逯雄雄

（中鐵十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司，天津 300308）

城市軌道交通在提高土地利用率和城市居民出行便捷度方面具有卓越貢獻(xiàn)。眾多城市修建了城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)，成為居民日常生活中密不可分的存在[1]。城市軌道交通車(chē)站和線路在運(yùn)營(yíng)時(shí)，其行車(chē)運(yùn)輸組織以及眾多設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)均依賴(lài)于高效聯(lián)動(dòng)、安全可靠的變配電系統(tǒng)[2]。按照用電性質(zhì)不同，地鐵供電系統(tǒng)由2個(gè)相互獨(dú)立的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)組成：一是地鐵牽引供電系統(tǒng)，其重要組成部分為牽引變電所，負(fù)責(zé)提供列車(chē)的電動(dòng)牽引；二是地鐵降壓變電系統(tǒng)，其重要組成部分為降壓變電所（降壓所），負(fù)責(zé)電扶梯、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)（Fire Alarm System，F(xiàn)AS）、通風(fēng)空調(diào)、屏蔽門(mén)以及通信信號(hào)等電力設(shè)備的電力供給[3]。

1 工程概況

天津市6號(hào)線一期工程為城市軌道交通主干線，全長(zhǎng)43.43 km，起于南孫莊站，終于淥水道站，共有40座地鐵車(chē)站和1座車(chē)輛段。地下線路長(zhǎng)約41.93 km，含13座換乘站。本項(xiàng)目采用集中供電方式，相比于分散供電等方式，集中供電方式具有可靠性高、受壓電壓較高、受電網(wǎng)影響小、集中管理等優(yōu)點(diǎn)，以利于地鐵供電網(wǎng)形成獨(dú)立系統(tǒng)。按照電容量和線路的長(zhǎng)度，在地鐵全線設(shè)置2座主變電所（主所A和主所B），主變電所從城市電網(wǎng)引入110 kV電壓，經(jīng)降壓后成為35 kV電壓，供電扶梯、FAS、廣告、通風(fēng)空調(diào)、屏蔽門(mén)及通信等電力設(shè)備的用電需求。35 kV電壓供電的輸電距離和容量適中，長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮電費(fèi)較低，為電力設(shè)備的電壓優(yōu)選方案[4]。

2 地鐵降壓變電系統(tǒng)構(gòu)成

在城市軌道交通降壓變電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，400 V低壓系統(tǒng)具有自動(dòng)化程度高、檢修維護(hù)方便、負(fù)荷分類(lèi)多等優(yōu)點(diǎn)。在母線失壓時(shí)，內(nèi)置的電流電壓保護(hù)模塊能夠?qū)崿F(xiàn)失壓保護(hù)，切除三類(lèi)負(fù)荷，同時(shí)柜內(nèi)設(shè)備采取抽屜式單元，可方便地對(duì)各個(gè)單元進(jìn)行抽取和檢修，運(yùn)行和操作簡(jiǎn)單，因此400 V電壓為降壓電壓的分級(jí)終壓[5-6]。一般降壓等級(jí)分為2類(lèi)：一是2級(jí)降壓方式，將35 kV電壓直接降為400 V電壓；二是3級(jí)降壓方式，即將35 kV電壓降低為10 kV電壓后再降低為400 V電壓[7-8]。天津市6號(hào)線一期工程線路的分級(jí)供電方式含有以上兩種方式，形成的地鐵環(huán)網(wǎng)降壓系統(tǒng)由主變電所（100 kV電壓輸入，35 kV電壓輸出）、中心降壓變電站（35 kV電壓輸入，10 kV電壓輸出）和降壓所（10 kV電壓輸入，400 V電壓輸出）組成，每一個(gè)降壓所均為2路進(jìn)線。第111頁(yè)圖1為地鐵環(huán)網(wǎng)降壓系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)圖。

圖1 地鐵環(huán)網(wǎng)降壓系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)圖

在地鐵降壓變電系統(tǒng)中，負(fù)載率和耗電量直接關(guān)系到地鐵降壓變電系統(tǒng)的降壓方式，還有整個(gè)地鐵降壓變電系統(tǒng)變壓器的負(fù)載能力。第111頁(yè)表1為天津市6號(hào)線一期工程各個(gè)地鐵站變壓器某日高峰期負(fù)載率實(shí)測(cè)值。從表1中可以看出，地鐵車(chē)站高峰期的變壓器負(fù)載率變化范圍為10.01%～12.48%，與現(xiàn)行《35～110 kV變電所設(shè)計(jì)規(guī)范》相比，實(shí)測(cè)的變壓器負(fù)載率低于最佳負(fù)載率45%～60%的要求，表明設(shè)計(jì)的降壓所變電站容量富余量偏大，能夠滿(mǎn)足對(duì)設(shè)備運(yùn)營(yíng)的充裕供電。降壓所的電力設(shè)備包含電扶梯、直升電梯、冷源、通風(fēng)照明等各個(gè)電力設(shè)備的耗電量各不相同。為了更為詳細(xì)地分析10 kV/400 V降壓所各類(lèi)電力設(shè)備的耗電量，以變壓器負(fù)載率最大的金鐘河大街站為例，統(tǒng)計(jì)某月的降壓所各類(lèi)電力設(shè)備的耗電量：冷源設(shè)備52 080 kWh，占總耗電量的24.2%；環(huán)控設(shè)備65 624 kWh，占總耗電量的30.5%；車(chē)站照明設(shè)備30 523 kWh，占總耗電量的14.2%；商業(yè)用電設(shè)備23 751 kWh，占總耗電量的11.0%；弱點(diǎn)系統(tǒng)設(shè)備21 099 kWh，占總耗電量的9.8%；其他設(shè)備22 152 kWh，占總耗電量的10.3%。

表1 天津市6號(hào)線一期工程各個(gè)地鐵站變壓器某日高峰期負(fù)載率實(shí)測(cè)值 （%）

3 地鐵降壓變電系統(tǒng)施工調(diào)試

為了更好地保證地鐵降壓變電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，選擇了合理的地鐵降壓變電系統(tǒng)后，需對(duì)其施工調(diào)試，其中諧波電流控制是施工調(diào)試的重點(diǎn)工作。由于環(huán)控設(shè)備、冷源設(shè)備、車(chē)站照明設(shè)備的耗電量占總耗電量的68.9%，因此施工調(diào)試時(shí)對(duì)這些設(shè)備的諧波電流控制顯得尤為重要。分別對(duì)環(huán)控設(shè)備、冷源設(shè)備、車(chē)站照明設(shè)備的瞬時(shí)電流進(jìn)行記錄，得到三者的電流波形圖，見(jiàn)圖2。從圖2可以看出，各電力設(shè)備的電流存在明顯的畸變，這是受諧波的影響所致。對(duì)這些電流波形分析可知，諧波的次數(shù)分別為3次、5次、7次、9次和11次。

圖2 地鐵降壓變電系統(tǒng)電力設(shè)備電流波形圖

為了對(duì)各個(gè)地鐵降壓變電系統(tǒng)電力設(shè)備的諧波電流進(jìn)行分析，按照諧波次數(shù)統(tǒng)計(jì)其95%概率值和諧波電流平均值，見(jiàn)第112頁(yè)表2。

從表2中可以看出，環(huán)控設(shè)備、冷源設(shè)備、車(chē)站照明設(shè)備的諧波電流95%概率值曲線呈現(xiàn)明顯不同的變化情況。環(huán)控設(shè)備的諧波電流95%概率值呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)，變化劇烈，在諧波次數(shù)為5次時(shí)，達(dá)到波峰值為24.80 A，而在高次諧波中的電流95%概率值則相對(duì)較??；冷源設(shè)備的諧波電流95%概率值波動(dòng)幅度較小，整體表現(xiàn)為低次諧波電流的95%概率值相對(duì)較小，而諧波次數(shù)為7次和9次的電流值為波峰值；與冷源設(shè)備相反，車(chē)站照明設(shè)備的諧波電流95%概率值波動(dòng)幅度較小，整體表現(xiàn)為高次諧波電流的95%概率值相對(duì)較小，而諧波次數(shù)為5次的電流值為波峰值。這些諧波的波峰值都會(huì)使電網(wǎng)中的電能損耗過(guò)大，導(dǎo)致設(shè)備發(fā)熱損壞和過(guò)電壓損壞，故在施工調(diào)試時(shí)需采取必要的措施進(jìn)行諧波電流控制，如在降壓所中增加有源電力濾波器（Active Power Filter，APF），對(duì)諧波電流進(jìn)行調(diào)控以達(dá)到諧波治理的目的。

表2 地鐵降壓變電系統(tǒng)電力設(shè)備的諧波電流統(tǒng)計(jì)結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

以天津市6號(hào)線一期工程線路為研究對(duì)象，在分析地鐵降壓變電系統(tǒng)構(gòu)成的基礎(chǔ)上，分析線路各站的變壓器負(fù)載率和各降壓變電系統(tǒng)電力設(shè)備的耗電量，并對(duì)各降壓變電系統(tǒng)電力設(shè)備出現(xiàn)的諧波電流問(wèn)題進(jìn)行施工調(diào)試，得到以下兩個(gè)結(jié)論：一是40座地鐵車(chē)站高峰期的變壓器負(fù)載率變化范圍為10.01%～12.48%，設(shè)計(jì)富余量偏大，能夠滿(mǎn)足對(duì)設(shè)備運(yùn)營(yíng)的充裕供電，環(huán)控設(shè)備、冷源設(shè)備、車(chē)站照明設(shè)備的耗電量占總耗電量的68.9%；二是環(huán)控設(shè)備、冷源設(shè)備、車(chē)站照明設(shè)備的諧波電流95%概率值曲線呈現(xiàn)明顯不同的變化，環(huán)控設(shè)備的諧波電流95%概率值呈現(xiàn)明顯的波動(dòng)，變化劇烈，冷源設(shè)備和車(chē)站照明設(shè)備的諧波電流95%概率值波動(dòng)幅度較小。