杭州地鐵1號(hào)線三期工程臨時(shí)支援供電方案

沈松偉

(北京城建設(shè)計(jì)發(fā)展集團(tuán)股份有限公司，100037，北京∥工程師)

杭州地鐵1號(hào)線(以下簡(jiǎn)稱“1號(hào)線”)既有線有鐵近江、鐵工農(nóng)、鐵新業(yè)三座主變電所，1號(hào)線三期工程新建一座鐵南陽(yáng)主變電所?，F(xiàn)階段，鐵南陽(yáng)主變電所滯后于地鐵工程建設(shè)，需要利用已建成線路的主變電所進(jìn)行臨時(shí)支援供電，以保證1號(hào)線三期工程系統(tǒng)調(diào)試和運(yùn)營(yíng)初期的供電。在利用其他主變電所對(duì)1號(hào)線三期工程進(jìn)行臨時(shí)支援供電時(shí)，除了要考慮對(duì)既有線路運(yùn)營(yíng)的影響外，還應(yīng)該從運(yùn)行方式及可靠性、電纜壓降、經(jīng)濟(jì)性等方面進(jìn)行綜合分析。

本文提出一種地鐵中壓供電網(wǎng)絡(luò)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，針對(duì)鐵南陽(yáng)主變電所未能按時(shí)投入使用的情況，提出鐵工農(nóng)主變電所支援1號(hào)線三期工程、江東三路主變電所支援1號(hào)線三期工程、鐵工農(nóng)主變電所和江東三路主變電所各支援1個(gè)供電分區(qū)這3種臨時(shí)支援供電方案。基于系統(tǒng)運(yùn)行方式及可靠性、電纜壓降和經(jīng)濟(jì)性對(duì)3種臨時(shí)方案進(jìn)行了綜合比選，最終推薦采用江東三路主變電所支援1號(hào)線三期工程方案。本文研究可為后續(xù)項(xiàng)目中的類似工程問(wèn)題提供借鑒與工程經(jīng)驗(yàn)。

1 臨時(shí)支援供電評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)

地鐵供電網(wǎng)絡(luò)用電負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，主變電所通過(guò)中壓供電網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)定電源給車輛和動(dòng)力照明負(fù)荷系統(tǒng)。為保證地鐵用電穩(wěn)定性和可靠性，可從以下幾個(gè)方面評(píng)判地鐵供電系統(tǒng)中壓供電網(wǎng)絡(luò)方案：

1) 運(yùn)行方式及可靠性。在進(jìn)行地鐵供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮地鐵供電系統(tǒng)中壓環(huán)網(wǎng)在正常運(yùn)行和故障運(yùn)行時(shí)的供電方式，要保證在故障運(yùn)行方式下地鐵線路的正常運(yùn)行。

2) 中壓環(huán)網(wǎng)電纜壓降需求。根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》，地鐵供電系統(tǒng)在各種運(yùn)行方式下均要求中壓環(huán)網(wǎng)末端電壓損失不應(yīng)超過(guò)5%，以保證末端負(fù)荷的正常使用。

3) 合理經(jīng)濟(jì)性。臨時(shí)支援供電可能會(huì)增加相應(yīng)的工程量，增加投資成本，在考慮臨時(shí)支援供電方案時(shí)，應(yīng)盡可能減少新增工程量，降低投資成本。

2 1號(hào)線三期工程臨時(shí)支援供電方案

2.1 1號(hào)線既有線供電系統(tǒng)組成

1號(hào)線一期工程于2012年運(yùn)營(yíng)通車，1號(hào)線二期工程于2015年運(yùn)營(yíng)通車，新建的1號(hào)線三期工程將與1號(hào)線既有線貫通運(yùn)營(yíng)，接駁于下沙江濱站。1號(hào)線三期工程與1號(hào)線既有線一致，采用集中式供電方案，中壓供電網(wǎng)絡(luò)電壓35 kV。

1號(hào)線既有線交流供電系統(tǒng)圖截圖如圖1所示。1號(hào)線三期工程新建的鐵南陽(yáng)主變電所設(shè)有兩個(gè)供電分區(qū)，分別為供電分區(qū)一(濱江一路站—南陽(yáng)大道站)和供電分區(qū)二(向陽(yáng)路站—蕭山機(jī)場(chǎng)站)，正常運(yùn)行情況下由鐵南陽(yáng)主變電所供電。鐵南陽(yáng)主變電所投入使用階段的交流供電系統(tǒng)圖截圖如圖2所示。在鐵南陽(yáng)主變電所因故緩建、未能夠按期投入使用階段，利用中間接續(xù)頭在鐵南陽(yáng)主變電所電纜夾層內(nèi)從主所引出與南陽(yáng)大道站和向陽(yáng)路站的環(huán)網(wǎng)電纜連接，環(huán)網(wǎng)電纜采用截面面積為240 mm2的三相單芯電纜。

圖1 1號(hào)線既有線交流供電系統(tǒng)圖截圖Fig.1 Screenshot of Line 1 existing line AC power supply system drawing

圖2 鐵南陽(yáng)主變電所投入使用階段的交流供電系統(tǒng)圖截圖Fig.2 Screenshot of AC power supply system drawing of Tienanyang main substation at service stage

1號(hào)線三期工程僅有蕭山機(jī)場(chǎng)站1座換乘站，蕭山機(jī)場(chǎng)站為1號(hào)線、地鐵7號(hào)線(以下簡(jiǎn)稱“7號(hào)線”)和機(jī)場(chǎng)線三線換乘車站。其中，7號(hào)線新建1座江東三路主變電所，機(jī)場(chǎng)線未新建主變電所。綜上所述，在鐵南陽(yáng)主變電所未按期投入使用階段，1號(hào)線三期工程周邊可利用主變電所為1號(hào)線既有線鐵新業(yè)、鐵工農(nóng)主變電所和7號(hào)線江東三路主變電所。

2.2 3種臨時(shí)支援供電方案

在鐵南陽(yáng)主變電所未按期投入使用時(shí)，將鐵新業(yè)主變電所作為1號(hào)線三期工程正常運(yùn)行時(shí)的供電電源。在鐵新業(yè)主變電所故障退出運(yùn)行時(shí)，有以下3種支援方案：

1) 方案一， 鐵工農(nóng)主變電所支援1號(hào)線三期工程。閉合九和路站聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，鐵工農(nóng)主變電所作為支援電源，支援供電至蕭山機(jī)場(chǎng)站。

2) 方案二，江東三路主變電所支援1號(hào)線三期工程。利用環(huán)網(wǎng)電纜將7號(hào)線蕭山機(jī)場(chǎng)站和1號(hào)線三期蕭山機(jī)場(chǎng)站連接，由7號(hào)線江東三路主變電所支援供電至下濱區(qū)間風(fēng)井。

3) 方案三，鐵工農(nóng)主變電所和江東三路主變電所各支援1個(gè)供電分區(qū)。利用環(huán)網(wǎng)電纜將7號(hào)線蕭山機(jī)場(chǎng)站和1號(hào)線三期蕭山機(jī)場(chǎng)站連接，由7號(hào)線江東三路主變電所為供電分區(qū)二支援供電。閉合九和路站聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，鐵工農(nóng)主變電所作為支援電源，為供電分區(qū)一支援供電。支援供電方案如圖3所示。

圖3 支援供電方案Fig.3 Support power supply scheme

3 臨時(shí)支援供電方案分析與比較

結(jié)合上述地鐵供電系統(tǒng)中壓供電網(wǎng)絡(luò)評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)，從運(yùn)行方式及可靠性、電纜壓降和經(jīng)濟(jì)性三方面對(duì)上述3種臨時(shí)支援供電方案進(jìn)行分析。

3.1 系統(tǒng)運(yùn)行方式及可靠性

方案一只需調(diào)整1號(hào)線既有線路保護(hù)整定值[1-3]，不影響其他線路運(yùn)行，但電纜壓降是否能夠滿足要求還需進(jìn)一步論證。方案二在利用7號(hào)線江東三路主變電所進(jìn)行支援供電時(shí)，會(huì)將1號(hào)線三期串入至7號(hào)線供電分區(qū)，需調(diào)整7號(hào)線保護(hù)整定值，這將對(duì)7號(hào)線運(yùn)行線路造成影響。方案三需同時(shí)調(diào)整1號(hào)線既有線路和7號(hào)線保護(hù)整定值。綜上所述，在鐵新業(yè)主變電所故障退出運(yùn)行時(shí)，方案一、方案二和方案三均有支援電源，不會(huì)造成線路停運(yùn)，可以保證線路的正常運(yùn)營(yíng)。

3.2 環(huán)網(wǎng)電纜壓降計(jì)算

根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》15.1.6節(jié)要求，線路末端電壓損失不宜超過(guò)5%，對(duì)上述3種方案進(jìn)行供電潮流計(jì)算[4-5]，校驗(yàn)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)末端壓降是否滿足規(guī)范要求。線路末端電壓損失計(jì)算結(jié)果如表1所示。根據(jù)表1可知，方案一的最大電纜壓降為6.02%，超過(guò)5%，不能滿足規(guī)范要求。方案二的最大電纜壓降為3.47%，滿足規(guī)范要求。方案三的最大電纜壓降為4.63%，滿足規(guī)范要求。綜上所述，方案一不能滿足電纜壓降需求，方案二和方案三可滿足電纜壓降需求。

表1 線路末端電壓損失計(jì)算表Tab.1 Calculation table of route end voltage loss

3.3 經(jīng)濟(jì)性

考慮臨時(shí)支援供電方案時(shí)，若在臨時(shí)支援供電階段，35 kV開(kāi)關(guān)柜和環(huán)網(wǎng)電纜無(wú)需增加，則該方案的經(jīng)濟(jì)性較優(yōu)。3種方案中，方案一無(wú)需新增35 kV開(kāi)關(guān)柜和環(huán)網(wǎng)電纜；方案二和方案三的1號(hào)線蕭山機(jī)場(chǎng)站和7號(hào)線蕭山機(jī)場(chǎng)站均需2套35 kV開(kāi)關(guān)柜和1 200 m環(huán)網(wǎng)電纜將其進(jìn)行連接。1號(hào)線蕭山機(jī)場(chǎng)站有2套預(yù)留35 kV開(kāi)關(guān)柜，而7號(hào)線蕭山機(jī)場(chǎng)站未預(yù)留35 kV開(kāi)關(guān)柜，故需增加2套35 kV開(kāi)關(guān)柜。根據(jù)市場(chǎng)價(jià)格，分析3種方案的增加費(fèi)用，設(shè)備造價(jià)對(duì)比如表2所示。由表2可知，方案一不需要增加額外的設(shè)備成本，經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。

表2 3種方案增加設(shè)備造價(jià)對(duì)比表

3.4 3種方案優(yōu)缺點(diǎn)綜合比較

綜上所述，方案一可靠性好，需調(diào)整1號(hào)線既有線的繼電保護(hù)整定值，不影響7號(hào)線的繼電保護(hù)整定值，沒(méi)有新增設(shè)備成本，經(jīng)濟(jì)性較好，但其電纜壓降不能滿足規(guī)范要求。方案二可靠性好，需調(diào)整7號(hào)線的繼電保護(hù)整定值，不影響1號(hào)線既有線的運(yùn)行，影響范圍較小，且其電纜壓降滿足規(guī)范要求，但需額外增加110.4萬(wàn)元新增設(shè)備成本。方案三可靠性好，需調(diào)整1號(hào)線既有線和7號(hào)線的繼電保護(hù)整定值，影響范圍較大，其電纜壓降滿足規(guī)范要求，此外也需增加110.4萬(wàn)元新增設(shè)備成本。綜合分析3種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，本文推薦方案二。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)部分軌道交通工程主變電所滯后于線路建設(shè)的工程情況，本文提出了利用換乘線路的主變電所對(duì)本線路進(jìn)行支援供電的方案，并從供電系統(tǒng)運(yùn)行方式及可靠性、電纜壓降和經(jīng)濟(jì)性三方面對(duì)其進(jìn)行了分析。以杭州地鐵1號(hào)線三期工程臨時(shí)支援供電方案為例，經(jīng)分析后推薦方案二進(jìn)行支援供電。本研究未考慮7號(hào)線蕭山機(jī)場(chǎng)站的改造工期安排及其改造施工對(duì)其他專業(yè)造成的影響，后續(xù)將集中在這幾方面進(jìn)行深入研究。