天津輕軌供電系統(tǒng)節(jié)約方案研究

劉枳鋆(天津?yàn)I海快速交通發(fā)展有限公司天津 300451)

天津輕軌供電系統(tǒng)節(jié)約方案研究

劉枳鋆
(天津?yàn)I海快速交通發(fā)展有限公司天津 300451)

以天津輕軌為例，對(duì)城市軌道供電系統(tǒng)建設(shè)和規(guī)劃中優(yōu)先考慮的工程造價(jià)、電源接入、高可靠性、建設(shè)周期較長(zhǎng)的特點(diǎn)，對(duì)城市軌道交通中壓網(wǎng)外部電源供電和運(yùn)行方式、電壓等級(jí)等作分析比較，遴選適合天津輕軌的供電方案。

天津輕軌；供電系統(tǒng)；節(jié)約；中壓供電網(wǎng)絡(luò)

1 引言

我國(guó)自“十一五”計(jì)劃實(shí)施以來(lái)，城市軌道交通作為一種安全、高效的交通方式引起越來(lái)越多的重視，很多大中型城市正在建設(shè)和規(guī)劃。軌道交通各系統(tǒng)中，供電系統(tǒng)是重要的動(dòng)力來(lái)源，且具有設(shè)計(jì)多樣性和多選擇性的特點(diǎn)。研究和選擇好供電方式，可大量節(jié)約造價(jià)、減少施工量和提高安全供電系數(shù)等優(yōu)勢(shì)。

2 輕軌外部電源供電方式的分析和比較

輕軌用電負(fù)荷根據(jù)其線路的路徑分布，變電所沿輕軌線路分散設(shè)置。常用有三種供電方式：分散、集中和混合供電方式。

分散供電方式：不需設(shè)置專(zhuān)用主變電所，就近引入兩回路電源(35kV或10kV)供電。

集中供電方式是：需設(shè)置專(zhuān)用主變電所，其特點(diǎn)是：電壓等級(jí)高、電網(wǎng)接入點(diǎn)少、進(jìn)線少、電源可靠且質(zhì)量好、電網(wǎng)的改造量少、節(jié)約工程量。同時(shí)，軌道交通集中供電系統(tǒng)自成體系、運(yùn)營(yíng)維護(hù)和調(diào)度管理方便。上海、廣州、深圳等城市的軌道交通線路均采用集中供電方式。

混合供電方式是：一般以集中供電為主、分散供電為輔的混合供電方式，保護(hù)和管理較為復(fù)雜。

表1 集中供電方式與分散供電方式的比較

1）集中式供電可提高供電可靠性；

2）集中式供電可減少軌道交通負(fù)荷的諧波、沖擊電流對(duì)公用電網(wǎng)的影響。同時(shí)，減少公用電網(wǎng)諧波及擾動(dòng)對(duì)軌道交通供電的影響，使之獲得較穩(wěn)定的供電質(zhì)量；

3）集中式供電，雖一次性投資較大，但維護(hù)管理簡(jiǎn)單，運(yùn)行成本比較低。

綜上所述，天津輕軌供電系統(tǒng)采用集中式供電方式較為適宜，電源電壓等級(jí)采用110kV。

3 中壓供電方式和供電電壓等級(jí)的比較

3.1 中壓供電網(wǎng)的電壓選擇

在我國(guó)采用集中供電中壓網(wǎng)一般有兩種選擇：

1 )牽引和動(dòng)力照明分別獨(dú)立設(shè)置。牽引供電采用35(33)kV、動(dòng)力照明采用10kV，即通常所說(shuō)的110/35(33)/10kV的三級(jí)電壓供電方式。國(guó)內(nèi)上海地鐵1、2號(hào)線和明珠線采此方式，其他項(xiàng)目沒(méi)有采用。

2 )牽引和動(dòng)力照明共用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)，屬于混合供電網(wǎng)絡(luò)。采用35(33、10)kV電壓等級(jí)，即通常所說(shuō)的110/35(33、10)kV兩級(jí)電壓供電。上海軌道交通6～13號(hào)線，廣州地鐵1～6號(hào)線及廣佛線，深圳地鐵一期工程和2、3、5號(hào)線，天津地鐵2、3號(hào)線等采用或擬采用這種電壓供電。

中壓網(wǎng)采用兩級(jí)或三級(jí)電壓進(jìn)行供電，優(yōu)缺點(diǎn)不同，具體為：

1)二級(jí)電壓供電中，牽引和動(dòng)力照明屬于同一個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)，設(shè)備種類(lèi)少，故障概率低，總投資少。而三級(jí)電壓供電將牽引和動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)分開(kāi)，雖然牽引供電可靠性較高，但需增設(shè)降壓變電所，且設(shè)備種類(lèi)多，故障概率增大，總投資大。

2 )二級(jí)電壓供電中，單一較高電壓，供電容量大，線損小，合理供電的范圍更大。單一電網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)量小、運(yùn)營(yíng)成本較低。

通過(guò)上述比較，天津輕軌軌道交通工程采用兩級(jí)電壓供電的中壓網(wǎng)較為適宜。

3.2 中壓網(wǎng)電壓等級(jí)選擇

一般來(lái)說(shuō)，國(guó)外城市軌道交通的中壓供電網(wǎng)通常采用33kV、20kV和10kV電壓等級(jí)。國(guó)內(nèi)采用35kV、33kV和10kV電壓等級(jí)。

中壓網(wǎng)絡(luò)一般有35kV、20kV和10kV三種等級(jí)，特點(diǎn)比較見(jiàn)表2。

由表2可見(jiàn)，35kV中壓供電網(wǎng)絡(luò)擁有輸電半徑和容量大、線損小、總面積小、國(guó)產(chǎn)化高、總成本低等特點(diǎn)，這使得土地資源和電費(fèi)都能得到很大節(jié)約，同時(shí)，35kV是我國(guó)電網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)，35kV電器產(chǎn)品已經(jīng)十分成熟，管理維修優(yōu)勢(shì)明顯。因此，天津輕軌中壓電網(wǎng)采用35kV電壓等級(jí)較為適宜。

表2 不同電壓等級(jí)中壓網(wǎng)絡(luò)的比較

4 110kV主變電所接入方案

4.1 外部電源接入天津輕軌主變電站的形式

由于天津現(xiàn)有的110kV變電站基本采用線變組接線，天津輕軌主變電所的110kV電源不能從110kV變電站取得。因此天津輕軌外部電源接入只有兩種形式：從220kV變電站不同110kV母線引出兩回電源專(zhuān)線；或從220kV變電站引出一回專(zhuān)線，加一回在另一個(gè)220kV變電站的110kV出線的T接線，作為天津輕軌的主變電所的兩路電源。

序號(hào)項(xiàng)目?jī)苫貙?zhuān)線一回專(zhuān)線、一回T接

1 運(yùn)行方式靈活，可靠性高，主變電所可以采用線變組接線；靈活，可靠性高，主變電所需采用橋形接線；

2 運(yùn)營(yíng)維護(hù)對(duì)任何1回電源維護(hù)簡(jiǎn)單，只需斷開(kāi)兩側(cè)斷路器即可，運(yùn)營(yíng)維護(hù)方便；對(duì)任何T接進(jìn)線電源的維護(hù)均需斷開(kāi)電力系統(tǒng)多側(cè)斷路器，運(yùn)營(yíng)維護(hù)不方便。正常運(yùn)行時(shí)，T接線在熱備用狀態(tài)；

3 經(jīng)濟(jì)性投資較大投資較小

4.2 主變電所主接線及運(yùn)行方式

目前，國(guó)內(nèi)主變電所110kV側(cè)常用的接線有三種，即線路—變壓器組接線、內(nèi)橋接線和單母線接線，如圖1所示。

圖1 主變電所三種接線方式示意圖

三種接線方式比較見(jiàn)下表3。

表3 主變電所110kV側(cè)接線方式比較表

經(jīng)表3比較：推薦天津輕軌主變電所的主接線為內(nèi)橋接線。它能滿足軌道交通供電可靠性的要求，且在主變電所投切主變、檢修、設(shè)備故障時(shí)，對(duì)外部中壓網(wǎng)影響最小，方便維護(hù)檢修。

5 結(jié)論

結(jié)合天津輕軌實(shí)際，在節(jié)約成本和保證安全運(yùn)營(yíng)的基礎(chǔ)上，作出了天津輕軌合適的供電方案，有效地節(jié)約的能源和成本，經(jīng)過(guò)建設(shè)運(yùn)營(yíng)后，各項(xiàng)數(shù)據(jù)均能達(dá)到既定水平，成為北方軌道交通系統(tǒng)不多的經(jīng)典范例。

[1]陳海軍.地鐵供電系統(tǒng)的供電方式及其選擇.現(xiàn)代城市軌道交通,2005(4)

[2]李峰.電氣化高速鐵路供電研究.中國(guó)科技信息,2007(14)

[3]王博.城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成及應(yīng)用.中國(guó)鐵路,2008(12)

[4]吳俊勇.京津城際軌道交通工程外部電源方案的建議.電氣化鐵道,2006(2)