城市轨道交通中压环网供电方式的讨论

摘 要：本文以西安地铁二号线35kV中压环网为例，分别对正常运行方式下、故障运行方式下和应急运行方式下的中压环网运行方式进行了讨论，同时列举出了在故障甚至极端停电的情况下如何利用地铁现有电源对全线重要设备供电的几种可行方式，以及各种供电方式的优缺点比较，从而为地铁供电系统最大限度的保障行车及运营安全提供参考。

关键字：地铁，供电，主变电站，中压环网，运行方式

中图分类号： U231+.3文献标识码：A 文章编号：

0引言

西安地铁二号线一期北客站～会展中心段，设有行政中心主变电站和会展中心两个主变电站，将外电源的110kV降压为35kV，后通过35kV环网电缆向牵引降压混合变电所和降压变电所及跟随式降压变电所供电。按照电能供应的区段划分，全线分为六个供电分区（包括预留的分区），具体供电方式如下（见图1）：

图1正常情况下环网运行图

为了保障地铁负荷的可靠供电，二号线设计了两个主变电站，且每个主变电站各由两路电源供电，在正常情况下供电方式为：

行政中心主变电站供电方式为：由行政中心主变电站35kV I段、Ⅱ段母线通过35kV环网电缆向第一供电分区（运动公园、北苑、北客站、车辆段）；第二供电分区（行政中心、凤城五路、市图书馆、大明宫西）；第三供电分区（龙首原、安远门、北大街）供给各车站负荷用电。

会展中心主变电站的供电方式为：通过会展中心主变电站35kV I段、Ⅱ段母线通过35kV环网电缆向第四供电分区（钟楼、永宁门、南稍门、体育场）；第五供电分区（小寨、纬一街、会展中心）供给各车站负荷用电。同时在北大街降压变电所设置35kV环网联络开关，用于两座主所之间的相互支援供电。

西安地铁二号线开通初期组织进行了大面积停电演练，模拟设置会展中心主变电站两路进线电缆受外力损坏，导致主变电站110kV进线开关及供电局相应对侧开关跳闸，一旦发生会对运营行车造成直接影响，如果处理不及时或者失误，甚至会造成严重的人身伤亡事故。

在地铁供电设备的管理中不仅要做好对供电设备日常的检修保养，更为重要的是供电设备在出现故障下的应急抢险能力，如何在主变电站设备出现故障而导致地铁运营出现大面积停电时能迅速有效的控制故障情况，隔离故障设备，利用地铁内部供电系统的资源尽快调整供电方式，用正常的电源带起停电负荷，使停电负荷迅速恢复供电，减少对行车及运营的影响。

根据西安地铁二号线供电系统的设备条件，整个环网供电方式可以分为三种：正常运行方式、故障运行方式和应急运行方式。

（1）正常运行方式是指行政中心主变电站和会展中心主变电站两路电源及两台主变压器都正常运行，分别对各自系统在正常电源条件、线路条件和设备条件下供电的运行方式。

（2）故障运行方式是指行政中心主变电站和会展中心主变电站当中一路电源或者一台主变压器出现故障停电，用本主变电站或者另外一个主变电站带起相应故障区段负荷时供电系统的运行方式。

（3）应急运行方式是指两个主变电站中的一个解列或者两个主变电站各自的一路电源或一个主变压器同时发生故障停电时，用本主变电站正常的一侧或环网开关调整之后带故障区段负荷时供电系统的运行方式。

2正常运行方式（见图1）

行政中心主变电站和会展中心主变电站分别对全线设备供电，两个主变电站的四路进线电源都及四台主变压器都运行正常，行政中心主变电站给一、二、三供电分区供电，会展中心主变电站给四、五供电分区供电；行政中心主变电站的110kV母联备自投和35kV母联开关备自投均处于投入位，会展中心主变电站35kV母联开关备自投装置处于投入位，两个主变电站35kV母线馈出开关闭合，北大街环网联络开关断开。

3故障运行方式，以行政中心主变电站为例：

（1）当行草牵线路发生故障时，行政中心主变电站110kV Ι路进线开关跳闸，110kV母联开关备自投动作，母联开关合闸，用行凤牵线路通过母联开关带起两台主变压器运行，对一、二、三供电分区的负荷供电。

（2）当行政中心主变电站1#主变压器故障时，1#主变压器低压侧35kV开关、行草牵110kV线路进线开关跳闸，将1#主变压器解列，35kV母联开关备自投动作，母联开关合闸，用2#主变压器对一、二、三供电分区的负荷供电。

这里，对这种故障运行方式进行分析，不论是110kV进线线路发生故障还是一台主变压器发生故障，这种处理方法都是用行政中心主变电站进行本站支援供电。值得思考的是，如果在此期间行政中心主变电站的行凤牵线路或2#主变压器又发生故障停电，就会造成北大街――车辆段大面积停电，对运营行车安全造成巨大影响，甚至可能发生人员伤亡。

下面讨论当一条110kV线路或一台主变压器发生故障时的几种可以处理的方法：

a退出该故障线路，通过本站110kV母联开关用另外一路110kV带起故障区段负荷；

b退出一台主变压器，通过本站35kV母联开关用另外一台主变压器带起故障区段负荷；

c退出一台主变压器，通过北大街35kV环网开关带起故障区段负荷（即用另外一个主变电站的一台主变压器带起受影响段的负荷）。

如果用一、二种方法，都是用本站正常供电区段来支援故障区段负荷，在应急情况下送电比较迅速，但如果故障处理需要较长时间，在此期间故障供电区段的负荷就会造成只有一路电源供电的情况，不符合地铁内一级负荷需要两路独立电源的供电要求。

第三种方法在故障应急情况下使用操作时间较长，但是如果故障处理需要较长时间，且短期内不能恢复正常运行方式供电，那么用这种方式供电时故障区段就有两路独立的电源供电，满足了地铁系统供电的要求，且在故障处理过程当中如果再发生主变电站一路电源故障停电也不会造成车站大面积停电，从而保障了地铁供电及行车的安全。

4应急运行方式，以行政中心主变电站为例：

（1）当行政中心主变电站两路110kV电源都失电或两台主变压器故障停电时，会造成一、二、三供电分区一、二、三类负荷同时停电，且北客站――永宁门接触网电压波动，车辆段接触网全部停电。此时应通过北大街环网开关用会展中心主变电站对二号线全线负荷供电。

（2）当行政中心主变电站行草牵线路故障停电或1#主变故障停电时，同时会展中心主变电站展苑牵ΙΙ路故障停电或2#主变压器停电，此时按照现有设备运行状态和规章规定，是用本主变电站的另外一条线路或者另外一台主变压器进行供电，如果采用这种供电方式，就会形成一、二、三供电分区由行政中心的行凤牵线路或者2#主变压器供电，四、五供电分区由会展中心主变电站的展苑牵Ι路或1#主变压器供电。

分析第二种供电方式，在地铁运行方式中，这种供电方式是极为危险的，因为此时二号线全线所有的负荷均处于只有一路电源供电的情况，不仅要考虑主变电站设备的负载能力，而且还在可利用地铁供电系统的情况下造成了地铁负荷只有一路电源供电，不满足地铁作为一级负荷需有两路独立电源供电的要求。

可以考虑用以下供电方式：

退出行政中心主变电站行草牵线路电源及1#主变压器，合上北大街35kV ΙΙ段的环网开关，用行政中心行凤牵线路电源供全线35kV的ΙΙ段负荷；退出会展中心主变电站展苑牵ΙΙ路电源及2#主变压器，合上北大街35kVΙ段的环网开关，用会展主变电站的1#主变压器供全线35kV的Ι段负荷。

此时每个变电所都处于两路独立电源供电的状态，即使再次出现故障，造成行政中心主变电站的行凤牵线路或会展中心主变电站的1#主变压器再发生故障，全线各站变电所负荷均还有一段母线有电，也不会立即影响到行车及其他一、二类负荷的供电，保证了运营行车及乘客安全。

5小结

通过对供电系统环网运行方式的分析可知，若在紧急情况下一个主变电站发生解列，不论是两路110kV进线或两台主变压器都发生故障，那么必然要将故障主变电站整个退出，用另外一个主变电站通过北大街环网开关对全线供电系统供电。但是在实际情况中，两路进线及两台主变压器同时发生故障的几率很小，一般都是一路进线或一台主变压器发生故障，在这种情况下，根据现有的技术文件规定，如果一路进线或一台主变压器发生故障停电，可合上本站110kV或35kV母联开关，用另外一条线路或主变压器对故障区段设备供电。在应急情况下，如果110kV母联开关或者35kV母联开关自投成功，只要检查设备已经带电运行，则不再改变运行方式，如果110kV母联开关或者35kV母联开关均未自投成功，此时是合上本主变电站的母联开关供电还是通过北大街环网开关用另一个主变电站给故障区段供电，是个值得商榷的问题。在主变电站发生110kV进线电源故障或者主变压器故障时，如何选用合适的供电运行方式，合理利用北大街环网联络开关、各所的母联开关进行供电线路的调整，能够有效的提高供电系统的可靠性，保证地铁运行中人员和设备的安全。

参考文献：

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[2] 万千云，梁惠盈，齐立新；电力系统运行实用技术问答[M]；中国电力出版社；2002年

[3] 韩连祥；城市轨道交通中压双环网运行方式和联锁、联跳关系研究[J]；都市快轨交通（北京）；2004年1月

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