地鐵供電系統可靠性和安全性相關思考與分析

中鐵第五勘察設計院集團有限公司電化通號設計研究院 葉曉偉

本文對地鐵供電系統可靠性與安全性相關思考進行了分析，論述了集中式供電、分散式供電、混合式供電三種不同的地鐵供電系統主要方式，著重分析了影響地鐵供電系統可靠性與安全性的主要因素，結合相關嵌入性理論與實踐研究，提出地鐵供電系統可靠性與安全性的若干思考與分析。

1 地鐵供電系統的主要方式

除地方核心電網為其提供能源外，地鐵供電系統需借助整體電網設計，以此保障對電力能源的需要。構建電網電源，對供電電源合理調配，較比普通電源相比，變電電壓強度較高，需設置專用變壓器，將電壓控制在合理范圍內，進而利用電網系統將電能傳遞到牽引變電所、降壓變電所。我國地鐵供電系統主要方式主要有集中式供電、分散式供電、混合式供電，具體如下：

1.1 集中式供電

集中式供電即對地鐵變電所用電科學設置，主要體現在依托地鐵線路長度、使用電量的差異化，在地鐵沿線設置變電所，通過對地鐵變電母線段數量、位置建立劃分。地鐵變電所需要進行兩路電源設置，保障二者之間獨立性存在，繼而依托集中式供電方式，為地鐵運行、牽引提供電力，如圖1所示。

圖1 集中式供電圖

以武漢三號線為例，武漢三號線地鐵供電方式采用的就是集中供電，對三號線進行整體牽引動力的變電所，設置在建設大道和黃浦大街交匯處“趙家條”；又如，上海地鐵二號線及明珠線，多采用集中供電的方式。從計費角度上來看，集中式供電較為便捷，對變電所供電設備維護工作也相對簡單，為工作人員調度、管理提供了便捷支持，具有一定可靠性。但從建設與投資方面來看，集中式供電耗資巨大，且使用過程中，需結合地區實際情況綜合考慮，以及對施工過程進行動態化調整。

1.2 分散式供電

分散式供電主要是將城市電網區域變電所作為主要能源來源，在地鐵沿線設置降壓站以及牽引變電所，不需要設置專用變電所為其進行配電設置。分散式供電可充分利用城市中心電網資源，但使用需要變電所具有雙路電源，且在地鐵沿線設置供電容量。嚴格意義上來說，這種供電方式對地區城市電網要求較高，且電網能符合地鐵運行所需電量。例如北京市地鐵3號線、沈陽地鐵，都采用了分散式供電方式。這種方式中城市電網會受到其他區域電網影響，進而出現供電不穩定、不足等情況，因此，分散式供電可靠性較差，在應用過程中，需結合地區電網分布、周圍電網分布進行綜合設置。

1.3 混合式供電

混合式供電主要以集中式供電與分散式供電兩種供電方式相結合進行供電的一種方式，這種方式在實施過程中，以集中供電為主、分散式供電為輔，其優勢就是將兩種供電方式優勢有機結合，以此保障地鐵供電系統的穩定性、可靠性，且供電過程中，因其具備集中式與分散式供電優點，因此供電較為靈活，但實際應用過程中，施工手段存在一定復雜性，且施工事前，需結合地區技術水平，判斷地區是否可以進行混合式供電。

2 影響地鐵供電系統可靠性與安全性的主要因素

2.1 設備老化

基于地鐵供電系統來看，供電系統是通過若干具有聯系性的供電設備組成，如供電系統鏈（設備）中的某一環節出現問題，那么其系統連接的穩定性、可靠性就會受到影響，較為常見的就是因供電設備老化，導致工作運行不流暢，進而造成供電系統穩定性出現問題。地鐵運行與管理運行時間較長，且各類設備在長時間使用下，或多或少都會出現相應問題，其中最為明顯的因素即設備老化，如無法對其老化進行有效處理，一方面會造成設備進一步惡化出現故障，另一方面會對整體地鐵電力系統運行穩定性、安全性造成影響，甚至于出現嚴重危險事故。鑒于此，地鐵供電系統中，應針對供電設備老化問題進行深度研究，積極開展定期、不定期檢測工作，如發現設備存在異常問題，應積極處理，規避設備老化現象發生。

2.2 外部環境

外部環境泛指經濟、自然等非人為可控因素。地鐵供電系統與外部環境存在直接聯系，且其系統運行穩定性、可靠性與外部因素具有密切聯系，因外界因素干擾過多，進而導致其對地鐵供電系統穩定性造成諸多影響。信息化、現代化社會發展態勢下，諸如新型地鐵供電設備研發推出，有效提升了地鐵運行效率與質量，實施地鐵建筑過程中，設備人員應切實圍繞地方綜合因素，充分考慮外部影響因素，選用供電設備性能應與其地鐵使用效果相適應。

2.3 維修計劃

健全且嚴謹的系統維修計劃是保障供電穩定性、可靠性的重要因素，地鐵供電系統如出現任何問題，都要采取有效方法加以處理，規避問題蔓延引發的嚴重后果。為保障地鐵系統高效運行，企業應重視維修工作各項規范及標準的制定，切實圍繞地鐵供電系統穩定性開展。如企業忽視維修計劃，導致設備出現問題，進而誘發危險事故，最終會導致企業出現嚴重經濟損失，同時也威脅國民生命、財產安全。

3 提高地鐵供電系統安全性和穩定性的若干思考

3.1 地鐵供電系統安全性分析

地鐵供電系統安全性研究較為關鍵，在提升其安全性的過程中，有關人員可通過綜合評判的研究及提高水平，建立模糊綜合評判體系，對影響地鐵運行安全性的若干因子量化分析，最終對其運行結構內容綜合評估。具體如下：

（1）建立因素集

因素集具有綜合多種影響分析結構對象的集合形式，通過u代表因素集，不同因素集可通過U1、U2……Un來表示。其他因素單元的分析，都會對最終運行結果造成直接影響。因此，有關人員可通過供電安全性分析標準模型，系統性分析地鐵系統供電安全性模糊情況。

（2）營造評價集

構建評價集需對評價等級擬定，如評價集為A，那么A1則代表了地鐵供電系統運行處于高等安全狀態；A2表示設備運行處于這個中等安全狀態；A3表示系統處于表面安全狀態；A4表示系統存在不安全因素；A5表示系統存在嚴重影響系統運行安全因子。

（3）權重集構建模式

依托敏感性分析方式，對權重情況進行擬合分析，或依托歷史統計方式，對地鐵供電系統運行安全性特點進行確定；或依托專家評價工作方式，對其系統運行安全性全面分析，進而量化各項影響因子，統計分析與建模，生成可觀數據，為后續判斷提供數據支撐。

（4）因素評判矩陣構建模式

為了保證地鐵工程供電系統分析的準確性，在分析方法的內容中，需要更多地關注判斷矩陣的構建，而判斷矩陣的構建又是判斷分析方法的關鍵。利用各因素對矩陣的隸屬度進行判斷，并結合數理統計等多種方法對各因素的判斷結果進行評價。

3.2 地鐵供電系統可靠性分析

提升地鐵供電系統可靠性的方法中，主要以故障樹分析法、可靠框圖法和故障模式后果法為核心。可靠框圖法主要研究地鐵供電系統鏈中若干因素（設備）的關聯方式、關聯關系。為了全面表示地鐵供電系統的各種結構，依托結構模型的可靠性框圖方式，可得到地鐵供電系統可靠性框圖，進一步研究與分析地鐵供電系統可靠性重要影響因子。此外，現階段我國地鐵供電系統可靠性研究方法中，可靠性框圖法是分析與提高地鐵供電可靠性較為常見的方法之一。我國諸多地鐵供電研究人員通過可靠性框圖法，對地鐵供電可靠性分析，其中運用的方式也存在相應的差異化（并聯、串聯等）。如地鐵供電系統中的某一單元出現故障，最終引發可靠性問題出現的形式為并聯機構。從提高供電系統可靠性的角度分析，地鐵供電系統中采用電廠高壓線路，較比普通供電方式而言這種方式雖然不僅具有較高的防護性，而且發生故障的幾率也較低。而且集中供電較少連接到市區的其它線路，因此也不容易受到其它線路的干擾。甚至當發生故障時，如主變電所解列的情況，也可采取某些措施，使其它主變電所供電，以保證地鐵供電系統的可靠性。但相對于集中供電，分散供電連接了城市的許多其它線路，因此易受干擾，且一旦發生故障，需采用其它周邊開閉所進行補償供電，對地鐵的正常運行造成影響，降低了地鐵供電系統的可靠性。

結論：綜上所述，現代化社會發展態勢下，城市人口數量爆發式增長，加之城市化建設工作的深度開展，對城市交通系統的要求逐漸提高，其中，地鐵為國民出行提供了快捷與便利。各地區逐漸提高地鐵項目建設力度與管理力度，而保障地鐵有序運行的核心因素中，其供電系統的可靠性與安全性較為關鍵。因此，如何切實提高地鐵供電系統穩定性及安全性，保障國民出行安全，是現階段地鐵建設及管理中的重要課題。