重慶軌道交通線網供電能力評估及運營對策

張雁珍 蘇和 謝風華

（1.重慶市軌道交通（集團）有限公司，重慶 401120；2.中鐵電氣化勘測設計研究院有限公司，天津 300250）

0.引言

重慶軌道交通自2003年較新線建成，到2012年1、2、3、6號線初具規模，又經歷了8年快速成網的過程，目前山城軌道交通已經在各大客流密集區鋪開，并逐漸向外擴展延伸，已開通線路9條，運營里程329km，開通車站170座，日均客流300萬人。已建成16座主變電所，2025年將達到22座主變電所，由3個控制中心分別調度。重慶軌道交通供電系統采用110kV主變電所集中供電，主變電所資源共享，1個主變電所最多為4條軌道線路供電，形成了錯綜復雜的供電網絡。

重慶軌道交通從無到有20余年，從實質性開始建設的第一條軌道交通二號線一期工程—較新線（較場口至動物園段），分20個工期階段，逐漸形成了現在的線網規模，這20年間城市規模不斷擴大，經濟高速增長，客流持續增加，運營管理策略不斷更新，這些新的變化與早期的客流預測、設計輸入條件都發生了巨大的變化。另一方面，現在的線網是這20個工期階段的單一工程項目一個個建成的，并沒有從線網角度先做完每條線的設計再分期實施[1]。再加上不同的建設時序，對線網供電能力風險都有著不同程度的影響。

線網供電能力究竟能否滿足目前的運營需求，究竟是安全可靠還是帶病運行，對于運行安全可靠的線路是否還有運力提升的空間，對于帶病運行的線路究竟風險多高，運營過程有何對策。為此，需要對供電系統能力做出科學完整的評估，根據評估情況制定恰當的運營對策，進一步提高運營服務質量。

1.運營組織

重慶軌道交通成網這10年以來，無論從城市發展、人口規模、客流變化、運營交路等都與10年前發生了巨大的變化。

1.1 城市規模和主城區人口快速增長

2010年至2020年這10年間，重慶城市規模迅速發展，經濟高速增長。這10年間主城區的常住人口增長了約100萬人，增長率接近20%。經濟總量提高了1倍。人口和經濟的高速發展，對人員流動和交通運輸提出了更高的要求。

伴隨著人口激增，居民出行選擇軌道交通的意愿也逐年升高。這對軌道交通的客運能力提出了更高的要求，對不同線路的斷面高峰客流需求千差萬別，同一條線路不同斷面的客流有著巨大的差別。例如對于三號線而言，三號線二期、北延伸的線路長度與三號線一期相當，但客運量遠遠小于一期。因此在實際運營過程中需要根據實際客流量，靈活地調整運營交路，調整發車對數。

1.2 運營交路調整

軌道交通的設計之初，行車專業會按照客流預測提出配線設置，初、近、遠期行車對數和行車交路，供電等各專業根據行車提資做計算和系統配置。實際運行過程中，客流的變化和分布并不均勻。

圖1是3號線和6號線歷年來日均乘次的數據對比，逐年增強。其中3號線在2017、2018年趨于穩定，6號線的客流增長目前還沒有即將穩定的趨勢。對于這種高強度的客運量與4號線一期、5號線北段等線路區別較大。

圖1 重慶軌道交通3號線和6號線日均客運量

即便在同一條線路上不同斷面的客流也有很大差別，根據客流的變化，對列車編組、運營交路、發車對數等做出靈活的調整是非常必要的，在調整過程中有可能引起供電能力與實際運力需求不符。

1.3 建設時序的影響

根據實際客流需求，結合建設期間投資規模的合理分配，對于長大線路的軌道交通一般采用分期建設。前期設計的線路受制與線路區段和長度，建設用地等多種因素，雖然也考慮了對二期工程預留相應條件，但更關鍵的是必須先考慮在沒有二期工程時仍能在正常條件和一定程度的故障條件下運行。對于線路較長、分期較多的線路事實上很難對全線路做出規劃，甚至遠期的線路走向都有可能發生調整。而二期工程建設時又必然接受一期工程的既有事實，在此條件上做后續設計，所以建設時序也是影響供電系統能力與實際運力需求不一致的的影響因素之一。

1.4 從單一工程設計到網絡化運營

就像線路分期建設一樣，對于全線網的供電能力就更難于做出合理的頂層設計，對于現在網絡化運營，互聯互通等國內創新型運行模式，非常有必要從整個線網的視角，對供電能力做出評價，再對每條線，每個主變電所、每個關鍵區段做精細的計算評估。

因此，根據新的邊界條件，結合實際運行工況，對重慶地區軌道交通供電網絡及各條線路的供電能力進行校核，掌握目前供電網絡中的裕量和短板為后續制定運營維護方案、系統改造升級計劃和風險管控對策等提供科學依據就成為一項迫切、非常必要的任務。

2.供電系統能力評估

2.1 評估目的

開展供電系統能力評估應根據實際運行工況，對重慶地區各條線路的供電能力進行排查和校核，力求掌握目前供電系統中的裕量和短板，作為后續制定運營維護方案，系統改造升級計劃和風險管控對策等提供科學依據。

2.2 評估依據

根據現行國家、地區、行業標準規范，針對重慶地區使用的地鐵B型車、重慶地區獨有的跨座式單軌、A型山地車等不同車輛條件，以及每條線特有的能耗需求對全線網各種制式的線路做出供電能力評估。

收集既有線路實際運行情況，線路的基礎資料、設備參數、電纜截面、變壓器容量，行車交路，發車間隔，運營組織、運營中的實際數據，變壓器實際負載率等相關內容。同時應結合實際運過程中遇到的問題、發生的故障等作為評估依據。

2.3 評估內容

隨著軌道交通線路建設時序，首先應對已開通運營對線路作為評估分析重點，同時對在建線路，在建主所投入運營情況做出動態分析[2]。

（1）全線網供電能力等級評價。通過調查收集已開通線路的實際運行數據，對既有線路的供電能力進行全面核算，例如，牽引所布點、主變壓器容量、整流機組容量、饋線電纜、中壓環網電纜截面等，評估供電系統中各個設備的裕量和不足，找到限制供電系統能力提升的關鍵影響因素，對全線網內各條線路供電能力做出分等級評價。

（2）每條線路供電能力評價。根據核算結果，對每條線路、每條線路的不同區段的的供電能力做出等級評價，并給出針對不同等級給出運營維護對策。

在實際運營中，調車方式是十分靈活的，運行圖等需要根據外界情況不斷調整，而在調整的過程中，可能會出現新的問題和關注點，結合這些變化進行深入分析，得出每條線路在目前運行交路下，現有的行車對數等實際情況下的供電能力評估。

（3）每個主所供電能力評價。對每個主所的供電能力做出綜合等級評價，給出對應的主所變壓器相關建議，給出主所變壓器檢修時的線網主所供電調度方案。

（4）關鍵設備運行狀態測試。對影響供電能力的關鍵設備或關鍵方案做試驗測試，通過試驗數據指導和驗證供電能力評估研究。

（5）與最初的設計成果對比分析。在供電系統的設計中，上序資料主要是線路條件和行車運營組織，對于線路在實際運營中車輛的行為，運行調度的模式，由于各地區各線路存在差異，可能無法面面俱到的考慮到?？梢越Y合實際運營中的數據信息，對原有的設計進行對比分析，結合地區情況提出指導建議，作為后續工程的設計指導。

3.運營對策

3.1 制定線網級主所供電能力調度方案

就像線路分期建設一樣，目前投入運營的主變電所也是分期分批逐漸建設好疊加而成的，每個主所的風險等級不同。

因為城市用地緊張，主所資源共享，所以一個主所故障在線網層面上其實是3條線同時故障，單一線路運營公司無法調度其他線路主所的供電操作。隨著運營條件的變化主所的功能也發生了變化，甚至原先為某條線供電主所現在為其他線路供電。例如2007年3號線一期初步設計時提出設置海峽路主變電所為3號線一期供電，而環線建設后海峽路作為環線的主所供電，待10號線二期通車后又將為10號線二期供電，今后，海峽路主變電所將僅僅作為3號線的備用電源使用，可見隨著軌道交通線網成熟，主所的使用、共享條件都在發生這動態變化，這種將海峽路主所作為3號線備用電源的供電方案在2007年是無法預見的。所以，有必要將目前主變電所的實際使用情況放在全線網內統籌調配，達到供電資源利用最大化。

重慶軌道交通的互聯互通、線路跨線運營、主變壓器定期檢修等也對供電系統需要線網級的調度提出了切實的需求，主所必定有固定周期退出運行的情況，隨著主所數量越來越多，運能越來越接近遠期運能，急需形成一套功能完備，執行方便的主所調度方案或者主所調度操作系統。

3.2 制定與供電能力匹配的行車組織

供電系統的設計根據初近遠期客流和交路不同設計，預留了遠期供電能力提升、設備容量擴展的條件，但客流變化并不與客流預測完全一致，所以需要針對既有設備條件和供電能力，提出現有供電能力匹配的行車組織。

受限于土地利用和設備更新改造時序等問題，在不具備設備改造或設備擴能的情況下，就應該根據現有條件，科學合理的組織行車調度，在運力提升和設備可靠性之間做到最優均衡。

3.3 根據風險等級制定應急預案

充分研究新行車組織方案下的供電能力，可以進一步精細化運營管理，指導運營單位更好地對供電設備進行維護檢修操作，對潛在的風險及問題進行預判，并制定相應的應急預案，更好地保障正常行車；協助運營單位制定供電設備的維護維修計劃，指導供電部門的運營工作，為地鐵線路安全可靠運營創造良好的基礎條件，挖掘和提高供電系統的潛力和運營效益，全面提升供電系統的運行質量和管理水平。

根據評估結果，對不同風險等級的線路做出科學的運營管理規定，人員、設備投入計劃，運營檢修周期計劃，設備更新改造計劃，風險管控計劃。

3.4 有序的開展系統更新與改造

根據評估結果和實際運營需求，有序地開展系統設備更新改造，以提高供電能力，適應新的運力需求。

其中對主變電所變壓器容量的改造還要結合初近遠期設備容量預留情況，新線路主變電所資源共享規劃，統籌安排設備增容。對于環網電纜、整流機組、牽引網系統應根據必要的檢測和試驗手段，結合預期使用壽命、耐老化性、風險等級等綜合考慮，確定設備更新改造時序，保證供電系統安全可靠。

3.5 合理推進新技術應用

隨著軌道交通在我國的快速發展，新技術不斷涌現，通過供電能力的系統性評估，可以幫助運營部門對線網供電系統能力有更清晰的認識，科學地提高思想認識，升級技術手段，分享我國先進的科技發展成果。

逐步推進既有線路的智能化升級改造，先進的節能手段，能耗管理體系，接觸網在線監測，供電系統教學模擬等，多維度促進供電系統運營服務水平的提升。

4.結論及建議

這20年來我國軌道交通的建設和發展取得了舉世矚目的成就，未來5年內重慶軌道交通運營里程或將超過500km，運營主變電所超過24座，牽引供電制式將涵蓋跨座式單軌供電、地鐵DC1500V供電，城軌快線AC25kV供電，還有雙流制供電技術，種類繁多。隨著時間的推移，重慶城市規模快速發展，經濟和人口持續增長，市民乘坐軌道交通出行的意愿越來越強，對軌道交通的運營服務水平要求越來越高，對行車組織和供電能力帶來嚴峻的考研。

對于線網建成一定規模后，只有及時開展供電系統能力評估，全面掌握線網內供電系統的安全風險等級，才能科學合理地制定運營管理對策，調配有限的資源最大化滿足乘客出行需求，不斷提高軌道交通乘坐體驗，推進城市公共交通服務質量提升。