环网供电技术在城市轨道的应用

环网供电技术在城市轨道的应用

林晓庆

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：城市轨道（地铁）供电系统是支撑地铁车辆及各个车站设备正常运作的主要动力，在地铁扮演着重要的角色。本文主要就环网供电技术的应用特点及方式进行分析，供同行借鉴参考。

关键词：环网供电技术；地铁；应用

一、地铁环网供电技术特点

地铁环网供电的接线方式有手拉手”环网、“网格式”环网、电缆单环网、电缆双环网等。其中，手拉手”环网、“网格式”环网基本是不被地铁所采纳。目前我国地铁环网供电已基本不采用。国内地铁交通最为常见的中压网络接线形式是电缆双环网。电缆双环网是电缆单环网的组合，利用二回电缆线路，可解决单环网供电方式中因电缆、变压器及低压设备故障造成的较大面积停电问题，变压器在正常情况下各带50%的负荷，且分别接在两个不同的电源系统中。这种接线具有很高的供电灵活性和可靠性，能最大限度地确保向用户连续供电，满足重要用户双电源供电要求。在双环网线路中，当任一段电缆线路或环网单元发生故障或检修时，低压母联合上，可保障用户不间断供电。

二、地铁环网供电技术的应用原则

在进行线路的设计时，在电压等级确定的前提下，应遵循以下原则：（1）满足安全可靠的供电要求。（2）每一个变电所均应有两个独立电源。（3）设备容量及电压降满足要求。（4）满足负荷分配平衡的要求。（5）供电分区应就近引入电源，尽量避免反送电。（6）具有良好的经济指标。（7）满足继电保护的要求。（8）系统接线方式尽量简单。（9）全线牵引变电所、降压变电所的主接线尽量一致。（10）满足运行管理、倒闸操作的要求。（11）满足设备选型要求。

三、地铁供电方式分析

（一）集中供电方式

集中供电方式是根据用电容量和地铁线路长短建设地铁专用的主变电所，再由该主变电所向地铁中压环网系统供电的一种供电方式。（1]优点①供电可靠性高，受外界影响较小。②主变电所采用有载调压变压器，可设置专用供电回路，供电质量好。③调度管理自由度高，在优良的调度管理体系下，能极大的发挥地铁供电系统的优质、高效、可靠供电。④检修工作相对比较独立方便。⑤涉及城市供电系统的工程量较小，相对较容易实现。（2）缺点①投资较大。②对地铁供电系统调度管理要求较高。

（二）分散供电方式

分散供电方式只的是在地铁沿线直接从城市电网引人多路电源，由区域变电所直接对地铁降压所及牵引混合变电所供电的一种供电方式。（1）优点①投资小。②便于城市电网统一规划和管理。（2）缺点①供电系统受外界因素影响较多。②与城市电网接口多，调度协调和运营管理环节多，故障状态可选择的供电方式调整手段有限。③整流机组产生的高次谐波对城市电网影响较大。

（三）混合供电方式

混合供电方式既为集中供电方式和分散供电方式相结合的形式。在现阶段还存在两种不同的结合形式：①集中供电方式和分散式供电方式并列结合的形式。即一条地铁线路中，部分中压环网系统采用集中供电方式，另外部分中压环网系统采用分散供电方式。②以集中供电方式的地铁供电线中压线路变电所作为另一变电所的区域变电所取电点，建立分散供电方式系统。

四、环网供电技术在地铁供电系统中的应用

地铁是城市电网重要的用户，属于一级负荷。地铁供电系统主变电所、牵引变电所、降压变电所，都是要获得两路的电源。目前，我国地铁都是采用双环网形式所构成的供电系统。环网供电方式具有安全可靠以及投资少的特点，供电设备简洁、高效，操作起来比较容易，变压器性能也比较稳定，将这些优势运用到地铁供电系统中，便可以有力保证地铁工程的安全运行。

（一）环网接线

电网供電必须满足“N-1安全原则”，通过调整电网接线方式和设备运行率T来达到电网安全准则的标准。应用单环网接线方式出现用电故障时需要很长时间的人工倒闸维修操作才能恢复正常供电，所以供电的稳定性很差，不能很好地满足用户需求。双环网接线方式利用双线双环或者双线单环的供电方法为负荷提供两个独立的电源，用一端进行工作，另一端作为备用电源以防线路出现故障。双线双环的结网方式又被称为“手拉手联络”环网，这种接线方式将原来供电线路的平行树干模式转换成联系比较密切的双线双环网络，利用一个联络开关连接起来自不同变电站或同一变电站的不同母线的两条馈线。供电系统正常时，所有的联络开关都保持打开状态，当一个区域的电网出现故障时，通过合并联络开关将故障线路的负荷转移到相邻的馈线上继续供电作业，符合N-1安全原则。多分段多联络接线方式是利用分段开关将地铁供电线路划分为不同供电片区，同时利用合并联络开关保持各个片区之间的联系。即使线路出现故障，只将故障控制在某一单元内，不影响其他分段区域的正常供电，供电可靠性能提升。N供一备接线方式是从N条线路组成的环形网中抽取其中一条作为空载备用线路，其他线路进行正常的输电作业，输电过程中任何一条线路出现故障，都可将其承载负荷转移到备用线路上维持输电作业，不影响线路维修并保证用户正常用电。这种供电模式非常可靠，而且线路利用率高，适合于用电负荷比较大的城市地铁建设。

（二）地铁中压交流环网系统

地铁中压交流环网系统可以采用牵引式与动力照明相对独立的网络形式来进行，也可以采用牵引与动力照明混合的方式。对于牵引与动力照明比较独立的网络，牵引供电网络与动力照明网络电压等级可以是相同的，也可以是不同的。供电系统中压网络要按照列车的运行远期来进行能力的设计，对于互为备用线路，一路在退出运行的时候，另一路要承担起一、二级的负荷供电，线路末端电压损失不能超过5%。一个运行可靠、调度灵活的环网供电系统，一般要满足以下的设计原则以及技术条件：（1）供电系统要满足经济、接线简单以及运行相对灵活的要求。（2）供电系统（含牵引供电）容量按远期高峰小时负荷的设计，根据路网规划设计要预留出一定的裕度。（3）供电系统按照一级的负荷进行设计，即平时由两路互为备用独立电源来进行供电，以免出现不间断的供电。（4）环网设备容量要满足远期最大的高峰小时负荷要求，并且当一个主变电所出现故障的时候（不含中压母线故障），另一个主变电所能承担全线牵引负荷以及全线动力的照明一、二级负荷供电。（5）电缆载流量也要满足最大高峰小时的负荷要求，同时当主变电所可以正常进行运行的时候，环网中一条电缆在出现了故障的时候，要保证城市轨道交通可以正常地进行运行。此时可以不用考虑主变电所和环网电缆在同时出现故障的现象，但是，对于主变电所与一个牵引变电所同时故障的时候，方可正常供电（三级负荷除外）。

五、环网供电技术在地铁供电系统中的应用可靠性分析

环网供电作为一种有后备线路的接线模式，提高了供电的稳定性。其中的合环操作减少了停电次数、方便电力调度操作降低误操作几率，节约了用电成本，方便进行维护。环网供电为地铁牵引系统提供了可靠保证，其接线简单、运用灵活的特点降低误操作故障的几率，当故障发生时，自动监控系统报警，维护人员采取积极的应对措施，缩小故障的影响范围，尽快恢复故障区域的正常供电。

六、结束语

综上所述，环网供电能够极好的满足地铁用电需求，保证地铁的正常运行，解决好城市的交通问题。随着技术的不断进步，还会有更加先进的技术有效提高地铁的运营质量。

参考文献

[1]曾德容，何正友，于敏.地铁牵引变电所可靠性分析[J].铁道学报，2008，30（4）：22-27.

[2]张永康.地铁供电系统外部电源供电方式的分析与比较[J].城市轨道交通研究，2011（9）.