地鐵供電系統(tǒng)研究

付愛(ài)明+劉哲淵

摘 要：地鐵供電系統(tǒng)由外部電源，主變電所（或電源開閉所）、牽引供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）組成。外部電源來(lái)自城市電網(wǎng)，可采用集中式、分散式、混合式等形式，外部電源的電壓等級(jí)一般為110KV或10KV。地鐵供電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著地鐵運(yùn)行所需電能的傳輸與供應(yīng)，是地鐵安全，可靠運(yùn)行的重要保證。

關(guān)鍵詞：地鐵供電系統(tǒng)；地鐵中壓配電網(wǎng)絡(luò)

1 地鐵中壓配電網(wǎng)絡(luò)

地鐵中壓配電網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)中壓電纜，縱向上把主變電所和牽引變電所、降壓變電所連接起來(lái)，橫向上把全線的各個(gè)牽引變電所、降壓變電所連接起來(lái)而形成的配電網(wǎng)絡(luò)。

中壓配電網(wǎng)既為牽引變電所供電（即牽引配電網(wǎng)絡(luò)）。有位降壓變電所供電（即降壓配電網(wǎng)絡(luò)）。

1.1 集中供電方式

根據(jù)用電容量和線路長(zhǎng)短，在地鐵沿線設(shè)置專用的主變電所，這種由主變電所構(gòu)成的供電方案，稱為集中式供電。集中式供電方案下的配壓電網(wǎng)絡(luò)可分為牽引-降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)和牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)兩種形式。

（1）牽引—降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)

牽引—降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)即牽引配電網(wǎng)絡(luò)和降壓配電網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立的中壓網(wǎng)絡(luò)形式。對(duì)于牽引—降壓獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，牽引配電網(wǎng)絡(luò)和降壓配電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)不同，牽引配電網(wǎng)絡(luò)電壓為35KV，降壓配電網(wǎng)絡(luò)電壓為10KV。

全線的降壓變電所被分為成若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)車站；每一個(gè)分區(qū)均從主變電所的35/10KV變壓器，就近引入兩路10KV電源；每座降壓變電所的兩路電源分別由主變電所或相鄰降壓變電所10KV不同母線引入，接至兩段母線，同時(shí)在降壓變電所的每段母線設(shè)一路出現(xiàn)，向相鄰降壓變電所供電；在各分區(qū)設(shè)有網(wǎng)絡(luò)開關(guān)，正常運(yùn)行時(shí)刻開關(guān)分?jǐn)?，形?0KV開口雙環(huán)網(wǎng)供電形式。

（2）牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)

牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)是指牽引配電網(wǎng)絡(luò)和降壓配電網(wǎng)絡(luò)公用的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中壓網(wǎng)絡(luò)形式。當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)采用牽引—降壓混合變電所。牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)電壓可以為35KV或10KV，因35KV輸電容量大、距離長(zhǎng)，故一般采用35KV級(jí)。

全線的牽引—降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)車站；每一個(gè)分區(qū)均從主變電所35（10）KV的不同母線就近引入兩路35（10）KV電源，中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式；兩個(gè)主變電所之間的分區(qū)間通過(guò)環(huán)網(wǎng)點(diǎn)電纜聯(lián)絡(luò)。

1.2 分散供電方式

根據(jù)城市電網(wǎng)的特點(diǎn)，在地鐵沿線直接由城市電網(wǎng)引入多路電源構(gòu)成的供電形式，成為分散式供電。這種供電方式的電壓一般為10KV，要求的接線方式有一下四種。

（1）全線的牽引—降壓混合變電所、降壓變電所被分成若干分區(qū)，每個(gè)分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)車站；每一個(gè)分區(qū)均從城市電網(wǎng)就近引入兩路10KV電源，兩路電源可以來(lái)自不同的地區(qū)變電所，也可以來(lái)自同一地區(qū)變電所的不同母線；中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式；兩個(gè)相鄰分區(qū)之間通過(guò)兩路環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)。

（2）全線的牽引—降壓混合變電所，每?jī)蓚€(gè)分成一組。每一組均從城市電網(wǎng)引入兩路來(lái)自不同地區(qū)變電所的10KV電源，分別作為兩個(gè)牽引—降壓混合變電所的主電源，同時(shí)同一組的兩個(gè)牽引—降壓混合變電所之間設(shè)雙路聯(lián)絡(luò)電纜，實(shí)現(xiàn)電源互為備用；相鄰兩組牽引—降壓混合變電所之間設(shè)單路聯(lián)絡(luò)電梯，增加系統(tǒng)的供電可靠性；無(wú)牽引變電所的車站，其降壓變電所的10KV電源可由相鄰牽引—降壓混合變電所的兩段10KV母線提供。

（3）全線除末端牽引—降壓混合變電所從城市電網(wǎng)直接引入兩路10KV電源以外，其余牽引—降壓混合變電所均從城市電網(wǎng)引入一路10KV電源，這路電源既是本變電所的主電源，又是相鄰變電所的備用電源。

（4）全線設(shè)有若干座電源開閉所，每座開閉所由城市電網(wǎng)的不同地區(qū)變電所引來(lái)兩路10KV電源，開閉所可以與車站變電所合建。全線的牽引—降壓混合變電所、降壓變電所被分成若干個(gè)分區(qū)，每個(gè)分區(qū)一般不超過(guò)4個(gè)車站，每個(gè)分區(qū)由一個(gè)電源開閉所供電。在兩個(gè)相鄰電源開閉所之間，設(shè)置起聯(lián)絡(luò)作用的牽引—降壓混合變電所，其電源分別來(lái)自其兩側(cè)的電源開閉所，并通過(guò)在這種變電所的母線段上設(shè)置與電源開閉所間的專用聯(lián)絡(luò)電纜，將相鄰的兩個(gè)電源開閉所聯(lián)系起來(lái)。

1.3 混合供電方式

將集中式供電與分散式供電結(jié)合起來(lái)構(gòu)成的供電方式成為混合供電。這種方式一般以集中式供電為主，個(gè)別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中式供電的補(bǔ)充，使中壓配電網(wǎng)絡(luò)更加完善和可靠。

2 降壓變電所

2.1 降壓變電所的設(shè)置與形式

根據(jù)不同的地鐵車站，降壓變電所可采用多種型式。

（1）一所型式

車站只設(shè)一座降壓變電所，位于重負(fù)荷一端。車站所有重要的一、二級(jí)負(fù)荷及容量較大的三級(jí)負(fù)荷均從所內(nèi)以放射式供電。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，標(biāo)準(zhǔn)的地下雙層車站，降壓變電所送出回路在80-90個(gè)。除冷凍站以外，由于車站兩段負(fù)荷一般分布較為均勻，故遠(yuǎn)離降壓變電所一段的供電回路約占一半左右。

（2）一主所一跟隨所型式

在車站一端設(shè)一座主降壓變電所，另一端設(shè)一座跟隨式降壓變電所（跟隨所電源引自設(shè)在主降壓變電所的高壓開關(guān)室）。主所、跟隨所的高壓進(jìn)線均為兩路獨(dú)立電源，引自不同的饋線回路，互不干涉，即為并列關(guān)系的兩座降壓變電所。因此，兩者低壓間亦不存在聯(lián)系，各負(fù)擔(dān)本端的負(fù)荷用電。

（3）一所一室型式

在車站一端設(shè)一座降壓變電所，另一端設(shè)一座低壓配電室。與一主所一跟隨所型式不同的是，低壓配電室替代了跟隨所。以車站中心分界，降壓變電所與低壓配電室各負(fù)責(zé)本端的負(fù)荷供電（除單臺(tái)容量較大的設(shè)備外）。低壓配電室的電源引自降壓變電所低壓側(cè)，因此兩者的一、二級(jí)負(fù)荷母線為并列關(guān)系。

2.2 降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)

（1）主接線

降壓變電所一般設(shè)在車站的負(fù)荷中心，擔(dān)負(fù)本車站和相鄰區(qū)間的全部動(dòng)力、照明用電。地鐵動(dòng)力、照明負(fù)荷大多味一、二級(jí)負(fù)荷，因?yàn)榻祲鹤冸娝仨毎磧陕藩?dú)立電源供電設(shè)計(jì)。

（2）控制、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置

a.降壓變電所35（10）KV斷路器采用SCADA遠(yuǎn)動(dòng)控制、變電所集中控制和地控制；0.4KV進(jìn)線、斷路器和三級(jí)負(fù)荷總開關(guān)采用SCADA遠(yuǎn)動(dòng)控制和就地控制；自動(dòng)扶梯饋線開關(guān)帶脫扣期，按鈕與FAS系統(tǒng)輸出繼電器的常開接點(diǎn)并聯(lián)，以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)情況下FAS系統(tǒng)可將其斷開。

b.繼電保護(hù)

繼電保護(hù)要滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速凍性要求，并力求簡(jiǎn)化保護(hù)配置；供電系統(tǒng)各級(jí)保護(hù)應(yīng)考慮配合關(guān)系。

降壓變電所35（10）KV系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置采用微機(jī)型綜合保護(hù)測(cè)控單元，實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測(cè)量、信息采集與控制、開關(guān)間的互鎖與聯(lián)動(dòng)、通信等功能，通過(guò)光纖以太網(wǎng)絡(luò)接口接入全所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)并上傳至控制中心，保護(hù)功能具有獨(dú)立性，不依賴與網(wǎng)絡(luò)。

c.自動(dòng)裝置

35（10）KV、0.4KV短路器設(shè)置自動(dòng)投入裝置/功能，自動(dòng)投切功能可在當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方進(jìn)行投入/退出。交流所用電斷路器設(shè)置自動(dòng)投入、進(jìn)線設(shè)來(lái)電自復(fù)功能。直流所用電的兩路交流進(jìn)線設(shè)置自動(dòng)投入功能。

（3）測(cè)量和計(jì)量

變電所的所有測(cè)量和計(jì)量均在開關(guān)柜當(dāng)?shù)仫@示并通過(guò)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將主要數(shù)據(jù)送到控制中心。

（4）功率因素補(bǔ)償

變電所采用低壓集中自動(dòng)補(bǔ)償方式，每段0.4KV母線上裝設(shè)電容自動(dòng)補(bǔ)償裝置，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行武功功率補(bǔ)償，使補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0.9。

（5）所用電系統(tǒng)

a.交流所用電系統(tǒng)

交流所用電系統(tǒng)由降壓變電所0.4KV兩段母線分別引入相互獨(dú)立的兩路電源，作為交流所用電系統(tǒng)的進(jìn)線電源，兩路電源互為備用。

b.直流所用電系統(tǒng)

直流所用電系統(tǒng)用于提供降壓變電所控制、操作、繼保電源及事故照明電源。

（6）過(guò)電壓保護(hù)、防雷與接地

a.過(guò)電壓保護(hù)

供電系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)遭受暫態(tài)過(guò)電壓、操作過(guò)電壓、雷電過(guò)電壓的侵襲，使設(shè)備絕緣直接破壞或不斷劣化，最終引發(fā)事故。

b.防雷與接地

考慮雷電過(guò)電壓下的絕緣配合合理，受避雷器保護(hù)的設(shè)備，其額定雷電沖擊耐受電壓不低于避雷器的雷電沖擊保護(hù)電壓乘以配合因數(shù)KC，一般取KC≥14。接地網(wǎng)的接地電阻小于0.5歐姆；降壓變電所內(nèi)做局部等電位連接。

結(jié)論

通過(guò)本文的分析可以得到：一般換乘站、帶折返線的車站以及車站長(zhǎng)度超過(guò)200的大規(guī)模車站，由于其符合容量較大，供電距離較長(zhǎng)，設(shè)置一主所一跟隨所的方案較為合理；車站長(zhǎng)度低于200的一般車站，在節(jié)約投資的前提下，一所型式即可滿足供電方案。而一所一室型式由于沒(méi)有突出的優(yōu)點(diǎn)采用的并不多。

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