試析地鐵供電系統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

試析地鐵供電系統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設備的選擇，可以使系統投資與運營成本得到有效控制。基于這種認識，本文對地鐵供電系統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；設備選擇；全壽命周期費用；關系

引言

隨著城鎮化建設工作的不斷推進，城際軌道交通工程得到大規模的建設。而隨著相關技術的發展，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設備的選擇提供更多的科學依據，從而使設備得到低維護、高質量和低消耗的運行管理。

1.地鐵供電系統設備特點分析

從結構組成上來看，地鐵供電系統由供電網絡、主變電站、接觸網/軌系統、牽引供電設備、動力供電設備、PSCADA系統等多個部分構成，設備投資約占地鐵設備總投資的18%左右[1]。而供電系統具有“晝運夜停”的負荷特點，并且由多個子系統構成，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、接觸網器材、開關類和保護控制設備等，涉及國內外電力設備生產行業。而多數設備不僅體積大、重量重，還有著較高的安全運行要求，需要確保供電系統能夠保持較高的自動化程度、安全性和可靠性，并且使系統運行保持低消耗、少維修等狀態，因此對設備的選型提出了較高的要求。

2.地鐵供電系統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，所以只有確保系統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，地鐵供電系統設備需要長期處在惡劣的地下環境中運行，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，應確保供電系統設備擁有至少30年的設計壽命，并對設備在30年內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生的人工費用和維修損耗。而在設備投入運行后，一旦產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生。

3.基于全壽命周期費用的地鐵供電系統設備的選擇分析

3.1 變壓器類設備的選擇

在全壽命周期內，變壓器類設備將產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，所以可以進行優先選用。此外，變壓器類設備容易遭受接觸網故障的沖擊，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，進而使供電系統保持長期穩定運行[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。同時根據電纜的敷設環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，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的設備選擇，以減少設備大修產生的費用。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，并且維修次數較少，因此應該優先選用。

3.4 保護測控設備的選擇

在保護測控設備選擇方面，考慮到目前其已經向著功能綜合化、微機化和智能化的方向發展，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故障的快速檢測和修復，以便為系統運行提供更多保障。

4.結論

通過分析可以發現，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定運行。因此，相信本文對地鐵供電系統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.地鐵供電系統用蓄電池的合理性選擇及運行維護[J].中國高新技術企業,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.地鐵供電系統可靠性和安全性分析方法研究[J].中國高新技術企業,2013,01:72-74.