地鐵供電系統中環網供電技術運用分析

蘭州市軌道交通有限公司運營分公司 張 鑫

1 環網供電技術概述及其技術實施原則

供電系統中，環網供電技術的實現需將配電網絡進行精簡，提高電纜使用率、減少電纜數量，并將更多的供電能源輸送至中心負荷點。環網供電技術在機械故障的出現概率方面控制較好，頻率非常低，同時相關設備中設置一定數量的開關裝置，一旦出現問題能夠在第一時間關閉、調整，及時恢復正常供電，以此保證供電系統順利運作。地鐵供電系統內部的主干線的形式為環形線路，該線路能夠起到連續配電線路的作用，若電路處于運行狀態下，起點、始點都歸屬于同一組母線，以這種方式能夠形成一個閉合回路，整體的控制效率和控制效果都較為突出。

環網供電技術的應用期間，為確保供電系統可達到一定的規范性、安全性、靈活性，需對單母線進行分段，完成后將環路的各個端口與各個母線進行連接。為保證地鐵供電系統的正常運作，首先應確保環網供電穩定性，設置保護電流和縱差等方面的裝置或設備。當前階段該供電系統中較為常見的供電技術通常有開環供電技術、閉環供電技術，需結合實際情況選擇適配度最高的技術。閉環供電技術的應用特點是可不間斷供電，保障地鐵運行的持續性，由于地鐵的運作時間較長，使用頻率非常高，所以在該系統中閉環供電技術的運用較為常見。

將兩個電纜的單環網集為一組即為電纜雙環網，雙環網充分利用二次電纜的線路運行特點，將單環網供電時由于電纜、供電設備及電纜等方面的裝置故障所產生的停電問題予以高效解決。在供電系統中，變壓器帶有50%的負荷，且該裝置分別連接至不同系統。這種連接方式具有相當高的供電靈活特點與供電穩定性，能最大程度地保障用戶持續用電，保證供電持久性。雙環網線中的任意一段線路或環網單元出現故障時，仍可保障不間斷供電[1]。

在進行環網供電線路的鋪設過程中，為確保不同線路間能起到相應的互補作用，應將此線路進行合理分段，科學設置線路的分段數量與具體的分段位置，避免因線路的局部故障問題而造成供電系統的非正常運作，降低供電系統的崩潰概率，減少斷電帶來的經濟損失。在對主干線路進行分段設置的過程中，需確保地鐵的用電量和用電負荷間能夠達到一定均衡性，確保其平均分配，同時在配電線路內部需增設自動化裝置或設備，一旦用電線路產生任何故障，電力系統可通過自動化裝置將故障區域自動隔離，避免影響其他區域，保障非故障區域的正常供電。

除主干線路外，還需對供電線路的分支干道進行設置，并增設多層開關裝置，分離故障區域，減少故障區域對主干線的影響作用。配電設備若想保障其高效性、減少系統故障問題，需定期對系統開展維護作業，及時更新、升級系統，并對供電系統的運作情況予以遠程實時監控，確保能夠第一時間發現并處理運作故障，從根本上提高供電可靠性，為地鐵的安全運作打下基礎保障。

2 運用環網技術的關鍵要點分析

可靠、穩定的供電系統能有效保證地鐵的運行效率，這也是整個地鐵系統中確保各類用電設備正常運作的關鍵基礎。基于此，應明確環網供電技術的應用要點，逐步提高地鐵供電系統的綜合水平。在環網供電系統中，該技術的實現主要通過中壓電纜，縱向方面將上級的主變電所與下級的牽引變電所進行有效連接，橫向方面將全線中的各個牽引、降壓變電所之間連接，使其起到輸電線路的功能，為電力系統的順暢運作提供保障。

在環網供電系統中，不同的用電點都需連接兩路電源，這樣才能形成環形電網。該技術的高效應用能在很大程度上保障供電系統和地鐵的正常運作，減少停電現象的出現，通過這種方式能將電力進行有效調節并降低失誤幾率。一旦供電期間出現故障能及時通過SCADA 系統對故障部分進行監控和警報，以便相關人員能在第一時間處理和解決供電問題，保障該區域的正常供電，現階段環網供電技術的具體情況如表1。

表1 地鐵環網供電

首先，在主變電所方面，為確保環網供電技術的應用高效性，地鐵供電系統運作部門需根據實際情況和運作規范需求、將供配電系統的各類運作參數合理設置，一般地鐵附近的主變電所在構建方面需將電路分段，并按照科學的方式引進線路，提供供電的便捷性。

其次，在中壓網絡的設置方面，主變電所以及牽引、降壓變電所間的連接需通過中壓網絡來實現，為確保中壓網絡的銜接性和穩定性，在參數等方面的設置過程中需保證此類線路符合安全、低消耗、穩定等特點，確保供電系統的應用環境良好，只有這樣才為環網技術的開展打下穩定基礎。牽引供電系統的設置也是環網供電技術的應用要點，在地鐵線路供電系統中，地鐵的實際運行需求在一定程度上需牽引系統的敷設來實現，所以該環節的敷設質量十分關鍵。為保障地鐵在運行過程中能夠達到一定的服務質量，一定要確保沿線系統的敷設質量，通過這種方式將牽引變電所與其他部分建立有效連接，共同促使環網供電系統發揮出真正職能。

最后，在供配電系統的設置方面，供配電系統是環網供電技術的運作關鍵，只有該系統保證穩定的運作，才能為地鐵正常運作提供穩定的能源輸出。所以配電系統的供電功能需要達到一定的完整性，并確保系統內部的各個功能能夠正常實現，促使地鐵正常運營[2]。

3 環網供電技術應用實踐分析

環網供電技術的應用范圍有所不同，使得該技術在各個應用環境下所具有的功能也有一定的差異性。其中牽引供電網絡在環網中主要是為牽引變電所提供電力資源，在環網中的動力照明系統是為降壓變電所提供電力資源。我國部分城市的交通工程在供電形式方面通常采取牽引動力照明的混合網絡或獨立網絡。首先，牽引動力獨立網絡系統在電壓等級方面局限性較小，電壓等級可設置為不同級別，這是由于牽引和動力照明兩個網絡之間的獨立性較強，互相的影響微弱；其次，牽引動力混合網絡所采取的電壓等級要求是同一級別，需通過公用電纜為牽引、降壓兩方面變電所提供相應的電能。在集中供電系統的運作中，牽引和動力照明兩種網絡需采取相對獨立方式、形成獨立網絡，也可形成混合網絡。在分散供電系統中需采取混合網絡。

3.1 環網接線

在該技術應用期間，連接環網線路時需使兩個獨立網絡（牽引與照明）之間建立連接，連接牽引變電和單母線，確保短路負載裝置能夠負責進線、出線的輸電職能。同時還需連接獨立電源與相同變電站內的母線。

在城市地鐵的運作過程中以線狀方式布設用電負荷，并以此確定環網供電形式，最后科學設置使用電壓的具體等級。在負荷力矩的數值設置方面，尤其在集中式供電模式下，10kV 電壓與35kV 電壓相比會受到較大的供電距離限制。基于此，應將牽引和動力照明供電系統獨立設置，建立各自的中壓網絡，這樣才能有效降低10kV 環網供電模式下所產生的負荷力矩。若電壓等級不同，那么輸壓、變壓環節則呈多樣性變化趨勢，使得變壓器裝置和配電線路之間的耗損越來越大[3]。

3.2 中壓網絡系統

供電系統中的中壓交流網絡的應用可形成獨立網絡或混合網絡。當牽引網絡和動力照明網絡分別以獨立網絡形態存在時，這兩個網絡的供電電壓可設置相同或不相同級別均可。在供電系統的中壓網絡設置環節，需充分結合地鐵的運行情況進行設計，牽引網絡與動力照明網絡二者可作為互相的備選線路，以有效降低線路故障時的影響，確保其中一條線路能夠正常運行，承擔一級負荷與二級負荷的供電工作。在線路的尾端需將電壓的損失值控制在5%以內。

環網供電技術若想確保各獨立線路間的運作靈活性，需在設置方面遵循以下原則：首先，供電系統的建立應達到一定的經濟性特點，接線流程簡單并具有相應的運作靈活性；其次，供電系統和牽引網絡的供電容量必須根據距離、高峰時間等實際情況進行合理設計，并保障獨立電源之間能夠互為備用，減少故障導致的斷電情況，保證供電的持續性；環網供電設備的容量需達到相應的負荷規定。若主變電所的運作狀態正常，那么環網系統依舊可確保城市地鐵正常運行。這種情況下環網供電系統不需考慮故障時間，只需考慮相同的牽引變電所和主變電網絡同時發生故障的情況[4]。

3.3 后備線路的敷設環節

在環網供電系統的運作過程中，為確保供電質量能夠顯著提高，在設計時需充分遵循地鐵供電系統特點，敷設供電線路的后備線路，保障供電系統能夠正常運作。后備線路的高效敷設能促使整個線路系統達到相應的完整性，以此實現提高供電系統運作安全性和穩定性。在閉環作業的情況下，供電系統因故障導致停電的次數將會大大減少，同時電力資源的調度流程的精簡化設計能夠降低調度失誤率，降低線路的敷設成本，這也是提高該系統維護質量與效率的路徑之一。

3.4 牽引與動力照明獨立網絡的連接

在獨立網絡的連接形式中，牽引變電所的主接線是一條單母線，其變電所的進線和出線都需通過斷路器實現。牽引變電所內部獨立電源都是來源于相同變電所的不同母線，也就是說這兩個主變電所之間的連接與牽引變電所的獨立電源都是源于不同類型的主變電所。在城市地鐵線路中用電負荷線路均呈線狀展開分布，所以電壓的具體等級和供電形式的選擇能夠決定最終的供電質量。在集中供電系統內部，電壓的具體數值會受到供電距離影響，所以牽引及動力照明兩個系統均需設置獨立中壓網絡系統，通過這種方式能有效降低環網技術的負荷力矩，同時需兩種電壓級別，避免單一電壓造成變壓器、配電線路等裝置的損耗，增加維護成本。

3.5 混合供電網絡的連接

對于集中式系統而言，若牽引和動力照明兩個獨立網絡均采取相同電壓等級，這種情況下便可選用混合供電網絡形式。通過這種接線方法，使得所有供電分區都能在主變電所區域中的不同母線周邊、就近引入中壓電源，其中中壓網絡的接線方式可采取雙線環網方式，同時牽引、降壓的混合變電所與牽引變電所在主接線方面采取更為獨立的分段式單母線和分段開關，有效降低局部電路故障所產生的影響。降壓變電所主接線的連接方式可采取單母線和分段開關模式，也可直接選用單母線方式、取消分段開關。混合網絡所選取的電壓等級通常為10kV，雖然涉及到的裝置和設備成本較低，但仍有低負荷力矩的缺陷，使得該部分的供電距離較短[5]。

4 結語

總的來看，在城市交通運輸水平不斷提高的基礎上，地鐵交通工具的高效運作為人們提供了很多的便捷，也為地面上方的交通擁堵情況起到了一定的緩解、改善作用。為確保城市地鐵的正常運作，需保證供電系統各部分功能的穩定性。環網供電技術的高效應用，能夠在很大程度上減少額外線路的敷設成本，維護工作的開展也較為方便，整個供電系統都能達到相應的穩定性需求。基于此，做好環網的接線工作，促進供電系統穩定發揮職能。