上海地鐵維護保障有限公司供電分公司 王曉博 孫翔泳 唐家偉 解惠亮

上海地鐵2號線供電系統(tǒng)復(fù)雜，兩級供電與三級供電同時存在，設(shè)備型號多，智能化程度低，人力依賴程度高，同時2號線進(jìn)入全面大修改造期，夜間施工量不斷上升，需要更多人力配合夜間施工。小班化后，2號線全線共有29人在崗，僅能滿足日常夜間施工及配合。常規(guī)支援供電方案每晚需要至少30人配合，嚴(yán)重占用人力資源。2號線川沙主變于2022年更換2臺主變壓器，供電質(zhì)量得到提升，針對新設(shè)備提出新的支援供電方案，提高支援供電效率，節(jié)省人力資源。為方便說明，本文全部以二段需支援供電為例。

1 2號線川沙主變供電系統(tǒng)概況

1.1 正常運行方式

川沙主變兩路110kV 電源及33kV 側(cè)兩段母線分列運行，變電所母聯(lián)斷路器分開。所轄各變電所內(nèi)33kV 母聯(lián)斷路器分開，兩段母線分列運行。

川沙主變供電區(qū)間為張江高科混合變電站至浦東機場混合變電站，共15個站，其中10個混合變電站，2個降壓站及2個跟隨降壓站。川沙主變直接向廣蘭路混合變電站、華夏東路混合變電站、川沙混合變電站，以及遠(yuǎn)海區(qū)間混合變電站供電，再由這4個變電站通過33kV 環(huán)網(wǎng)依次向剩余變電站供電。

1.2 故障情況下運行方式

當(dāng)川沙主變中一臺變壓器因故障退出運行時，其運行方式如圖1所示，將由世紀(jì)公園主變來進(jìn)行支援供電。世紀(jì)公園主變的電經(jīng)由龍張區(qū)間開關(guān)站、張江高科混合變電站、金科路降壓站、廣蘭路混合變電站送入川沙主變。再經(jīng)由川沙主變向剩余變電站供電。

圖1 故障情況下運行方式示意圖

2 2號線川沙主變現(xiàn)有支援供電方案分析及難點

2.1 現(xiàn)有支援供電方案分析

現(xiàn)有的支援供電方案是川沙主變二段母排停役，所轄下級變電站二段母排也全部停役，由世紀(jì)公園主變二段支援供電，通過龍張區(qū)間開關(guān)站、張江高科混合變電站、金科路降壓站、廣蘭路混合變電站將電送入川沙主變二段母排，再通過33kV 環(huán)網(wǎng)電纜送到各個變電站。支援供電期間需要配合停電范圍從龍張區(qū)間混合變電站到浦東機場混合變電站和陸家嘴牽引變電站，共17站。

在支援供電的情況下，川沙主變所轄的變電站的供電臂發(fā)生變化，世紀(jì)主變兩臺變壓器的負(fù)荷不平衡，為保障繼電保護裝置能有更好的靈敏性可靠性和均勻分配世紀(jì)主變的變壓器負(fù)荷，川沙主變所覆蓋的每一個變電站都需要切換整定值組，陸家嘴牽引變電站需從世紀(jì)主變一段切換到另一段。由于存在瞬時停電，所有站的33kV 分段自切都需停用。

則所有站都需操作開關(guān)、停用33kV 分段自切、整定值組切換和合上三類負(fù)荷開關(guān)。經(jīng)分析，傳統(tǒng)方式川沙主變支援供電涉及17個變電站，共需17×2=32人，共執(zhí)行520步操作。

傳統(tǒng)方案末端電壓損失百分?jǐn)?shù)計算[1-2]，末端允許降壓降百分?jǐn)?shù)≤5%，按照以下公式進(jìn)行計算：

其中，Δu%表示線路電壓損失百分?jǐn)?shù)（%），R 表示三相線路單位長度的電阻（Ω/km），X′表示三相線路單位長度的感抗（Ω/km），tanφ 表示功率因數(shù)角相對應(yīng)的正切值，P 表示有功負(fù)荷（kW），l 表示線路長度（km）。

經(jīng)查，此時系統(tǒng)內(nèi)最長供電臂為世紀(jì)主變至浦東機場混合變，電纜長度為35.14km，電纜型號為FS/FZ-WDZB-YJY63 3×1×150mm2，此電纜單位長度電阻為0.143Ω/km，單位長度感抗為0.112Ω/km，此區(qū)間cosφ 為0.65，有功負(fù)荷按照5500kW 估算。經(jīng)計算，傳統(tǒng)方式下供電臂最長的情況下，末端電壓損失百分?jǐn)?shù)為5.23%＞5%，不符合標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 執(zhí)行難點

一是涉及站點多，停送電步驟繁雜，耗時長；二是支援供電期間，浦東各變電站由無人值守改為有人值守，占用大量人力資源集中在2號線浦東段，不利于2號線浦西段應(yīng)急搶險和2號線日常生產(chǎn)工作；三是支援供電的世紀(jì)主變負(fù)荷較大，用電高峰易出現(xiàn)過負(fù)荷現(xiàn)象，且浦東機場混合變電站和遠(yuǎn)東大道混合變電站末端電壓損失過高。

3 新支援供電方案分析

2022年川沙主變進(jìn)行大修改造擴容項目，2臺主變的容量從31.5MVA 擴容到40MVA。川沙主變擴容后，提升2號線浦東段供電質(zhì)量，提高供電可靠性，更好保障安全可靠供電和電網(wǎng)穩(wěn)定運行。針對新設(shè)備提出三種支援供電方案。

3.1 方案一

川沙主變33kV 熱并，如圖2所示。先將川沙主變33kV 母聯(lián)斷路器合上，再將2號主變停役。本方案不需要世紀(jì)公園主變支援供電，由川沙主變1號變壓器完成所轄變電站的供電任務(wù)。

圖2 方案一示意圖

此方法川沙主變所轄各變電站不停電，且只需在川沙主變進(jìn)行操作，同時下級變電站不停電，供電臂長度不發(fā)生變化，不需停用各站33kV 分段自切，就不需要各站派人查看設(shè)備。經(jīng)分析，方案一涉及1個變電站進(jìn)行倒閘操作，需2人，共執(zhí)行10步操作。

方案一末端電壓損失百分?jǐn)?shù)計算，末端允許降壓降百分?jǐn)?shù)≤5%，按照上文公式進(jìn)行計算。

經(jīng)查，此時系統(tǒng)內(nèi)最長供電臂為川沙主變至張江高科混合變，電纜長度為16.4km，使用電纜型 號 為FS/FZ-WDZB-YJY63 3×1×150mm2，此電纜單位長度電阻為0.143Ω/km，單位長度感抗為0.112Ω/km，cosφ 為0.65，有功負(fù)荷按照5500kW 估算。經(jīng)計算，方案一供電臂最長的情況下，末端電壓損失百分?jǐn)?shù)為2.32%＜5%，符合標(biāo)準(zhǔn)。

方案一優(yōu)點為涉及站點少，停送電步驟簡單，耗時短，供電臂長度不發(fā)生變化，整定值組不用切換，末端壓降損失符合標(biāo)準(zhǔn)，占用少量人力資源，不影響2號線應(yīng)急體系和日常生產(chǎn)工作。

方案一缺點為合上川沙主變33kW 母聯(lián)斷路器需向國網(wǎng)調(diào)度申請，手續(xù)較為煩瑣。川沙主變所轄所有變電站為假兩路供電，如果此時川沙主變1號主變進(jìn)線失電，會造成川沙主變所轄所有變電站停電，此時再從世紀(jì)主變支援供電會花費大量時間，應(yīng)急響應(yīng)速度慢，不利于故障快速恢復(fù)。

3.2 方案二

將張江高科混合變電站、金科路降壓站和廣蘭路混合變電站3站由川沙主變供電改變?yōu)槭兰o(jì)公園主變供電，其余站由川沙主變33kW 熱并供電[1-2]，如圖3所示。需要龍張區(qū)間混合變、張江高科混合站、金科路降壓站、廣蘭路混合變和川沙主變進(jìn)行倒閘操作，其中張江高科混合站、金科路降壓站和廣蘭路混合變電站3站由于供電臂的改變需要切換整定值組，由于33kW 瞬時失電需停用33kW 分段自切。經(jīng)分析方案二涉及5個站，共需5×2=10人，共執(zhí)行62步操作。

圖3 方案二示意圖

方案二末端電壓損失百分?jǐn)?shù)計算，末端允許降壓降百分?jǐn)?shù)≤5%，按照上文公式進(jìn)行計算。

經(jīng)查，此時系統(tǒng)內(nèi)最長供電臂為川沙主變至浦東機場混合變，電纜長度為14.7km，使用電纜型 號 為FS/FZ-WDZB-YJY63 3×1×150mm2，此電纜單位長度電阻為0.143Ω/km，單位長度感抗為0.112Ω/km，cosφ 為0.65，有功負(fù)荷按照5500kW 估算。經(jīng)計算，方案二供電臂最長的情況下，末端電壓損失百分?jǐn)?shù)為2.07%＜5%，符合標(biāo)準(zhǔn)。

方案二優(yōu)點為涉及站點較少，停送電步驟較簡單，耗時較短，末端壓降損失符合標(biāo)準(zhǔn)，占用人力資源較少，不影響2號線應(yīng)急體系和日常生產(chǎn)工作。此時唐鎮(zhèn)混合變電站至浦東機場混合變電站為假兩路供電，若出現(xiàn)川沙主變1號主變進(jìn)線故障，會造成唐鎮(zhèn)混合變電站至浦東機場混合變電站全站瞬時失電，但此時只需在廣蘭路混合變電站和川沙主變進(jìn)行倒閘操作，即可完成世紀(jì)主變支援供電，大幅提升川沙主變一帶兩種情況下應(yīng)急響應(yīng)速度。

方案二缺點為合上川沙主變33kW 母聯(lián)斷路器需向國網(wǎng)調(diào)度申請，手續(xù)較為煩瑣。唐鎮(zhèn)混合變電站至浦東機場混合變電站存在全站瞬時失電風(fēng)險。

3.3 方案三

方案三是在傳統(tǒng)方案上的基礎(chǔ)上進(jìn)行修改，如圖4所示，停用川沙主變所轄17個變電站的33kW 分段自切，張江高科混合站、金科路降壓站和廣蘭路混合站的二段母排停役，3個供電分區(qū)首端站華夏東路混合站、川沙混合站和遠(yuǎn)海區(qū)間混合站的進(jìn)線開關(guān)川華二、川沙二和川區(qū)二改為冷備用狀態(tài)，川沙主變二段母排停役，此時各站400V 二段進(jìn)線開關(guān)自切，由400V 一段帶二段，再由世紀(jì)公園主變二段母排支援供電，通過龍張區(qū)間開關(guān)站、張江高科混合變電站、金科路降壓站、廣蘭路混合變電站將電送入川沙主變二段母排，再將首端站進(jìn)線開關(guān)川華二、川沙二和川區(qū)二改為運行狀態(tài)，此時各站400V 二段進(jìn)線開關(guān)自復(fù)，完成世紀(jì)公園主變對川沙主變的支援供電。

圖4 方案三示意圖

此方案涉及川沙主變所轄17個站，共需17×2=34個人，共執(zhí)行100步操作。

方案三優(yōu)點為操作步驟較少，用時較短，從張江高科混合變電站至浦東機場混合變電站均為真兩路供電，供電可靠性高。

方案三缺點為涉及站點多，停送電過程中存在帶負(fù)荷拉送開關(guān)，會在母排上產(chǎn)生沖擊電流，具有一定風(fēng)險性，各變電站400V 二段開關(guān)會進(jìn)行一次自切和自復(fù)，存在自切和自復(fù)失敗的風(fēng)險。由于和方案一供電臂長度一樣，海天三路混合變電站和浦東機場混合變電站存在末端電壓損耗過高的情況。

3.4 方案對比分析

綜上所述，三種方案各有優(yōu)缺點，匯總見表1。由表1可知，方案一占用人力資源最少，停送電步驟最簡單，停送電風(fēng)險高，耗時短，不存在末端壓降損耗過高的情況；方案二占用人力資源較少，停送電步驟較簡單，停送電風(fēng)險一般，耗時較短，不存在末端壓降損耗過高的情況。方案三占用人力資源多，停送電步驟一般，停送電風(fēng)險較高，耗時一般，末端壓降過高。綜合考慮方案三比較合適，未來主變支援供電方案可以參照此方案進(jìn)行改善。

表1 三種方案對比表

三種新方案在占用人力資源、涉及站點、停送電步驟、停送電風(fēng)險、耗時和計算末端壓降損耗方面的比較，可以得出方案三可作為后續(xù)優(yōu)化主變支援供電方案的模板，達(dá)到提高支援供電效率，節(jié)省人力資源的目的。