地鐵供電系統環網供電技術的應用研究

王江平

蘭州市軌道交通有限公司運營分公司 甘肅蘭州 730030

在地鐵整個運行系統中，動力照明供電系統是極為重要部分，該系統主要由0.4kV環控電控室、35/0.4kV降壓變電所、接地系統以及照明配電系統等多個部分組合而成。主要目的在于控制交流電壓，使整體照明設備電壓平穩運行，進而保障地鐵系統維持正常運行。

1 地鐵供電系統的特點

地鐵供電系統多采用雙環網接線，多個變電所鏈接成1個供電分區，每個供電分區從110kV主變電所引入2路電源。集中供電方式下的供電系統與城市電網相對獨立，繼電保護配合較少，運行方式調整方便。但是為避免電磁合環造成事故，35kV供電系統只能開環運行，這意味著供電系統運行大、小方式相同（主變電所解列除外），繼電保護整定相對簡便。1個供電分區的變電所少則3-5個，平均距離在3km以內，供電半徑短、保護級數多，對繼電保護的配置及整定造成困難。

圖1 雙環網供電系統示意

2 地鐵供電方式選擇依據

2.1 分散供電

分散供電方式指的是根據地鐵運行過程中的不同環節所需要的電量，在地鐵沿線多設置開閉所，保證每個開閉所都有城市的電力供電系統作為保障，從而確保地鐵整個運行過程中的用電需求。分散式供電方式的最主要優勢是可以確保每一個開閉所供電的穩定性。不同的開閉所在獨立工作的過程中，只負責自己區域的供電，可以保證供電系統的可靠性以及穩定性。相鄰的開閉所之間出現供電故障時，開閉所可能會形成串聯電路，可以為相鄰的地鐵線路提供供電需求，能夠進一步確保地鐵供電系統的穩定性以及可靠性。利用分散式供電方式可以利用多個開閉所形成具有較強協調性的電力系統[1]。

2.2 供電系統接地方式的選擇

供電系統接地方式的選擇，亦是市域地鐵供電系統的一大難題。一般系統接地分中性點直接接地、中性點經消弧線圈接地及中性點經低電阻接地3種方式。當系統單相接地故障電容的電流不大于10A時，應采用不接地系統；當系統單相接地故障電容電流不大于150A時，可采用中性點經低電阻接地方式或中性點經消弧線圈接地方式；當系統單相接地故障電容電流大于150A時，宜采用中性經低電阻接地方式。明確接地方式后，在設計過程中需計算的中性點經低電阻接地的接地變壓器容量是不可忽略的一個重要參數。根據相關規范規定，市域地鐵低電阻接地方式的接地電阻按單相接地電流不大于400A考慮，接地變壓器容量按照IEEE-C62.92.3標準規定的變壓器10s的允許過載系數為額定容量的10.5倍計算，由于通過接地變壓器中性點的短路電流為400A，流過接地變壓器各相繞組的短路電流為133A，則通過計算得到接地變壓器的短時容量為4849.6kVA，額定容量為462kVA，故選用500kVA接地變壓器[2]。

2.3 定時限過電流保護

通常配置光纖電流差動保護作為線路的主保護，它能綜合反應線路兩端的電氣量變化，瞬時切除本線路全長范圍內的短路，但它不能反應相鄰線路上的短路，不能作相鄰線路的后備保護。定時限過電流保護作為本線路的近后備保護及相鄰線路的遠后備保護，按躲最大負荷電流整定，所以它的靈敏度較高，保護范圍大。相應的上下級定時限過電流保護只能依靠時間級差配合實現有選擇性地切除故障。以圖2中的B-F變電所的供電分區為例，保護0、1、3、5、7、9、11的定時限過電流保護動作時間應相配合。若保護11保護的元件是整流變壓器，就不需要與下一級保護相配合，其定時限過電流保護的動作時間可整定為0.3s。若保護11保護的元件是動力變壓器，就需要與0.4kV進線斷路器的短延時過電流保護相配合，通常0.4kV斷路器動作切除故障時間約0.1s，則0.4kV分段、進線斷路器的短延時過電流保護的動作時間分別整定為0.1s、0.2s，考慮保障動作的可靠性，保護11的定時限過電流保護的動作時間整定為0.4s。相應的保護0、1、3、5、7、9的定時限過電流保護動作時間分別整定為 2.2s、1.9s、1.6s、1.3s、1.0s、0.7s，作為母線主保護及線路遠后備保護的保護0切除故障時間大于2s。國家電網公司十八項電網重大反事故措施規定：“當短路電流大于變壓器熱穩定電流時，變壓器保護切除故障的時間不宜大于2s”[3]。

圖2 供電系統簡化接線

3 結語

綜上所述，在地鐵軌道交通建設施工過程中，保證地鐵的供電系統的穩定性是確保地鐵運營管理水平的基礎。不同的供電方式有自己不同的優勢以及劣勢，必須對這些優勢以及劣勢進行有效的分析，才能夠選擇與地鐵軌道交通供電需求相適應的供電方式，保證地鐵供電系統的穩定性以及可靠性。