環網供電技術在地鐵供電系統中的應用

摘 要：隨著城市發展速度加快、城市人口激增，交通堵塞現象越來越嚴重，而地鐵的出現有效地緩解了這一局面。為保證地鐵的正常運行，我們使用環網供電這一先進技術來保障地鐵供電系統的安全與穩定。

關鍵詞：環網供電；地鐵供電系統；應用可靠性

1 環網供電技術概述

在中壓供電系統中，環網供電技術得到了廣泛應用。環網供電將原來的復雜線路進行簡化，縮短了線路總長度，方便對整個線路進行監控、管理，并且兩個供電電源能夠對重要供電區域進行大規模送電。環網供電系統中設置了極少的開關設備，因此減少了出現故障的幾率；即使出現故障，自動化的供電設備也及時為故障排查提供便利條件。

環網供電技術已經在國外得到了廣泛應用，我們國家也認識到這種供電技術的巨大優越性，已經將其在用電負荷比較集中的區域推廣使用。政府建設部、能源部頒布了相關文件用以指導中壓配電網建設，主要推薦以下四種配電網絡形式：街道周圍架設的格式網絡系統；分段多、聯系性好的架空網絡形式；單環網配電系統；雙環網配電系統。

環網供電的實施原則：

（1）設計鋪設線路時保證不同線路之間的互補作用；（2）合理規劃線路分段方法、分段數量、分段點選擇，杜絕局部線路故障造成整個供電線路癱瘓的情況發生；（3）線路主干道進行合理分段，平均分配用電負荷和用戶數量；（4）配電線路中安置自動化設備，線路出現故障時能將故障區域自動隔離，不影響其他居民正常用電；（5）在配電線分支干道上設置多層開關，隔離分支線故障，避免主干線受到故障影響；（6）及時升級配電設備以保證對整個配電網絡進行遠程監控。

2 地鐵供電系統概述

地鐵供電系統是為地鐵運營服務的，其主要職責是保證所有的地鐵電力設備安全、可靠地運行。地鐵供電系統由兩大部分組成：一部分為城市電網引入的電源；另一部分為地鐵內部供電系統，包括主變電所、牽引供電系統、供配電系統。地鐵供電系統作為城市電網的重要用戶，為地鐵內部的用電設施配備電源。

城市電網對地鐵的供電方式有3種：集中式供電、分散式供電和混合式供電。對于集中式供電方式，由以下幾部分構成：

2.1 主變電所。為地鐵建設的專用變電所，只有采用集中式供電方式時才設置，專為地鐵牽引供電系統和供配電系統供電。主變電所一般沿地鐵沿線靠近車站的位置建設，以便于電纜線路的引入。

2.2 中壓網絡。聯系主變電所、牽引變電所、降壓變電所的供電網絡，一般采用電纜線路，環網供電方式。

2.3 牽引供電系統。專為電動車輛服務，包括牽引變電所、沿線敷設的牽引網。

2.4 供配電系統。為地鐵內除電動車輛以外的所有動力照明負荷供電，如車站和區間的動力、照明負荷及其他為地鐵服務的自動化用電設施，供配電系統包括降壓變電所、低壓配電系統。分散式供電只比集中式供電少建設主變電所，直接從城市電網引入電源。

3 環網供電技術在地鐵供電系統中的應用

地鐵作為城市電網的重要用戶，屬一級負荷。地鐵供電系統的主變電所、牽引變電所、降壓變電所，都要求獲得兩路電源。目前，國內地鐵均采用雙環網形式構成供電系統。環網供電方式安全可靠、投資少，供電設備簡潔、高效，操作起來比較容易，變壓器性能穩定等等，將這些優勢運用到地鐵供電系統中，有力的保證了城市地鐵的安全運行。

3.1 環網接線

電網供電必須滿足“N-1安全原則”，通過調整電網接線方式和設備運行率T來達到電網安全準則的標準。

應用單環網接線方式出現用電故障時需要很長時間的人工倒閘維修操作才能恢復正常供電，所以供電的穩定性很差，不能很好地滿足用戶需求。

雙環網接線方式利用雙線雙環或者雙線單環的供電方法為負荷提供兩個獨立的電源，用一端進行工作，另一端作為備用電源以防線路出現故障。雙線雙環的結網方式又被稱為“手拉手聯絡”環網，這種接線方式將原來供電線路的平行樹干模式轉換成聯系比較密切的雙線雙環網絡，利用一個聯絡開關連接起來自不同變電站或同一變電站的不同母線的兩條饋線。供電系統正常時，所有的聯絡開關都保持打開狀態，當一個區域的電網出現故障時，通過合并聯絡開關將故障線路的負荷轉移到相鄰的饋線上繼續供電作業，符合N-1安全原則。

多分段多聯絡接線方式是利用分段開關將地鐵供電線路劃分為不同供電片區，同時利用合并聯絡開關保持各個片區之間的聯系。即使線路出現故障，只將故障控制在某一單元內，不影響其他分段區域的正常供電，供電可靠性能提升。

N供一備接線方式是從N條線路組成的環形網中抽取其中一條作為空載備用線路，其他線路進行正常的輸電作業，輸電過程中任何一條線路出現故障，都可將其承載負荷轉移到備用線路上維持輸電作業，不影響線路維修并保證用戶正常用電。這種供電模式非常可靠，而且線路利用率高，適合于用電負荷比較大的城市地鐵建設。

3.2 地鐵中壓交流環網系統

城市軌道交通的中壓交流環網系統可采用牽引與動力照明相對獨立的網絡形式，也可以采用牽引與動力照明混合的網絡形式。對于牽引與動力照明相對獨立的網絡，牽引供電網絡與動力照明網絡的電壓等級可以相同，也可以不同。供電系統中的中壓網絡應按列車運行的遠期進行能力設計，對互為備用線路，一路退出運行時，另一路應能承擔其一、二級負荷的供電，線路末端電壓損失不宜超過5%。

一個運行可靠、調度靈活的環網供電系統，一般須滿足以下設計原則和技術條件：

（1）供電系統應滿足經濟、可靠、接線簡單、運行靈活的要求。（2）供電系統（含牽引供電）容量按遠期高峰小時負荷設計，根據路網規劃的設計科預留一定裕度。（3）供電系統按一級負荷設計，即平時由兩路互為備用的獨立電源供電，以實現不間斷供電。（4）環網設備容量應滿足遠期最大高峰小時負荷的要求，并滿足當一個主變電所發生故障時（不含中壓母線故障），另一個主變電所能承擔全線牽引負荷及全線動力照明一、二級負荷的供電。（5）電纜載流量也滿足最大高峰小時負荷的要求，同時當主變電所正常運行，環網中的一條電纜故障時，應能保證城市軌道交通正常運行。此時可不考慮主變電所和環網電纜同時故障的情況，但考慮主變電所與一個牽引變電所同時故障時，能正常供電（三級負荷除外）。

4 環網供電技術在地鐵供電系統中的應用可靠性分析

環網供電作為一種有后備線路的接線模式，提高了供電的穩定性。其中的合環操作減少了停電次數、方便電力調度操作降低誤操作幾率，節約了用電成本，方便進行維護。

環網供電為地鐵牽引系統提供了可靠保證，其接線簡單、運用靈活的特點降低誤操作故障的幾率，當故障發生時，自動監控系統報警，維護人員采取積極的應對措施，縮小故障的影響范圍，盡快恢復故障區域的正常供電。

5 結束語

環網供電能夠極好的滿足地鐵用電需求，保證地鐵的正常運行，解決好城市的交通問題。隨著技術的不斷進步，還會有更加先進的技術有效提高地鐵的運營質量。

參考文獻

[1]張永康.地鐵供電系統外部電源供電方式的分析與比較[J].城市軌道交通研究，2011（6）.

[2]崔杰，張曹勇.地鐵供電系統中的并行送電技術探討[J].城市軌道交通研究，2010（4）.

[3]曾德容，趙華華，何正友.一種地鐵綜合監控系統安全性分析方法研究[J].中國安全科學學報，2009（8）.