關(guān)于天津地鐵11號線供電系統(tǒng)運(yùn)行方式的分析

劉聰

摘 要：供電系統(tǒng)作為城市地鐵的大動(dòng)脈，為地鐵列車、通信系統(tǒng)及信號系統(tǒng)等提供優(yōu)質(zhì)可靠的電能，驅(qū)動(dòng)著整個(gè)地鐵線路的運(yùn)行，因此供電系統(tǒng)持續(xù)不間斷高質(zhì)量的為地鐵各系統(tǒng)供電，對保證地鐵安全、穩(wěn)定運(yùn)營顯得尤為重要。通過對天津地鐵11號線供電系統(tǒng)在正常及故障狀態(tài)下的運(yùn)行方式進(jìn)行分析，為提高供電系統(tǒng)運(yùn)行人員處理地鐵供電系統(tǒng)故障的效率，及時(shí)進(jìn)行供電系統(tǒng)運(yùn)行方式的切換，對快速恢復(fù)地鐵各系統(tǒng)供電，降低運(yùn)行影響，提供參考。

關(guān)鍵詞：地鐵;供電系統(tǒng);運(yùn)行方式

0 引言

為滿足天津地鐵11號線一期工程供電系統(tǒng)安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行靈活的要求，且有利于工程實(shí)施及方便運(yùn)營管理、降低運(yùn)營成本。天津地鐵11號線供電系統(tǒng)的供電方式為兩級集中式，電壓等級為110/35 kV，設(shè)置了兩座變電站，分別為六里臺、馴海路，主變電站的電源均源自城市電力系統(tǒng)，電壓等級為110 kV。

六里臺主變電站由天津地鐵7號線建設(shè)，八里臺為7號線與11號線的換乘車站，從該處電源電纜最終進(jìn)入11號線，并在11號線的八里臺站的變電所內(nèi)合建設(shè)置電源開閉所。馴海路主變電站由天津地鐵11號線建設(shè)，經(jīng)電纜隧道引入11號線。

1 地鐵供電系統(tǒng)的作用影響

近年來，我國城市化發(fā)展水平有顯著提升，地鐵建設(shè)項(xiàng)目規(guī)模較為可觀。地鐵為我國城市交通作出了重要貢獻(xiàn)，已然成為不可分割的一部分，作為現(xiàn)代交通工具，在城市的核心地段，均設(shè)置了地鐵站點(diǎn)，城市居民出行時(shí)更為方便。地鐵供電系統(tǒng)的有效性則決定了這一公共交通工具是否能夠長期堅(jiān)持工作。地鐵的服務(wù)內(nèi)容包括多個(gè)方面，所有的服務(wù)想要順利實(shí)施都必須有地鐵供電系統(tǒng)的支持，所以，供電系統(tǒng)在其中承擔(dān)非常重要的角色。工作人員需對地鐵供電系統(tǒng)的特點(diǎn)有明確了解，掌握其運(yùn)營方式，對地鐵供電系統(tǒng)的研究要持續(xù)深入，在建立供電系統(tǒng)時(shí)要綜合考慮實(shí)際情況。地鐵供電系統(tǒng)非單一部分組成，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度較高，其中的子系統(tǒng)也不在少數(shù)，比如內(nèi)外部供電系統(tǒng)、電力保護(hù)系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)等。

2 地鐵供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式及特點(diǎn)

2.1 集中供電的運(yùn)行方式及特點(diǎn)

地鐵供電系統(tǒng)有多種運(yùn)行模式，其中應(yīng)用率較高的為集中供電模式，該供電模式的結(jié)構(gòu)組成包括主變電所。也就是說，集中供電使用的變電供電系統(tǒng)專門用于地鐵，綜合考慮了實(shí)際電容量和地鐵長度。一般來講，主變電站的電壓在AC110kV左右，但是會(huì)視具體情況作出適當(dāng)調(diào)整，下降至AC35kV，完成內(nèi)部供電，也可以通過兩個(gè)電源分流，進(jìn)行電壓的轉(zhuǎn)變。集中供電時(shí)地鐵供電運(yùn)行管理更加簡便，會(huì)涉及多個(gè)變電所和電壓，所以較為可靠?，F(xiàn)如今，在國內(nèi)，大部分一線城市采用了集中供電模式。

2.2 分散供電的運(yùn)行方式及特點(diǎn)

分散式供電，簡單來說就是將電源分為多個(gè)區(qū)域。相較于集中供電模式，運(yùn)行理論存在很大差異，分散式供電的電源大部分來自城市供電，城市電網(wǎng)承擔(dān)著為地鐵沿線供電的任務(wù)，地鐵控制則需地區(qū)變電所來實(shí)施，通常來講，無論是分散式供電還是集中式供電，二者并無差異。采用分散式供電，增加了地鐵供電的靈活性，確保地鐵的電量充足，避免因受到其他因素影響無法供電而導(dǎo)致運(yùn)行受阻。

2.3 混合式供電的運(yùn)行方式及特點(diǎn)

將集中供電與分散供電綜合之后，形成了混合式供電，二者具備的優(yōu)點(diǎn)均由分散式供電體現(xiàn)出來。但是，在地鐵供電系統(tǒng)應(yīng)用過程中，需綜合判斷地鐵供電系統(tǒng)的實(shí)際情況，考慮到其作業(yè)需求的特殊性，所以在地鐵供電系統(tǒng)的模式選擇方面，更加偏向于集中式供電，分散式供電的應(yīng)用率次之。部分地段可以使用城市電源，增加地鐵供電電源的數(shù)量，對原本顧及不到的區(qū)域提供電源，使得供電系統(tǒng)更加安全可靠。

3 交流供電系統(tǒng)

3.1 主變電站系統(tǒng)

從其中一個(gè)220 kV變電站A增設(shè)一回線路，另一個(gè)220 kV變電站B同樣增設(shè)一回線路，將這兩條新增線路引入馴海路主變電站，構(gòu)成變電站兩回獨(dú)立電源。

從其中一個(gè)220 kV變電站C增設(shè)一回線路，另一個(gè)220kV變電站D同樣增設(shè)一回線路，將這兩條新增線路引入六里臺主變電站，構(gòu)成變電站兩回獨(dú)立電源。

馴海路變電站的主設(shè)備有兩處電源，分別來自220kV變電站A和相同電壓等級的變電站B。

六里臺變電站的主設(shè)備有兩處電源，分別來自220kV變電站C和相同電壓等級的變電站D。

其中電力系統(tǒng)220kV變電站A、B、C、D相互獨(dú)立。

以馴海路主變電站為例，馴海路主變電站設(shè)置兩臺50MVA主變壓器，110 kV側(cè)采用單母線分段接線方式，兩段母線間設(shè)母聯(lián)斷路器110kVQ1;35 kV側(cè)采用兩組單母線分段接線，其中I、II母線由1#主變接帶，III、IV母線由2#主變接帶，由絕緣管母線實(shí)現(xiàn)支接。I、IV母線之間設(shè)置母聯(lián)斷路器35Q1，II、III母線之間設(shè)置母聯(lián)斷路器35Q2。

3.2 中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)

天津地鐵11號線的供電網(wǎng)絡(luò)形式為AC35kV，在車站建有牽引變電所和降壓變電所。變電所之間的連接采用AC35kV電纜來完成，從而形成完整的地鐵11號線供電系統(tǒng)。

供電系統(tǒng)的連接方式為串聯(lián)環(huán)接，劃分三個(gè)供電分區(qū)，其中分區(qū)1（×××站-××路站）由六里臺主變電站供電;分區(qū)2（×××站-×××站）、分區(qū)3（×××站-×××站）由馴海路主變電站供電。

其中在××路站設(shè)置環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

3.3 正線變電所系統(tǒng)

車站內(nèi)變電所AC35kV采用母線間設(shè)置母聯(lián)斷路器35kVQ3的單母線分段接線方式，車站變電所每段35 kV母線上分別接帶動(dòng)力變壓器一臺，高壓側(cè)電壓為35 kV，低壓側(cè)為0.4 kV，0.4 kV母線采用母線間設(shè)置母聯(lián)斷路器0.4kVQ1單母線分段接線方式。0.4 kV開關(guān)柜內(nèi)設(shè)置三級負(fù)荷總開關(guān)和三級負(fù)荷母線，當(dāng)變電所單臺變壓器運(yùn)行時(shí)，切除所有三級負(fù)荷。

3.4 動(dòng)力照明系統(tǒng)

動(dòng)力負(fù)荷與照明負(fù)荷分開配電，動(dòng)力設(shè)備配電以放射式為主，照明配電采用放射式和樹干式相結(jié)合的方式。一級負(fù)荷由兩路電源供電，引自車站變電所不同的0.4 kV一、二級負(fù)荷母線，互為備用，電源在末級設(shè)置雙切電源箱自動(dòng)切換。

其中應(yīng)急照明由應(yīng)急電源裝置（EPS）供電。

4 交流供電系統(tǒng)運(yùn)行方式分析

4.1 正常運(yùn)行方式

天津地鐵11號線的主變電站有兩座，在××路站點(diǎn)，配有環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，六里臺和馴海路的主變電站負(fù)責(zé)不同的三個(gè)區(qū)域供電;運(yùn)行無異常的情況下，所有主變電站的母聯(lián)斷路器是處于打開狀態(tài)，電源與主電壓器分列運(yùn)行，其中一項(xiàng)有異常時(shí)，另一項(xiàng)可以作為替代。

每個(gè)地鐵變電所由兩回35 kV電源供電。運(yùn)行無異常的情況下，兩回35 kV進(jìn)線各自負(fù)責(zé)各自的供電對象，前者為變電所I段母線供電，后者則負(fù)責(zé)II段母線，母線運(yùn)行互不干擾。

運(yùn)行無異常的情況下，0.4 kV母聯(lián)斷路器處于打開狀態(tài)，動(dòng)力變壓器各自為所屬的供電負(fù)荷供電。

4.2 故障情況下運(yùn)行方式（N-1）

例如，馴海路主變電站中，有變壓器出現(xiàn)故障無法參與工作時(shí)，其他無故障主變壓器可以為該主變電站的責(zé)任供電區(qū)提供服務(wù)。

馴海路主變電站某項(xiàng)專用電源不參與運(yùn)行時(shí)，主變壓器供電任務(wù)需由該主變電站內(nèi)其他專用電源負(fù)責(zé)，確保該主變電站同時(shí)為兩個(gè)分區(qū)供電。

對于其中35 kV電源因故障無法參與運(yùn)行時(shí)，將35 kV母聯(lián)斷路器閉合，供電任務(wù)須由其他電源來完成。

5 直流供電系統(tǒng)的運(yùn)行方式

5.1 交流測

牽引變電所AC35kV的接線方式為在母線之間安裝母聯(lián)斷路器，單母線分成兩段予以連接。所有母線均設(shè)置進(jìn)線和出線各一路，進(jìn)線電源是從主變電所引入，為相鄰變電所提供電源。

5.2 直流側(cè)

整流器正極連接于DC1500V母線，中間設(shè)置直流快速開關(guān);負(fù)極則連接于負(fù)母排，中間連接手動(dòng)隔離開關(guān)。

DC1500V母線采用單母線接線型式，正線典型變電所設(shè)置的直流饋線有4路，其經(jīng)由直流快速開關(guān)與接觸網(wǎng)的上行和下行電動(dòng)隔離開關(guān)進(jìn)行連接，分別向地鐵左線大小里程兩個(gè)方向、右線大小里程兩個(gè)方向供電臂供電，每條供電臂由相鄰變電所各出1路DC1500V直流饋線供電，左線大小里程兩個(gè)方向供接觸網(wǎng)供電臂間設(shè)置越區(qū)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，同樣右線大小里程兩個(gè)方向供接觸網(wǎng)供電臂間設(shè)置越區(qū)聯(lián)絡(luò)開關(guān)。

6 直流供電系統(tǒng)運(yùn)行方式分析

6.1 正常運(yùn)行方式

牽引變電所中的兩套整流機(jī)組并聯(lián)工作，正線相鄰牽引變電所對正線牽引網(wǎng)實(shí)行雙邊供電;車輛段牽引網(wǎng)由車輛段內(nèi)的牽引變電所供電。

6.2 任一座牽引變電所解列退出時(shí)的運(yùn)行方式

（1）大雙邊供電方式。當(dāng)正線任一座牽引變電所因故障退出運(yùn)行解列時(shí)（不含末端牽引變電所），閉合因故障退出運(yùn)行的變電所左線及右線大小里程兩個(gè)方向供接觸網(wǎng)供電臂間越區(qū)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由故障牽引變電所相鄰的兩座牽引變電所越區(qū)構(gòu)成大雙邊供電。

（2）單邊供電方式。當(dāng)末端站牽引變電所解列時(shí)，閉合因故障退出運(yùn)行的變電所左線及右線大小里程兩個(gè)方向供接觸網(wǎng)供電臂間越區(qū)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由故障牽引變電所相鄰的牽引變電所越區(qū)構(gòu)成單邊供電。

當(dāng)車輛段牽引變電所解列時(shí)，閉合左線及右線大小里程兩個(gè)方向供接觸網(wǎng)供電臂間越區(qū)聯(lián)絡(luò)開關(guān)，由正線相鄰的末端站牽引變電所向定修段進(jìn)行支援供電。

（3）單機(jī)組方式。牽引變電所一套整流機(jī)組故障時(shí)，允許另一套整流機(jī)組繼續(xù)運(yùn)行，不考慮相鄰兩座牽引變電所同時(shí)單機(jī)組運(yùn)行的工況。

7 結(jié)束語

城市地鐵已經(jīng)成為人們通勤及出行的首選，為保障地鐵正常穩(wěn)定運(yùn)營，地鐵供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)者將雙電源的理念貫穿于整個(gè)供電系統(tǒng)，主變電站雙電源進(jìn)線或是雙主變電站設(shè)計(jì)，110 kV單母線分段接線或是末端的雙電源切換箱，無不體現(xiàn)著雙電源的理念，最大限度的保障地鐵各系統(tǒng)持續(xù)可靠的用電。通過對天津地鐵11號線供電系統(tǒng)的分析，增進(jìn)大家對地鐵供電系統(tǒng)運(yùn)行方式的了解，加之保護(hù)及自動(dòng)化裝置在供電系統(tǒng)中的普遍應(yīng)用，供電系統(tǒng)運(yùn)行方式的切換更加準(zhǔn)確快速，確保地鐵各個(gè)系統(tǒng)安全、可靠的運(yùn)行。

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