨道交通网络与道路系统不同,道路无论在何处,都会很快充满交通量,著名的downs定律曾用“三头齐发”原则来表述这种现象.而轨道线路若规划和选线不当,将吸引不到理想的客流量,而且线路不可能随意更改.如果这样,轨道交通不仅不能发挥应有的作用,对资源也是巨大的浪费,“公共参与”更无从谈起.
据国外研究表明,处于不同成长期的城市,轨道交通线网产生的作用(改善交通、支持和引导城市发展)不同.我国正处于城市化进程加速时期,城市规模不断扩大,因此现阶段我国城市轨道交通线网规划应重视引导和适应城市的发展.
另外,与其他系统相比,城市轨道交通具有环境优化和资源优化两大特征[2].
总之,在“绿色交通”理念的指导下,对城市轨道线网的评价必须注重轨道交通与综合运输、土地使用模式、社会、经济、环境、资源、生态协调发展,同时考虑可实施评价,以此论证方案的可行性.
2 现有评价体系分析综合分析
广州、南京、大连等城市的轨道交通线网规划的综合评价指标[3],与基于“绿色交通”理念的城市轨道线网评价的主要内容相比较,发现存在以下不足之处.
1) 在整个评价体系中忽视与城市发展的协调性,难以体现城市轨道交通是城市交通乃至城市总体规划的一个重要子系统,更难以体现对城市发展格局、发展形态的引导性.
2) 某些定性分析的指标缺乏客观性,如促进合理的土地开发,提高劳动生产率等难以确定,规划者在分析时常常融入本人的主观意识,势必会降低它的科学性.
3) 在同一评价体系中,有些指标相互关联,如广州市轨道交通线网规划指标体系中,公交平均出行时间与平均出行车速相关,线路负荷强度、公交出行比例与日客运总量相关.
4) 忽视可实施评价,除广州市轨道路网评价有所考虑之外,其它城市很少考虑可实施评价.不具有可实施性的方案只能是纸上谈兵,没有任何意义,所以必须进行可实施性评价.
可见,目前各大城市的轨道线网方案评价指标体系缺乏“绿色性”评价,不符合“以人为本”的规划思想,不能符合可持续发展要求,更没有完整的反映“绿色交通”的理念.
3 基于“绿色交通”理念的城市轨道交通线网评价指标体系
3.1 决策因素分析
以线网方案的评价内容为基础,密切联系轨道交通线网规划方法以及线网的功能定位,针对目前所有评价体系存在的问题,以“绿色交通”为理念,在大量的调查资料基础上,广泛吸收专家的研究成果,经综合分析、归纳、研究对比后,采用层次分析法和模糊综合评价法[4,5],确立城市轨道交通线网的评价决策因素为三个要素,并以此作为评价体系的三个准则层.
1) 城市协调性 从宏观层次上考察不同方案与城市发展战略规划、城市总体规划之间的吻合程度,考虑轨道交通线网的布设与城市总体规划的协调程度,评价轨道线网规划方案对城市经济、环境、景观风貌及对城市的发展等所造成的影响.
2) 综合效益性 从空间、时间及与其它各交通方式的衔接上综合体现不同方案给城市和城市居民带来的经济效益,以及不同方案对居民出行条件的改善程度等社会效益.
3) 建设实施性 从工程施工、技术方案、投资以及分期建设的合理性角度考察规划方案实施的难易程度,对规划方案的可实施性进行分析.
上述3个准则层从宏观、中观、微观层面上反映出随着城市社会经济的发展、规模的扩大,城市发展对交通系统的要求,同时也体现了两者的相互作用关系.另一方面,这三个准则层从规划主体、出行者、运营者、工程实施者四方利益出发,体现出线网规划方案决策是权衡多方利益进行价值判断的多目标冲突分析过程.
3.2 城市轨道交通线网方案评价的主体指标及其含义
综合影响城市轨道交通规划的决策因素,利用目标层次分类展开法,从轨道交通与城市协调性、综合效益性、建设实施性3个角度出发,对轨道交通路网方案评价的主体指标及各指标的含义进行分析.
3.2.1 城市协调性
1) 与城市发展的协调性 从轨道线网方案的总体结构上衡量方案是否支持城市的发展格局,轨道线网在市中心区形成的客运枢纽站以及与城市活动中心区域相匹配形成的客运交通走廊是否与城市的扩展方向吻合,是否促进城市的可持续发展.
2) 与城市总体规划的协调性 体现轨道交通线网的布局线路及场站设置与城市的布局结构、自然地质、人文历史、土地利用、景观风貌、旧城改造等协调程度.
3) 与城市经济发展的协调性 评价城市轨道交通线网的建设规模、分期建设与城市近远期经济能力的适应程度,以体现“绿色交通”的根本目标是追求经济的可持续性、社会的可持续性、环境的可持续性.
4) 与城市环境的协调性 评价城市轨道线网在运营以及项目建设期间对城市自然环境和生态环境的影响,如噪声、振动、电磁辐射、粉尘、水质等.
5) 与城市景观风貌的协调性 主要考虑轨道交通路基和站点的布局、形态、造型、色彩,轨道与两侧人造、自然、历史景观的协调性,以及轨道布置对城市景观的影响保护.
3.2.2 综合效益性
1) 轨道交通所体现的社会效益 主要考虑由于轨道线网的设置对居民出行条件的改善程度,包括出行时间、出行换乘次数、出行路段的负荷均匀程度.同时考虑对整个城市的交通结构的改善作用,以及对居民及乘客的环境影响程度,体现城市轨道交通的基本目标.
2) 轨道交通所体现的经济效益 主要考察轨道交通的建设给社会或运输企业所带来的直接经济效益,以及吸引大量客流所带来的社会经济效益等,如沿线地面、空间、地下交通和其他经济项目开发的效益.
3.2.3 建设实施性
1) 建设的可能性 主要评价工程建设条件、工程造价、项目融资能力、既有设施利用程度等.
2) 分期实施的可调节性 考虑为适应城市的发展变化,轨道交通设施扩展或缩减的自由程度,分期实施方案的可调节性及组合的灵活性等.
3.3 基于“绿色交通”理念的城市轨道交通线网规划方案的评价指标体系
通过以上对各主体指标含义的分析,遵循科学性、可比性、综合性、可行性、协调性等原则,确定更加满足“绿色交通”理念的城市轨道交通线网规划方案评价指标体系为3个准则、14项指标的递阶层次模型,如图1所示.
此评价体系更加反映了“绿色交通”的内涵,不仅从综合效益层的7个指标评价了轨道交通建设的基本目标以及轨道交通建设将带来的经济效益,也从与城市发展协调性的4个评价指标上体现了对土地资源的合理利用、对城市发展的引导作用以及对城市环境、景观等的影响协调程度,同时从建设实施性的3个评价指标体现了对方案建设的可实施性评价.
4 应用实例
以武汉市城市轨道交通网络规划为例,进一步说明所建立的城市轨道交通线网规划方案评价指标体系的合理性.考虑到武汉市的交通瓶颈为过江问题,对指标c7轨道客运量占公交方式比例稍作调整,涵义变为跨江客运量中轨道方式占公交出行的比例,建立武汉市城市轨道交通线网规划综合评价指标体系的递阶层次模型.
采用层次熵决策技术[6],对武汉市轨道交通线网规划的两个推荐方案进行综合评价,最终计算各评选方案距理想点的距离,距离越小,则方案越优.其结果与专家评审意见一致,如表1所列.
5 结束语
实践表明,基于“绿色交通”理念的城市轨道交通线网规划综合评价指标体系是合理的、科学的,针对具体城市的交通问题变更某些指标的涵义,可以使它具有更广泛的适用性.它的建立,将为各大城市轨道交通线网的规划方案提供更科学的评价依据
城市轨道交通研究:城市轨道交通再生电能回收技术方案的研究
摘要：如果采用车辆吸收电阻吸收地铁列车运行过程中的再生能量，则将带来隧道和站台内的温升问题，同时也增加了站内环控系统的负担， 造成大量的能源浪费并使地铁的建设费用和运行费用增加。为了降低隧道洞体和车站内温度并提高洞内空气质量，应当进行再生能量吸收的相关技术系统研究并在地铁工程中使用成熟的再生能量回收装置。
关键词：城市轨道交通；再生；吸收；技术方案
1 引言
在城市轨道交通工程中，直-交变压变频的传动方式已经普遍采用。车辆在运行过程中， 由于站间距一般较短， 列车起制动频繁， 因此要求起动加速度和制动减速度大，制动平稳并具有良好的起动和制动性能。从能量相互转换的角度看， 制动能量是相当可观的。虽然电动车组在其直流回路设有电阻耗能装置， 但是受机车空间所限， 不可能设置足以吸收这部分动能的装置，剩余能量只能由机械制动补充。由于轨道交通整流设备采用的是二极管整流器，只能单向供电。当列车制动时， 再生回馈能量通过机车变频装置向直流电网充电，使直流电网电压升高，当直流电压大于整流器输出电压时， 二极管整流器被反向阻断。由于地铁系统的特点是区间距离短、列车运行密度高， 这样列车在全线运行过程中必将有频繁的启动、制动过程。根据经验，地铁再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30%甚至更多。而这些再生能量除了按一定比例（一般为20%～80%， 根据列车运行密度和区间距离的不同而异） 被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。据考察北京地铁750 v 直流供电电压在机车进站制动时可能升到1 000 v 以上，这是由于列车再生制动能量在直流电网上不能被相邻列车吸收造成的。当列车发车密度较低时，再生能量被其它车辆吸收的概率将大大降低。有资料表明，当列车发车的间隔大于10 min 时，再生制动能量被吸收的概率几乎为零，这样，绝大部分制动能量将被车辆吸收电阻所吸收， 变成热能并向四外散发。由于列车的制动主要发生在运行过程中，如果再生能量由车辆吸收电阻吸收， 必将带来隧道和站台内的温升问题， 同时也增加了站内环控系统的负担，造成大量的能源浪费并使地铁的建设费用和运行费用增加。在国内的部分地铁线路（如北京地铁） 上已经反映出温升问题相当严重。因此， 对再生能量吸收的相关技术进行系统研究并在地铁工程中使用成熟的再生能量回收装置，将会降低隧道洞体和车站内温度并改善洞内空气质量。同时， 合理的配置再生能量回收装置还能减少车载设备（车辆制动电阻），减少车辆的运营维护工作量，降低车辆成本，减少车辆自重，从而降低列车能耗， 提高车辆加减速性能， 并有可能在一定程度上降低电机的配置容量。
目前，我国在城市轨道交通中应用再生能量回收技术尚属起步阶段， 可借鉴加拿大、日本等国的成功经验。若在国内城市轨道交通系统中广泛应用此项技术，必将产生巨大的社会和经济效益。
2 可采用的相关技术
轨道交通车辆所采用的电制动方式一般包括再生制动和电阻制动两种方式，再生制动的较大优点是节能，但再生电能并不是都能被其它牵引车辆吸收，剩余部分则消耗在车辆制动电阻上并转变为热能散发到空气中。车辆采用电阻制动方式吸收电能比较稳定， 但制动能量消耗在电阻上， 既不能加以利用，又因在车辆上装设大容量制动电阻而导致车下设备的总体布置困难，车体重量和列车牵引耗电增加，同时还加大了对环境的污染。
为了减少制动能量在列车制动电阻上的耗散，抑制地铁隧道内温度的升高和减少车载设备，国外一般在牵引变电所的直流母线上设置再生制动能量吸收装置，所采用的吸收方案主要包括电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型和逆变回馈型四种方式。当处于再生制动工况下的列车产生的制动电流不能被其他车辆和本车的用电设备吸收时，线路上设置的再生制动能量吸收装置立即投入工作，吸收多余的再生电流，使车辆再生电流持续稳定，以较大限度地发挥电制动性能。如日本多摩、冲绳、东京、大阪的轻轨和地铁线路， 加拿大多伦多轻轨及意大利米兰3 号线等地铁均采用了再生制动能量吸收装置。
电阻耗能型再生制动能量吸收装置主要采用多相igbt 斩波器和吸收电阻配合的恒压吸收方式，根据再生制动时直流母线电压的变化状态调节斩波器的导通比， 从而改变吸收功率， 将直流电压恒定在某一设定值的范围内，并将制动能量消耗在吸收电阻上。该吸收装置的电气系统主要由igbt 斩波器、吸收电阻、续流二极管、滤波装置（滤波电容和滤波电抗器）、直流快速断路器、电动隔离开关、避雷器、电磁接触器、传感器和微机控制单元等组成。该装置的优点是控制简单， 其主要缺点是再生制动能量消耗在吸收电阻上，未加以利用；而且电阻散热也导致环境温度上升，因此当该装置设置在地下变电所内时， 电阻柜需单独放置， 而且该房间需采取措施保障有足够的通风量，需要相应的通风动力装置，也增加了相应的电能消耗。
电容储能型或飞轮储能型再生制动能量吸收装置主要采用igbt 逆变器将列车的再生制动能量吸收到大容量电容器组或飞轮电机中，当供电区间内有列车起动或加速需要取流时，该装置将所储存的电能释放出去并进行再利用。该类吸收装置的电气系统主要包括储能电容器组或飞轮电机、igbt 斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和微机控制单元等。该装置充分利用了列车再生制动能量， 节能效果好， 并可减少列车制动电阻的容量。其主要缺点是要设置体积庞大的电容器组和转动机械飞轮装置作为储能部件，因此应用实例较少。
逆变回馈型再生制动能量吸收装置主要采用电力电子器件构成大功率晶闸管三相逆变器，该逆变器的直流侧与牵引变电所中的整流器直流母线相联， 其交流进线接到交流电网上。当再生制动使直流电压超过规定值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网。该吸收装置的电气系统主要包括晶闸管逆变器、逆变变压器、平衡电抗器、交流断路器、直流快速断路器、电动隔离开关、直流电压变换器和调节控制柜等。该装置充分利用了列车再生制动能量， 提高了再生能量的利用率， 节能效果好，并可减少列车制动电阻的容量。其能量直接回馈到电网，既不要配置储能元件，又不要配置吸收电阻，因此对环境温度影响小，在大功率室内安装的情况下多采用此方案。
3 技术方案的研究与比较
3.1 有关系统的仿真模拟计算
仿真模拟是较为先进的研究方法之一，事实证明，这样的研究方法是可取的、科学的、的。许多重大项目都要经过各种仿真模拟计算后才能够进入实施阶段，开发研究阶段的有关模拟分析参数的选择和确定将有可能影响到整个工程的方案决策、运行效果以及工程投资和系统的经济合理性。因此，在项目的设计阶段进行大量的、的仿真模拟是非常必要的。多年来中铁电气化勘测设计研究院已经在各条城市轨道交通的供电系统设计中多次运用这种方法。因此， 为了得到更为的研究结果，在本课题的研究过程中对相关的系统进行了大量的模拟分析与比较。所应用到的主要模拟技术和分析流程见图1。
3.1.1 列车运行模拟
列车运行的模拟仿真是整个方案研究最基础的数据平台和依据，它的正确性和科学性将直接影响后续模拟计算的性和方案的性。因此必须对与此相关的各个系统进行充分调查、分析与研究。主要包括车辆特性、车辆阻力、车辆运行工况的分析与研究，线路资料和有关运营资料的分析与整理，从而获得的全线列车运行数据。
3.1.2 不同运行图模拟
一般来说，在固定的列车追踪间隔运行状态下，列车的牵引用电负荷反映到牵引变电所是相对持续稳定的，不会因运行图上下行铺画的时间交错产生较大的波动变化。因此， 中铁电气化勘测设计研究院一般在设计牵引供电系统方案和容量的时候，只需对典型的高峰小时运行图进行模拟就可以满足要求。而再生能量回馈电流则是短时的、不稳定的，由于其他列车的运行状态直接影响到再生电流的吸收比例，所以在作回馈电流的模拟分析时，应该充分考虑运行图上下行铺画的不同时间交错情况下的回馈电流特性。在进行运行图模拟时，增加了以追踪间隔为周期，以2 s 为步长的多图模拟模型，为下一步的供电系统模拟提供更具广泛性的数据基础。
3.1.3 供电系统模拟
供电系统模拟是基于全线牵引供电网络数学模型之上，根据有限元分析的基本思想对全线网络模型进行一定间隔的切割，并对各个切割断面进行数据抽象，同时根据运行图数据对全线列车的运行状态扫描后进行全线的牵引供电网络分析，从而计算出供电网络各个切割断面的瞬态电气参数，并进行统计输出。本文在原有的模拟模型基础上， 加入了电能回馈吸收装置的简化数学模型（见图2）， 使模拟的数据结果更加，为回馈吸收系统方案的建立和容量的选择提供的依据。由于在进行系统模拟分析的过程中，主要研究目标为能量的流动过程， 因此为了简化算法，提高运行速度，将回馈装置在数学模型上简化为可调电阻，设定回馈装置的电压投入条件，通过调节可调电阻的大小来适应回馈功率的变化。通过各种运营状态下的模拟分析、统计，获得回馈功率的变化特点。
图2 回馈吸收装置的简化模型示意图
3.2 仿真模拟结果分析
考虑到再生回馈电能的负荷特点（短时性和随机性），对不同运行阶段的列车运行、不同运行图和供电网络进行大量的模拟分析和比较。以某牵引变电所为例的图3 可以看出，在相同的列车运行追踪密度下，再生回馈功率因不同的运行图铺画而差异很大。而在未来的实际运行中， 运行图可能会出现各种随机性变化。
图3 某变电所远期高峰小时-平均回馈功率曲线
3.3 再生吸收装置的分布方案与容量选择
因为当前没有相应设计原则可依照，根据再生回馈负荷的特点、大量模拟计算和数据分析并考虑到大部分再生电流回馈冲击都在20 s 以内，所以可认为各变电所回馈装置的容量是按照以下原则确定：（1）按照不同运营条件、不同运行图下的20 s 平均较大负荷确定；（2） 用不同运营条件、不同运行图下的短时较大负荷进行容量校核。
3.4 再生回馈／吸收电能的统计分析
通过对某地铁线路的模拟计算和统计分析，在不同追踪间隔条件下，全线的不同运行图平均回馈功率统计。在各种追踪间隔条件下的不同运行图平均回馈功率波动曲线见图4。在不同追踪间隔的条件下， 不同运行图的平均回馈功率波动不大， 回馈功率的大小与追踪间隔没有直接的关系。因此认为可以对各种运行条件下的回馈功率进行平均并作为全线全天回馈能量统计的基础。
图4 不同追踪间隔下的回馈功率波动曲线
按照每年365 天，每天运营时间18 h 计算，某地铁全线全年回馈吸收电能总量为ere。ere=365×18×1 331=8 744 670（kw·h）。
4 经济技术效果
通过以上对某地铁线路的技术分析，按照每度电价0.5 元计算，每年仅节省电费就达到470 万元。全线牵引所的回收装置设备费暂按照飞轮储能装置估计约4 000 万元。这样仅从供电系统的角度考虑，预计8～10 年就能够收回全部设备费用。另外，再生能量回收装置的安装将对地铁其他系统带来巨大的社会和经济效益，比如：大大降低隧道温升，从而降低隧道通风设备容量和相关投资；减少列车制动电阻容量， 从而使车体更轻、更节能、成本更低。由于篇幅所限， 本文不再对其他系统进行详细分析比较。
城市轨道交通研究:城市轨道交通电力监控系统研究
摘 要：提出了城市轨道交通电力监控系统分层分布总体架构、平台化的技术方案和累积性应用思路，旨在保障监控系统实时性、安全性、可实施性及应用的开放性，同时提出了以综合监控系统为基础的系统架构思路和应用框架。
关键词：城市轨道交通；电力监控；综合监控
0 引言
城市轨道交通电力监控系统主要是对城市轨道交通全线各类变配电所、接触网等电力设备运行情况进行分层分布远程实时监视和控制，处理供变配电系统的各种异常事故及报警事件，保障系统的正常运行，同时提升供变配电系统调度、管理及维修的自动化程度，提高供电质量，保障系统安全、地运行。系统通过通信专业提供的通信通道与车站变电所综合自动化系统进行信息交换；变电所综合自动化系统通过所内通信网与所内各类现场测控装置互连，形成现场、车站和主控中心的多层应用体系。在系统整体网络拓扑结构中，控制中心主备监控系统和站级监控系统是数据采集、处理、分析与系统实时控制的关键节点和使用节点，而现场测控设备是整个监控的接口设备。
1 分层分布的系统架构
城市轨道交通电力监控系统经过多年的实践，单条线路基本上按照两级管理、三级控制方式进行使用和管理，与之相适应的监控系统架构考虑城市轨道交通的地域分布特点，监控系统采用分层分布的结构体系。分层分布系统架构在监控系统中属于大型复杂系统的系统结构，适用于跨地域、多层次、分级别的大型自动化系统，这种结构既满足目前城市轨道交通的电力应用需求，也满足今后城市轨道交通横向规模综合和纵向应用综合的两度应用发展对支持系统的基础架构要求。两级管理分别是中央级和车站级，三级控制分别是中央级、车站级和现场级。它们之间既相互联系又相对独立，分层分布原则确保了层次间的相对独立性，有效分解了系统的复杂度，提升了系统的可实施性；冗余和动态分布原则极大提升了系统的并行度，结合多种软硬件隔离和抗干扰措施，软件支持 1+n 冗余调度，实现系统高可用性的终极目标。
城市轨道监控应用中心系统通常采用主备冗余系统，它对全线重要监控对象的状态、性能数据进行实时收集和处理，通过各种调度员工作站以图形、图像、表格和文本的形式显示出来，供调度人员控制和监视。同时系统根据一定的逻辑关系自动向分布在各站点的被监控对象或系统发送模式、程控、点控等控制命令，由调度员人工控制命令，从而完成对全线供电设备集中监控和调度管理，确保轨道交通的供电质量和供电安全。
车站级电力监控系统对本站供电设备监控对象的状态、性能数据进行实时收集和处理，当中心系统或通信网络发生故障时，该系统可对车站范围内的供电设备进行控制，形成多级冗余。
现场级测控设备与监控系统的中心和车站级均有通信接口。它们位于各监控对象附近，起接口转换、信息采集、传送、汇聚、命令接收、执行和反馈作用。通常采用工业控制网络或现场总线，分散控制结构，自律式控制器保障系统的安全。现场级测控设备通常设置当地/远方功能，为系统的现场维护调试和特殊情况提供现场操作选择。
2 系统平台化实现方案
国内外城市轨道交通经过多年的实践，基于平台化的实时监控系统显现出强大的优势，尤其在综合监控应用模式中，软件平台成为技术方案的核心和技术精华所在。平台化的方案使项目的设计、工程的实施和业主的应用更侧重关注应用技术和应用的本身，而不是支持系统的技术细节和计算机通信的基础技术。
目前，国内城市轨道交通综合监控系统中，广州地铁 3、4、5 号线采用的是基于法国的scadasoft 平台、北京轨道交通指挥系统采用的是基于新加坡的 oasys 平台、北京地铁 5 号线采用的是基于英国的 railscada 平台、北京首都机场线采用的是基于国产化的 railsys 平台。
由于平台软件建设是一个庞大的系统工程，而且基于平台的产品需要一定的应用累积和工程检验。国内自主研发的 railsys 轨道交通实时应用支持系统（简称为 railsys 软件平台）是结合了国情和行业应用特点研发的。该平台面向城市轨道交通、铁道行业实时应用，如城市轨道交通电力监控系统和综合监控系统、铁道行业行车调度、牵引供电远动、10 kv 电力与信号电源监控等实时应用开发的一套功能强大的、接口标准开放的大型自动化系统实时应用支撑软件平台，是国内比较的软件应用平台（application plat）之一。
基于该软件平台可开发各种城市轨道交通和铁道实时应用系统，并保障系统实时性和性，系统的应用构架由平台决定，具体的应用功能由基于平台的工程化实施完成。railsys 软件平台在通用平台基础上增加了应用支持层，使平台具备一定的行业应用特点；同时它也丰富了产品群，尤其是工程支持包，实现了非量化工程软件实施使用的高性。下面就该平台的基本构成作一介绍。
2.1 异构计算机/网络/数据库环境支持
railsys 实时软件平台支持多个网络的分布式运行环境。支持多网络下的业务动态加载与分配。同时该系统底层采用虚拟操作系统技术和虚拟数据库技术，支持系统的运行环境适用于多种计算机的操作系统和商用关系数据库，包括现有的主流操作系统和主流数据库管理系统。
2.2 基于内存的实时关系数据库子系统
数据库支持多网络访问，支持多数据库冗余，支持 sql 语言有限子集等。
2.3 实时中间件技术及轨道应用公共信息总线
结合轨道交通实时应用的需求，参照中间件接口标准开发的实时数据库中间件、实时通讯中间件、实时消息中间件等平台内核机制。
平台提供一套完备的轨道实时应用公共信息总线，本总线支持轨道交通供电应用、环境监控、机电设备等各种实时业务应用的数学模型以及其他相关扩展业务应用。
2.4 公共应用模型支持
自动化的深入应用会遇到应用模型的数学问题，作为平台软件，创新地在基础平台上增加了实时监控应用模型（属于公共应用模型的一种）的支持。国际上有 iec 61970 cim/cis 的公共应用模型标准，结合国际标准和国内的具体应用，考虑开放性的标准，在 railsys 轨道实时应用支持系统中采取外挂策略，支持应用模型，这种灵活的方式为支持系统带来广泛的适用性。同时也验证了平台的技术思路和开放性。
2.5 轨道交通实时应用的人机界面组态工具
完整的实时监控平台可细化为通信平台+scada 平台+alarm/event+hmi 平台。当今软件产品人机界面占的分量越来越大，通常在实时应用行业所占比例约在 50～60%，而通用软件所占的份额更大。平台的产品特点要求把组态软件分成支持和应用 2 部分。从图元底层、数据源头 2 方面把握，提供上层应用的有力支持（通常脚本支持）；平台软件中提供典型的应用和应用模板，一方面丰富支持系统，另一方面验证支持系统的正确性。
3 累积性应用
对于轨道交通监控应用，目前国内积累了一定的经验，但是针对高密度行车、网状线路、突发事件处理、多专业协调互动、营运管理和专业维修支持等应用都在探索中。在监控应用的多专业接口缺乏规范情况下，只有平台化思路，才能制订从通信、数据、应用等各种不同匹配层的标准和规范。
4 railsys 软件平台的应用
railsys 软件平台在北京市轨道交通首都机场线综合监控系统电力监控子系统的工程实践中已经显现出优势。其综合监控系统（iscs）按照两级管理、三级控制的结构体系进行架构。railsys系统软件从设计到实现充分考虑和体现了分层分布、高性、高实时性、模块化、接口的完整、规范和开放的特点，保障了系统的安全和应用的灵活多样性。其优势集中体现在以下几点：
（1）高性解决方案，1+n 容错运行模式。该系统设计时充分考虑到地铁实时监控对性的极高要求，采用关键结点硬件冗余配置热备运行，软件运行方式实现 1+n 容错模式，较大限度地保障系统的可用性。
（2）支持混合软硬件计算机支撑环境。railsys 系统软件平台在混合软硬件支撑平台上统一设计并实现，支持混合计算机硬件平台，不同的操作系统及各种主流商用数据库，系统核心应用采用 unix 环境，人机接口采用 windows 环境。
（3）先进的多层体系系统构架。系统按照多层体系结构的框架，划分前置通讯预处理层、实时监控应用的数据处理层、实时数据库/历史数据库支持层、客户端应用的服务层和客户界面应用层。
（4）强大系统可扩展性支持应用的延展。该系统从设计到实现一直把系统的可扩展性贯串始终，系统强大的可扩展性是对用户投资和系统发展的较大保障。railsys 系统采用分层、分布式的支持实时监控应用的平台结构，保障了系统在应用上的不断扩展，同时该系统在软件设计容量上不进行限制，仅根据实际工程的计算机性能、内存、数据库、可能的较大应用规模等综合性能进行配置限制，保障了系统在规模上的持续扩展。
（5）实时数据库与商用数据库相结合。实现数据开放性和应用实时性的解决方案，遵照商用数据库接口标准实现的实时数据库通用、高效，接口开放，满足不断发展的实时监控应用需求和实时系统高标准的实时性指标。
（6）图模库一体化。该系统开发出面向供电及其他具有拓扑逻辑结构的应用图模库一体化机制。在绘图的同时自动建立供电应用数学拓扑模型，智能形成应用模型实际参数并自动录入到数据库中，因此极大地提高了系统建模的正确性，减轻了建模和参数录入工作量，便于整个系统的一体化维护，保障了系统图模库的一致性和性。
（7）强化的异常捕捉和事故处理。该系统强化异常捕捉和事故处理，增加事故追忆及反演，完善故障录波、故障判断及自动隔离（da）等一系列功能，同时系统设计了独立报警和事项处理机制，支持多媒体语音报警、手机短信等功能，进一步延伸异常捕捉和事故处理后的深层应用。
5 结束语
本文以实际平台软件和国内实践为例，研究了城市轨道交通电力监控系统总体分层分布架构、平台化实施方案和累积性应用。重点论述分布分层的系统架构和平台内核的技术要点。从今后轨道交通应用的角度，提供了一个整体解决思路和持续可用的技术策略。选择一个符合行业应用的平台化系统，支持包括电力监控系统在内的建设和使用，累积横向多专业应用和纵向应用发展，制订相应的规范和接口标准。这样，为行业的中长期发展从体系结构上保障系统构架的技术可现实性、工程经济性、应用拓展性、以及技术持续先进性协调发展。
城市轨道交通研究:对城市轨道交通建设投融资问题的研究
【摘 要】 分析了我国城市轨道交通建设投融资现状,在归纳了城市轨道交通建设投融资模式的基础上,重点讨论了城市轨道交通融资租赁方式及土地开发问题,研究城市轨道交通投融资的新途径。
【关键词】 城市轨道交通; 投融资; 融资租赁; 土地开发
目前我国已经形成一股兴建城市轨道交通的热潮,但是我国目前城市轨道交通项目建设的投融资体制却越来越难以适应快速发展的轨道交通项目建设的需要。因此需要创新轨道交通投融资体制,运用市场机制,吸引多元投资主体参与。
1 我国城市轨道交通建设投融资现状
1 .1政府财政投资
已建设完成的北京地铁东西线和环线是由国家投资建设的。“复八一线”由北京市政府包揽投资。“十五”期间,我国城市基础设施建设大约需要投资10000亿元。其中,中央和地方两级政府投资约2000亿元,缺口约8000亿元。由此可见,由政府主导投资城市轨道交通建设,投资主体过于单一,并且仅仅依靠政府财政投资根本无法满足城市轨道交通建设的需要。
1 .2 国内贷款
目前我国城市轨道交通建设所需国内贷款主要来自国家开发银行的政策性贷款和国内商业银行的投资贷款。但城市轨道交通项目资金投放量集中、回收期长、收入水平较低的特点,使项目本身孕育着较大的金融风险,筹资难度大。
1 .3 利用外资
目前我国通过世界银行、亚洲开发银行、日本海外协力基金会等国外金融组织引入了一部分资金,上海新修建的几条地铁项目就吸收了一部分外国政府优惠贷款。但其规模相对于项目建设的资金需求量来说还太小。
2 城市轨道交通的投融资方式探讨
轨道交通建设投资模式从宏观上可归纳为三种:政府财政投资模式、商业投资模式和混合投资模式。
从世界范围看,真正采用纯政府财政投资模式的国家或城市很少。而且针对我国目前的实际情况,光靠政府投入是远远不够的,必须引入商业化投资运作的方法才能加大轨道交通建设资金的筹集力度。
轨道交通商业化投融资的途径有很多,如融资租赁、bot、abs融资、世界银行贷款项目的联合融资等方式。本文重点讨论我国城市轨道交通建设bot方式及土地开发问题。
3 融资租赁方式
租赁是一种承租人可以获得固定资产使用权而不必在使用初期支付其全部资本开支的一种融资手段。在发达国家中,相当多的大型项目是通过融资租赁方式筹措资金的。融资租赁的一般形式为:当项目公司需要筹资购买设备时,由租赁公司向银行融资并代表企业购买或租入其所需设备,然后租赁给项目公司。项目公司在项目营运期间以营运收入向租赁公司支付租金,租赁公司以其收到的租金向贷款银行还本付息。租赁期结束以后,出租人基本上可以收回全部成本并取得预期的商业利润。
3.1 可行性分析
首先,城市轨道交通建设所需资金巨大,在政府财政投入严重不足的情况下,多渠道筹措资金是轨道交通建设得以顺利进行的必然选择。其次,由于城市轨道交通具有运量大、快速、清洁、准时等特点,在具有百万以上人口的大城市发展城市轨道交通系统,建成后会形成稳定而充足的客流,其经营收入能够得到保障。再者,由于轨道交通方式所具有的一系列交通、经济、环境和社会特性,政府往往会在税收、贷款、沿线土地使用、相关项目开发等方面给予政策扶持,因而其投资风险程度是相对较小的。,由于当前我国城市轨道交通建设施工水平较低,很难引进先进的生产设备。采取融资租赁的方式,可以有效地利用外资引进国外先进的生产设备,有可能突破一些国际技术壁垒等。所以融资租赁适合我国当前的城市轨道交通建设和经济发展的现状,具有一定的可行性。
3.2 融资租赁的优势
(1) 企业能够节省资金投入,缓解资金紧张局面。城市轨道交通建设单位可以先不付或只付很少一部分资金,就能够获得建设专用机械,运营专用车辆等设备,可以把建设初期节省下来的资金投入到更多的新线建设和经营中去,再以经营收入分期偿还租金,从而大大加快我国城市轨道交通建设的步伐。
(2) 企业能够避免通货膨胀的影响,减少投资风险。因为租赁业务的租金是根据租赁开始时的设备价格确定的,在租期内可保持固定不变,而且租金是在未来分期支付的,因而在通货膨胀的情况下,等于用贬值后的货币购买原价的设备使用权。
(3) 企业能够享受政府的优惠政策,降低投资成本。一些国家为促进融资租赁的应用,从税收、贷款、保险等方面采取了鼓励、扶持措施。其中包括:租赁公司购进设备供出租,可以享受所购设备加速折旧的优惠;政府向从事融资租赁业务的公司提供低息政策性贷款等。当然这些措施还能够降低承租方的租金。
3.3城市轨道交通建设中运用融资租赁的方式
(1) 开展国产设备融资租赁业务,促进设备国产化。在我国已经运营的城市轨道交通项目中,大部分设备都要依靠国外进口,长此以往势必会导致技术设备依赖国外,同时使运营线路设备的维修保养等都要依赖国外,从而限制我国轨道交通事业的发展。因此,国家计委已经规定今后立项建设的轨道交通项目,其设备国产化率必须达到70%以上。同时从客观上讲,我国城市轨道交通建设所需设备大部分都能由国内相关厂家生产。所以积极开展国产设备融资租赁业务是大势所趋,这对于提高国产设备的竞争力、降低轨道交通造价具有重要意义。
(2) 积极开展售后回租式融资租赁业务,盘活存量资产。已经投入运营的城市轨道交通项目具有大量的存量资产,可以把这些资产出售给融资租赁公司,然后再租回使用,这样可以把已经固化的设备转化为货币资本,增加运营企业流动资金。
(3) 利用融资租赁方式引进外资和先进设备。应该看到一些关键先进的城市轨道交通设备尚不能在国内生产,因而在这种情况下,利用融资租赁引进外国资金和先进设备是一条很好的途径。在融资租赁业务中,承租方可以自由选择符合需要的设备,然后由出租方出面和供货方签订买卖合同,购进先进设备供承租方使用,这样可以有效避开某些国家的技术壁垒,从而扩大我国利用外资的规模和能力。
4 土地开发
轨道交通车站附近具有较好的可开发性,其商业价值较高。当轨道交通运营后,如果辅之以适当的公交集散条件及商业环境,车站周围的土地价值就会有较大幅度的提高。因而很多开发商都看中了轨道交通车站附近的土地开发商机。
所以把城市轨道交通建设与沿线物业综合开发相结合,让沿线物业土地出让的收入投入轨道交通工程建设,则能进一步缓解城市轨道交通建设资金紧张的局面。
城市轨道交通开发、建设具有“修一线、兴一线”的特点,从而使沿线土地及物业得到升值。目前城市轨道交通建设与沿线物业综合开发相结合,已成为城市轨道交通开发建设筹资的成功方式。
城市轨道交通建设与沿线物业综合开发相结合,是指在相当长的一段时间里凡在轨道交通运营线、在建线和规划线沿线开发的房地产项目,其土地出让收入,根据需要全部或大部分用于轨道交通开发建设专项筹资。收费标准以建成线为较高,在建线次之,近期规划线、远期规划线低。
一个代表性例子是土地资源开发在圣保罗地铁建设融资中的成功运用。圣保罗市政府对土地升级建立了一种收费机制。即要求土地的业主必须向市政府购买“附加建设许可证”。该机制有许多优点:
(1)“许可证”具有商业价值,对任何土地业主都有吸引力,并且“许可证”可向其他投资者出售。
(2)物业开发商会感兴趣,当建设项目有眉目时,会购买“许可证”。
(3)政府从“许可证”得到的资金可以投入地铁的建设。实践证明这种筹资方式是相当成功的。
我国香港地铁运作的巨大成功又是一个典型的例子。香港地铁公司为兴建观塘线、荃湾线及港岛线三条城市地铁线共需筹集建设成本250亿港元,但同时香港地铁公司在这三条城市地铁沿线上共有18个房地产开发项目,受益为40亿港元,约占总建设成本的16%,有效地解决了一部分建设资金的筹措。
5 结束语
为了推进我国城市轨道交通的快速建设,除了通过各级政府投资、银行贷款外,还可以采用融资租赁、土地开发特许权等方式获得轨道交通建设急需的资金。本文的探讨还比较粗浅,尚有许多方面有待进一步研究。
城市轨道交通研究:城市轨道交通供电系统的中压网络研究
摘要：本文从城市轨道交通供电系统的功能、构成、以及系统的外部电源方案等方面对城市轨道交通供电系统进行了简述。在此基础上引入了城市轨道交通供电系统中压网络的概念，中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。同时结合国家中压配电现状及发展趋向、国内城市轨道交通中压网络现状及发展思路、以及不同电压等级的中压网络的特点，对中压网络的电压等级的特点进行了综合比较，并对其构成进行了系统分析。提出了一种新型接线方式-20kV牵引动力照明混合网络。
关键词：牵引动力照明混合网络 城市轨道交通 供电系统 中压网络
一、供电系统的简介及中压网络的概念
1、城市轨道交通供电系统的功能
城市轨道交通供电系统，担负着运行所需的一切电能的供应与传输，是城市轨道交通安全运行的重要保障。
城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运行所需要的牵引负荷，二是车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，诸如：通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。
在上述用电群体中，有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷；有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准，而且这种要求和标准又相差甚远。城市轨道交通供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求，以使其发挥各自的功能与作用。
保障电动客车畅行，安全、、迅捷、舒适地运送乘客，是供电系统的根本目的。
2、供电系统的构成
根据功能的不同，对于集中式供电，城市轨道交通供电系统可分成以下几部分：外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。对于分散式供电，城市轨道交通供电系统则可分成以下几部分：外部电源、(电源开闭所)、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。牵引供电系统，又可分成牵引变电所与牵引网系统。动力照明配电系统，又可分成降压变电所与动力照明。
但在进行初步设计与施工设计时，为便于设计管理，供电系统往往被划分成：系统设计；主变电所设计；牵引变电所(或牵引降压混合变电所)及降压变电所设计；牵引网设计；电力监控系统设计；杂散电流腐蚀防护设计(注：动力照明随同土建一起设计)。
3、外部电源方案
城市轨道交通系统的外部电源方案，根据城市电网构成的不同特点，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。
(1)确定外部电源方案的原则
城市轨道交通作为城市电网的特殊用户，一般用电范围多在10km~30km之间。城市轨道交通系统的外部电源方案，主要有集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何种方式，应通过计算确定需要负荷之后，根据城市轨道交通路网规划、城市电网构成特点、工程实际情况综合分析确定。
(2)集中式供电
在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路长短，建设专用的主变电所，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。主变电所进线电压一般为110kV，经降压后变成35kV或10kV，供牵引变电所与降压变电所。主变电所应有两路独立的进线电源。集中式供电，有利于城市轨道交通供电形成独立体系，便于管理和运营。上海、广州、南京、香港、德黑兰地铁等即为集中式供电方案。
(3)分散式供电
根据城市轨道交通供电的需要，在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源，构成供电系统，称为分散式供电。这种供电方式一般为10kV电压级。分散式供电要保障每座牵引变电所和降压变电所均获得双路电源，要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。建设中的沈阳地铁、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线等即为分散式供电方案。
(4)混合式供电
将前两种供电方式结合起来，一般以集中式供电为主，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。这种方式称为混合式供电。北京地铁一线和环线、建设中的武汉轨道交通工程、青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。
通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所、降压变电所连接起来，横向把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来，便形成了中压网络。
根据网络功能的不同，把为牵引变电所供电的中压网络，称为牵引网络；同样，把为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。
中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。
中压网络不是供电系统中独立的子系统，但是它却是供电系统设计的核心内容。它的设计牵扯到外部电源方案、主变电所的位置及数量、牵引变电所及降压变电所的位置与数量、牵引变电所与降压变电所的主接线等。
二、中压网络的电压等级
1、国家中压配电现状及发展趋向
我国现行中压配电标准电压等级有：66kV、35kV、10kV。随着城乡电气化事业的发展，只有一种10kV作为中低电压的分界，显然已不能满足城乡配电网发展要求。
我国及时个20kV一次配电的供电区，已经于1996年5月在苏州工业园区投入运行。从前一段运行情况来看，其线损率大大低于10kV系统。
对于农村电网，从电源电压直接送到中压一次配电层，形成高压电源层──中压一次配电层──低压户内三级配电，可以简化电网、降低造价、减少线损、利于发展。采用20kV作为中压一次配电层，功能上可以替代35kV与10kV两个配电层，而造价上则与10kV设备差异不大。由此可见，20kV电压等级的这种特点，也适合于高密度负荷地区的城市电网。例如：早在1999年中电联供电分会发表的“北京电网实施城网建设和改造的规划原则”中表明：北京市区内电压等级按500kV、220kV、110kV、10kV(20kV)设计，其中新建开发区可选20kV电压等级。
2、国内城市轨道交通中压网络现状及发展思路
以往，因国家城乡电网中没有采用20kV这一电压等级，相应的开关柜等20kV设备，也没有跟上发展。在这样的大环境下，要在城市轨道交通工程中使用20kV电压级，是比较困难和不现实的。因而，国内既有城市轨道交通的中压网络电压等级采用了35kV(若采用国外设备则是33kV)或10kV。北京地铁、天津地铁、长春轨道交通环线一期工程、大连快速轨道交通3号线的中压网络为10kV；上海地铁1、2号线的牵引网络采用了33kV，动力照明网络采用了10kV；上海地铁明珠线的牵引网络采用了35kV，动力照明网络采用了10kV；广州地铁1、2号线采用了33kV的牵引动力照明混合网络；南京地铁南北线一期工程、深圳地铁采用了35kV的牵引动力照明混合网络；武汉轨道交通一期工程、重庆轨道交通较新线工程采用了10kV的牵引动力照明混合网络。
然而，随着城乡电力消费的增长，发展城乡20kV配电网已提到议事日程上来。20kV是目前公认的具有发展前景的挑选电压级。20kV开关柜、变压器、电力电缆等一系列设备，也实现了国产化。
近年已颁布的国家标准GB156—93中表明，20kV也是可使用的电压级。另外，已经完成送审稿的《地铁设计规范》中规定：地铁中压网络的电压等级可采用35kV(33kV)、20kV、10kV。因此，在我国城乡电网及20kV设备这个大环境，已经发生变化的情况下，在城市轨道交通中压网络的电压等级选用上，也应该拓宽思路，认真比较，优化选用。换言之，不能仅局限于以往的35kV(33kV)和10kV框框，应该认识到，20kV也是可用的，并已成为一个备选电压级。这是因为：城市轨道交通供电系统，尤其是集中式供电系统，与其他公用用户相比，相对独立，自成系统。无论从施工建设，还是运营管理、养护维修等均相对独立。从这个角度来说，城市轨道交通中压网络的电压等级不一定与外部电网电压等级相一致。实际上，上海地铁、广州地铁，已采用了国外的33kV设备，而我国电压等级是35kV，并非33kV。另外，象南京地铁、深圳地铁采用的35kV，也是这两座城市市区电网所要取消的电压级。换言之，在城市轨道交通中压网络电压等级与外部市网电压等级的关系上，是采用35kV还是采用33kV或者20kV，其性质和概念上是一样的。
3、不同电压等级的中压网络的特点
(1)35kV中压网络，国家标准电压级。输电容量较大、距离较长；设备来源国内；设备体积较大，占用变电所面积较大，不利于减小车站体量；设备价格适中；国内没有环网开关，因而不能用(相对于断路器柜)价格较便宜的环网开关，构成接线与保护简单、操作灵活的环网系统；广州地铁、上海地铁已经采用。
(2)33kV中压网络，国际标准电压级。输电容量较大、距离较长，基本与35kV一致；设备来源国外，不利于国产化；国外开关设备体积较小、价格较高，广州、上海地铁已经采用；国外C－GIS产品有环网单元。
(3)20kV中压网络，国际标准电压级。输电容量及距离适中，比10kV系统大。设备实现国产化；引进MG、ALSTHOM等技术的开关设备，体积较小，占用变电所面积远小于国产35kV设备，有利减小车站体量，节省土建投资；价格适中；有环网单元，能构成接线与保护简单、操作灵活的环网系统；国内地铁尚没有采用，但国外地铁多有采用。
(4)10kV中压网络，国家标准电压级。输电容量较小、距离较短；设备来源国内；设备体积适中；设备价格较低；环网开关技术成熟、运营经验丰厚，可用其构成保护简单、操作灵活的环网系统；国内外地铁广为采用。
4、不同电压等级的中压网络的综合比较
三、中压网络的构成
1、概述
对于集中式外部电源方案，牵引网络和动力照明网络，可以采用相对独立的形式，即牵引动力照明独立网络，也可以共用同一个中压网络，即牵引动力照明混合网络。对于分散式外部电源方案，采用牵引动力照明混合网络。
牵引动力照明独立网络的特点：牵引网络与动力照明网络，两者相对独立、相互影响较小；35(33)kV较高的电压级与较重的牵引负载相适用，而10kV较低的电压级则与较小的动力照明负荷相适用。
牵引动力照明混合网络的特点：供电系统的整体性比较好，设备布置可以统筹考虑。
牵引网络与动力照明网络，可以采用同一个电压级，也可以采用两个不同电压级。
目前，我国城市轨道交通工程有的采用了牵引动力照明混合网络，有的则采用了牵引动力照明独立网络；国外有的地铁采用了牵引动力照明独立网络。
2、中压网络的构成原则
(1)满足安全的供电要求；
(2)满足潮流计算要求，即设备容量及电压降要满足要求；
(3)满足负荷分配平衡的要求；
(4)满足继电保护的要求；
(5)满足运行管理、倒闸操作的要求；
(6)每一个牵引变电所、降压变电所均应有两路电源；
(7)系统接线方式尽量简单；
(8)供电分区应就近引入电源，必要时可从负荷中心处引入电源，尽量避免返送电；
(9)全线牵引变电所、降压变电所的主接线尽量一致；
(10)满足设备选型要求。
3、集中式外部电源方案下的中压网络构成
(1)独立35(33)kV牵引网络＋独立10kV动力照明网络的接线方式
1)35(33)kV牵引网络的接线方式
当中压网络为两个不同电压级时，35(33)kV牵引网络的常用接线方式，如插图一所示。这些基本接线方式可以分成A、B、C、D四种类型。
lA型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采用断路器；牵引变电所的两路电源，来自于同一个主变电所的不同母线；该类型接线适用于位于线路起始部分、线路终端部分、主变电所附近的牵引变电所电源引入。
lB型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采用断路器；两个牵引变电所为一组；这一组牵引变电所的两路电源，来自于同一个主变电所的不同母线，每个牵引变电所均从主变电所接入一路主电源，两个牵引变电所通过联络电缆实现电源互为备用；该类型接线适用于位于线路起始部分、线路终端部分的牵引变电所电源引入。
lC型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采用断路器；两个牵引变电所为一组；这一组牵引变电所的两路电源，来自于不同的主变电所，左侧牵引变电所从左侧主变电所接入一路主电源，右侧牵引变电所从右侧主变电所接入一路主电源，两个牵引变电所通过联络电缆实现电源互为备用；该类型接线适用于位于两个主变电所之间的牵引变电所电源引入。
lD型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采用断路器；牵引变电所的两路电源，来自于左右两侧不同的主变电所；该类型接线适用于位于两个主变电所之间的牵引变电所电源引入。
2)10kV动力照明网络的接线方式
当中压网络为两个不同电压级时，10kV动力照明网络的基本接线方式，如插图二所示。
全线的降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过3个地下站；每一个供电分区均从主变电所(或中心降压变电所)的35(33)/10kV主变压器，就近引入两路10kV电源；中压网络采用双线双环网接线方式；相邻供电分区间通过环网电缆联络；降压变电所主接线采用分段单母线形式；降压变电所进线开关采用断路器。该接线方式运行灵活。
(2)35(33)kV牵引动力照明混合网络的接线方式
当中压网络采用一个电压级时，35(33)kV牵引动力照明混合网络的基本接线方式，如插图三所示。
在有牵引变电所的车站，牵引变电所与降压变电所合建成牵引降压混合变电所，对大型地下车站，除牵引降压混合变电所或降压变电所外，还会设置跟随式降压变电所。
全线的牵引降压混合变电所及降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过3个地下站；每一个供电分区均从主变电所的不同母线就近引入两路35(33)kV电源；中压网络采用双线双环网接线方式，牵引降压混合变电所、牵引变电所、降压变电所的环网进线开关均采用断路器；两个主变电所之间的供电分区间通过环网电缆联络，其他供电分区间可以不设联络电缆。牵引降压混合变电所、牵引变电所、降压变电所的主接线，均采用分段单母线形式。
该接线方式运行灵活。35(33)kV牵引动力照明混合网络，因其输电容量大、距离长，因而更适合于地下线路。
(3)10kV牵引动力照明混合网络的接线方式
当中压网络采用一个电压级时，10kV牵引动力照明混合网络的基本接线方式，如插图四所示。
全线的牵引降压混合变电所及降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过3个车站；每一个供电分区均从主变电所的不同母线就近引入两路10kV电源(对于地面线路，供电分区的来自于主变电所的两路10kV电源也可以从牵引变电所处引入，不一定就近引入)。
牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线均采用分段单母线形式。地下降压变电所主接线可采用分段单母线形式，地面降压变电所主接线则可以采用两段母线形式，同一工程的地下降压变电所与地面降压变电所主接线，应尽量一致。地面降压变电所的配电变压器，也可以采用负荷开关－熔断器组合电器保护。
中压网络采用双线双环网接线方式。牵引降压混合变电所、牵引变电所的环网进线开关均采用断路器；地面降压变电所的环网进线开关可以采用负荷开关，地面降压变电所的配电变压器，也可以采用负荷开关－熔断器组合电器保护。如果两个主变电所10kV母线间设有专门的联络电缆，那么两个主变电所之间的供电分区间不必再设联络电缆；同一个主变电所供电范围内的供电分区间可以不设联络电缆(尤其是当这些供电分区分别只有一个牵引变电所时)。
该接线方式运行灵活。10kV牵引动力照明混合网络，因其输电容量小、距离短，因而更适合于地面线路。
(4)20kV牵引动力照明独立网络的接线方式
当中压网络采用一个电压级时，除前面已经分析的35(33)kV牵引动力照明混合网络、以及10kV牵引动力照明混合网络外，伊朗德黑兰地铁采用了20kV牵引动力照明独立网络，即牵引网络与动力照明网络相对独立，但均为20kV电压级。该接线方式如图五所示。
20kV牵引网络的构成方式为：两个63/20kV主变电所之间的牵引变电所，以相互间隔的方式分成两组，每一组均以类似于(开环运行的)单线单环网接线方式，分别从两个主变电所各引入一个20kV电源，即这些牵引变电所从两个主变电所各取得一路20kV电源。位于线路端头的牵引变电所，则以传统的(开环运行的)双线双环网接线方式，从一个就近主变电所的不同母线取得两路20kV电源。
20kV动力照明网络的构成方式为：全线的降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过4个地下站；每一个供电分区均从主变电所的不同母线以类似于(开环运行的)双线双环网接线方式就近引入两路20kV电源。两个供电分区间可以设联络电缆。
牵引变电所的主接线采用分段单母线形式，即设有两段环网电源母线及一段牵引电源母线。降压变电所的主接线采用两段母线形式。牵引变电所与降压变电所的电源进线均采用负荷开关作为环网开关。降压变电所的配电变压器，采用负荷开关－熔断器组合电器保护。
该接线方式的特点是，实现了以“负荷开关”构成环网接线，保护简单；另外牵引网络与动力照明网络相互影响小。但是由于牵引网络与动力照明网络的分离，以及牵引网络采用了单线单环网接线方式，导致区间中压电缆过多。
4、分散式外部电源方案下的中压网络构成
对分散式外部电源方案，中压网络采用10kV牵引动力照明混合网络，基本接线方式有以下四种。下面逐一分析其构成特点。
(1)接线方式一
接线方式如插图六所示。
全线的牵引降压混合变电所、牵引变电所、降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过3个地下站；每一个供电分区均从城市电网就近引入两路10kV电源；中压网络采用双环网接线方式，牵引降压混合变电所、牵引变电所、降压变电所的环网进线开关均采用断路器；两个相邻供电分区间通过两路环网电缆联络。牵引降压混合变电所、牵引变电所、降压变电所的主接线，均采用分段单母线形式。
该接线方式运行灵活。为同一个供电分区供电的从城市电网引来的两路10kV电源，可以来自不同的地区变电所，也可以来自同一地区变电所。该方式要求城市电网有比较多的10kV电源点。
(2)接线方式二
接线方式如插图七所示。
全线的牵引降压混合变电所(或牵引变电所)，每两个分成一组。每一组均从城市电网引入两路10kV电源，分别作为两个牵引降压混合变电所的主电源，同时同一组的两个牵引降压混合变电所间设双路联络电缆，实现电源互为备用。相邻两组牵引降压混合变电所之间设单路联络电缆，增加系统的供电性。
牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线，均采用分段单母线形式。无牵引变电所的地面车站，其降压变电所，可按跟随式降压变电所考虑。无牵引变电所的地下车站，其降压变电所的10kV电源可以由相邻两组间的单路联络电缆提供(该降压变电所应采用分段单母线主接线)。
该接线方式比较简洁。该方式对城市电网10kV电源点的数量要求不多，但要求每组从城市电网引来的两路10kV电源应来自不同地区变电所，以增加供电的性。该接线方式适合于地面线路。
(3)接线方式三
接线方式如插图八所示。
全线的牵引降压混合变电所(或牵引变电所)，前后关联，浑然一体。除一个牵引降压混合变电所从城市电网直接引入两路10kV电源以外，其他牵引降压混合变电所均从城市电网引入一路10kV电源，这路电源既是本变电所的主电源，又是前一个变电所的备用电源，换言之，当前变电所的主电源直接来自城市电网的10kV电源，而备用电源则来自于下一个变电所。依次类推，一个变电所则需要从城市电网引入两路10kV电源。
牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线，均采用分段单母线形式。对于无牵引变电所的车站，其降压变电所，可按跟随式降压变电所考虑。
该接线方式最为简洁。N个变电所需要N＋1路10kV电源，相邻变电所间只有一路联络电源。该方式对城市电网10kV电源点的数量要求不多，但要求这些城市电网引来的10kV电源应来自不同地区变电所，以增加供电的性。该接线方式适合于地面线路。
(4)接线方式四
接线方式如插图九所示。
全线的牵引降压混合变电所、牵引变电所、降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过4个车站。每一个供电分区由一个电源开闭所供电，每个电源开闭所均从城市电网就近引入两路10kV电源。
该电源开闭所可以独立设置，也可以与就近的牵引变电所合建。若电源开闭所采用独立设置方式，则需与规划部门配合协调，另外该方式的土建投资与设备投资都比合建方式要大，故该方式，仅在地面线可以考虑。
插图九表示的是电源开闭所与牵引变电所合建情况。合建处的牵引整流机组及配电变压器，由电源开闭所直接供电。对于电源开闭所之间的某些牵引降压混合变电所，其电源分别来自与左右两侧的电源开闭所，并通过在这些牵引降压混合变电所的牵引母线段上设置与电源开闭所间的专用联络电缆，将相邻的两个电源开闭所联系起来；对于不参与这种开闭所联络的牵引降压混合变电所，其电源就近来自同一个电源开闭所。
牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线，均采用分段单母线形式。降压变电所的主接线可按跟随式降压变电所考虑。
该接线方式比较复杂。为同一电源开闭所供电的两路市网10kV电源，好来自于不同的地区变电所。该方式对城市电网10kV电源点的数量要求不多。
四、一种新型接线方式研究－20kV牵引动力照明混合网络
通过对前面各种接线方式的分析，对于集中式外部供电方案，本文现提出提出一种新型接线方式：20kV牵引动力照明混合网络。接线方式如插图十所示。
全线的牵引降压混合变电所及降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过3个地下站；每一个供电分区均从主变电所的不同母线就近引入两路20kV电源(对于地面线路，供电分区的来自于主变电所的两路20kV电源也可以从牵引变电所处引入，不一定就近引入)。
牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线均采用分段单母线形式，即设有两段环网电源母线及一段牵引电源母线，牵引母线与两段环网电源母线间设有进线断路器，任何时候只允许一个进线断路器处于合闸位置，另一进线断路器投入的条件是“失压自投，过流闭锁”。两套牵引整流机组均接入牵引母线段，牵引降压混合变电所的两台配电变压器则分别接入两段环网电源母线段。降压变电所主接线采用分段单母线形式，配电变压器可以采用负荷开关－熔断器组合电器保护。
中压网络采用双线双环网接线方式。牵引降压混合变电所、牵引变电所、降压变电所的环网进线开关均采用负荷开关。两个主变电所之间的供电分区间通过环网电缆联络，其他供电分区间可以不设联络电缆。
该接线方式较大特点分析：前面已经介绍过，传统的10kV动力照明网络、10kV牵引动力照明混合网络、35(33)kV牵引动力照明混合网络，尽管也采用了环网接线方式，但除了10kV牵引动力照明混合网络中的降压变电所可采取了“负荷开关”外，基本上是以“断路器”
作为环网进线开关。这样，当变电所主接线采用分段单母线时，那么当中压网络发生故障，(多个)环网进线开关跳闸以后，故障处理及等待备用电源投入的时间就比较长，这是传统环网接线方式的弊端。而这里提出的20kV牵引动力照明混合网络，其较大构成特点是利用20kV负荷开关作为环网进线开关，同时设置了两段环网电源母线。
该接线方式较大优点分析：当中压网络中的一路环网电缆故障时，主变电所中相应的20kV馈出断路器将跳闸，相关牵引变电所的主进线断路器也将失压跳闸，随之备用进线断路器将自动投入，保障对牵引整流机组的不间断供电。这就克服了传统的10kV动力照明网络、10kV牵引动力照明混合网络、35(33)kV牵引动力照明混合网络环网接线方式的弊端。另外，该20kV接线方式与德黑兰地铁的20kV牵引动力照明独立网络相比，除保护简单、运行操作灵活以外，接线更简单，投资更经济。南京地铁南北线一期工程、武汉轨道交通一期工程、杭州市轨道交通一号线工程等前期研究工作，都充分表明了这一点。
五、结束语
目前环网接线方式，越来越受到重视，并且已在许多城市和地区积极推广应用。同时，20kV也逐渐成为城市中压网络的电压级，并且已成为地铁中压网络的标准电压级。另外，加上20kV环网设备已逐步走向国产化。在这种形势下，我国城市轨道交通领域，在供电系统中压网络方面，应拓宽思路，认真研究，积极探讨采用20kV牵引动力照明混合网络的工程实施，尤其是对那些新建城市轨道交通的城市。
