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        儲(chǔ)能式有軌電車工程供電系統(tǒng)建設(shè)探討

        2014-11-14 08:25:54
        江蘇科技信息 2014年16期
        關(guān)鍵詞:箱式變電所接觸網(wǎng)

        姜 超

        (南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司,江蘇 南京 210034)

        0 引言

        隨著城市軌道交通的快速發(fā)展,國(guó)內(nèi)引入有軌電車的城市越來(lái)越多,有軌電車輸送旅客量介于城市公交系統(tǒng)和地鐵之間,其建設(shè)成本每1km造價(jià)1~2億,低于地鐵。供電系統(tǒng)是有軌電車工程的重要組成部分,有軌電車工程供電距離平均在10km左右,因此不會(huì)采用地鐵供電系統(tǒng)昂貴的建設(shè)模式,而目前國(guó)內(nèi)對(duì)有軌電車供電系統(tǒng)的建設(shè)方式?jīng)]有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),設(shè)計(jì)院一般按照地鐵供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)。

        1 城市軌道交通供電系統(tǒng)

        城市軌道交通[1]是指采用專用軌道導(dǎo)向運(yùn)行的城市公共客運(yùn)交通系統(tǒng),包括地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、市域快速軌道系統(tǒng)。

        1.1 供電系統(tǒng)的組成

        傳統(tǒng)城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成包括牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明供電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、雜散電流防護(hù)系統(tǒng)和防雷接地系統(tǒng)等。

        在城市軌道交通供電系統(tǒng)中,從發(fā)電廠經(jīng)升壓、高壓輸電網(wǎng)、區(qū)域變電站至主降壓變電站部分通常被稱為牽引供電系統(tǒng)的“外部(或一次)供電系統(tǒng)”。從主降壓變電所(當(dāng)它不屬于電力部門時(shí))及其以后部分統(tǒng)稱為“牽引供電系統(tǒng)”。

        1.2 地鐵

        地鐵線路長(zhǎng),供電距離較遠(yuǎn),一般至少2座35kV主變電所,若干牽引降壓變電所,分別給牽引網(wǎng)和動(dòng)照配電系統(tǒng)供電,主變電所和牽引降壓所之間采用“手拉手”或星式組網(wǎng)方式。每座35kV主變電所引入2路外部電源,2座主變電所互成冗余。

        1.3 接觸網(wǎng)式有軌電車

        接觸網(wǎng)供電的有軌電車工程和地鐵工程的區(qū)別在于:(1)線路短,一般10km左右。(2)工程投資低,每1km造價(jià)約1~2億。

        接觸網(wǎng)式有軌電車供電系統(tǒng)一般設(shè)置一座10kV開(kāi)閉所引入2路外電源,3~4個(gè)車站設(shè)置一座牽引降壓所,牽引降壓所之間可采用“手拉手”式組網(wǎng),開(kāi)閉所往線路最兩端的2座牽引降壓所引1~2路10kV電纜形成環(huán)網(wǎng)。

        2 儲(chǔ)能式有軌電車牽引供電方案

        2.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

        供電系統(tǒng)中壓供電網(wǎng)絡(luò)采用10kV電壓等級(jí),牽引供電系統(tǒng)采用DC750V,低壓配電系統(tǒng)采用220V/380V三相四線制配電方式,并采用TN-S接地保護(hù)系統(tǒng)。

        供電系統(tǒng)主要由外部電源、開(kāi)閉所、牽引降壓變電所、牽引網(wǎng)、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、雜散電流防護(hù)系統(tǒng)、防雷及接地系統(tǒng)等組成。正線每個(gè)牽引降壓變電所負(fù)責(zé)3~4個(gè)車站牽引、動(dòng)照供電,車輛基地單獨(dú)設(shè)置1座牽引降壓變電所。

        2.2 10kV中壓供電方案

        全線由1座10kV開(kāi)閉所直接從供電公司取得電源,電源來(lái)自城市電網(wǎng)變電所的母線或者不同的城網(wǎng)變電所,兩路電源互為備用。

        供電網(wǎng)絡(luò)采用AC10kV電壓等級(jí)。在車輛基地和車站設(shè)置AC10kV/DC750V的牽引變電所和AC10kV/0.4kV的降壓變電所。然后通過(guò)“手拉手”方式向沿線牽引及動(dòng)力供電。各變電所之間通過(guò)AC10kV電纜連接,構(gòu)成AC10kV供電網(wǎng)絡(luò)(見(jiàn)圖1)。

        2.3 10kV電源進(jìn)出線運(yùn)行方式

        正常運(yùn)行時(shí),兩路進(jìn)線電源分別向所連接的10kV母線供電,母聯(lián)斷路器斷開(kāi)。當(dāng)供電系統(tǒng)因外部因素(外電源失壓、進(jìn)線電纜故障等)導(dǎo)致車站一路進(jìn)線電源退出運(yùn)行時(shí),由車站的另一路進(jìn)線電源承擔(dān)本供電范圍內(nèi)的供電負(fù)荷。

        圖1 10kV中壓網(wǎng)絡(luò)圖

        其他牽引變電所當(dāng)一路進(jìn)線停電時(shí),母聯(lián)斷路器合閘,由另一路進(jìn)線向原供電區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷供電。

        當(dāng)線路中與開(kāi)閉所連接的變電所發(fā)生故障解列時(shí),變電所之間不互相支援,由車載儲(chǔ)能裝置給有軌電車供電,直至電車退出運(yùn)營(yíng)。

        當(dāng)線路中其他變電所發(fā)生故障解列時(shí),其下游供電的變電所也隨之退出運(yùn)行,變電所之間不互相支援,有軌電車可由車載儲(chǔ)能裝置支撐,繼續(xù)行駛至正常供電的車站充電。

        2.4 箱式變電所方案

        箱式變電所集成了牽引降壓功能,變電所有2個(gè)箱體組成,箱體1主要設(shè)備為:

        (1)中壓開(kāi)關(guān)柜

        (2)整流變壓器

        (3)牽引整流機(jī)組

        (4)750V直流開(kāi)關(guān)柜

        (5)鋼軌電位限制裝置

        (6)交直流屏

        箱體2主要設(shè)備為:

        (1)動(dòng)力變壓器

        (2)低壓開(kāi)關(guān)柜

        該方案將牽引和降壓設(shè)備分開(kāi)安裝于2個(gè)箱體,對(duì)于易出現(xiàn)故障的降壓部分,后期維護(hù)方便、安全。整流變壓器和動(dòng)力變壓器均為2組,每組變壓器應(yīng)置于獨(dú)立的空間。

        箱式變的安裝根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境考慮,一般來(lái)說(shuō)采用全地面安裝不僅工程造價(jià)低而且可靠性高,防水較容易處理,人員出入方便,便于后期的運(yùn)行和維護(hù)。正線箱式變需考慮大型箱體與周圍環(huán)境、綠化帶的協(xié)調(diào)度,可將箱式變安裝于線路沿線的綠化帶中,通過(guò)樹(shù)木綠化的遮擋減小對(duì)周圍景觀的影響。

        3 建設(shè)成本與效益

        儲(chǔ)能式有軌電車供電工程建設(shè)同地鐵相比,投資大幅降低,綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)遠(yuǎn)低于地鐵項(xiàng)目;同接觸網(wǎng)式有軌電車相比,供電系統(tǒng)可節(jié)省中壓環(huán)網(wǎng)電纜。

        主要體現(xiàn)在以下方面:

        3.1 外電源

        通過(guò)容量、供電距離、供電設(shè)備投資方面比較(見(jiàn)表1),10kV外電源供電對(duì)有軌電車的適應(yīng)性較好。

        3.2 變電所建設(shè)

        作為中小運(yùn)量公共交通系統(tǒng),有軌電車對(duì)供電可靠性要求相對(duì)較低,牽引變?nèi)萘枯^小,主接線也相對(duì)簡(jiǎn)單,直流牽引箱變國(guó)產(chǎn)化研制使得成本大幅下降(見(jiàn)表2)。

        “土建變”的主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟,運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)豐富;主要缺點(diǎn)是占地面積大,周圍景觀協(xié)調(diào)性差。“箱式變”的主要優(yōu)點(diǎn)是占地面積小,與周圍景觀協(xié)調(diào)性高,施工工期短,投資少;主要缺點(diǎn)是國(guó)內(nèi)應(yīng)用少,缺乏應(yīng)用經(jīng)驗(yàn),不節(jié)能。

        表1 10kV與35kV外電源比較

        表2 “土建變”和“箱式變”的比較

        3.3 中壓環(huán)網(wǎng)與牽引網(wǎng)

        同接觸網(wǎng)式有軌電車工程相比,儲(chǔ)能式有軌電車工程在中壓環(huán)網(wǎng)和牽引接觸網(wǎng)上的建設(shè)投資大為減少,以10km長(zhǎng)線路、5座變電所為基準(zhǔn)計(jì)算,儲(chǔ)能式有軌電車能夠節(jié)約10km長(zhǎng)10kV電纜和約19km長(zhǎng)的牽引接觸網(wǎng)(按每座車站設(shè)置100m長(zhǎng)接觸網(wǎng)計(jì)算),這2項(xiàng)成本占供電系統(tǒng)總投資約15%。

        4 結(jié)語(yǔ)

        有軌電車工程供電方案的選擇,主要取決于車輛的供電制式,直接影響整體工程的成本和供電能力的最優(yōu)化利用,本文通過(guò)儲(chǔ)能式有軌電車工程供電方案和地鐵、接觸網(wǎng)式有軌電車工程進(jìn)行了對(duì)比分析,儲(chǔ)能式有軌電車工程供電系統(tǒng)可靠、經(jīng)濟(jì)、實(shí)用,同時(shí)無(wú)接觸網(wǎng)供電可以很大程度上降低對(duì)線路沿線景觀的破壞,能夠不受我國(guó)既有城市道路現(xiàn)狀的影響,通過(guò)巧妙的設(shè)計(jì),將有軌電車工程與城市景觀融為一體。

        [1]中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部,中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50490-2009,城市軌道交通技術(shù)規(guī)范[S].北京:中國(guó)建筑工業(yè)出版社,2009.

        [2]江蘇省建設(shè)廳,江蘇省經(jīng)濟(jì)貿(mào)易委員會(huì).DGJ32/J14-2005,江蘇省35kV及以下客戶端變電所建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)[S].2005.

        [3]許大光.現(xiàn)代有軌電車供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案探討[J].地下工程與隧道,2014(6).

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