試析地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備選擇與全壽命周期費(fèi)用的關(guān)系

昆明地鐵運(yùn)營有限公司供電中心 楊振宇

試析地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備選擇與全壽命周期費(fèi)用的關(guān)系

昆明地鐵運(yùn)營有限公司供電中心 楊振宇

合理進(jìn)行地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備的選擇，可以使系統(tǒng)投資與運(yùn)營成本得到有效控制。基于這種認(rèn)識，本文對地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備選擇與全壽命周期費(fèi)用的關(guān)系展開了分析，以期為類似工程的建設(shè)提供合理建議。

地鐵供電系統(tǒng)；設(shè)備選擇；全壽命周期費(fèi)用；關(guān)系

引言

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)工作的不斷推進(jìn)，城際軌道交通工程得到大規(guī)模的建設(shè)。而隨著相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，各建設(shè)單位也對地鐵機(jī)電設(shè)備的選擇提出了更高的性價比要求。采取全壽命周期費(fèi)用分析方法，可以為地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備的選擇提供更多的科學(xué)依據(jù)，從而使設(shè)備得到低維護(hù)、高質(zhì)量和低消耗的運(yùn)行管理。

1.地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備特點(diǎn)分析

從結(jié)構(gòu)組成上來看，地鐵供電系統(tǒng)由供電網(wǎng)絡(luò)、主變電站、接觸網(wǎng)/軌系統(tǒng)、牽引供電設(shè)備、動力供電設(shè)備、PSCADA系統(tǒng)等多個部分構(gòu)成，設(shè)備投資約占地鐵設(shè)備總投資的18%左右[1]。而供電系統(tǒng)具有“晝運(yùn)夜停”的負(fù)荷特點(diǎn)，并且由多個子系統(tǒng)構(gòu)成，擁有繁復(fù)的接口，相互之間容易形成制約。從設(shè)備種類上來看，包含有變壓器類、電纜類、接觸網(wǎng)器材、開關(guān)類和保護(hù)控制設(shè)備等，涉及國內(nèi)外電力設(shè)備生產(chǎn)行業(yè)。而多數(shù)設(shè)備不僅體積大、重量重，還有著較高的安全運(yùn)行要求，需要確保供電系統(tǒng)能夠保持較高的自動化程度、安全性和可靠性，并且使系統(tǒng)運(yùn)行保持低消耗、少維修等狀態(tài)，因此對設(shè)備的選型提出了較高的要求。

2.地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備選擇與全壽命周期費(fèi)用的關(guān)系分析

2.1 設(shè)備選擇要求分析

在地鐵運(yùn)行的過程中，所有的能量都來自于供電系統(tǒng)，所以只有確保系統(tǒng)的安全性和可靠性才能為地鐵運(yùn)營提供動力保障。但在實(shí)際應(yīng)用中，地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備需要長期處在惡劣的地下環(huán)境中運(yùn)行，并且運(yùn)輸較為困難，其耐久性容易受到影響。按照設(shè)備選擇要求，應(yīng)確保供電系統(tǒng)設(shè)備擁有至少30年的設(shè)計(jì)壽命，并對設(shè)備在30年內(nèi)的綜合費(fèi)用進(jìn)行考核，從而合理進(jìn)行設(shè)備的選擇。具體來講，就是要確認(rèn)設(shè)備的投資費(fèi)用，然后對其投運(yùn)后的維修費(fèi)用、電能消耗費(fèi)用、人工費(fèi)用、運(yùn)輸費(fèi)用及間接費(fèi)用進(jìn)行綜合分析，以確保設(shè)備的運(yùn)營能夠帶來較多經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。

2.2 設(shè)備全壽命周期費(fèi)用分析

采取全壽命周期成本法對設(shè)備費(fèi)用展開分析，就是對設(shè)備在整個使用周期內(nèi)的綜合費(fèi)用進(jìn)行分析，包含設(shè)備購買、設(shè)備維護(hù)、設(shè)備運(yùn)營損耗等費(fèi)用。在過去，人們通常只對相同技術(shù)參與和規(guī)格的設(shè)備進(jìn)行投標(biāo)價格的比較，然后通過選擇投標(biāo)價格低的設(shè)備降低工程投資成本，卻并不清楚設(shè)備在后期運(yùn)營過程中將產(chǎn)生的人工費(fèi)用和維修損耗。而在設(shè)備投入運(yùn)行后，一旦產(chǎn)生大量的維修費(fèi)就會導(dǎo)致單位運(yùn)營承受較大負(fù)擔(dān)。在地鐵供電系統(tǒng)的設(shè)備選擇上進(jìn)行設(shè)備全壽命周期費(fèi)用分析，則能夠進(jìn)行最低全壽命周期費(fèi)用的追求，從而在使設(shè)備保持功能不變的基礎(chǔ)上，使設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)用得到盡可能的減少，減少投資成本。在實(shí)際分析的過程中，還應(yīng)對設(shè)備系統(tǒng)的全壽命周期費(fèi)用結(jié)構(gòu)及控制重點(diǎn)展開分析，以便對費(fèi)用較大的設(shè)備進(jìn)行重點(diǎn)選擇，從而盡可能的進(jìn)行費(fèi)用節(jié)約。除此之外，還要對設(shè)備的功能定位與匹配關(guān)系展開分析，以便通過合理功能定位進(jìn)行具有可靠性、實(shí)用性、安全性等諸多優(yōu)點(diǎn)的設(shè)備的選擇[2]。此外，還應(yīng)對設(shè)備一次性投資與運(yùn)營費(fèi)用的降低方法與手段展開分析，以便通過采取強(qiáng)有力的措施減少費(fèi)用的產(chǎn)生。

3.基于全壽命周期費(fèi)用的地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備的選擇分析

3.1 變壓器類設(shè)備的選擇

在全壽命周期內(nèi)，變壓器類設(shè)備將產(chǎn)生較大的負(fù)載損耗費(fèi)用。目前，地鐵變壓器空載和負(fù)載損耗費(fèi)用高達(dá)上百萬，所以在選擇設(shè)備時還應(yīng)對降低能耗的問題進(jìn)行考慮。而采取優(yōu)質(zhì)高導(dǎo)磁冷軋晶粒取向硅鋼片，則能有效降低變壓器的負(fù)載損耗和空載損耗。該類低損耗變壓器目前只有SC9和SC10系列，在實(shí)際選擇時應(yīng)對兩個系列的設(shè)備價格和在全周期內(nèi)的損耗費(fèi)用進(jìn)行綜合比較。而在容量相同的條件下，SC10系列變壓器費(fèi)用更低，所以可以進(jìn)行優(yōu)先選用。此外，變壓器類設(shè)備容易遭受接觸網(wǎng)故障的沖擊，因此還應(yīng)選擇具有良好抗短路能力的變壓器，以便使設(shè)備的使用壽命得到延長，進(jìn)而使供電系統(tǒng)保持長期穩(wěn)定運(yùn)行[3]。為此，還應(yīng)選擇使用較高絕緣等級的材料和先進(jìn)綁扎工藝的變壓器，以確保變壓器具有較高抗短路能力。

3.2 電纜類設(shè)備的選擇

在電纜設(shè)備選擇方面，還應(yīng)通過分析電纜材料、結(jié)構(gòu)和制作工藝等因素確定電纜的全壽命周期。在實(shí)際選擇時，還應(yīng)優(yōu)先選擇具有堅(jiān)固結(jié)構(gòu)和較好抗老化性能的電纜設(shè)備，以確保其能保持長期穩(wěn)定運(yùn)行。目前，可以采用的電纜主要包含低煙無鹵和低煙低鹵這兩種規(guī)格，后者在燃燒后會進(jìn)行80mg鹵酸氣體釋放，容易給人和設(shè)備帶來傷害。而地鐵環(huán)境較差，具有較大人口密度和較小的空間，容易積累大量有毒氣體，因此還應(yīng)采用低煙無鹵類的電纜，以確保人員的安全。同時根據(jù)電纜的敷設(shè)環(huán)境還應(yīng)考慮電纜外護(hù)套的抗紫外線及防鼠、防蟻問題。

3.3 開關(guān)類設(shè)備的選擇

在開關(guān)類設(shè)備的選擇方面，還應(yīng)對設(shè)備的維修維護(hù)費(fèi)用進(jìn)行關(guān)注。因?yàn)椋擃愒O(shè)備在投入運(yùn)行后常常需要進(jìn)行倒閘作業(yè)，甚至需要進(jìn)行故障點(diǎn)的切除。所以在設(shè)備選擇上，應(yīng)進(jìn)行具有較多操作次數(shù)的設(shè)備選擇，以減少設(shè)備大修產(chǎn)生的費(fèi)用。此外，開關(guān)柜的使用壽命會受到開斷短路電流和關(guān)合短路電流能力的影響，所以還應(yīng)優(yōu)先選用具有較強(qiáng)開斷和關(guān)合電流能力的的設(shè)備[4]。同時由于地鐵工程一般均采用了大量的XLPE電纜，存在較大的容性電流，開關(guān)選型過程中也需要考慮關(guān)斷容性電流的能力。目前，可供地鐵供電系統(tǒng)使用的開關(guān)柜設(shè)備主要有SF6氣體絕緣類型和空氣絕緣類型。相比較而言，前者結(jié)構(gòu)緊湊占地面積小、可靠性較高，并且維修次數(shù)較少，因此應(yīng)該優(yōu)先選用。

3.4 保護(hù)測控設(shè)備的選擇

在保護(hù)測控設(shè)備選擇方面，考慮到目前其已經(jīng)向著功能綜合化、微機(jī)化和智能化的方向發(fā)展，所以除了對其電子元件的全壽命周期費(fèi)用進(jìn)行考慮，還要對其抗電磁干擾能力進(jìn)行考慮。而地鐵設(shè)備將在高電磁干擾的環(huán)境中運(yùn)行，需要應(yīng)對各種電磁干擾，還應(yīng)進(jìn)行具有較強(qiáng)抗干擾能力的保護(hù)測控系統(tǒng)選擇。在實(shí)際進(jìn)行分析時，首先需要對設(shè)備抗干擾能力進(jìn)行測試，以確保設(shè)備的EMI性能。在此基礎(chǔ)上，應(yīng)該從功能單元組成和軟件結(jié)構(gòu)角度對保護(hù)測控系統(tǒng)的全壽命周期費(fèi)用展開分析。就實(shí)際情況而言，目前一些保護(hù)測控系統(tǒng)的軟件功能較為復(fù)雜，且多為英文界面，需要運(yùn)營維護(hù)人員具有一定的專業(yè)技術(shù)能力。如果選用該類設(shè)備，就要在人員培訓(xùn)和設(shè)備維護(hù)方面支出更多費(fèi)用，因此還應(yīng)進(jìn)行運(yùn)行可靠、編程簡單的設(shè)備選擇。此外，還應(yīng)要求設(shè)備能夠完成供電系統(tǒng)故障的快速檢測和修復(fù)，以便為系統(tǒng)運(yùn)行提供更多保障。

4.結(jié)論

通過分析可以發(fā)現(xiàn)，在進(jìn)行地鐵供電設(shè)備選擇時，除了對設(shè)備運(yùn)行的安全性及可靠性進(jìn)行考慮，還要對設(shè)備的全壽命周期費(fèi)用展開分析，以便使設(shè)備投資與運(yùn)營的綜合費(fèi)用得到有效減少，進(jìn)而使設(shè)備以較低成本維持長期安全穩(wěn)定運(yùn)行。因此，相信本文對地鐵供電系統(tǒng)設(shè)備選擇與全壽命周期費(fèi)用的關(guān)系展開的分析，可以為相關(guān)工作的開展帶來啟示。

[1]朱萬富,馮望榮,尚廷河.地鐵軌道交通供電系統(tǒng)及其安全性研究[J].交通世界(運(yùn)輸.車輛),2012,11:148-149.

[2]胡伊男.地鐵供電系統(tǒng)用蓄電池的合理性選擇及運(yùn)行維護(hù)[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2012,29:77-79.

[3]金輝.地鐵主變電站110kV側(cè)電氣主接線的選擇[J].電氣技術(shù),2011,07:90-91.

[4]莫景泉.地鐵供電系統(tǒng)可靠性和安全性分析方法研究[J].中國高新技術(shù)企業(yè),2013,01:72-74.