地铁供电系统环网供电技术的应用研究

2020-03-10赵磊

工程技术研究 2020年18期

赵磊

（中铁一局集团电务工程有限公司，陕西西安 710038）

新时期我国城市化发展进程十分快速，城市人口激增，这对于交通运输事业是一个严重的挑战。为有效解决这一问题必须引入各类新技术和新理论。环网供电技术在地铁供电系统中就是这样的存在，不仅有利于提升业务效率，还有利于提高业务质量。因此，对于实际从业者而言，应充分重视环网供电技术，做好相关研究。

1 基于环网供电的技术概述

1.1 概念界定研究

理论上，环网供电是结合环形主干线的建设打造出一个连续的配电回路。在闭合环路的设计中，起点和终点都在同一组母线上，各自通过断路器对各自的线路做出控制，这就使得其运行具有十分强大的灵活性。正常闭合的分段断路器将母线截成两段，再将各个环路每段都接到不同的母线上，因此整体上的电流传输效率得到了真正的提升。同时，在保护配置方面，该系统也提供了纵差保护、电流保护两类模式。如果发生短路故障，纵差保护就将起到直接的作用，保证非故障段的正常供电，这在传统的模式下是不存在的。

在中央供电系统中，环网供电技术得到了相对比较广泛的应用。环网供电技术可以将原来相对比较复杂的线路设计做出最简化的处理，进而使得其总体长度得到完美的缩短，使各个线路之间的监控管理业务更加有序。此外，两个供电电源可以为重要区域大规模送电，不至于出现因电力短缺而导致的各项问题。环网供电系统中的开关设备相比于过去也少了很多，因此不会因为人员都不操作或开关质量问题等出现故障，这对于整体的安全效率提升自然是很大的帮助。即使出现了故障，也可以随时结合自动化的设备做出故障的排查和处理，这项技术的应用可以为风险控制提供便捷的条件。

1.2 供电方式概述

供电方式大体包括开环运行和闭环运行两类。在供变电系统中，大部分都是以闭环作为主要模式，可以充分发挥其优越性，特别是实现不间断供电。在配电系统中，由于继电保护器在安装使用和检测上存在着不小的困难，因此开环运行相对比较多，这与之相反。在理论角度来看，开环运行的设计需要经过充分的计算。不过在实际的工程中，大部分从业者都会选择接近环网干线的中间位置作为开环点设置。在开环点处的开关设施主要就是为了隔离故障点以及帮助带负荷投切。如今国内所采取的大量中央配电网，基本上都是采取开环运行的模式。

1.3 技术应用准则

环网供电的具体实施在技术应用方面具有几个重要的准则：第一，在设计铺设线路时，必须保证不同线路之间是存在互补关系的，这对于整体的电流传输是重要的基础保障，在理论方面被称之为是互补性。

第二，要在限度选择范围内做出足够科学、足够准确、足够有序的选择。在分段方法、分段数量、分段点选择上要努力结合地区实际情况，避免因为局部线路的故障导致整个系统崩溃的情况，充分发挥环网供电的优势。

第三，需要对线路的主干道做出分段的处理，使它的电负荷、用户数量等关键数据能够在技术的帮助下平均分配出来。

第四，在配电线路当中需要结合自动化设施的引入，使环网供电技术即使发生部分的线路问题也可以做出迅速隔离处理，保证其他部分不受此影响，进而使生产生活用电能够继续稳定运转。

第五，在多层开关的安置过程中，应当使其处于配电线路的分支干道上，在尽快真实有效地处理好故障的同时，使其不受到故障的影响，使分支线路和主线路相互之间不受彼此制约。此外，也要及时地升级和更新相关设施，保证其技术和设施是相互适配的可以满足各类需求。

2 地铁供电系统环网供电技术应用

2.1 应用要点

国内各地区的地铁供电系统设计，主要目的无非就是给地铁运营做出服务，主要职责在于保证各个设施之间的安全性、可靠性、有序性。结合上文的研究可知，地铁供电系统大部分都是由两部分组成的，一部分是城市电网引入的电源，另一部分是地铁内部的供电系统。这里所提到的地铁内部的供电系统大体包括主变电所、牵引供电系统、供配电系统等，这也是其主要的技术应用要点所在。

首先，在城市电网中对地铁供电的方式大体可以包括集中式、分散式、混合式三类。主变电所的出现就是为了地铁运营而设计的，可以看作是其专用的变电所。不过在具体的供电方式上，只有采用集中式设置时才是专门给地铁。牵引供电系统和供配电系统供电、主变电所的建设一般要在地铁沿线附近，特别是靠近车站的位置建设是相对比较合适的，这对于整体的电缆线路引入非常有利，也是很多从业者的实际选择。

第二，中压网络。中压网络是结合中压电缆，在纵向横向上构建网络的模式。纵向上会把上级主变电所和下级牵引变电所等连接起来，横向上则是把全线各个牵引、降压变电所连接起来。在中压网络的选择方面一般会采取电缆线路、环网供电方式，这既可以保证其成本，又可以使其效率得到提升。

第三，供配电系统。供配电系统存在的主要目的是给地铁内除了车辆运转中所需要的电力之外其他所有的供电提供帮助，比如动力照明系统，以及车间和区间的动力系统等。供配电系统主要包括降压变电所、低压配电系统两个部分，主要采用分散式供电以及集中式供电方式，可以直接从城市电网引入电源，保证其运行的效率。

第四，牵引供电系统。牵引供电系统则主要是给电动车辆提供服务的，在具体的设施方面包括牵引变电所沿线敷设的牵引网等，需要结合不同的设计思路来做出不同的处理。

2.2 应用对策

第一，需要注意环网接线的设计。对于电网供电系统的设计和实际出车而言，必须满足上述所提到各类原则，特别是需要满足国家和地区政府所提出的N-1安全原则。在调整安全电网接线方式的过程中，必须足够安全、稳定、高效，在设备运行的过程中需要达到相关的准则标准。在具体设计中，应用单环网接线方式时，如果出现了电力故障，就需要大量的人力投入以排查、处理、解决相应的问题。在此过程中不仅会耗费大量的时间、成本，可靠性、稳定性也比较差，无法满足用户的需求。但是，采取双环网接线方式（包括双线双环、双线单环的供电方式）提供独立电源的办法，则可以避免这类问题，提升整体的可靠性，防止故障出现后引起的大面积影响。这在学术理论界又被称之为是“手拉手联络”环。在供电系统正常运转时，所有的联络开关都应当保持在打开状态。在具体设计和安装过程中，应当满足N-1安全原则。目前环网的接线都是采取单环网和双环网模式，单环网的性能相对比较差，遇到故障会产生很大影响，故基本都会采取双环网。双环网主要是由两个独立电源供电的，在具体运转中如果一个出现问题会换到另一个，因此相互之间的辅助会极大提升业务质量。双网络接线原理是利用开关将故障线路隔离开，不会有任何的问题，保证了可靠度。任何一条线路出现问题，都能及时地输送电力，使其可靠性得到真正的保障。

第二，中央交流环网系统。城市轨道设计过程中，中央交流环网系统同样十分重要。在具体的技术应用方面，可以采取牵引与动力、照明相对独立的网络模式，也可以采取牵引和动力照明混合的模式，需要结合地区的不同情况做出不同的设计。特别是需要考虑列车运行的远期设计能力，相互做备用线路，出现一路退出时，运行另一路应当承担其负荷，使其损失保证在5个百分点以内。如果想打造一个可靠灵活的系统，必须满足以下几个条件：一是供电系统的设计必须足够经济、可靠，且在考虑成本的过程中还应考虑其运行的灵活性要求；二是保证供电系统的容量，应按长远的高峰设计，给整体的需求留有一定的富余量；三是供电系统需要按一级负荷设计，也就是两路互为备用电源，实现不断电的供应需求。并且，供电系统的容量以及实际的电缆载流量需达到负荷要求，如果出现问题另外的需要自动运转，以此来满足实际需求。此外，电缆载流量也能满足正常运行的所有需求，特别是城市轨道交通需求，从而保障整个交通系统的稳定性。

2.3 以P地铁为例谈实际效果

在P地铁的实际使用过程中，采取了环网接线和地铁中央交流环网系统的共同设计，整体的可靠性得到了真正的提升。环网供电系统在有后备线路的接线模式下，整体的稳定性也得到了根本的保障，相比过去故障率在5‰～10‰的概率，如今已经降低到了1‰～3‰，由此可以看出其可靠性。此外，在停电次数及误操作发生的概率上也有了大幅度的下降，节约了用电成本，也使维护更加方便。因此，地铁供电系统环网技术的应用，确实具有很好的效果。

结合P地铁公布的工作报告可以看出，环网供电技术的具体优点体现在以下几个方面：第一，供电的可靠性不会轻易被外界环境所影响，也不会像过去那样，因为线路问题、设计问题、人员误操作问题等出现断电的情况，这对于整体的线路运转以及生产生活运输的保障自然是很好的助力。第二，因整体系统的设计专业性相对较高，也有变电设施予以保障，所以供给地铁的各类其他电源质量也有了根本性的提升，比如照明系统、商业系统等。如今的地铁已经不再是简单的交通运输工具，其中所蕴含的巨大商业价值也是实际从业者需要考虑的，供电系统的效率及质量将直接决定地铁区域商业的发展情况。在充分引入环网供电技术后，P地区整体上的供电质量得到了根本性的提升，也给其地铁区域内商业的发展带来了保障。第三，整体管理也变得更加便利，特别是在电的二次分配上有了很多的选择。除此之外，在检修工作方面整体上比较独立方便，这是过去所没有的，也是其优势所在。