地鐵供電系統(tǒng)可靠性和安全性相關(guān)思考與分析

中鐵第五勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司電化通號(hào)設(shè)計(jì)研究院 葉曉偉

本文對(duì)地鐵供電系統(tǒng)可靠性與安全性相關(guān)思考進(jìn)行了分析，論述了集中式供電、分散式供電、混合式供電三種不同的地鐵供電系統(tǒng)主要方式，著重分析了影響地鐵供電系統(tǒng)可靠性與安全性的主要因素，結(jié)合相關(guān)嵌入性理論與實(shí)踐研究，提出地鐵供電系統(tǒng)可靠性與安全性的若干思考與分析。

1 地鐵供電系統(tǒng)的主要方式

除地方核心電網(wǎng)為其提供能源外，地鐵供電系統(tǒng)需借助整體電網(wǎng)設(shè)計(jì)，以此保障對(duì)電力能源的需要。構(gòu)建電網(wǎng)電源，對(duì)供電電源合理調(diào)配，較比普通電源相比，變電電壓強(qiáng)度較高，需設(shè)置專用變壓器，將電壓控制在合理范圍內(nèi)，進(jìn)而利用電網(wǎng)系統(tǒng)將電能傳遞到牽引變電所、降壓變電所。我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)主要方式主要有集中式供電、分散式供電、混合式供電，具體如下：

1.1 集中式供電

集中式供電即對(duì)地鐵變電所用電科學(xué)設(shè)置，主要體現(xiàn)在依托地鐵線路長(zhǎng)度、使用電量的差異化，在地鐵沿線設(shè)置變電所，通過(guò)對(duì)地鐵變電母線段數(shù)量、位置建立劃分。地鐵變電所需要進(jìn)行兩路電源設(shè)置，保障二者之間獨(dú)立性存在，繼而依托集中式供電方式，為地鐵運(yùn)行、牽引提供電力，如圖1所示。

圖1 集中式供電圖

以武漢三號(hào)線為例，武漢三號(hào)線地鐵供電方式采用的就是集中供電，對(duì)三號(hào)線進(jìn)行整體牽引動(dòng)力的變電所，設(shè)置在建設(shè)大道和黃浦大街交匯處“趙家條”；又如，上海地鐵二號(hào)線及明珠線，多采用集中供電的方式。從計(jì)費(fèi)角度上來(lái)看，集中式供電較為便捷，對(duì)變電所供電設(shè)備維護(hù)工作也相對(duì)簡(jiǎn)單，為工作人員調(diào)度、管理提供了便捷支持，具有一定可靠性。但從建設(shè)與投資方面來(lái)看，集中式供電耗資巨大，且使用過(guò)程中，需結(jié)合地區(qū)實(shí)際情況綜合考慮，以及對(duì)施工過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)化調(diào)整。

1.2 分散式供電

分散式供電主要是將城市電網(wǎng)區(qū)域變電所作為主要能源來(lái)源，在地鐵沿線設(shè)置降壓站以及牽引變電所，不需要設(shè)置專用變電所為其進(jìn)行配電設(shè)置。分散式供電可充分利用城市中心電網(wǎng)資源，但使用需要變電所具有雙路電源，且在地鐵沿線設(shè)置供電容量。嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，這種供電方式對(duì)地區(qū)城市電網(wǎng)要求較高，且電網(wǎng)能符合地鐵運(yùn)行所需電量。例如北京市地鐵3號(hào)線、沈陽(yáng)地鐵，都采用了分散式供電方式。這種方式中城市電網(wǎng)會(huì)受到其他區(qū)域電網(wǎng)影響，進(jìn)而出現(xiàn)供電不穩(wěn)定、不足等情況，因此，分散式供電可靠性較差，在應(yīng)用過(guò)程中，需結(jié)合地區(qū)電網(wǎng)分布、周圍電網(wǎng)分布進(jìn)行綜合設(shè)置。

1.3 混合式供電

混合式供電主要以集中式供電與分散式供電兩種供電方式相結(jié)合進(jìn)行供電的一種方式，這種方式在實(shí)施過(guò)程中，以集中供電為主、分散式供電為輔，其優(yōu)勢(shì)就是將兩種供電方式優(yōu)勢(shì)有機(jī)結(jié)合，以此保障地鐵供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性，且供電過(guò)程中，因其具備集中式與分散式供電優(yōu)點(diǎn)，因此供電較為靈活，但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，施工手段存在一定復(fù)雜性，且施工事前，需結(jié)合地區(qū)技術(shù)水平，判斷地區(qū)是否可以進(jìn)行混合式供電。

2 影響地鐵供電系統(tǒng)可靠性與安全性的主要因素

2.1 設(shè)備老化

基于地鐵供電系統(tǒng)來(lái)看，供電系統(tǒng)是通過(guò)若干具有聯(lián)系性的供電設(shè)備組成，如供電系統(tǒng)鏈（設(shè)備）中的某一環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題，那么其系統(tǒng)連接的穩(wěn)定性、可靠性就會(huì)受到影響，較為常見的就是因供電設(shè)備老化，導(dǎo)致工作運(yùn)行不流暢，進(jìn)而造成供電系統(tǒng)穩(wěn)定性出現(xiàn)問(wèn)題。地鐵運(yùn)行與管理運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，且各類設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間使用下，或多或少都會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)問(wèn)題，其中最為明顯的因素即設(shè)備老化，如無(wú)法對(duì)其老化進(jìn)行有效處理，一方面會(huì)造成設(shè)備進(jìn)一步惡化出現(xiàn)故障，另一方面會(huì)對(duì)整體地鐵電力系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、安全性造成影響，甚至于出現(xiàn)嚴(yán)重危險(xiǎn)事故。鑒于此，地鐵供電系統(tǒng)中，應(yīng)針對(duì)供電設(shè)備老化問(wèn)題進(jìn)行深度研究，積極開展定期、不定期檢測(cè)工作，如發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在異常問(wèn)題，應(yīng)積極處理，規(guī)避設(shè)備老化現(xiàn)象發(fā)生。

2.2 外部環(huán)境

外部環(huán)境泛指經(jīng)濟(jì)、自然等非人為可控因素。地鐵供電系統(tǒng)與外部環(huán)境存在直接聯(lián)系，且其系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定性、可靠性與外部因素具有密切聯(lián)系，因外界因素干擾過(guò)多，進(jìn)而導(dǎo)致其對(duì)地鐵供電系統(tǒng)穩(wěn)定性造成諸多影響。信息化、現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展態(tài)勢(shì)下，諸如新型地鐵供電設(shè)備研發(fā)推出，有效提升了地鐵運(yùn)行效率與質(zhì)量，實(shí)施地鐵建筑過(guò)程中，設(shè)備人員應(yīng)切實(shí)圍繞地方綜合因素，充分考慮外部影響因素，選用供電設(shè)備性能應(yīng)與其地鐵使用效果相適應(yīng)。

2.3 維修計(jì)劃

健全且嚴(yán)謹(jǐn)?shù)南到y(tǒng)維修計(jì)劃是保障供電穩(wěn)定性、可靠性的重要因素，地鐵供電系統(tǒng)如出現(xiàn)任何問(wèn)題，都要采取有效方法加以處理，規(guī)避問(wèn)題蔓延引發(fā)的嚴(yán)重后果。為保障地鐵系統(tǒng)高效運(yùn)行，企業(yè)應(yīng)重視維修工作各項(xiàng)規(guī)范及標(biāo)準(zhǔn)的制定，切實(shí)圍繞地鐵供電系統(tǒng)穩(wěn)定性開展。如企業(yè)忽視維修計(jì)劃，導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題，進(jìn)而誘發(fā)危險(xiǎn)事故，最終會(huì)導(dǎo)致企業(yè)出現(xiàn)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也威脅國(guó)民生命、財(cái)產(chǎn)安全。

3 提高地鐵供電系統(tǒng)安全性和穩(wěn)定性的若干思考

3.1 地鐵供電系統(tǒng)安全性分析

地鐵供電系統(tǒng)安全性研究較為關(guān)鍵，在提升其安全性的過(guò)程中，有關(guān)人員可通過(guò)綜合評(píng)判的研究及提高水平，建立模糊綜合評(píng)判體系，對(duì)影響地鐵運(yùn)行安全性的若干因子量化分析，最終對(duì)其運(yùn)行結(jié)構(gòu)內(nèi)容綜合評(píng)估。具體如下：

（1）建立因素集

因素集具有綜合多種影響分析結(jié)構(gòu)對(duì)象的集合形式，通過(guò)u代表因素集，不同因素集可通過(guò)U1、U2……Un來(lái)表示。其他因素單元的分析，都會(huì)對(duì)最終運(yùn)行結(jié)果造成直接影響。因此，有關(guān)人員可通過(guò)供電安全性分析標(biāo)準(zhǔn)模型，系統(tǒng)性分析地鐵系統(tǒng)供電安全性模糊情況。

（2）營(yíng)造評(píng)價(jià)集

構(gòu)建評(píng)價(jià)集需對(duì)評(píng)價(jià)等級(jí)擬定，如評(píng)價(jià)集為A，那么A1則代表了地鐵供電系統(tǒng)運(yùn)行處于高等安全狀態(tài)；A2表示設(shè)備運(yùn)行處于這個(gè)中等安全狀態(tài)；A3表示系統(tǒng)處于表面安全狀態(tài)；A4表示系統(tǒng)存在不安全因素；A5表示系統(tǒng)存在嚴(yán)重影響系統(tǒng)運(yùn)行安全因子。

（3）權(quán)重集構(gòu)建模式

依托敏感性分析方式，對(duì)權(quán)重情況進(jìn)行擬合分析，或依托歷史統(tǒng)計(jì)方式，對(duì)地鐵供電系統(tǒng)運(yùn)行安全性特點(diǎn)進(jìn)行確定；或依托專家評(píng)價(jià)工作方式，對(duì)其系統(tǒng)運(yùn)行安全性全面分析，進(jìn)而量化各項(xiàng)影響因子，統(tǒng)計(jì)分析與建模，生成可觀數(shù)據(jù)，為后續(xù)判斷提供數(shù)據(jù)支撐。

（4）因素評(píng)判矩陣構(gòu)建模式

為了保證地鐵工程供電系統(tǒng)分析的準(zhǔn)確性，在分析方法的內(nèi)容中，需要更多地關(guān)注判斷矩陣的構(gòu)建，而判斷矩陣的構(gòu)建又是判斷分析方法的關(guān)鍵。利用各因素對(duì)矩陣的隸屬度進(jìn)行判斷，并結(jié)合數(shù)理統(tǒng)計(jì)等多種方法對(duì)各因素的判斷結(jié)果進(jìn)行評(píng)價(jià)。

3.2 地鐵供電系統(tǒng)可靠性分析

提升地鐵供電系統(tǒng)可靠性的方法中，主要以故障樹分析法、可靠框圖法和故障模式后果法為核心?？煽靠驁D法主要研究地鐵供電系統(tǒng)鏈中若干因素（設(shè)備）的關(guān)聯(lián)方式、關(guān)聯(lián)關(guān)系。為了全面表示地鐵供電系統(tǒng)的各種結(jié)構(gòu)，依托結(jié)構(gòu)模型的可靠性框圖方式，可得到地鐵供電系統(tǒng)可靠性框圖，進(jìn)一步研究與分析地鐵供電系統(tǒng)可靠性重要影響因子。此外，現(xiàn)階段我國(guó)地鐵供電系統(tǒng)可靠性研究方法中，可靠性框圖法是分析與提高地鐵供電可靠性較為常見的方法之一。我國(guó)諸多地鐵供電研究人員通過(guò)可靠性框圖法，對(duì)地鐵供電可靠性分析，其中運(yùn)用的方式也存在相應(yīng)的差異化（并聯(lián)、串聯(lián)等）。如地鐵供電系統(tǒng)中的某一單元出現(xiàn)故障，最終引發(fā)可靠性問(wèn)題出現(xiàn)的形式為并聯(lián)機(jī)構(gòu)。從提高供電系統(tǒng)可靠性的角度分析，地鐵供電系統(tǒng)中采用電廠高壓線路，較比普通供電方式而言這種方式雖然不僅具有較高的防護(hù)性，而且發(fā)生故障的幾率也較低。而且集中供電較少連接到市區(qū)的其它線路，因此也不容易受到其它線路的干擾。甚至當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，如主變電所解列的情況，也可采取某些措施，使其它主變電所供電，以保證地鐵供電系統(tǒng)的可靠性。但相對(duì)于集中供電，分散供電連接了城市的許多其它線路，因此易受干擾，且一旦發(fā)生故障，需采用其它周邊開閉所進(jìn)行補(bǔ)償供電，對(duì)地鐵的正常運(yùn)行造成影響，降低了地鐵供電系統(tǒng)的可靠性。

結(jié)論：綜上所述，現(xiàn)代化社會(huì)發(fā)展態(tài)勢(shì)下，城市人口數(shù)量爆發(fā)式增長(zhǎng)，加之城市化建設(shè)工作的深度開展，對(duì)城市交通系統(tǒng)的要求逐漸提高，其中，地鐵為國(guó)民出行提供了快捷與便利。各地區(qū)逐漸提高地鐵項(xiàng)目建設(shè)力度與管理力度，而保障地鐵有序運(yùn)行的核心因素中，其供電系統(tǒng)的可靠性與安全性較為關(guān)鍵。因此，如何切實(shí)提高地鐵供電系統(tǒng)穩(wěn)定性及安全性，保障國(guó)民出行安全，是現(xiàn)階段地鐵建設(shè)及管理中的重要課題。