朱 玲

（深圳市市政设计研究院有限公司，广东 深圳 518000）

0 引 言

目前，城市轨道交通主流供电采用110 kV/35 kV两级电压集中供电方式，牵引和动力照明共用35 kV供电网络，新建主变电所或共享既有主变电所进行供电[1-6]。随着城市地铁建设的发展，城市地铁规模不断扩大，主变电所资源变得紧缺。新建主变电所、电缆通道或电力局对侧市政主变电站常因征地拆迁等问题在线路开通之时无法满足地铁供电需求，此时需要利用既有的主变电所或已建主变电所进行支援供电。在选择支援供电方案时，需要系统评估供电的可靠性、倒闸的便利性，以保证地铁的安全可靠运行。本文针对地铁的临时电源方案进行分析比较，并通过实际案例进行探讨。

1 支援供电原则

地铁作为重要的城市交通工具，其供电系统应确保安全、可靠。支援供电有以下4个原则。

一是中压环网系统可靠且运行方式灵活，在正常运行方式、故障支援方式下均要确保供电系统安全、可靠运行，尽量避免造成大面积停运等严重影响[7]；二是电压压降满足设备的运行需求，在任何运行方式下的中压供电网络线路末端电压损失不宜超过额定值的5%[8,9]；三是倒闸操作简便可行，避免因倒闸复杂造成误操作，扩大停电范围；四是在满足功能要求的情况下技术方案需经济合理，避免资源浪费[10]。

根据上述原则，以华南某大型地铁工程为例，对其支援供电方案进行探讨分析。

2 中压环网方案及设计运行方式

华南某大型地铁工程线路全长约40 km，共设站33座，采用110 kV/35 kV两级电压集中供电方式。全线新建主所两座（以下简称“ZS1”和“ZS2”），共享既有主所1座（以下简称“ZS3”）。全线中压环网采用小供电分区方案，一共划分为9个供电分区。

2.1 正常运行方式（N-1）

由ZS1主变电所I、II段母线各馈出3回35 kV出线，分别向本工程第一、二、三供电分区供电；由ZS2主变电所I、II段母线各馈出3回35 kV出线，分别向第四、五、六供电分区供电；由ZS3主变电所I、II段母线各馈出1回35 kV出线，通过在接入车站设置开闭所分别向第七、八、九供电分区供电。由于ZS3主变电所为既有的变电所，仅为本工程预留一回出线，需利用本工程主变电所接入站变电所35 kV母线设置开闭所（以下简称“KBS1”）。35 kV侧正常运行时的供电范围划分如图1所示。

图1 35 kV侧正常运行时的供电范围划分

2.2 故障情况下运行方式一

当ZS1主变电所或ZS2主变电所一回进线电源电缆故障或一台主变压器解列时，闭合35 kV母联开关，由另一回进线电源电缆或变压器承担该主变电所供电区域内的牵引及动力照明一、二级负荷。

当ZS3主变电所一回进线电源电缆故障或一台主变压器解列时，断开第七供电分区的35 kV出线断路器，闭合HSW2变电所的35 kV环网联络开关，闭合ZS3主变电所35 kV母联开关，由另一回进线电源电缆或变压器承担第八、九供电分区供电区域内的牵引及动力照明一、二级负荷。与此同时，由ZS2主变电所向第七供电分区支援供电（ZS3主变电所为既有主变电所，单台主所变压器容量无法满足第七、八、九供电分区的供电需求）。

2.3 故障情况下运行方式二

当ZS1主变电所故障解列时，闭合设置在HWS1变电所的35 kV环网联络开关，由ZS2主变电所承担第一至第六供电分区的牵引负荷和动力照明一、二级负荷。

当ZS2主变电所故障解列时，断开ZS2主变电所向第六供电分区供电的35 kV出线断路器，闭合设置在HWS1、HWS2变电所的35 kV环网联络开关，由ZS1主变电所承担第一至第五供电分区内的牵引负荷和动力照明一、二级负荷，由ZS3主变电所承担第六至第九供电分区内牵引负荷和动力照明一、二级负荷。

当ZS3主变电所故障解列时，断开机场北主变电所向KBS1供电的35 kV出线断路器，闭合设置在HWS2变电所的35 kV环网联络开关，由ZS2主变电所承担第四至第九供电分区的牵引负荷和动力照明一、二级负荷。

3 临时供电系统方案

实际工程中，ZS1主所Ⅱ段母线110 kV外电受条件限制，送电时间晚于线路开通时间。为了确保该地铁线路正常开通，有必要制定临时供电方案。主所外电来源情况统计如表1所示。

表1 主变电所外电情况统计

根据表1，ZS1主变电所110 kV外电只有Ⅱ段方向暂缓接入，此时线路属于运营初期，其他主所均引入两路110 kV电源。

3.1 正常供电

当线路仅有ZS1主变电所Ⅱ段方向无法供电时，此时的供电方案分为以下两种。

方案一：闭合35 kV母联开关，由ZS1主变电所Ⅰ段承担该主变电所供电区域内的牵引及动力照明一、二、三级负荷。具体供电分区范围调整如图2所示。

图2 临时供电下，35kV侧正常运行时的供电范围划分（方案一）

方案二：参考运营常用方案，ZS2主变电所Ⅱ段支援ZS1主变电所Ⅱ段，由ZS2主变电所Ⅱ段承担两所正常供电范围内Ⅱ段的牵引负荷和动力照明一、二、三级负荷。具体供电分区范围调整如图3所示。

图3 临时供电下，35kV侧正常运行时的供电范围划分（方案二）

该方案也可满足供电需求，但存在发生其他故障时倒闸复杂的问题，倒闸错误会扩大停电影响范围。

方案一和方案二均可以满足供电可靠性的要求，均不需要另外增加投资，也不需要修改定值。方案一直接合ZS1主变电所内母联，方案二需要合HWS1站Ⅱ段环网联络开关，两个方案倒闸操作简单，但是后续如果在此基础上再发生其他的进线故障，方案一相对方案二具有倒闸清晰、影响范围小的优点。

3.2 一路电源故障（除ZS1主变电所外）

一路电源故障时，优先采用闭合该主变电所35 kV母线联络开关，由该主变电所非故障线路电源承担剩下全部负荷。

3.2.1 ZS2主变电所Ⅱ段电源故障

ZS2主变电所Ⅱ段电源故障，闭合该主变电所35 kV母线联络开关，由该主所Ⅰ段非故障线路电源承担第四、五、六供电分区的牵引负荷及动力照明一、二、三级负荷。ZS1主变电所Ⅰ段承担第一、二、三供电分区的牵引负荷及动力照明一、二、三级负荷。具体供电分区范围调整如图4所示。

图4 ZS2主变电所Ⅱ段故障的供电范围划分

若正常运行方式下选择合ZS1主变电所母联的方案，此时叠加ZS2主变电所Ⅱ段电源故障，仅需合ZS2主变电所的母联即可，倒闸操作简单。若正常运行方式下选择的是由ZS2主变电所支援ZS1主变电所Ⅱ段的方案，在ZS2主变电所Ⅱ段也发生故障的情况下需断开HWS1变电所的环网联络开关，再分别闭合ZS1主变电所和ZS2主变电所内的母联，倒闸操作复杂，若误操作则会扩大停电范围，造成严重影响。

3.2.2 ZS2主变电所Ⅰ段电源故障。

方案一：ZS2主所Ⅰ段电源故障，闭合该主变电所35 kV母线联络开关，由该主所Ⅱ段电源承担第四、五、六供电分区的牵引负荷及动力照明一、二、三级负荷，由ZS1主变电所Ⅰ段承担第一、二、三供电分区的牵引负荷及动力照明一、二、三级负荷。具体供电分区范围调整如图5所示。

图5 ZS2主所Ⅰ段故障的供电范围划分（方案一）

方案二：ZS2主变电所Ⅰ段电源故障，ZS2主变电所所带Ⅰ段负荷均由ZS1主变电所Ⅰ段支援，即ZS1主变电所承担第一至第六供电分区Ⅰ段的牵引负荷及动力照明一、二、三级负荷。ZS2主变电所Ⅱ段给ZS1主变电所Ⅱ段支援供电，即ZS2主所Ⅱ段承担12号线第一至第六供电分区Ⅱ段的牵引负荷及动力照明一、二、三级负荷。具体供电分区范围调整如图6所示。

图6 ZS2主变电所Ⅰ段故障的供电范围划分（方案二）

方案一和方案二均可以满足供电可靠性的要求，不需要额外增加投资，也不需要修改定值。若正常运行方式下选择的是方案一，此时再发生ZS2主变电所Ⅰ段故障，优先选择方案一，直接合ZS2主变电所内母联；若正常运行方式下选择的是方案二，此时再发生ZS2主变电所Ⅰ段故障则需要合HWS1站Ⅰ段环网联络开关。

3.2.3 ZS3主变电所Ⅰ段/Ⅱ段电源故障

ZS3主变电所Ⅰ段/Ⅱ段电源故障时，由ZS2主变电所给第七供电分区支援供电，第八、九供电分区由ZS3主变电所非故障线路电源承担故障范围内全部负荷，ZS1主变电所Ⅰ段承担第一、二、三供电分区的牵引负荷及动力照明一、二、三级负荷。由于ZS3为既有主变电所，因此ZS3主变电所所承担的其他线路的负荷根据已有线路设计运行方式进行支援，如图7所示。

图7 ZS3主变电所一段故障的供电范围划分（图中以Ⅰ段为例）

3.3 主所完全解列

3.3.1 ZS1主变电所完全解列

ZS2主变电所支援ZS1主变电所，由ZS2主变电所承担第一至第六供电分区所有的牵引负荷和动力照明一、二级负荷，如图8所示。

图8 ZS1主变电所完全解列的供电范围划分

3.3.2 ZS2主变电所完全解列

方案一：ZS3主变电所支援ZS2主变电所，由ZS3主变电所承担第四至第九供电分区所有的牵引负荷和动力照明一、二级负荷，由ZS1主变电所Ⅰ段承担第一至第三供电分区所有牵引负荷和动力照明一、二级负荷，如图9所示。

图9 ZS2主变电所完全解列的供电范围划分（方案一）

此时第四至第九供电分区该线路Ⅰ段的负荷共计为19.42 MVA，Ⅱ段母线负荷共计为20.874 MVA，既有线路的Ⅰ段的负荷共计为33.693 MVA，Ⅱ段母线负荷为31.631 MVA，ZS3主变电所Ⅰ段的负荷共计为53.113 MVA，Ⅱ段母线负荷共计为52.505 MVA，ZS3主变电所变压安装容量为63 MVA，容量可满足供电需求。

方案二：ZS1主变电所和ZS3主变电所同时支援ZS2主变电所，由ZS1主变电所Ⅰ段承担第一至第五供电分区所有牵引负荷和动力照明一、二级负荷，由ZS3主变电所承担第六至第九供电分区所有的牵引负荷和动力照明一、二级负荷，如图10所示。

图10 ZS2主变电所完全解列的供电范围划分（方案二）

此时第一至第五供电分区Ⅰ段的负荷共计为21.968 MVA，Ⅱ段母线负荷共计为18.865 MVA，ZS1主变电所Ⅰ段所需承担的供电负荷为40.833 MVA，主变电所变压安装容量为63 MVA，可满足供电需求，压降可满足供电要求。

方案一和方案二相比，方案一在进行整定保护时需考虑该运行方式，给出配套的整定定值。方案二的第一至第五供电分区仅由ZS1主变电所Ⅰ段支援供电，风险较大。综上所述，优先考虑采用方案一。

3.3.3 ZS3主变电所完全解列

由ZS2主变电所支援ZS3主变电所，由ZS2主变电所承担第四至第九供电分区内所有的牵引负荷和动力照明一、二级负荷，ZS1主变电所Ⅰ段承担12号线第一、二、三供电分区的牵引负荷及动力照明一、二、三级负荷。由于ZS3为既有主变电所，因此ZS3主变电所所承担的其他线路的负荷根据已有线路设计运行方式进行支援。具体供电分区范围调整如图11所示。

图11 ZS3主变电所完全解列的供电范围划分

在正常运行、一路电源故障、主变电所完全解列3种运行方式下，经校验，主变电所内主变压器容量及压降可满足要求，系统供电能力可满足用电需求，且不需要额外增加投资。

4 结 论

地铁临时支援供电方案应确保供电系统在其他线路正常、单进线故障、主变电所解列运行方式下主变电所容量及末端压降均能满足供电需求，保证系统安全可靠的运行。在对比选择支援方案时，要尽可能选择倒闸操作少、倒闸清晰的方案，避免出现故障情况，由于运营人员的误操作导致停电范围的扩大。若涉及到需要增加投资和进行改造时，还需要对比考虑改造的可行性和经济性。