城市軌道交通線網指揮中心供電系統(tǒng)

席 紅

(北京城建設計研究總院有限責任公司 北京 100037)

城市軌道交通作為公共交通的一種重要形式，以其環(huán)保、高效等特點得到了很大的發(fā)展。在過去的建設模式中，一般每條線路單獨建設用于綜合調度管理的指揮中心，但隨著城市軌道交通網絡化建設和運營的逐步形成，單一線路調度管理模式已不能適應網絡化運營管理的需求。近幾年，北京、杭州、重慶、武漢等一些城市陸續(xù)建設軌道交通線網指揮中心。例如，北京軌道交通指揮中心一期工程包括線網14條線路控制中心(OCC)、指揮中心(TCC)、清算管理中心(ACC)，二期工程將再納入線網21條線路控制中心(OCC)。

根據北京軌道交通指揮中心的工程情況，下面將對線網指揮中心供電系統(tǒng)的外電源引入、應急電源、主接線等進行分析研究。

1 用電負荷

供電系統(tǒng)是為用電設備服務的，因此設備的負荷等級、用電需求就決定了供電系統(tǒng)的可靠性、靈活性要求。下面以北京軌道交通指揮中心為例，對用電設備的負荷等級進行說明。

北京軌道交通指揮中心為一類高層建筑，由于其功能需要，設有多條線路的電子信息機房及相應的電子用電設備。根據國標GB 50174—2008《電子信息系統(tǒng)機房設計規(guī)范》的規(guī)定，結合線網指揮中心的使用性質、管理要求及其在社會中的重要性，可將各線OCC電源室、設備機房、調度大廳電源室確定為A級機房，其余為B、C級機房，并分別定為一級負荷中特別重要負荷、一級負荷和二級負荷。

為保證A級機房用電設備的正常運行，其配套的精密空調負荷也是一級負荷中的特別重要負荷。由于建筑物內存在較多的一級負荷中的特別重要負荷，所以其消防負荷可按一級負荷中的特別重要負荷供電。

2 引入電源

由上述分析可知，線網指揮中心的最高負荷等級是一級負荷中特別重要負荷，而且該負荷相比其他工程的負荷量要大。北京軌道交通指揮中心工程共設置14臺配電變壓器，總裝機容量為20200 kV·A，因此線網指揮中心采用了2路10 kV供電。

根據國標 GB 50052—2009《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》的規(guī)定，一級負荷應由雙重電源供電，一級負荷中的特別重要負荷還需增設應急電源，因此線網指揮中心應引入兩路中壓電源，并設置應急電源。由于線網指揮中心服務于軌道交通，因此中壓電源可引自軌道交通工程;而其作為城市電網的用戶，也可由城市電網引入中壓電源。

2.1 由軌道交通供電

線網指揮中心由軌道交通供電，并將其變電所納入與指揮中心鄰近的軌道交通線路中壓供電網絡中。由于軌道交通線路的負荷呈線狀分布，因此沿軌道交通線路走向從城市電網引入多路電源。對于集中供電方式，除武漢軌道交通一期工程因線路長度僅10 km左右而建設1座主變電所外，其他線路均建設2座及以上主變電所，需要由城市電網引入4路及以上高壓電源;對于分散供電方式，尤其是中壓電壓等級為10 kV時，引入的電源數量更多，如北京地鐵10號線一期工程，線路長度約25 km，正線引入14路10 kV電源。

目前，軌道交通供電系統(tǒng)從外電源位置、容量、中壓供電網絡的構成等方面，都可以實現主變電所或電源開閉所退出時相互的應急支援，只是支援的程度有所不同，但均可以滿足動力照明一級及以上負荷的用電需求。也就是說，當為線網指揮中心所在供電分區(qū)提供電源的軌道交通主變電所或電源開閉所2路電源全部失電時，通過軌道交通中壓供電網絡的倒閘操作，可以保證線網指揮中心一級及以上負荷的供電。

2.2 由城市電網供電

線網指揮中心由城市電網中壓雙重電源引入，按照國標GB 50045—95《高層民用建筑設計防火規(guī)范》的規(guī)定，2路中壓電源引自城市電網不同35 kV以上級變電所，可以滿足其一級負荷的用電要求。這種電源引入方式在很多工程中采用，在此不作詳述。

2.3 指揮中心電源引入

北京軌道交通指揮中心位于地鐵5號線線路附近，原作為北京地鐵5號線的指揮中心，其變電所曾被納入中壓供電網絡。后來，北京軌道交通指揮中心的功能定位發(fā)生了變化，由單一線路的指揮中心發(fā)展為線網指揮中心，其一、二期工程納入了35條軌道交通線路，配電變壓器總裝機容量為20200 kV·A，原地鐵5號線提供的容量已不能滿足其要求，因此改由城市電網供電，共引入2路10 kV電源。

2.4 電源引入方式比較

當線網指揮中心由軌道交通供電、其變電所納入軌道交通某條線路的中壓供電網絡時，可滿足一級及以上負荷的供電可靠性要求;當線網指揮中心由城市電網供電時，由城市電源引入兩路中壓電源可以滿足一級負荷的供電，但不能滿足一級負荷中特別重要負荷的供電要求。

3 應急電源

由于線網指揮中心存在一級負荷中特別重要的負荷，所以應設置應急電源。應急電源的種類包括不間斷電源(UPS)、柴油發(fā)電機組和獨立于正常電源的專用饋電線路，應急電源的選擇與負荷性質、允許中斷供電時間、應急供電時間等相關。

3.1 允許中斷供電時間

在線網指揮中心的一級負荷中，特別重要負荷的允許中斷供電時間不同，如計算機類電子設備為毫秒級，應急照明不大于5 s，機房精密空調，根據工程經驗可在10 min以內。在線式不間斷電源(UPS)的電源轉換時間為毫秒級，柴油發(fā)電機組的啟動時間在10 s以內，專用饋電線路的轉換時間一般為秒級，采用靜態(tài)電子切換設備可以實現毫秒級。在線網指揮中心一級負荷中，特別重要負荷存在允許中斷供電時間為毫秒級的計算機類電子設備。當線網指揮中心由軌道交通供電時，需要補充不間斷電源(UPS)，以便在中壓供電網絡“倒閘操作”過程中，對一級負荷中特別重要負荷實施供電;當由城市電網供電時，應急電源不能單獨使用柴油發(fā)電機組，可以采用不間斷電源與柴油發(fā)電機組組合方式。

3.2 應急供電時間

從應急供電時間上分析，在正常電源恢復之前，應持續(xù)對一級負荷中的特別重要負荷實施供電。由于造成故障失電的原因復雜不確定，因此正常電源的恢復時間并沒有一個明確的標準和要求。從理論上講，UPS和柴油發(fā)電機組是可以滿足長期運行要求的，但在實際工程操作上并不現實。因此，應急電源的后備供電時間需要把握“度”，不能一味加大UPS的容量或柴油發(fā)電機組需要的儲油量。這樣不僅會造成工程直接投資的大幅增加，帶來后續(xù)維護費用的提高，而且對于消防安全也是很大的隱患。當采用獨立于正常電源的專用饋電回路作為應急電源時，其應急供電時間沒有限制條件，可以滿足長期供電。

3.3 指揮中心應急電源

北京軌道交通指揮中心一期工程采用了不間斷電源(UPS)作為應急電源，其應急供電時間參照軌道交通一級負荷中特別重要負荷的要求來確定。另外，二期工程將增加柴油發(fā)電機組。

3.4 應急電源選擇

當線網指揮中心采用軌道交通供電時，需要增加適當容量的不間斷電源(UPS)作為補充。當線網指揮中心采用城市電網供電時，由于線網指揮中心只是一個“點”負荷，因此取得與正常電源相對獨立的專用饋電線路比較困難，或需要付出較大的投資代價。建議采用柴油發(fā)電機組作為應急電源，并增加適當容量的不間斷電源(UPS)作為補充。在電源轉換過程中，由UPS提供一級負荷中特別重要負荷的供電，UPS的供電時間可不小于15 min。

4 主接線及運行方式

由于線網指揮中心在軌道交通運營管理中的重要地位，使其對供電的可靠性和故障處理的快速性要求較高。供電系統(tǒng)的主接線形式是供電可靠性的首要環(huán)節(jié)，需滿足靈活性和經濟性等基本要求。由于線網指揮中心變電所采用軌道交通供電或城市電網供電的情況不同，下面分別就這兩種供電方式進行變電所主接線和運行方式的簡單分析。

4.1 由軌道交通供電

線網指揮中心由軌道交通供電，并納入其中壓供電網絡，變電所不設柴油發(fā)電機組，設置適當容量的不間斷電源(UPS)。由于軌道交通中壓供電網絡多采用環(huán)網接線形式，因此線網指揮中心變電所將引入2路中壓電源并引出2路環(huán)網饋線。軌道交通的2路電源為分列同時運行，因此線網指揮中心變電所的主接線為單母線分段，并設母線分段開關。兩路引入線和兩路環(huán)網饋出線分別接在不同的母線段上。當任一路引入線故障退出運行時，閉合母線分段開關可實現繼續(xù)供電。當正常的兩路電源同時退出，通過操作中壓供電網絡不同分區(qū)分界點處的應急聯絡開關，可以由相鄰的另一個主變電所或電源開閉所繼續(xù)為線網指揮中心一級及以上的負荷供電。

4.2 由城市電網供電

線網指揮中心由城市電網雙重電源供電，兩路電源同時運行，并設置柴油發(fā)電機組和適當容量的不間斷電源(UPS)。變電所中壓主接線采用單母線分段，設母線分段開關。根據用電負荷量的情況，可將工藝(含機房精密空調)變壓器和動力照明(含消防負荷)分別配置。由于柴油發(fā)電機是接入低壓配電系統(tǒng)的，所以在此只分析低壓配電系統(tǒng)的主接線(見圖1)和運行方式。中壓主接線及運行方式沒有特殊性，因而不再討論。

2臺工藝變壓器和2臺動力照明變壓器分別構成低壓單母線分段接線，均設置母線分段開關。工藝變壓器承擔的全部都是一級負荷中特別重要的負荷，低壓兩段母線均為應急母線;而在動力照明變壓器中只有消防負荷為一級負荷中的特別重要負荷，并為其單獨設置應急母線。因此，在2組變壓器構成的低壓配電系統(tǒng)中，柴油發(fā)電機的接入方式存在不同，但都需要與對應開關互鎖。

5 結語

采用軌道交通為線網指揮中心供電，可不設置柴油發(fā)電機組;采用城市電網供電，應設置柴油發(fā)電機組。但利用軌道交通的中壓供電網絡為線網指揮中心供電，存在著線網指揮中心與軌道交通建設時序的配合問題，線網指揮中心納入線路數量的變化引起用電容量的增加，影響軌道交通電源容量和中壓供電網絡輸送容量的能力。因此，應與軌道交通工程密切配合，并及時與甲方和當地供電部門協(xié)商。

圖1 低壓主接線

［1］于松偉.城市軌道交通供電系統(tǒng)的中壓網絡研究［C］//焦桐善.城市軌道交通首屆中青年專家論壇文集.北京:兵器工業(yè)出版社，2002:445-453.

［2］郭曉巖.大型公共建筑的供配電系統(tǒng)及其智能化［V］//全國建筑電氣設計技術協(xié)作及情報交流網.現代建筑電氣設計技術文集.北京:中國物價出版社，1999:3-8.

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［4］北京城建設計研究總院.北京市軌道交通指揮中心一期工程初步設計［R］.北京，2005.

［5］北京城建設計研究總院.北京市軌道交通指揮中心二期工程可行性研究報告［R］.北京，2009.