儲能式有軌電車工程供電系統(tǒng)建設(shè)探討

姜 超

（南車南京浦鎮(zhèn)車輛有限公司，江蘇 南京 210034）

0 引言

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，國內(nèi)引入有軌電車的城市越來越多，有軌電車輸送旅客量介于城市公交系統(tǒng)和地鐵之間，其建設(shè)成本每1km造價1～2億，低于地鐵。供電系統(tǒng)是有軌電車工程的重要組成部分，有軌電車工程供電距離平均在10km左右，因此不會采用地鐵供電系統(tǒng)昂貴的建設(shè)模式，而目前國內(nèi)對有軌電車供電系統(tǒng)的建設(shè)方式?jīng)]有統(tǒng)一的標準，設(shè)計院一般按照地鐵供電系統(tǒng)標準進行簡化設(shè)計。

1 城市軌道交通供電系統(tǒng)

城市軌道交通［1］是指采用專用軌道導(dǎo)向運行的城市公共客運交通系統(tǒng)，包括地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、市域快速軌道系統(tǒng)。

1.1 供電系統(tǒng)的組成

傳統(tǒng)城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成包括牽引供電系統(tǒng)、動力照明供電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、雜散電流防護系統(tǒng)和防雷接地系統(tǒng)等。

在城市軌道交通供電系統(tǒng)中，從發(fā)電廠經(jīng)升壓、高壓輸電網(wǎng)、區(qū)域變電站至主降壓變電站部分通常被稱為牽引供電系統(tǒng)的“外部（或一次）供電系統(tǒng)”。從主降壓變電所（當它不屬于電力部門時）及其以后部分統(tǒng)稱為“牽引供電系統(tǒng)”。

1.2 地鐵

地鐵線路長，供電距離較遠，一般至少2座35kV主變電所，若干牽引降壓變電所，分別給牽引網(wǎng)和動照配電系統(tǒng)供電，主變電所和牽引降壓所之間采用“手拉手”或星式組網(wǎng)方式。每座35kV主變電所引入2路外部電源，2座主變電所互成冗余。

1.3 接觸網(wǎng)式有軌電車

接觸網(wǎng)供電的有軌電車工程和地鐵工程的區(qū)別在于：（1）線路短，一般10km左右。（2）工程投資低，每1km造價約1～2億。

接觸網(wǎng)式有軌電車供電系統(tǒng)一般設(shè)置一座10kV開閉所引入2路外電源，3～4個車站設(shè)置一座牽引降壓所，牽引降壓所之間可采用“手拉手”式組網(wǎng)，開閉所往線路最兩端的2座牽引降壓所引1～2路10kV電纜形成環(huán)網(wǎng)。

2 儲能式有軌電車牽引供電方案

2.1 總體架構(gòu)設(shè)計

供電系統(tǒng)中壓供電網(wǎng)絡(luò)采用10kV電壓等級，牽引供電系統(tǒng)采用DC750V，低壓配電系統(tǒng)采用220V/380V三相四線制配電方式，并采用TN-S接地保護系統(tǒng)。

供電系統(tǒng)主要由外部電源、開閉所、牽引降壓變電所、牽引網(wǎng)、變電所綜合自動化系統(tǒng)、雜散電流防護系統(tǒng)、防雷及接地系統(tǒng)等組成。正線每個牽引降壓變電所負責3～4個車站牽引、動照供電，車輛基地單獨設(shè)置1座牽引降壓變電所。

2.2 10kV中壓供電方案

全線由1座10kV開閉所直接從供電公司取得電源，電源來自城市電網(wǎng)變電所的母線或者不同的城網(wǎng)變電所，兩路電源互為備用。

供電網(wǎng)絡(luò)采用AC10kV電壓等級。在車輛基地和車站設(shè)置AC10kV/DC750V的牽引變電所和AC10kV/0.4kV的降壓變電所。然后通過“手拉手”方式向沿線牽引及動力供電。各變電所之間通過AC10kV電纜連接，構(gòu)成AC10kV供電網(wǎng)絡(luò)（見圖1）。

2.3 10kV電源進出線運行方式

正常運行時，兩路進線電源分別向所連接的10kV母線供電，母聯(lián)斷路器斷開。當供電系統(tǒng)因外部因素（外電源失壓、進線電纜故障等）導(dǎo)致車站一路進線電源退出運行時，由車站的另一路進線電源承擔本供電范圍內(nèi)的供電負荷。

圖1 10kV中壓網(wǎng)絡(luò)圖

其他牽引變電所當一路進線停電時，母聯(lián)斷路器合閘，由另一路進線向原供電區(qū)域內(nèi)的負荷供電。

當線路中與開閉所連接的變電所發(fā)生故障解列時，變電所之間不互相支援，由車載儲能裝置給有軌電車供電，直至電車退出運營。

當線路中其他變電所發(fā)生故障解列時，其下游供電的變電所也隨之退出運行，變電所之間不互相支援，有軌電車可由車載儲能裝置支撐，繼續(xù)行駛至正常供電的車站充電。

2.4 箱式變電所方案

箱式變電所集成了牽引降壓功能，變電所有2個箱體組成，箱體1主要設(shè)備為：

（1）中壓開關(guān)柜

（2）整流變壓器

（3）牽引整流機組

（4）750V直流開關(guān)柜

（5）鋼軌電位限制裝置

（6）交直流屏

箱體2主要設(shè)備為：

（1）動力變壓器

（2）低壓開關(guān)柜

該方案將牽引和降壓設(shè)備分開安裝于2個箱體，對于易出現(xiàn)故障的降壓部分，后期維護方便、安全。整流變壓器和動力變壓器均為2組，每組變壓器應(yīng)置于獨立的空間。

箱式變的安裝根據(jù)工程現(xiàn)場環(huán)境考慮，一般來說采用全地面安裝不僅工程造價低而且可靠性高，防水較容易處理，人員出入方便，便于后期的運行和維護。正線箱式變需考慮大型箱體與周圍環(huán)境、綠化帶的協(xié)調(diào)度，可將箱式變安裝于線路沿線的綠化帶中，通過樹木綠化的遮擋減小對周圍景觀的影響。

3 建設(shè)成本與效益

儲能式有軌電車供電工程建設(shè)同地鐵相比，投資大幅降低，綜合經(jīng)濟技術(shù)指標遠低于地鐵項目；同接觸網(wǎng)式有軌電車相比，供電系統(tǒng)可節(jié)省中壓環(huán)網(wǎng)電纜。

主要體現(xiàn)在以下方面：

3.1 外電源

通過容量、供電距離、供電設(shè)備投資方面比較（見表1），10kV外電源供電對有軌電車的適應(yīng)性較好。

3.2 變電所建設(shè)

作為中小運量公共交通系統(tǒng)，有軌電車對供電可靠性要求相對較低，牽引變?nèi)萘枯^小，主接線也相對簡單，直流牽引箱變國產(chǎn)化研制使得成本大幅下降（見表2）。

“土建變”的主要優(yōu)點是技術(shù)成熟，運行經(jīng)驗豐富；主要缺點是占地面積大，周圍景觀協(xié)調(diào)性差?！跋涫阶儭钡闹饕獌?yōu)點是占地面積小，與周圍景觀協(xié)調(diào)性高，施工工期短，投資少；主要缺點是國內(nèi)應(yīng)用少，缺乏應(yīng)用經(jīng)驗，不節(jié)能。

表1 10kV與35kV外電源比較

表2 “土建變”和“箱式變”的比較

3.3 中壓環(huán)網(wǎng)與牽引網(wǎng)

同接觸網(wǎng)式有軌電車工程相比，儲能式有軌電車工程在中壓環(huán)網(wǎng)和牽引接觸網(wǎng)上的建設(shè)投資大為減少，以10km長線路、5座變電所為基準計算，儲能式有軌電車能夠節(jié)約10km長10kV電纜和約19km長的牽引接觸網(wǎng)（按每座車站設(shè)置100m長接觸網(wǎng)計算），這2項成本占供電系統(tǒng)總投資約15%。

4 結(jié)語

有軌電車工程供電方案的選擇，主要取決于車輛的供電制式，直接影響整體工程的成本和供電能力的最優(yōu)化利用，本文通過儲能式有軌電車工程供電方案和地鐵、接觸網(wǎng)式有軌電車工程進行了對比分析，儲能式有軌電車工程供電系統(tǒng)可靠、經(jīng)濟、實用，同時無接觸網(wǎng)供電可以很大程度上降低對線路沿線景觀的破壞，能夠不受我國既有城市道路現(xiàn)狀的影響,通過巧妙的設(shè)計，將有軌電車工程與城市景觀融為一體。

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB50490-2009，城市軌道交通技術(shù)規(guī)范［S］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2009.

［2］江蘇省建設(shè)廳，江蘇省經(jīng)濟貿(mào)易委員會.DGJ32/J14-2005，江蘇省35kV及以下客戶端變電所建設(shè)標準［S］.2005.

［3］許大光.現(xiàn)代有軌電車供電系統(tǒng)設(shè)計方案探討［J］.地下工程與隧道，2014（6）.