城市轨道交通主变电所资源共享及管理

城市轨道交通主变电所资源共享及管理

作者：赵欣健

来源：《中国科技纵横》2018年第15期

摘要：随着城市轨道交通的不断发展，我国许多城市的轨道交通电力资源变得越来越紧缺。为了解决这一现状，有学者提出了主变电所资源共享这一研究思路。本文就针对这一课题展开讨论，开篇介绍了城市轨道交通供电的三种主要形式，并且给出了四点关于如何选择供电方式的建议。然后浅述了关于主变电所资源共享必须要满足的5个基本原则，然后介绍了管理设计共享主变电所的三个步骤。

关键词：城市轨道交通；主变电所资源共享；城市轨道交通供电系统

中图分类号：U231.8 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2018）15-0156-02

随着我国城市化进程速度的进一步加快，各大城市的交通轨道网也逐渐形成。轨道交通的建设已经成为了我国当下很多地区能够持续、稳定发展的重要保障之一。而电力系统又是整个交通网的核心动力之一，是轨道交通能够快速、高效的服务于乘客的根本保证之一。目前来说我国的电力资源仍处在一个较为稀缺的状态中，并且随着交通轨道网里程的进一步增加，这一问题会越来越突出。倘若能够对现有的城市电网资源进行优化配置，便能够在一定程度上缓解这一问题。所以如何合理科学的配置优化现有的城市电网资源就成了一个重要的研究热点。

1 城市轨道交通供电的方式

一般来说大多數城市轨道的供电都是采用直流电进行照明或者牵引，优点就是可以大大提高电缆的容性电流，缺点就是电流不稳定，波动性强，需要通过设计一个功率补偿系统来维持供电的稳定性和持续性。因此出于降低波动电流对电力系统损害，提高电网使用寿命这一目的，供电系统必须进行相应的调整，而且要给出一定的预警措施，从而保证轨道交通系统能够更加高效快捷的服务于乘客。

我国目前轨道交通供电系统的供电方式有三种，分别是：集中供电方式、分散供电方式和混合供电方式。这三种供电方式的选取需根据每个交通系统的不同特点来确定。下面就对这三种供电方式进行介绍。

集中供电方式一般指的是在轨道沿线建立起几个大型的主变电所，用来提供照明电压和牵引电压。因为主变电所是直接从110kV高压区直接引入的电源，因此只能给轨道交通系统进行供电，没有办法满足普通的居民用电。所以这一供电方式受外部的影响小，载荷较为稳定，并且维修方便，供电的可信度和安全度高。但是因为要修建主变电所，工程造价大，目前就只

有在经济较为发达，轨道交通建设较为完善的城市中采用了这一供电方式，例如：广州、上海。

分散供电方式与集中供电方式有所不同，最主要的区别是无须重新修建主变电所，其所需的照明和牵引电能直接由城市电网引出即可。分散供电的最大特点是就近原则。通过对比我们可以发现，这种供电方式的投资金额小，而且使用方便，但是最大的问题就是稳定性差，会给城市电网造成较大的电路负担，并且难于集中管理，会影响到供电系统的收益。可是处于经济因素和轨道交通网的规模来考虑，我国目前有不少城市也采取了这一供电方式。

通过上面的分析我们可以看出不论是集中供电还是分散供电都有其优点和缺点，为了能让供电系统的可靠性和收益最大化，研究人员又提出了一种新的供电方法——混合供电方式。混合供电方式就是将集中供电和分散供电进行结合，其中分散供电作为辅助供电方式，集中供电作为主导供电方式，两者进行配合供电。例如在集中供电的末端电压损失高于5%时就需采用分散供电的方式从城市电网引入电能，来保证供电系统能够稳定的运行。而且其在设计中采用了电缆双环网，能够通过设置联络开关提高供电系统的稳定性。混合供电方式的最大优点就是投资成本小于集中供电，但是在提高电网稳定性和可靠性上优于集中供电和分散供电。目前很多城市已经对自身的电网供电系统进行了调整，采用了这种新型的供电方式，例如：北京、武汉等等。

2 城市轨道交通供电系统的选择依据

城市轨道交通供电系统的选择对轨道交通的正常运行有着重要的意义。在设计和选择供电系统的供电方式上要满足一下几个条件：（1）经济因素和灵活性：建设交通轨道的最初目的就是为了服务于人民，推动当地经济的发展，因此在选择供电方式的时候就要充分考虑到供电系统的经济因素，要科学合理的设置供电系统的运行模式和供电结构，不仅要能够满足轨道交通的供电需求，提高电能的使用率，并且还须考虑到工程预算这一实际问题。考虑到各种突发情况都有可能发生，设计人员还需保证在极端情况下供电系统也能正常运行，因此就要设计灵活的供电方式，在突发事件发生的时候轨道交通系统能够正常运行，保证乘客的出行安全。（2）可靠性和友好度：在设计供电系统的时候需要考虑到在极端因素影响的情况下供电电能要满足轨道交通的正常运行，不能够发生跳闸或者停电这些供电安全事故的发生。供电系统在设计时对周围生活的居民影响要尽量降低、并且对通信和管线的影响要小。（3）需要多个部门相互配合：交通部门在设计和管理轨道交通供电系统的时候要尽量多的和当地的电力部门进行配合，发挥其专业能力，一起合作共同加强对城市轨道供电系统的建设和优化。两个部门强强联手不仅能够提高乘客的出行效率，而且能够提高经济效益，降低维护和建设成本。而且从长远来看，这对整个城市的发展也是百利而无一害。（4）结合自身情况，科学制定供电方案。在制定供电系统时，不能一味的照搬照抄，应该充分利用自身的优势，认清自身存在的缺点，合理优化和配置资源。例如：在设计供电系统时可以考虑到断面几何形状的设计，并且不同的城市有着不同的坐落形态，在设计时可以利用到这一点，实现供电资源的共享。

3 主变电所共享优化原则和方法

随着城市轨道交通网密度和长度不断的增加，城市轨道交通网的电力负荷也越来越大，这不仅为供电系统带来了更大的挑战，也为主变电所的资源共享提供了客观条件。我国提出主变电所资源共享优化这一理念已经有近二十年了，一般来说主变电所的资源共享主要指电气资源共享和土地资源共享这两个方法，这两个方法各有优缺点。下面主要介绍在电气资源共享设计中需要考虑的四个主要问题：（1）确定外部电源和主变电所的接线方式以及电压等级；（2）计算共享供电前后的电气和土地资源经济效益，与未共享前的进行比较分析；（3）设计共享供电后发生突发情况时的供电支援形式，并要确保其可靠性和稳定性；（4）确定共享后的主变电所的资源分配形式、收益形式和管理问题。

3.1 主变电所资源共享的设计原则

一般在设计共享主变电所的时候需要满足以下五个方面：（1）在设计共享变电所时必须要满足主供电所服务的城市轨道电量需求。不能在设计的时候过分追求共享效益而忽略了轨道交通服务的本身诉求。（2）主变电所在进行布局设计的时候就应当与整个轨道交通从线网层面进行配合，并且要考虑到城市交通发展的中长期需求。与此同时，主变电所的规模设计还要与城市电力系统进行协调。（3）尽量将主变电所设计在轨道交通电力系统的负荷中心，可以进行全网的集中管理，并且尽量实现一个主变电所向多个轨道供电的规划。（4）主变电所的容量应该根据其服务的线路的客流量、路线分布、行车用电负荷和坐落位置来确定。（5）倘若在设计中出现矛盾，应该根据实际的情况进行分析，将几种方案进行对比之后，选择一种最优方案进行共享供电。

3.2 主变电所资源共享的设计

电力资源共享首先是要计算出各个支线所需的照明及牵引电能，然后再对现有的主变电所的电容量进行核算和修改。确定主变电所的电容量之后就需改变运行方式，充分利用变压器的容量。在整个过程中要将交通网看作一个整体，不能孤立的分析某一条线路。具体来说，主变电所资源共享设计分为以下三步：（1）计算主变压器的电容量。一般来说一个主变电所需引入两路电源，当其中一路电路出现问题时，另一路电路迅速的承担起故障电路的供电负荷，避免供电事故的发生。而且主变电所还要能承担相邻主变电所的供电需求，也是为了防止某个变电所出现问题之后导致线路瘫痪这一情况发生。（2）主变电所资源共享后的运行方式：在各个主变电所都能正常工作时，各变电所之间的变压器分列运行，承担各自的输电任务。当某个主变电所出现故障时，就需相邻的主变电所提供电能。例如：当主变电所其中的一个变压器出现问题或者其高压运输线缆故障，此时就要切断其服务区域内的三级负荷，由相邻的主变电所提供电能。（3）主变电所资源共享方案一般有以下两种：土地资源共享和电气资源共享。土地资源共享指的是主变电所建筑和运输电缆共享，这种方法能够节省土地面积和电缆长度，运行模式较为简单，可靠性高，并且相邻线路之间影响较小。而电气资源共享指的是110kV或者35kV侧共享，这种共享方案需增加主变电所的电容量，但是能够降低出线间隔数或者主变