昆明地鐵運營有限公司供電中心 楊振宇

試析地鐵供電系統(tǒng)設備選擇與全壽命周期費用的關系

昆明地鐵運營有限公司供電中心 楊振宇

合理進行地鐵供電系統(tǒng)設備的選擇，可以使系統(tǒng)投資與運營成本得到有效控制?；谶@種認識，本文對地鐵供電系統(tǒng)設備選擇與全壽命周期費用的關系展開了分析，以期為類似工程的建設提供合理建議。

地鐵供電系統(tǒng)；設備選擇；全壽命周期費用；關系

引言

隨著城鎮(zhèn)化建設工作的不斷推進，城際軌道交通工程得到大規(guī)模的建設。而隨著相關技術的發(fā)展，各建設單位也對地鐵機電設備的選擇提出了更高的性價比要求。采取全壽命周期費用分析方法，可以為地鐵供電系統(tǒng)設備的選擇提供更多的科學依據(jù)，從而使設備得到低維護、高質量和低消耗的運行管理。

1.地鐵供電系統(tǒng)設備特點分析

從結構組成上來看，地鐵供電系統(tǒng)由供電網(wǎng)絡、主變電站、接觸網(wǎng)/軌系統(tǒng)、牽引供電設備、動力供電設備、PSCADA系統(tǒng)等多個部分構成，設備投資約占地鐵設備總投資的18%左右[1]。而供電系統(tǒng)具有“晝運夜停”的負荷特點，并且由多個子系統(tǒng)構成，擁有繁復的接口，相互之間容易形成制約。從設備種類上來看，包含有變壓器類、電纜類、接觸網(wǎng)器材、開關類和保護控制設備等，涉及國內(nèi)外電力設備生產(chǎn)行業(yè)。而多數(shù)設備不僅體積大、重量重，還有著較高的安全運行要求，需要確保供電系統(tǒng)能夠保持較高的自動化程度、安全性和可靠性，并且使系統(tǒng)運行保持低消耗、少維修等狀態(tài)，因此對設備的選型提出了較高的要求。

2.地鐵供電系統(tǒng)設備選擇與全壽命周期費用的關系分析

2.1 設備選擇要求分析

在地鐵運行的過程中，所有的能量都來自于供電系統(tǒng)，所以只有確保系統(tǒng)的安全性和可靠性才能為地鐵運營提供動力保障。但在實際應用中，地鐵供電系統(tǒng)設備需要長期處在惡劣的地下環(huán)境中運行，并且運輸較為困難，其耐久性容易受到影響。按照設備選擇要求，應確保供電系統(tǒng)設備擁有至少30年的設計壽命，并對設備在30年內(nèi)的綜合費用進行考核，從而合理進行設備的選擇。具體來講，就是要確認設備的投資費用，然后對其投運后的維修費用、電能消耗費用、人工費用、運輸費用及間接費用進行綜合分析，以確保設備的運營能夠帶來較多經(jīng)濟效益和社會效益。

2.2 設備全壽命周期費用分析

采取全壽命周期成本法對設備費用展開分析，就是對設備在整個使用周期內(nèi)的綜合費用進行分析，包含設備購買、設備維護、設備運營損耗等費用。在過去，人們通常只對相同技術參與和規(guī)格的設備進行投標價格的比較，然后通過選擇投標價格低的設備降低工程投資成本，卻并不清楚設備在后期運營過程中將產(chǎn)生的人工費用和維修損耗。而在設備投入運行后，一旦產(chǎn)生大量的維修費就會導致單位運營承受較大負擔。在地鐵供電系統(tǒng)的設備選擇上進行設備全壽命周期費用分析，則能夠進行最低全壽命周期費用的追求，從而在使設備保持功能不變的基礎上，使設備投資和運行費用得到盡可能的減少，減少投資成本。在實際分析的過程中，還應對設備系統(tǒng)的全壽命周期費用結構及控制重點展開分析，以便對費用較大的設備進行重點選擇，從而盡可能的進行費用節(jié)約。除此之外，還要對設備的功能定位與匹配關系展開分析，以便通過合理功能定位進行具有可靠性、實用性、安全性等諸多優(yōu)點的設備的選擇[2]。此外，還應對設備一次性投資與運營費用的降低方法與手段展開分析，以便通過采取強有力的措施減少費用的產(chǎn)生。

3.基于全壽命周期費用的地鐵供電系統(tǒng)設備的選擇分析

3.1 變壓器類設備的選擇

在全壽命周期內(nèi)，變壓器類設備將產(chǎn)生較大的負載損耗費用。目前，地鐵變壓器空載和負載損耗費用高達上百萬，所以在選擇設備時還應對降低能耗的問題進行考慮。而采取優(yōu)質高導磁冷軋晶粒取向硅鋼片，則能有效降低變壓器的負載損耗和空載損耗。該類低損耗變壓器目前只有SC9和SC10系列，在實際選擇時應對兩個系列的設備價格和在全周期內(nèi)的損耗費用進行綜合比較。而在容量相同的條件下，SC10系列變壓器費用更低，所以可以進行優(yōu)先選用。此外，變壓器類設備容易遭受接觸網(wǎng)故障的沖擊，因此還應選擇具有良好抗短路能力的變壓器，以便使設備的使用壽命得到延長，進而使供電系統(tǒng)保持長期穩(wěn)定運行[3]。為此，還應選擇使用較高絕緣等級的材料和先進綁扎工藝的變壓器，以確保變壓器具有較高抗短路能力。

3.2 電纜類設備的選擇

在電纜設備選擇方面，還應通過分析電纜材料、結構和制作工藝等因素確定電纜的全壽命周期。在實際選擇時，還應優(yōu)先選擇具有堅固結構和較好抗老化性能的電纜設備，以確保其能保持長期穩(wěn)定運行。目前，可以采用的電纜主要包含低煙無鹵和低煙低鹵這兩種規(guī)格，后者在燃燒后會進行80mg鹵酸氣體釋放，容易給人和設備帶來傷害。而地鐵環(huán)境較差，具有較大人口密度和較小的空間，容易積累大量有毒氣體，因此還應采用低煙無鹵類的電纜，以確保人員的安全。同時根據(jù)電纜的敷設環(huán)境還應考慮電纜外護套的抗紫外線及防鼠、防蟻問題。

3.3 開關類設備的選擇

在開關類設備的選擇方面，還應對設備的維修維護費用進行關注。因為，該類設備在投入運行后常常需要進行倒閘作業(yè)，甚至需要進行故障點的切除。所以在設備選擇上，應進行具有較多操作次數(shù)的設備選擇，以減少設備大修產(chǎn)生的費用。此外，開關柜的使用壽命會受到開斷短路電流和關合短路電流能力的影響，所以還應優(yōu)先選用具有較強開斷和關合電流能力的的設備[4]。同時由于地鐵工程一般均采用了大量的XLPE電纜，存在較大的容性電流，開關選型過程中也需要考慮關斷容性電流的能力。目前，可供地鐵供電系統(tǒng)使用的開關柜設備主要有SF6氣體絕緣類型和空氣絕緣類型。相比較而言，前者結構緊湊占地面積小、可靠性較高，并且維修次數(shù)較少，因此應該優(yōu)先選用。

3.4 保護測控設備的選擇

在保護測控設備選擇方面，考慮到目前其已經(jīng)向著功能綜合化、微機化和智能化的方向發(fā)展，所以除了對其電子元件的全壽命周期費用進行考慮，還要對其抗電磁干擾能力進行考慮。而地鐵設備將在高電磁干擾的環(huán)境中運行，需要應對各種電磁干擾，還應進行具有較強抗干擾能力的保護測控系統(tǒng)選擇。在實際進行分析時，首先需要對設備抗干擾能力進行測試，以確保設備的EMI性能。在此基礎上，應該從功能單元組成和軟件結構角度對保護測控系統(tǒng)的全壽命周期費用展開分析。就實際情況而言，目前一些保護測控系統(tǒng)的軟件功能較為復雜，且多為英文界面，需要運營維護人員具有一定的專業(yè)技術能力。如果選用該類設備，就要在人員培訓和設備維護方面支出更多費用，因此還應進行運行可靠、編程簡單的設備選擇。此外，還應要求設備能夠完成供電系統(tǒng)故障的快速檢測和修復，以便為系統(tǒng)運行提供更多保障。

4.結論

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在進行地鐵供電設備選擇時，除了對設備運行的安全性及可靠性進行考慮，還要對設備的全壽命周期費用展開分析，以便使設備投資與運營的綜合費用得到有效減少，進而使設備以較低成本維持長期安全穩(wěn)定運行。因此，相信本文對地鐵供電系統(tǒng)設備選擇與全壽命周期費用的關系展開的分析，可以為相關工作的開展帶來啟示。

[1]朱萬富,馮望榮,尚廷河.地鐵軌道交通供電系統(tǒng)及其安全性研究[J].交通世界(運輸.車輛),2012,11:148-149.

[2]胡伊男.地鐵供電系統(tǒng)用蓄電池的合理性選擇及運行維護[J].中國高新技術企業(yè),2012,29:77-79.

[3]金輝.地鐵主變電站110kV側電氣主接線的選擇[J].電氣技術,2011,07:90-91.

[4]莫景泉.地鐵供電系統(tǒng)可靠性和安全性分析方法研究[J].中國高新技術企業(yè),2013,01:72-74.