程超寬+譚福軍

摘 要：對(duì)于城市軌道交通的供電系統(tǒng)，在前期階段的研究相當(dāng)重要，本著設(shè)計(jì)和理論實(shí)踐相結(jié)合的原則，研究適用于城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法，能夠滿足城市軌道交通的供電系統(tǒng)的運(yùn)行，同時(shí)也是有利于日后城市軌道交通設(shè)計(jì)的科學(xué)設(shè)計(jì)理念。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；供電系統(tǒng)；中壓電壓

我國(guó)的經(jīng)濟(jì)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，帶動(dòng)了城市軌道交通建設(shè)也獲得了快速的發(fā)展渠道。當(dāng)前，各大城市都在部署或者已經(jīng)開建各類城市軌道交通，特大城市的城市軌道交通已經(jīng)進(jìn)入了智能化網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展時(shí)代。因此做好供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)工作，是發(fā)展城市軌道交通建設(shè)的動(dòng)力和源泉。供電系統(tǒng)為城市軌道交通提供了源源不斷的運(yùn)營(yíng)動(dòng)力，電能是設(shè)備運(yùn)行的唯一的能源，因此要保證城市軌道交通的安全運(yùn)行，必須在服務(wù)水平、科學(xué)性和安全可靠性上下功夫，經(jīng)過前期關(guān)于城市軌道交通的供電系統(tǒng)的研究，已經(jīng)形成了適用于城市軌道交通供電系統(tǒng)的較為有效的設(shè)計(jì)理念和方法[1]。

1 城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)任務(wù)

（1）現(xiàn)代項(xiàng)目管理理論中關(guān)于城市軌道交通的前期建設(shè)的程序設(shè)計(jì)、規(guī)劃運(yùn)營(yíng)等，包含了項(xiàng)目的城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃可行性研究，城市軌道交通供電網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)需要的資金支持以及籌措的方案等。具體的內(nèi)容包括：對(duì)城市電網(wǎng)以及電源引入進(jìn)行初步的調(diào)查，對(duì)供電系統(tǒng)方案進(jìn)行初步的確定，對(duì)供電制式進(jìn)行方案的初步設(shè)計(jì)，對(duì)車輛選型、供電牽引等進(jìn)行去頂，估算供電系統(tǒng)的工程建設(shè)的投資，將分部分項(xiàng)的工程投資的估算精度加以控制。最終形成的供電系統(tǒng)的可行性研究報(bào)告中，關(guān)于供電系統(tǒng)的任務(wù)的描述是：確定城市軌道交通供電系統(tǒng)、外部電源、牽引供電方案、PSCADA等關(guān)系；電流腐蝕防護(hù)、接地計(jì)劃等。關(guān)于工程的，是施工范圍包含了電纜工程、變電所、牽引變電所、降壓變電所、接觸網(wǎng)等，關(guān)于供電系統(tǒng)的項(xiàng)目投資共算的誤差率不能超過10%[2]。

（2）供電系統(tǒng)的前期設(shè)計(jì)階段，根據(jù)供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本資料，對(duì)線路、行車、車輛等基本條件加以籌劃。例如控制中心、車站、區(qū)間等關(guān)于城市軌道交通的建筑物，以及動(dòng)力照明負(fù)荷等的估算。

2 城市軌道交通供電系統(tǒng)用電負(fù)荷估算

（1）對(duì)壘車的車輛的牽引負(fù)荷以及系統(tǒng)的設(shè)計(jì)運(yùn)輸能力進(jìn)行估算，得到的牽引的負(fù)荷的年用電量的計(jì)算公式為：

G為單列機(jī)車的總重，N為日發(fā)車對(duì)數(shù)，T為年運(yùn)行365天。L為機(jī)車運(yùn)行里程。

不同的列車的運(yùn)行線路包含了列車的牽引用電和輔助設(shè)備的用電，參考了既有線路運(yùn)行的經(jīng)驗(yàn)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行測(cè)試和積累，得到了關(guān)于列車的牽引設(shè)備用電設(shè)備的取值[3]。

（2）對(duì)動(dòng)力照明符合的年用電量的計(jì)算，關(guān)于車站的動(dòng)力負(fù)荷和照明負(fù)荷的低壓電力的負(fù)荷，包含了通信、信號(hào)、監(jiān)控等動(dòng)力負(fù)荷數(shù)值，包括通風(fēng)、排水、扶梯、AFC等。車站的公共其余的照明和附屬的用房的照明在設(shè)計(jì)上根據(jù)運(yùn)營(yíng)的高峰和非高峰的實(shí)踐，將燈具的數(shù)量進(jìn)行了選擇，開啟后，辦公管理房建的照明基本全部進(jìn)入工作狀態(tài)，設(shè)備房建中的照明沒有開啟。專業(yè)的電源以最大運(yùn)行的狀態(tài)進(jìn)入了運(yùn)行的前期階段，達(dá)到了滿載，設(shè)備的啟動(dòng)時(shí)間和運(yùn)行錯(cuò)開后，設(shè)備的工況模式進(jìn)入了一個(gè)合理的系數(shù)狀態(tài)，能夠?qū)⑷€的年需要用電量的合理系數(shù)進(jìn)行估算，從而能夠?qū)⑴潆娮儔浩鞯娜萘考右赃x擇。

3 供電系統(tǒng)的方案設(shè)計(jì)

（1）經(jīng)過對(duì)外部電源方案的規(guī)劃，根據(jù)城市軌道交通的特殊用戶的城網(wǎng)建設(shè)，估算出一條線路的用電范圍在10～40公里之內(nèi)，需要的功率呈現(xiàn)了線狀的分布，采用外部電源方案進(jìn)行了具體的工程的計(jì)算，得到了該城市軌道交通線網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的實(shí)際用電負(fù)荷，構(gòu)成城市網(wǎng)中實(shí)際工程的電源方案，具體根據(jù)實(shí)際的工程情況進(jìn)行集中供電和分散供電方式的選擇[4]。

（2）經(jīng)過對(duì)外部電源的方案的技術(shù)選擇，采用集中或者分散的觀點(diǎn)方式，主要要對(duì)外部主變電所的電源進(jìn)行規(guī)劃和設(shè)置，供電分區(qū)的劃分包含了前期供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)和難點(diǎn)，對(duì)后期的設(shè)計(jì)進(jìn)行了基礎(chǔ)的開拓，這一項(xiàng)工作是與市規(guī)劃部門進(jìn)行了充分的溝通和協(xié)調(diào)后，達(dá)到的共識(shí)。

（3）中壓電纜的網(wǎng)絡(luò)部署方案，是將主變電所和降壓變電所加以橫向和縱向的連接，形成全線的變電所的牽引和聯(lián)系，起到了電能的分配和傳輸?shù)淖饔?。電壓等?jí)構(gòu)成的形式和屬性包含了多種電壓等級(jí)，如10、20、33、35kV的電壓等級(jí)。技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較的內(nèi)容包括了系統(tǒng)的走向，線路的方案，站點(diǎn)的電力供應(yīng)等。以此為來選擇適合的電壓等級(jí)。

（4）根據(jù)研究，牽引供電的制式、牽引網(wǎng)的設(shè)置方案等，根據(jù)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范中關(guān)于供電制式的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，形成了集中軌道建設(shè)的方式和架空接觸網(wǎng)方式的應(yīng)用。DV1500V電壓等級(jí)多用于架空接觸網(wǎng)上，如廣州、天津等城市軌道交通中常用到的施工技術(shù)。DC750V電壓等級(jí)較多用于接觸軌，在一些城市軌道交通建設(shè)中也較為常用。技術(shù)的進(jìn)步已經(jīng)達(dá)到了采用鋼鋁復(fù)合導(dǎo)電軌道技術(shù)的階段。

（5）牽引變電所的設(shè)置根據(jù)牽引網(wǎng)的等級(jí)、電壓損失而定，還要考慮雜散電流腐蝕的防護(hù)、線路的能耗、電纜的鋪設(shè)以及運(yùn)營(yíng)管理等方面，通過統(tǒng)籌設(shè)計(jì)，在故障和正常運(yùn)行的模式下，按照城市軌道交通直流供電系統(tǒng)的牽引標(biāo)準(zhǔn)，要將牽引電壓損失考慮在最大電壓損失中，同時(shí)要將牽引變電所的設(shè)置的數(shù)量作為電壓損失值的關(guān)鍵因素加以考慮。

上述公式可以計(jì)算出單邊饋電時(shí)的最大瞬時(shí)電壓損失。經(jīng)過對(duì)直流牽引供電系統(tǒng)的電壓水平的估算，得到了等效電路的模型的仿真計(jì)算，最大的電壓損失往往發(fā)生在機(jī)動(dòng)車的啟動(dòng)的瞬間，經(jīng)過簡(jiǎn)單的計(jì)算，可以將牽引網(wǎng)的電壓水平和鋼軌電位進(jìn)行初步的計(jì)算，得到了變電所的設(shè)置方案是可行的。

4 結(jié)語(yǔ)

城市軌道交通項(xiàng)目的供電項(xiàng)目進(jìn)行如前期研究后，對(duì)基本任務(wù)要進(jìn)行理解和分析，結(jié)合以往的設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)出適用于當(dāng)前城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路和方法。經(jīng)過實(shí)踐表明，這一方法能夠滿足供電系統(tǒng)的前期研究中的工程設(shè)計(jì)需要，而且具有簡(jiǎn)單有效的特點(diǎn)[5]。

參考文獻(xiàn)

[1] 李寒生.城市軌道交通供電系統(tǒng)綜合分析及其建設(shè)運(yùn)營(yíng)模式探索[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2013，（5）：119-122，131.

[2] 余紅梅，陳剛，于紀(jì)利等.城市軌道交通供電系統(tǒng)35kV環(huán)網(wǎng)電纜敷設(shè)工程施工方案[J].城市軌道交通研究，2015，18（7）：49-51，57

[3] 謝紅，夏金鳳，張華志等.可靠性理論在城市軌道交通供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)分區(qū)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].城市軌道交通研究，2016，19（2）：83-86，100.

[4] 曲尚開.城市軌道交通供電系統(tǒng)功率因數(shù)分析[J].城市軌道交通研究，2013，16（9）：39-42.