基于地鐵事故對(duì)供電系統(tǒng)的分析

蔡漢峰

（中鐵二十二局集團(tuán)電氣化工程有限公司 北京市 100076）

1 概 述

地鐵作為一種獨(dú)立的交通系統(tǒng)，受到地面道路的影響較小。屬于有軌的交通工具，它的運(yùn)輸組織、功能的實(shí)現(xiàn)、安全的保證應(yīng)遵循一定的規(guī)則，工作人要按規(guī)程操作。為了保證地鐵列車(chē)運(yùn)行安全、正點(diǎn)，在集中調(diào)度、統(tǒng)一指揮的原則下，這就需要制定一系列規(guī)章制度來(lái)規(guī)范。

1.1 供電系統(tǒng)

城市軌道交通系統(tǒng)中，地鐵的供電系統(tǒng)是最為基礎(chǔ)的設(shè)施，它是為了軌道交通系統(tǒng)中的各種用電設(shè)備提供動(dòng)力的電源，以確保交通列車(chē)和各種設(shè)備正常的運(yùn)行。通常我們稱(chēng)由電源系統(tǒng)和輸配電系統(tǒng)組成的能產(chǎn)生電能并供應(yīng)和給設(shè)備輸送所需電的系統(tǒng)為供電系統(tǒng)。而所謂的地鐵供電系統(tǒng)，就是為地鐵的運(yùn)營(yíng)提供電能的系統(tǒng)。地鐵是由電力牽引電動(dòng)的列車(chē)，電能是動(dòng)力；還有，地鐵中的輔許多助設(shè)施，其中包括照明、排水通風(fēng)、空調(diào)、信號(hào)、通信、防災(zāi)報(bào)警等等，也都是依靠電力系統(tǒng)供電的。

一般地鐵的供電電源是來(lái)自城市的電網(wǎng)，通過(guò)城市電網(wǎng)的電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送，以一定的電壓供電。另外，系統(tǒng)主要有外部供電和地鐵內(nèi)部供電兩部分。選擇何種供電系統(tǒng)，就要根據(jù)需求來(lái)加以權(quán)衡取舍。

1.2 供電系統(tǒng)分類(lèi)及分析

根據(jù)用電性質(zhì)的差異，系統(tǒng)也可分為兩部分：牽引供電系統(tǒng)和動(dòng)力照明供電系統(tǒng)。而其中的牽引供電系統(tǒng)有牽引變電所和牽引網(wǎng)兩部分，動(dòng)力照明供電系統(tǒng)有降壓變電所和動(dòng)力照明配電系統(tǒng)。

其中，牽引供電的系統(tǒng)分別有主變電所、牽引變電所、接觸網(wǎng)、電力監(jiān)控和供電纜網(wǎng)等部分，實(shí)現(xiàn)對(duì)地鐵車(chē)輛牽引；動(dòng)力照明的供電系統(tǒng)有降壓變電所、低壓母線(xiàn)排、配電設(shè)備、線(xiàn)纜和用電設(shè)備等部分。

通常城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成由主變電所；牽引變電所；降壓變電所三部分組成。主變電所組成部分分別有：

（1）主變壓器；

（2）110 kV GIS組合電器；

（3）主變電所的二次設(shè)備；

（4）環(huán)網(wǎng)電纜。

這樣，在建設(shè)地鐵軌道系統(tǒng)的時(shí)候，都需要統(tǒng)籌兼顧，做好各個(gè)主要組成部分的設(shè)計(jì)建設(shè)工程。只有做好每一步，才能確保運(yùn)行的安全。

2 供電方式

主要的供電方式有：“第三軌供電方式”、“接觸網(wǎng)供電方式”。第三軌供電方式是在列車(chē)運(yùn)行時(shí)，靠車(chē)輛底部的電刷接觸受流軌而傳導(dǎo)電力，天津地鐵一號(hào)線(xiàn)就是用這種供電方式；接觸網(wǎng)供電是在軌道的上方架設(shè)高壓線(xiàn)，輸入直流電作為牽引的動(dòng)力。第三軌供電的距離一般低于30 km，而接觸網(wǎng)供電就可達(dá)60 km以上。

第三軌供電方式優(yōu)勢(shì)分析：它是安裝在軌道的梁上，車(chē)輛與第三軌接觸面大而且對(duì)其磨損小。易于安裝，而且檢修方便、維護(hù)簡(jiǎn)單，壽命也很長(zhǎng)，可減少牽引變電所數(shù)量和投資。

而從技術(shù)上來(lái)講，車(chē)輛在高速之下并不能準(zhǔn)確地抓緊帶電軌，所以采用第三軌供電的軌道線(xiàn)的速度不受到限制。另外，第三軌還存在電流的流失問(wèn)題。由于帶電道接近地表，盡管安裝有整體絕緣支架，但還是仍會(huì)有電流的流失。供電方式的選擇，在各個(gè)省份、城市都會(huì)有所不同，當(dāng)然在技術(shù)上的問(wèn)題是主要的約束。經(jīng)濟(jì)的選擇軌道系統(tǒng)供電方式，是設(shè)計(jì)師考慮主要因素。

3 供電方式區(qū)別

（1）接觸網(wǎng)供電，列車(chē)上方電網(wǎng)的電壓為1 500 V。此法安全系數(shù)較高，技術(shù)含量很大，而且鋪設(shè)難度大，所以費(fèi)用高昂。廣州、上海等城市的地鐵線(xiàn)路就用此法。

（2）第三軌，不是列車(chē)運(yùn)行的軌道，供電的是與軌道平行的第三軌道，是用較輕的工型鋼鋪設(shè)而成的。第三軌其實(shí)就是在兩軌道的中間加一條鋼軌，在鋼軌上面涂上一層易導(dǎo)電金屬，然后由機(jī)車(chē)集電頭接電。

目前我國(guó)各大城市地鐵都是采用接觸網(wǎng)，但有些地方用的是第三軌。地鐵列車(chē)是用電驅(qū)動(dòng)的。第三軌在線(xiàn)路旁邊鋪設(shè)的一條通電軌，與接觸網(wǎng)供電方式有區(qū)別。地鐵的鐵軌確實(shí)是有電的，只是不會(huì)致人死亡。軌上電壓高達(dá)幾十萬(wàn)伏，但電流非常小。真正能致人死亡的是第三軌，第三軌常是在站臺(tái)下面，那是地鐵真正供電軌。所以，就各方面考慮，接觸網(wǎng)是地鐵供電比較安全的選擇。

4 事故案例分析

4.1 事故背景

2011年9月27日14：10分，上海地鐵10號(hào)線(xiàn)新天地站設(shè)備發(fā)生故障，上海交通大學(xué)至南京東路上下行是采用電話(huà)閉塞的方式，列車(chē)需要限速運(yùn)行。在期間14：51分列車(chē)豫園至老西門(mén)下行的區(qū)間兩列車(chē)發(fā)生追尾，14點(diǎn)51分，虹橋路站至天潼路站9站路段實(shí)施臨時(shí)封站措施，其余兩端采取小交路方式保持運(yùn)營(yíng)，啟動(dòng)公交配套應(yīng)急預(yù)案，公安、武警等趕赴現(xiàn)場(chǎng)協(xié)助疏散。截至2011年9月27日20：38分，兩列事故列車(chē)內(nèi)500多名乘客已經(jīng)全部撤離車(chē)站，經(jīng)初步統(tǒng)計(jì)，約有傷員40余名，大部分為輕微傷乘客，未發(fā)現(xiàn)重傷。這一起事故，引起全國(guó)人們的廣泛關(guān)注，事故原因，更是人們談?wù)摰脑?huà)題。

4.2 事故分析

上海地鐵的這一起地鐵追尾事故一部分是緣于供電系統(tǒng)的故障，也就是在供電網(wǎng)絡(luò)信號(hào)上出現(xiàn)的問(wèn)題。

上海地鐵10號(hào)線(xiàn)事故當(dāng)日下午公布的調(diào)查結(jié)果認(rèn)為，起因于當(dāng)天設(shè)備失電，使運(yùn)營(yíng)信號(hào)中斷，地鐵10號(hào)線(xiàn)行車(chē)作業(yè)人員即采取人工調(diào)度行車(chē)方式，但是有關(guān)人員未能?chē)?yán)格執(zhí)行相關(guān)管理規(guī)定，導(dǎo)致事故發(fā)生。

雖然這一最新進(jìn)展中明晰了有關(guān)人員在人工調(diào)度行車(chē)方式階段的失職行為，但是“設(shè)備失電”導(dǎo)致“運(yùn)營(yíng)信號(hào)中斷”的表述并未能厘清公眾的疑惑，即為何信號(hào)失電。

地鐵供電根據(jù)功率大小、安全等級(jí)大小的不同分為動(dòng)力線(xiàn)、控制用電、輔助設(shè)備供電、車(chē)輛用電幾種?？刂仆ㄐ判盘?hào)系統(tǒng)的供電是控制用電。

一般而言，除了正常的供電之外，根據(jù)地鐵規(guī)范要求，任意變電所必須有兩路電源。通信信號(hào)更是自帶供電電源，就像蓄電池一樣，作為應(yīng)急電源來(lái)用，容量很小，大概可以供電半小時(shí)左右，可以避免信號(hào)系統(tǒng)突然斷電。在兩路的電源供電，通信信號(hào)系統(tǒng)也具有電源的情況下，什么情況導(dǎo)致必須切換人工調(diào)度目前仍不得而知，這些都有待進(jìn)一步的調(diào)查。人為因素造成的事故，當(dāng)然也不能排除，但是軌道建設(shè)的質(zhì)量問(wèn)題，以及在系統(tǒng)維護(hù)上的技術(shù)問(wèn)題，都是可能的原因。

一條地鐵供電的系統(tǒng)的建設(shè)周期通常較長(zhǎng)，需要4～5年的時(shí)間，這就需要我們?cè)诮ㄔO(shè)和實(shí)際操作的過(guò)程中，根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)的特點(diǎn)，利用項(xiàng)目管理工作分解知識(shí)，對(duì)地鐵供電系統(tǒng)項(xiàng)目管理內(nèi)容進(jìn)行全面分解，繪制地鐵供電系統(tǒng)分解圖。根據(jù)地鐵供電系統(tǒng)任務(wù)分解圖和項(xiàng)目人員構(gòu)成，把每項(xiàng)工作進(jìn)行了責(zé)任分配，形成了項(xiàng)日責(zé)任矩陣，使每項(xiàng)任務(wù)落實(shí)到人，做到責(zé)任分明、有法可依。

5 國(guó)內(nèi)地鐵建設(shè)情況

隨著經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)，社會(huì)的需求也越來(lái)越大，對(duì)于交通設(shè)施的建設(shè)更是亟待解決的問(wèn)題。所以各個(gè)大城市都加大了對(duì)軌道交通的建設(shè)，以滿(mǎn)足人們的出行需要。下面就列舉一些主要城市在這方面的建設(shè)情況：

（1）廣州地鐵1號(hào)線(xiàn)在機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)中采用的管理模式是：主要是對(duì)地鐵機(jī)電各個(gè)子系統(tǒng)的內(nèi)在的質(zhì)量、整體的性能、相互之間的接口進(jìn)行組織、協(xié)調(diào)、監(jiān)督、管理等，并對(duì)項(xiàng)目的安排進(jìn)行規(guī)劃。

（2）廣州地鐵2號(hào)線(xiàn)在總結(jié)1號(hào)線(xiàn)經(jīng)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，由廣州地鐵總公司和中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院合作，實(shí)施了項(xiàng)目管理的工程設(shè)備質(zhì)量的管理機(jī)制。

（3）南京1號(hào)線(xiàn)一期工程供電系統(tǒng)于2001年實(shí)施了項(xiàng)目管理系統(tǒng)的建設(shè)，這個(gè)任務(wù)是由中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院獨(dú)立承擔(dān)完成。

（4）北京地鐵大部分是第三軌供電方式。常規(guī)線(xiàn)路一般采用第三軌上部受流的方式，機(jī)場(chǎng)線(xiàn)則是第三軌下部受流的方式。

系統(tǒng)地作好地鐵軌道建設(shè)規(guī)劃，借鑒、引進(jìn)國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，是加快我國(guó)地鐵建設(shè)的基本原則。針對(duì)每條地鐵線(xiàn)，要采用項(xiàng)目管理的理念做好前期和后期的規(guī)劃。

一些大學(xué)生提出了改造地鐵閘機(jī)成為發(fā)電裝置的創(chuàng)意。這一創(chuàng)意在地鐵閘機(jī)內(nèi)安裝發(fā)電機(jī)，再連接蓄電池，乘客每經(jīng)過(guò)一次閘機(jī)，三輥閘滾動(dòng)就會(huì)帶動(dòng)整個(gè)裝置發(fā)電，這樣發(fā)出來(lái)的電雖然微弱，但經(jīng)過(guò)測(cè)算得出，電力應(yīng)該可以給地鐵廣告牌供電。這樣可以輔助地鐵的供電，當(dāng)然這也只是一方面的輔助供電策略。

地鐵的信號(hào)系統(tǒng)是城市軌道交通機(jī)電系統(tǒng)中最核心、最關(guān)鍵，也是技術(shù)含量最高的系統(tǒng)，其發(fā)展離不開(kāi)工業(yè)軟件的有力支撐。所以，在今后的我國(guó)地鐵軌道交通建設(shè)方面上，要加快自行研制自己的地鐵信號(hào)系統(tǒng)。只有這樣才能更好地建設(shè)城市交通，解決交通的問(wèn)題。

6 結(jié) 語(yǔ)

我國(guó)地鐵建設(shè)開(kāi)始于1965年，到2010年，有地鐵的城市主要有北京、上海、天津、南京、廣州、深圳、沈陽(yáng)等。其中，北京、上海等已經(jīng)有了十多條地鐵運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路。到2010年底，我國(guó)擁有地鐵運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路42條，運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路總長(zhǎng)度達(dá)到1 217 km了。

近年來(lái)，我國(guó)地鐵建設(shè)進(jìn)入到一個(gè)大跨越的時(shí)期。一線(xiàn)的城市繼續(xù)拓展地鐵線(xiàn)路，二、三線(xiàn)城市地鐵項(xiàng)目也申請(qǐng)著。在寸土寸金的大都市里，地鐵已經(jīng)成為占用土地和空間最少、運(yùn)輸能量最大、運(yùn)行速度最快、環(huán)境污染最小、乘客最安全舒適的理想交通方式。50多年來(lái)中國(guó)的地鐵建設(shè)取得了不錯(cuò)成績(jī)，緩解了城市交通壓力。但是與國(guó)外相比，我國(guó)地鐵建設(shè)起步得較晚，所以至少在未來(lái)十多年期間內(nèi)還是發(fā)展的黃金時(shí)期。