地鐵供電系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)的應(yīng)用研究

趙 磊

（中鐵一局集團(tuán)電務(wù)工程有限公司，陜西 西安 710038）

新時(shí)期我國(guó)城市化發(fā)展進(jìn)程十分快速，城市人口激增，這對(duì)于交通運(yùn)輸事業(yè)是一個(gè)嚴(yán)重的挑戰(zhàn)。為有效解決這一問(wèn)題必須引入各類新技術(shù)和新理論。環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)在地鐵供電系統(tǒng)中就是這樣的存在，不僅有利于提升業(yè)務(wù)效率，還有利于提高業(yè)務(wù)質(zhì)量。因此，對(duì)于實(shí)際從業(yè)者而言，應(yīng)充分重視環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)，做好相關(guān)研究。

1 基于環(huán)網(wǎng)供電的技術(shù)概述

1.1 概念界定研究

理論上，環(huán)網(wǎng)供電是結(jié)合環(huán)形主干線的建設(shè)打造出一個(gè)連續(xù)的配電回路。在閉合環(huán)路的設(shè)計(jì)中，起點(diǎn)和終點(diǎn)都在同一組母線上，各自通過(guò)斷路器對(duì)各自的線路做出控制，這就使得其運(yùn)行具有十分強(qiáng)大的靈活性。正常閉合的分段斷路器將母線截成兩段，再將各個(gè)環(huán)路每段都接到不同的母線上，因此整體上的電流傳輸效率得到了真正的提升。同時(shí)，在保護(hù)配置方面，該系統(tǒng)也提供了縱差保護(hù)、電流保護(hù)兩類模式。如果發(fā)生短路故障，縱差保護(hù)就將起到直接的作用，保證非故障段的正常供電，這在傳統(tǒng)的模式下是不存在的。

在中央供電系統(tǒng)中，環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)得到了相對(duì)比較廣泛的應(yīng)用。環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)可以將原來(lái)相對(duì)比較復(fù)雜的線路設(shè)計(jì)做出最簡(jiǎn)化的處理，進(jìn)而使得其總體長(zhǎng)度得到完美的縮短，使各個(gè)線路之間的監(jiān)控管理業(yè)務(wù)更加有序。此外，兩個(gè)供電電源可以為重要區(qū)域大規(guī)模送電，不至于出現(xiàn)因電力短缺而導(dǎo)致的各項(xiàng)問(wèn)題。環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)中的開關(guān)設(shè)備相比于過(guò)去也少了很多，因此不會(huì)因?yàn)槿藛T都不操作或開關(guān)質(zhì)量問(wèn)題等出現(xiàn)故障，這對(duì)于整體的安全效率提升自然是很大的幫助。即使出現(xiàn)了故障，也可以隨時(shí)結(jié)合自動(dòng)化的設(shè)備做出故障的排查和處理，這項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可以為風(fēng)險(xiǎn)控制提供便捷的條件。

1.2 供電方式概述

供電方式大體包括開環(huán)運(yùn)行和閉環(huán)運(yùn)行兩類。在供變電系統(tǒng)中，大部分都是以閉環(huán)作為主要模式，可以充分發(fā)揮其優(yōu)越性，特別是實(shí)現(xiàn)不間斷供電。在配電系統(tǒng)中，由于繼電保護(hù)器在安裝使用和檢測(cè)上存在著不小的困難，因此開環(huán)運(yùn)行相對(duì)比較多，這與之相反。在理論角度來(lái)看，開環(huán)運(yùn)行的設(shè)計(jì)需要經(jīng)過(guò)充分的計(jì)算。不過(guò)在實(shí)際的工程中，大部分從業(yè)者都會(huì)選擇接近環(huán)網(wǎng)干線的中間位置作為開環(huán)點(diǎn)設(shè)置。在開環(huán)點(diǎn)處的開關(guān)設(shè)施主要就是為了隔離故障點(diǎn)以及幫助帶負(fù)荷投切。如今國(guó)內(nèi)所采取的大量中央配電網(wǎng)，基本上都是采取開環(huán)運(yùn)行的模式。

1.3 技術(shù)應(yīng)用準(zhǔn)則

環(huán)網(wǎng)供電的具體實(shí)施在技術(shù)應(yīng)用方面具有幾個(gè)重要的準(zhǔn)則：第一，在設(shè)計(jì)鋪設(shè)線路時(shí)，必須保證不同線路之間是存在互補(bǔ)關(guān)系的，這對(duì)于整體的電流傳輸是重要的基礎(chǔ)保障，在理論方面被稱之為是互補(bǔ)性。

第二，要在限度選擇范圍內(nèi)做出足夠科學(xué)、足夠準(zhǔn)確、足夠有序的選擇。在分段方法、分段數(shù)量、分段點(diǎn)選擇上要努力結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況，避免因?yàn)榫植烤€路的故障導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)崩潰的情況，充分發(fā)揮環(huán)網(wǎng)供電的優(yōu)勢(shì)。

第三，需要對(duì)線路的主干道做出分段的處理，使它的電負(fù)荷、用戶數(shù)量等關(guān)鍵數(shù)據(jù)能夠在技術(shù)的幫助下平均分配出來(lái)。

第四，在配電線路當(dāng)中需要結(jié)合自動(dòng)化設(shè)施的引入，使環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)即使發(fā)生部分的線路問(wèn)題也可以做出迅速隔離處理，保證其他部分不受此影響，進(jìn)而使生產(chǎn)生活用電能夠繼續(xù)穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)。

第五，在多層開關(guān)的安置過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)使其處于配電線路的分支干道上，在盡快真實(shí)有效地處理好故障的同時(shí)，使其不受到故障的影響，使分支線路和主線路相互之間不受彼此制約。此外，也要及時(shí)地升級(jí)和更新相關(guān)設(shè)施，保證其技術(shù)和設(shè)施是相互適配的可以滿足各類需求。

2 地鐵供電系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)應(yīng)用

2.1 應(yīng)用要點(diǎn)

國(guó)內(nèi)各地區(qū)的地鐵供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)，主要目的無(wú)非就是給地鐵運(yùn)營(yíng)做出服務(wù)，主要職責(zé)在于保證各個(gè)設(shè)施之間的安全性、可靠性、有序性。結(jié)合上文的研究可知，地鐵供電系統(tǒng)大部分都是由兩部分組成的，一部分是城市電網(wǎng)引入的電源，另一部分是地鐵內(nèi)部的供電系統(tǒng)。這里所提到的地鐵內(nèi)部的供電系統(tǒng)大體包括主變電所、牽引供電系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)等，這也是其主要的技術(shù)應(yīng)用要點(diǎn)所在。

首先，在城市電網(wǎng)中對(duì)地鐵供電的方式大體可以包括集中式、分散式、混合式三類。主變電所的出現(xiàn)就是為了地鐵運(yùn)營(yíng)而設(shè)計(jì)的，可以看作是其專用的變電所。不過(guò)在具體的供電方式上，只有采用集中式設(shè)置時(shí)才是專門給地鐵。牽引供電系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)供電、主變電所的建設(shè)一般要在地鐵沿線附近，特別是靠近車站的位置建設(shè)是相對(duì)比較合適的，這對(duì)于整體的電纜線路引入非常有利，也是很多從業(yè)者的實(shí)際選擇。

第二，中壓網(wǎng)絡(luò)。中壓網(wǎng)絡(luò)是結(jié)合中壓電纜，在縱向橫向上構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)的模式。縱向上會(huì)把上級(jí)主變電所和下級(jí)牽引變電所等連接起來(lái)，橫向上則是把全線各個(gè)牽引、降壓變電所連接起來(lái)。在中壓網(wǎng)絡(luò)的選擇方面一般會(huì)采取電纜線路、環(huán)網(wǎng)供電方式，這既可以保證其成本，又可以使其效率得到提升。

第三，供配電系統(tǒng)。供配電系統(tǒng)存在的主要目的是給地鐵內(nèi)除了車輛運(yùn)轉(zhuǎn)中所需要的電力之外其他所有的供電提供幫助，比如動(dòng)力照明系統(tǒng)，以及車間和區(qū)間的動(dòng)力系統(tǒng)等。供配電系統(tǒng)主要包括降壓變電所、低壓配電系統(tǒng)兩個(gè)部分，主要采用分散式供電以及集中式供電方式，可以直接從城市電網(wǎng)引入電源，保證其運(yùn)行的效率。

第四，牽引供電系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)則主要是給電動(dòng)車輛提供服務(wù)的，在具體的設(shè)施方面包括牽引變電所沿線敷設(shè)的牽引網(wǎng)等，需要結(jié)合不同的設(shè)計(jì)思路來(lái)做出不同的處理。

2.2 應(yīng)用對(duì)策

第一，需要注意環(huán)網(wǎng)接線的設(shè)計(jì)。對(duì)于電網(wǎng)供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和實(shí)際出車而言，必須滿足上述所提到各類原則，特別是需要滿足國(guó)家和地區(qū)政府所提出的N-1安全原則。在調(diào)整安全電網(wǎng)接線方式的過(guò)程中，必須足夠安全、穩(wěn)定、高效，在設(shè)備運(yùn)行的過(guò)程中需要達(dá)到相關(guān)的準(zhǔn)則標(biāo)準(zhǔn)。在具體設(shè)計(jì)中，應(yīng)用單環(huán)網(wǎng)接線方式時(shí)，如果出現(xiàn)了電力故障，就需要大量的人力投入以排查、處理、解決相應(yīng)的問(wèn)題。在此過(guò)程中不僅會(huì)耗費(fèi)大量的時(shí)間、成本，可靠性、穩(wěn)定性也比較差，無(wú)法滿足用戶的需求。但是，采取雙環(huán)網(wǎng)接線方式（包括雙線雙環(huán)、雙線單環(huán)的供電方式）提供獨(dú)立電源的辦法，則可以避免這類問(wèn)題，提升整體的可靠性，防止故障出現(xiàn)后引起的大面積影響。這在學(xué)術(shù)理論界又被稱之為是“手拉手聯(lián)絡(luò)”環(huán)。在供電系統(tǒng)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，所有的聯(lián)絡(luò)開關(guān)都應(yīng)當(dāng)保持在打開狀態(tài)。在具體設(shè)計(jì)和安裝過(guò)程中，應(yīng)當(dāng)滿足N-1安全原則。目前環(huán)網(wǎng)的接線都是采取單環(huán)網(wǎng)和雙環(huán)網(wǎng)模式，單環(huán)網(wǎng)的性能相對(duì)比較差，遇到故障會(huì)產(chǎn)生很大影響，故基本都會(huì)采取雙環(huán)網(wǎng)。雙環(huán)網(wǎng)主要是由兩個(gè)獨(dú)立電源供電的，在具體運(yùn)轉(zhuǎn)中如果一個(gè)出現(xiàn)問(wèn)題會(huì)換到另一個(gè)，因此相互之間的輔助會(huì)極大提升業(yè)務(wù)質(zhì)量。雙網(wǎng)絡(luò)接線原理是利用開關(guān)將故障線路隔離開，不會(huì)有任何的問(wèn)題，保證了可靠度。任何一條線路出現(xiàn)問(wèn)題，都能及時(shí)地輸送電力，使其可靠性得到真正的保障。

第二，中央交流環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)。城市軌道設(shè)計(jì)過(guò)程中，中央交流環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)同樣十分重要。在具體的技術(shù)應(yīng)用方面，可以采取牽引與動(dòng)力、照明相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)模式，也可以采取牽引和動(dòng)力照明混合的模式，需要結(jié)合地區(qū)的不同情況做出不同的設(shè)計(jì)。特別是需要考慮列車運(yùn)行的遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)能力，相互做備用線路，出現(xiàn)一路退出時(shí)，運(yùn)行另一路應(yīng)當(dāng)承擔(dān)其負(fù)荷，使其損失保證在5個(gè)百分點(diǎn)以內(nèi)。如果想打造一個(gè)可靠靈活的系統(tǒng)，必須滿足以下幾個(gè)條件：一是供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)必須足夠經(jīng)濟(jì)、可靠，且在考慮成本的過(guò)程中還應(yīng)考慮其運(yùn)行的靈活性要求；二是保證供電系統(tǒng)的容量，應(yīng)按長(zhǎng)遠(yuǎn)的高峰設(shè)計(jì)，給整體的需求留有一定的富余量；三是供電系統(tǒng)需要按一級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，也就是兩路互為備用電源，實(shí)現(xiàn)不斷電的供應(yīng)需求。并且，供電系統(tǒng)的容量以及實(shí)際的電纜載流量需達(dá)到負(fù)荷要求，如果出現(xiàn)問(wèn)題另外的需要自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，以此來(lái)滿足實(shí)際需求。此外，電纜載流量也能滿足正常運(yùn)行的所有需求，特別是城市軌道交通需求，從而保障整個(gè)交通系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

2.3 以P地鐵為例談實(shí)際效果

在P地鐵的實(shí)際使用過(guò)程中，采取了環(huán)網(wǎng)接線和地鐵中央交流環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)的共同設(shè)計(jì)，整體的可靠性得到了真正的提升。環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)在有后備線路的接線模式下，整體的穩(wěn)定性也得到了根本的保障，相比過(guò)去故障率在5‰～10‰的概率，如今已經(jīng)降低到了1‰～3‰，由此可以看出其可靠性。此外，在停電次數(shù)及誤操作發(fā)生的概率上也有了大幅度的下降，節(jié)約了用電成本，也使維護(hù)更加方便。因此，地鐵供電系統(tǒng)環(huán)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，確實(shí)具有很好的效果。

結(jié)合P地鐵公布的工作報(bào)告可以看出，環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)的具體優(yōu)點(diǎn)體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，供電的可靠性不會(huì)輕易被外界環(huán)境所影響，也不會(huì)像過(guò)去那樣，因?yàn)榫€路問(wèn)題、設(shè)計(jì)問(wèn)題、人員誤操作問(wèn)題等出現(xiàn)斷電的情況，這對(duì)于整體的線路運(yùn)轉(zhuǎn)以及生產(chǎn)生活運(yùn)輸?shù)谋Ｕ献匀皇呛芎玫闹Α５诙蛘w系統(tǒng)的設(shè)計(jì)專業(yè)性相對(duì)較高，也有變電設(shè)施予以保障，所以供給地鐵的各類其他電源質(zhì)量也有了根本性的提升，比如照明系統(tǒng)、商業(yè)系統(tǒng)等。如今的地鐵已經(jīng)不再是簡(jiǎn)單的交通運(yùn)輸工具，其中所蘊(yùn)含的巨大商業(yè)價(jià)值也是實(shí)際從業(yè)者需要考慮的，供電系統(tǒng)的效率及質(zhì)量將直接決定地鐵區(qū)域商業(yè)的發(fā)展情況。在充分引入環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)后，P地區(qū)整體上的供電質(zhì)量得到了根本性的提升，也給其地鐵區(qū)域內(nèi)商業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了保障。第三，整體管理也變得更加便利，特別是在電的二次分配上有了很多的選擇。除此之外，在檢修工作方面整體上比較獨(dú)立方便，這是過(guò)去所沒有的，也是其優(yōu)勢(shì)所在。

3 結(jié)束語(yǔ)

在地鐵供電系統(tǒng)中，環(huán)網(wǎng)供電技術(shù)的應(yīng)用可以保證整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性以及可靠性。具體設(shè)計(jì)中，需要針對(duì)電源的具體情況進(jìn)行深入分析，結(jié)合用電的性質(zhì)、負(fù)荷等方面因素選擇合適的連接方式，從而發(fā)揮有效的作用，保障交通運(yùn)輸?shù)陌踩?/p>