何 斌

(中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司,430063,武漢∥工程師)

我國(guó)城市軌道交通供電系統(tǒng)大多采用集中供電方式,軌道交通自建110 kV/35 kV主變電站,中壓網(wǎng)絡(luò)一般采用35 kV供電網(wǎng)絡(luò)。

為了節(jié)省工程投資,節(jié)約電力、土地資源,大多數(shù)主變電站建設(shè)在線路的換乘站附近。但換乘站大多處于商業(yè)繁華地帶或者大型居住區(qū),一般都是人流密集、交通繁忙、大型建筑林立、地面擁擠的地帶,同時(shí)也是土地資源和電力資源相對(duì)緊張的地方。要在這些地段找出設(shè)置主變電站合適的用地和電源,通常比較困難。在我國(guó)各大城市軌道交通的建設(shè)過(guò)程中,都遇到了主變電站選址困難、電源點(diǎn)較遠(yuǎn)、電源引入困難等實(shí)際問(wèn)題。因此,需要尋求一些新的變電站建設(shè)模式來(lái)解決軌道交通主變電站實(shí)施困難的難題。

1 主變電站建設(shè)模式的新思路

目前我國(guó)城市配電網(wǎng)絡(luò)多為10 kV供電網(wǎng)絡(luò)(城區(qū)已逐步取消了35 kV供電網(wǎng)絡(luò)),為城市配電網(wǎng)絡(luò)直接供電的一般為110 kV/10 kV變電站。在變電站的建設(shè)工程中,軌道交通110 kV主變電站和城市電網(wǎng)110 kV變電站都遇到了變電站選址、高壓電纜通道拆遷量大、路徑遠(yuǎn)等困難。同時(shí),隨著用電負(fù)荷的快速增長(zhǎng)以及土地資源日趨稀少,城市電網(wǎng)的110 kV間隔也日趨緊缺。我國(guó)多個(gè)城市就出現(xiàn)了軌道交通建設(shè)的主變電站因附近220 kV/110 kV變電站沒有110 kV間隔而需要從較遠(yuǎn)的220 kV變電站引入110 kV電源的情況。由于大量的拆遷工程,110 kV電纜工程造價(jià)每公里高達(dá)500萬(wàn)～800萬(wàn)元左右。增加110 kV電源引入距離,必將大大增加工程投資。

既然軌道交通110 kV變電站和城市電網(wǎng)110 kV變電站在建設(shè)實(shí)施時(shí)都面臨著同樣的困難,如果將位置臨近的軌道交通110 kV變電站和城市電網(wǎng)110 kV變電站合建,共用110 kV電源或者采用三卷變壓器將其完全整合成一座110 kV變電站,則可以減少一半的110 kV電源工程量和部分減少變電站的用地面積,節(jié)約日益緊缺的電力和土地資源,同時(shí)也有利于軌道交通在建設(shè)主變電站時(shí)和電力部門的配合和建成后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)。

2 主變電站和城市變電站合建方案

2.1 合建的模式

根據(jù)城市軌道交通主變電站和城市電網(wǎng) 110 kV變電站的合建程度,有鄰建、半合建、全合建等三種合建模式。

2.1.1 鄰建模式

鄰建模式是指軌道交通110 kV變電站和城市電網(wǎng)110 kV變電站僅共用110 kV電源,變電站本體部分完全獨(dú)立建設(shè)的方式;兩變電站均設(shè)置110 kV GIS(氣體絕緣開關(guān)柜)、110 kV/35 kV(或110 kV/10 kV)變壓器、35 kV(或10 kV)開關(guān)柜等設(shè)備。為了節(jié)省土地資源,兩變電站可以相鄰建設(shè),共用運(yùn)輸通道、消防通道等。為了實(shí)現(xiàn)獨(dú)立管理,兩變電站可以用圍墻隔開。該模式的主接線圖如圖 1所示。

鄰建模式相對(duì)于完全獨(dú)立建設(shè)的模式,節(jié)省了近一半的110 kV電源工程,也節(jié)省了2個(gè)110 kV饋線間隔;同時(shí)由于變電站本體部分完全獨(dú)立建設(shè),有利于獨(dú)立運(yùn)營(yíng)和管理。

圖1 鄰建模式主接線示意圖

2.1.2 半合建模式

該模式中,軌道交通110 kV變電站和城市電網(wǎng)110 kV變電站不僅共用110 kV電源,而且共用110 kV進(jìn)線GIS開關(guān);軌道交通110 kV變電站僅設(shè)置110 kV/35 kV變壓器、35 kV開關(guān)柜等設(shè)備。該模式下兩變電站應(yīng)建設(shè)在一起,但為了方便管理,軌道交通變電站也可和城市電網(wǎng)110 kV變電站采用圍墻等物理隔開。該模式的主接線圖見圖2。

圖2 半合建模式主接線示意圖

半合建模式不但共用110 kV電源工程,還共用了變電站110 kV進(jìn)線開關(guān)等設(shè)備,投資更省。但城市電網(wǎng)110 kV變電站的110 kV開關(guān)動(dòng)作會(huì)影響到軌道交通110 kV變電站的運(yùn)行。如城市電網(wǎng)110 kV變電站一組變壓器檢修或故障跳閘,軌道交通110 kV變電站的一回110 kV電源也會(huì)被切除。

2.1.3 全合建模式

該模式是軌道交通110 kV變電站和城市電網(wǎng)110 kV變電站完全合建的模式,不僅共用110 kV電源和110 kV進(jìn)線GIS開關(guān),而且采用110 kV/35 kV/10 kV三繞組變壓器,軌道交通只需要設(shè)置35 kV母線和35 kV饋線開關(guān)等設(shè)備。全合建模式其形式類似于分散供電方式,但又具有集中供電方式的特點(diǎn)。該模式的主接線圖見圖3。

圖3 全合建模式主接線示意圖

全合建模式實(shí)現(xiàn)了最大程度的合建,投資最省。但該模式的運(yùn)行受城市電網(wǎng)變電站的運(yùn)行影響較大,如城市電網(wǎng)變電站電源檢修、變壓器檢修或故障等都會(huì)影響到軌道交通35 kV電源的正常供電。

2.2 三種合建模式的優(yōu)缺點(diǎn)

三種主變電站合建模式各有特點(diǎn),相對(duì)于傳統(tǒng)建設(shè)模式,都不同程度地節(jié)省了工程投資、電力和土地資源。城市軌道交通主變電站獨(dú)立建設(shè),以及與城市變電站鄰建、半合建和全合建的對(duì)比分析見表1。

從表1可以看出,主變電站獨(dú)立建設(shè)供電可靠性最高;但投資也最高;從各個(gè)城市的實(shí)施情況來(lái)看,因征地困難、沒有110 kV電源等原因,實(shí)施難度很大。與城市變電站鄰建方式相對(duì)于主變電站獨(dú)立建設(shè)的方案可分擔(dān)約一半的110 kV電源投資和運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用,大大節(jié)省了工程投資,其供電可靠性也較高,所以武漢、無(wú)錫等地?cái)M采用這種模式。與城市變電站全合建的方式工程投資和運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)用最低。從廣義上講,該方式也可視為是結(jié)合我國(guó)城市電網(wǎng)已逐步取消了35 kV電壓等級(jí)的供電網(wǎng)絡(luò),是不具備直接采用35 kV電源分散供電方式情況下的一種特殊的分散供電方式。相對(duì)目前國(guó)內(nèi)軌道交通采用的分散供電方式,由于其不共用電力變電站饋線母線,供電可靠性更高。

三種合建模式各具特點(diǎn),在工程中均可實(shí)施。

表1 三種合建模式與獨(dú)立建設(shè)模式的對(duì)比分析表

2.3 主變電站合建后對(duì)供電可靠性的影響

軌道交通110 kV變電站和城市電網(wǎng)110 kV變電站合建后,因共用110 kV電源或變壓器而相互影響,因此其供電可靠性較單獨(dú)建設(shè)有所降低。但由于城市軌道交通供電系統(tǒng)采用冗余設(shè)計(jì),在任一回電源故障時(shí),可由另一回電源供電,即使兩回電源都故障退出運(yùn)行,還可由相鄰主變電站越區(qū)支援供電,所以,合建模式的供電可靠性雖稍有降低,但不會(huì)影響到供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。同時(shí),從國(guó)內(nèi)城市軌道交通多年運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)來(lái)看,主變電站兩回電源故障同時(shí)退出運(yùn)行的發(fā)生概率極低,而且很多還是由于上級(jí)220 kV變電站停電造成的。所以軌道交通110 kV變電站和城市電網(wǎng)110 kV變電站合建供電能保證軌道交通的安全運(yùn)營(yíng)。

合建后,軌道交通主變電站畢竟受到城市用戶的影響。為了確保軌道交通的供電安全,同一條線如果有兩座以上主變電站,宜保證有一座主變電站單獨(dú)建設(shè),以便故障時(shí)支援供電。

3 結(jié)語(yǔ)

與城市電網(wǎng)110 kV/10 kV變電站合建的模式是解決目前國(guó)內(nèi)城市軌道交通建設(shè)中主變電站選址困難、電源引入工程投資較大的一種新思路。在工程具體實(shí)施時(shí),可結(jié)合各個(gè)工程供電可靠性需求、電源情況、場(chǎng)地大小,以及城市電網(wǎng)110 kV變電站要求等具體情況,選擇適當(dāng)?shù)暮辖ǚ桨?。和城市電網(wǎng)變電站合建的方案需要得到電力、規(guī)劃等部門的支持和配合;在方案設(shè)計(jì)階段,應(yīng)加強(qiáng)和相關(guān)部門的溝通協(xié)調(diào),研究合建的可能性和具體的合建模式。

行駛中的天津單軌導(dǎo)向有軌電車

[1]鄭瞳熾,張明銳.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)[M].北京:中國(guó)鐵道出版社,2000.

[2]馬凌晨,薛輝,張明銳.軌道交通供電系統(tǒng)主變電站的資源共享[J].城市軌道交通研究,2005(2):6.

[3]GB 50157—2003 地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范[S].