軌道交通主變電站與城市電網變電站合建模式探討

何 斌

(中鐵第四勘察設計院集團有限公司,430063,武漢∥工程師)

我國城市軌道交通供電系統大多采用集中供電方式,軌道交通自建110 kV/35 kV主變電站,中壓網絡一般采用35 kV供電網絡。

為了節省工程投資,節約電力、土地資源,大多數主變電站建設在線路的換乘站附近。但換乘站大多處于商業繁華地帶或者大型居住區,一般都是人流密集、交通繁忙、大型建筑林立、地面擁擠的地帶,同時也是土地資源和電力資源相對緊張的地方。要在這些地段找出設置主變電站合適的用地和電源,通常比較困難。在我國各大城市軌道交通的建設過程中,都遇到了主變電站選址困難、電源點較遠、電源引入困難等實際問題。因此,需要尋求一些新的變電站建設模式來解決軌道交通主變電站實施困難的難題。

1 主變電站建設模式的新思路

目前我國城市配電網絡多為10 kV供電網絡(城區已逐步取消了35 kV供電網絡),為城市配電網絡直接供電的一般為110 kV/10 kV變電站。在變電站的建設工程中,軌道交通110 kV主變電站和城市電網110 kV變電站都遇到了變電站選址、高壓電纜通道拆遷量大、路徑遠等困難。同時,隨著用電負荷的快速增長以及土地資源日趨稀少,城市電網的110 kV間隔也日趨緊缺。我國多個城市就出現了軌道交通建設的主變電站因附近220 kV/110 kV變電站沒有110 kV間隔而需要從較遠的220 kV變電站引入110 kV電源的情況。由于大量的拆遷工程,110 kV電纜工程造價每公里高達500萬～800萬元左右。增加110 kV電源引入距離,必將大大增加工程投資。

既然軌道交通110 kV變電站和城市電網110 kV變電站在建設實施時都面臨著同樣的困難,如果將位置臨近的軌道交通110 kV變電站和城市電網110 kV變電站合建,共用110 kV電源或者采用三卷變壓器將其完全整合成一座110 kV變電站,則可以減少一半的110 kV電源工程量和部分減少變電站的用地面積,節約日益緊缺的電力和土地資源,同時也有利于軌道交通在建設主變電站時和電力部門的配合和建成后的運營維護。

2 主變電站和城市變電站合建方案

2.1 合建的模式

根據城市軌道交通主變電站和城市電網 110 kV變電站的合建程度,有鄰建、半合建、全合建等三種合建模式。

2.1.1 鄰建模式

鄰建模式是指軌道交通110 kV變電站和城市電網110 kV變電站僅共用110 kV電源,變電站本體部分完全獨立建設的方式;兩變電站均設置110 kV GIS(氣體絕緣開關柜)、110 kV/35 kV(或110 kV/10 kV)變壓器、35 kV(或10 kV)開關柜等設備。為了節省土地資源,兩變電站可以相鄰建設,共用運輸通道、消防通道等。為了實現獨立管理,兩變電站可以用圍墻隔開。該模式的主接線圖如圖 1所示。

鄰建模式相對于完全獨立建設的模式,節省了近一半的110 kV電源工程,也節省了2個110 kV饋線間隔;同時由于變電站本體部分完全獨立建設,有利于獨立運營和管理。

圖1 鄰建模式主接線示意圖

2.1.2 半合建模式

該模式中,軌道交通110 kV變電站和城市電網110 kV變電站不僅共用110 kV電源,而且共用110 kV進線GIS開關;軌道交通110 kV變電站僅設置110 kV/35 kV變壓器、35 kV開關柜等設備。該模式下兩變電站應建設在一起,但為了方便管理,軌道交通變電站也可和城市電網110 kV變電站采用圍墻等物理隔開。該模式的主接線圖見圖2。

圖2 半合建模式主接線示意圖

半合建模式不但共用110 kV電源工程,還共用了變電站110 kV進線開關等設備,投資更省。但城市電網110 kV變電站的110 kV開關動作會影響到軌道交通110 kV變電站的運行。如城市電網110 kV變電站一組變壓器檢修或故障跳閘,軌道交通110 kV變電站的一回110 kV電源也會被切除。

2.1.3 全合建模式

該模式是軌道交通110 kV變電站和城市電網110 kV變電站完全合建的模式,不僅共用110 kV電源和110 kV進線GIS開關,而且采用110 kV/35 kV/10 kV三繞組變壓器,軌道交通只需要設置35 kV母線和35 kV饋線開關等設備。全合建模式其形式類似于分散供電方式,但又具有集中供電方式的特點。該模式的主接線圖見圖3。

圖3 全合建模式主接線示意圖

全合建模式實現了最大程度的合建,投資最省。但該模式的運行受城市電網變電站的運行影響較大,如城市電網變電站電源檢修、變壓器檢修或故障等都會影響到軌道交通35 kV電源的正常供電。

2.2 三種合建模式的優缺點

三種主變電站合建模式各有特點,相對于傳統建設模式,都不同程度地節省了工程投資、電力和土地資源。城市軌道交通主變電站獨立建設,以及與城市變電站鄰建、半合建和全合建的對比分析見表1。

從表1可以看出,主變電站獨立建設供電可靠性最高;但投資也最高;從各個城市的實施情況來看,因征地困難、沒有110 kV電源等原因,實施難度很大。與城市變電站鄰建方式相對于主變電站獨立建設的方案可分擔約一半的110 kV電源投資和運營維護費用,大大節省了工程投資,其供電可靠性也較高,所以武漢、無錫等地擬采用這種模式。與城市變電站全合建的方式工程投資和運營維護費用最低。從廣義上講,該方式也可視為是結合我國城市電網已逐步取消了35 kV電壓等級的供電網絡,是不具備直接采用35 kV電源分散供電方式情況下的一種特殊的分散供電方式。相對目前國內軌道交通采用的分散供電方式,由于其不共用電力變電站饋線母線,供電可靠性更高。

三種合建模式各具特點,在工程中均可實施。

表1 三種合建模式與獨立建設模式的對比分析表

2.3 主變電站合建后對供電可靠性的影響

軌道交通110 kV變電站和城市電網110 kV變電站合建后,因共用110 kV電源或變壓器而相互影響,因此其供電可靠性較單獨建設有所降低。但由于城市軌道交通供電系統采用冗余設計,在任一回電源故障時,可由另一回電源供電,即使兩回電源都故障退出運行,還可由相鄰主變電站越區支援供電,所以,合建模式的供電可靠性雖稍有降低,但不會影響到供電系統的正常運行。同時,從國內城市軌道交通多年運營經驗來看,主變電站兩回電源故障同時退出運行的發生概率極低,而且很多還是由于上級220 kV變電站停電造成的。所以軌道交通110 kV變電站和城市電網110 kV變電站合建供電能保證軌道交通的安全運營。

合建后,軌道交通主變電站畢竟受到城市用戶的影響。為了確保軌道交通的供電安全,同一條線如果有兩座以上主變電站,宜保證有一座主變電站單獨建設,以便故障時支援供電。

3 結語

與城市電網110 kV/10 kV變電站合建的模式是解決目前國內城市軌道交通建設中主變電站選址困難、電源引入工程投資較大的一種新思路。在工程具體實施時,可結合各個工程供電可靠性需求、電源情況、場地大小,以及城市電網110 kV變電站要求等具體情況,選擇適當的合建方案。和城市電網變電站合建的方案需要得到電力、規劃等部門的支持和配合;在方案設計階段,應加強和相關部門的溝通協調,研究合建的可能性和具體的合建模式。

行駛中的天津單軌導向有軌電車

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