城市軌道交通主變電所資源共享及管理

趙欣健

摘 要：隨著城市軌道交通的不斷發(fā)展，我國許多城市的軌道交通電力資源變得越來越緊缺。為了解決這一現(xiàn)狀，有學(xué)者提出了主變電所資源共享這一研究思路。本文就針對這一課題展開討論，開篇介紹了城市軌道交通供電的三種主要形式，并且給出了四點關(guān)于如何選擇供電方式的建議。然后淺述了關(guān)于主變電所資源共享必須要滿足的5個基本原則，然后介紹了管理設(shè)計共享主變電所的三個步驟。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通；主變電所資源共享；城市軌道交通供電系統(tǒng)

中圖分類號：U231.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）15-0156-02

隨著我國城市化進程速度的進一步加快，各大城市的交通軌道網(wǎng)也逐漸形成。軌道交通的建設(shè)已經(jīng)成為了我國當下很多地區(qū)能夠持續(xù)、穩(wěn)定發(fā)展的重要保障之一。而電力系統(tǒng)又是整個交通網(wǎng)的核心動力之一，是軌道交通能夠快速、高效的服務(wù)于乘客的根本保證之一。目前來說我國的電力資源仍處在一個較為稀缺的狀態(tài)中，并且隨著交通軌道網(wǎng)里程的進一步增加，這一問題會越來越突出。倘若能夠?qū)ΜF(xiàn)有的城市電網(wǎng)資源進行優(yōu)化配置，便能夠在一定程度上緩解這一問題。所以如何合理科學(xué)的配置優(yōu)化現(xiàn)有的城市電網(wǎng)資源就成了一個重要的研究熱點。

1 城市軌道交通供電的方式

一般來說大多數(shù)城市軌道的供電都是采用直流電進行照明或者牽引，優(yōu)點就是可以大大提高電纜的容性電流，缺點就是電流不穩(wěn)定，波動性強，需要通過設(shè)計一個功率補償系統(tǒng)來維持供電的穩(wěn)定性和持續(xù)性。因此出于降低波動電流對電力系統(tǒng)損害，提高電網(wǎng)使用壽命這一目的，供電系統(tǒng)必須進行相應(yīng)的調(diào)整，而且要給出一定的預(yù)警措施，從而保證軌道交通系統(tǒng)能夠更加高效快捷的服務(wù)于乘客。

我國目前軌道交通供電系統(tǒng)的供電方式有三種，分別是：集中供電方式、分散供電方式和混合供電方式。這三種供電方式的選取需根據(jù)每個交通系統(tǒng)的不同特點來確定。下面就對這三種供電方式進行介紹。

集中供電方式一般指的是在軌道沿線建立起幾個大型的主變電所，用來提供照明電壓和牽引電壓。因為主變電所是直接從110kV高壓區(qū)直接引入的電源，因此只能給軌道交通系統(tǒng)進行供電，沒有辦法滿足普通的居民用電。所以這一供電方式受外部的影響小，載荷較為穩(wěn)定，并且維修方便，供電的可信度和安全度高。但是因為要修建主變電所，工程造價大，目前就只有在經(jīng)濟較為發(fā)達，軌道交通建設(shè)較為完善的城市中采用了這一供電方式，例如：廣州、上海。

分散供電方式與集中供電方式有所不同，最主要的區(qū)別是無須重新修建主變電所，其所需的照明和牽引電能直接由城市電網(wǎng)引出即可。分散供電的最大特點是就近原則。通過對比我們可以發(fā)現(xiàn)，這種供電方式的投資金額小，而且使用方便，但是最大的問題就是穩(wěn)定性差，會給城市電網(wǎng)造成較大的電路負擔，并且難于集中管理，會影響到供電系統(tǒng)的收益?？墒翘幱诮?jīng)濟因素和軌道交通網(wǎng)的規(guī)模來考慮，我國目前有不少城市也采取了這一供電方式。

通過上面的分析我們可以看出不論是集中供電還是分散供電都有其優(yōu)點和缺點，為了能讓供電系統(tǒng)的可靠性和收益最大化，研究人員又提出了一種新的供電方法——混合供電方式?；旌瞎╇姺绞骄褪菍⒓泄╇姾头稚⒐╇娺M行結(jié)合，其中分散供電作為輔助供電方式，集中供電作為主導(dǎo)供電方式，兩者進行配合供電。例如在集中供電的末端電壓損失高于5%時就需采用分散供電的方式從城市電網(wǎng)引入電能，來保證供電系統(tǒng)能夠穩(wěn)定的運行。而且其在設(shè)計中采用了電纜雙環(huán)網(wǎng)，能夠通過設(shè)置聯(lián)絡(luò)開關(guān)提高供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性?；旌瞎╇姺绞降淖畲髢?yōu)點就是投資成本小于集中供電，但是在提高電網(wǎng)穩(wěn)定性和可靠性上優(yōu)于集中供電和分散供電。目前很多城市已經(jīng)對自身的電網(wǎng)供電系統(tǒng)進行了調(diào)整，采用了這種新型的供電方式，例如：北京、武漢等等。

2 城市軌道交通供電系統(tǒng)的選擇依據(jù)

城市軌道交通供電系統(tǒng)的選擇對軌道交通的正常運行有著重要的意義。在設(shè)計和選擇供電系統(tǒng)的供電方式上要滿足一下幾個條件：（1）經(jīng)濟因素和靈活性：建設(shè)交通軌道的最初目的就是為了服務(wù)于人民，推動當?shù)亟?jīng)濟的發(fā)展，因此在選擇供電方式的時候就要充分考慮到供電系統(tǒng)的經(jīng)濟因素，要科學(xué)合理的設(shè)置供電系統(tǒng)的運行模式和供電結(jié)構(gòu)，不僅要能夠滿足軌道交通的供電需求，提高電能的使用率，并且還須考慮到工程預(yù)算這一實際問題?？紤]到各種突發(fā)情況都有可能發(fā)生，設(shè)計人員還需保證在極端情況下供電系統(tǒng)也能正常運行，因此就要設(shè)計靈活的供電方式，在突發(fā)事件發(fā)生的時候軌道交通系統(tǒng)能夠正常運行，保證乘客的出行安全。（2）可靠性和友好度：在設(shè)計供電系統(tǒng)的時候需要考慮到在極端因素影響的情況下供電電能要滿足軌道交通的正常運行，不能夠發(fā)生跳閘或者停電這些供電安全事故的發(fā)生。供電系統(tǒng)在設(shè)計時對周圍生活的居民影響要盡量降低、并且對通信和管線的影響要小。（3）需要多個部門相互配合：交通部門在設(shè)計和管理軌道交通供電系統(tǒng)的時候要盡量多的和當?shù)氐碾娏Σ块T進行配合，發(fā)揮其專業(yè)能力，一起合作共同加強對城市軌道供電系統(tǒng)的建設(shè)和優(yōu)化。兩個部門強強聯(lián)手不僅能夠提高乘客的出行效率，而且能夠提高經(jīng)濟效益，降低維護和建設(shè)成本。而且從長遠來看，這對整個城市的發(fā)展也是百利而無一害。（4）結(jié)合自身情況，科學(xué)制定供電方案。在制定供電系統(tǒng)時，不能一味的照搬照抄，應(yīng)該充分利用自身的優(yōu)勢，認清自身存在的缺點，合理優(yōu)化和配置資源。例如：在設(shè)計供電系統(tǒng)時可以考慮到斷面幾何形狀的設(shè)計，并且不同的城市有著不同的坐落形態(tài)，在設(shè)計時可以利用到這一點，實現(xiàn)供電資源的共享。

3 主變電所共享優(yōu)化原則和方法

隨著城市軌道交通網(wǎng)密度和長度不斷的增加，城市軌道交通網(wǎng)的電力負荷也越來越大，這不僅為供電系統(tǒng)帶來了更大的挑戰(zhàn)，也為主變電所的資源共享提供了客觀條件。我國提出主變電所資源共享優(yōu)化這一理念已經(jīng)有近二十年了，一般來說主變電所的資源共享主要指電氣資源共享和土地資源共享這兩個方法，這兩個方法各有優(yōu)缺點。下面主要介紹在電氣資源共享設(shè)計中需要考慮的四個主要問題：（1）確定外部電源和主變電所的接線方式以及電壓等級；（2）計算共享供電前后的電氣和土地資源經(jīng)濟效益，與未共享前的進行比較分析；（3）設(shè)計共享供電后發(fā)生突發(fā)情況時的供電支援形式，并要確保其可靠性和穩(wěn)定性；（4）確定共享后的主變電所的資源分配形式、收益形式和管理問題。

3.1 主變電所資源共享的設(shè)計原則

一般在設(shè)計共享主變電所的時候需要滿足以下五個方面：（1）在設(shè)計共享變電所時必須要滿足主供電所服務(wù)的城市軌道電量需求。不能在設(shè)計的時候過分追求共享效益而忽略了軌道交通服務(wù)的本身訴求。（2）主變電所在進行布局設(shè)計的時候就應(yīng)當與整個軌道交通從線網(wǎng)層面進行配合，并且要考慮到城市交通發(fā)展的中長期需求。與此同時，主變電所的規(guī)模設(shè)計還要與城市電力系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)。（3）盡量將主變電所設(shè)計在軌道交通電力系統(tǒng)的負荷中心，可以進行全網(wǎng)的集中管理，并且盡量實現(xiàn)一個主變電所向多個軌道供電的規(guī)劃。（4）主變電所的容量應(yīng)該根據(jù)其服務(wù)的線路的客流量、路線分布、行車用電負荷和坐落位置來確定。（5）倘若在設(shè)計中出現(xiàn)矛盾，應(yīng)該根據(jù)實際的情況進行分析，將幾種方案進行對比之后，選擇一種最優(yōu)方案進行共享供電。

3.2 主變電所資源共享的設(shè)計

電力資源共享首先是要計算出各個支線所需的照明及牽引電能，然后再對現(xiàn)有的主變電所的電容量進行核算和修改。確定主變電所的電容量之后就需改變運行方式，充分利用變壓器的容量。在整個過程中要將交通網(wǎng)看作一個整體，不能孤立的分析某一條線路。具體來說，主變電所資源共享設(shè)計分為以下三步：（1）計算主變壓器的電容量。一般來說一個主變電所需引入兩路電源，當其中一路電路出現(xiàn)問題時，另一路電路迅速的承擔起故障電路的供電負荷，避免供電事故的發(fā)生。而且主變電所還要能承擔相鄰主變電所的供電需求，也是為了防止某個變電所出現(xiàn)問題之后導(dǎo)致線路癱瘓這一情況發(fā)生。（2）主變電所資源共享后的運行方式：在各個主變電所都能正常工作時，各變電所之間的變壓器分列運行，承擔各自的輸電任務(wù)。當某個主變電所出現(xiàn)故障時，就需相鄰的主變電所提供電能。例如：當主變電所其中的一個變壓器出現(xiàn)問題或者其高壓運輸線纜故障，此時就要切斷其服務(wù)區(qū)域內(nèi)的三級負荷，由相鄰的主變電所提供電能。（3）主變電所資源共享方案一般有以下兩種：土地資源共享和電氣資源共享。土地資源共享指的是主變電所建筑和運輸電纜共享，這種方法能夠節(jié)省土地面積和電纜長度，運行模式較為簡單，可靠性高，并且相鄰線路之間影響較小。而電氣資源共享指的是110kV或者35kV側(cè)共享，這種共享方案需增加主變電所的電容量，但是能夠降低出線間隔數(shù)或者主變電站的數(shù)目，其可靠性也高，但是相鄰線路之間的影響較大。至于采用哪一種方案，需根據(jù)當?shù)剀壍澜煌ǖ膶嶋H情況來確定，目前已經(jīng)有一些城市采用了兩者混合供電的方法。

4 結(jié)語

總的來說主變電所資源共享能夠在一定程度上減少工程投資，并且可以提高電力系統(tǒng)的利用效率和經(jīng)濟效益。目前來說，我國已經(jīng)有不少城市采用或者計劃采用這種供電方式來減少工程代價，提高社會和經(jīng)濟效益。例如廈門已經(jīng)在3號線上設(shè)立了5個共享主變電所，而且規(guī)劃的6號線和4號線也已經(jīng)計劃和現(xiàn)在運行的2號線實現(xiàn)主變電所資源共享。相信隨著研究的進一步深入，主供電所資源共享這種供電方式能夠更加有效的促進軌道交通的發(fā)展。

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