新型公共交通外部電源供電模式研究

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新型公共交通對(duì)外部電源可靠性的要求

目前我國(guó)尚無針對(duì)新型公共交通的國(guó)家或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但可參考與其相近的電車供電系統(tǒng)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在CJ／T1—1999《城市無軌電車和有軌電車供電系統(tǒng)》中，關(guān)于外部電源的要求主要有兩點(diǎn)：第3．2．1條規(guī)定，系統(tǒng)應(yīng)列為交流電源的一級(jí)或二級(jí)負(fù)荷；第4．4．1條規(guī)定，電車整流站應(yīng)有兩路交流進(jìn)線電源，一路常用，一路保安備用，臨時(shí)電車整流站可用單路交流進(jìn)線電源。上述第一點(diǎn)是對(duì)電車負(fù)荷等級(jí)的定位，第二點(diǎn)則是對(duì)電源的可靠性提出了具體要求。在GB50052—2009《供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范》中，對(duì)于一級(jí)負(fù)荷電源的要求，第3．0．2條規(guī)定，一級(jí)負(fù)荷應(yīng)由雙重電源供電，當(dāng)一電源發(fā)生故障時(shí)，另一電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞；對(duì)于二級(jí)負(fù)荷電源的要求，第3．0．7條規(guī)定，二級(jí)負(fù)荷的供電系統(tǒng)宜由兩回線路供電，在負(fù)荷較小或地區(qū)供電條件困難時(shí)，可由一回6kV及以上專用的架空線路供電。新型公共交通外部電源應(yīng)滿足標(biāo)準(zhǔn)CJ／T1—1999和GB50052—2009的相關(guān)要求，即最低要滿足“有兩路電源，一路常用，一路備用”的要求。

外部電源對(duì)變電所的供電模式及適用范圍

1雙電源或局部雙電源加雙環(huán)網(wǎng)模式及適用范圍

新型公共交通各變電所的供電方式通常采用直接雙回路10kV電源供電或局部雙回路10kV電源加雙環(huán)網(wǎng)的供電方案。本文以一條10km左右、設(shè)有4座牽引變電所的線路為例進(jìn)行說明。當(dāng)采用直接雙回路10kV電源的供電方式時(shí)，每座牽引變電所從城市電網(wǎng)引入2回10kV電源，牽引變電所間無聯(lián)絡(luò)；兩回電源同時(shí)向牽引變電所供電，并相互備用。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖1所示。該方案的特點(diǎn)是每座牽引變電所均引入2回10kV電源，且互為備用，供電可靠性較高；但由于引入電源數(shù)量較多，電源工程較大，同時(shí)由于變電所間不設(shè)環(huán)網(wǎng)電纜進(jìn)行聯(lián)絡(luò)，因此，該模式適用于電源點(diǎn)較近、車站不設(shè)降壓變電所（有牽引變電所的車站除外）的線路。但該模式的缺點(diǎn)是：占用電力系統(tǒng)10kV間隔資源及市政電力廊道較多；如果電源點(diǎn)較遠(yuǎn)，則工程投資較大。局部雙回路10kV電源加雙環(huán)網(wǎng)的供電方式是指：一部分牽引變電所從城市電網(wǎng)引入2回10kV電源，其它牽引變電所則采用2路10kV電纜從臨近牽引變電所引入2回10kV電源，并采用2回環(huán)網(wǎng)電纜將全線牽引變電所連接起來。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖2所示。該方案為國(guó)內(nèi)城市公共交通通常采用的雙環(huán)網(wǎng)方案，通過10kV環(huán)網(wǎng)將引入電源相互聯(lián)接，形成備用；除兩端的變電所外，每個(gè)牽引變電所均可從左右兩個(gè)方向各引入2回10kV電源，供電可靠性最高，運(yùn)行方式也更加靈活。各車站如負(fù)荷較大或附近沒有380／220V低壓電源時(shí)，可在車站設(shè)置降壓變電所，通過貫通全線的2回10kV環(huán)網(wǎng)電纜取得的10kV電源經(jīng)降壓變電所降壓成380／220V低壓電源。由于該供電模式僅在2座牽引變電所各引入2回10kV電源，引入電源數(shù)量較少，同時(shí)也可結(jié)合沿線外部電源情況，在距離電源點(diǎn)近的車站引入電源，所以外部電源工程量較小，且全線雙環(huán)網(wǎng)貫通可方便車站降壓變電所的接入。該供電模式最適用于沿線電源點(diǎn)較少或距離較遠(yuǎn)、車站需要設(shè)置降壓變電所的線路。局部雙回路10kV電源加雙環(huán)網(wǎng)的供電方式全線僅需要在少量牽引變電所引入10kV電源就可滿足供電要求，供電可靠性很高，但由于沿線將敷設(shè)2回10kV環(huán)網(wǎng)電纜，投資也稍高。為了保證每座牽引變電所均有可靠電源，也可在每座牽引變電所各引入1回10kV電源，同時(shí)通過2回10kV環(huán)網(wǎng)電纜沿線貫通，使相鄰兩所間形成備用關(guān)系。其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)如圖3所示。但是，因?yàn)樾枰诿孔鶢恳冸娝家?回10kV電源，所以對(duì)電源的要求比圖2所示的結(jié)構(gòu)模式要高。

2基于單電源、單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的供電模式

根據(jù)新型公共交通外部電源供電要滿足“有兩路電源，一路常用，一路備用”的要求，同時(shí)結(jié)合局部雙電源加雙環(huán)網(wǎng)供電模式的優(yōu)缺點(diǎn)，本文提出了如圖4所示的基于單電源、單環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的供電模式。該模式是在部分牽引變電所引入1回10kV電源，同時(shí)用1回10kV環(huán)網(wǎng)電纜將沿線變電所串接起來，沒有引入10kV電源的變電所也可通過環(huán)網(wǎng)電纜引入10kV電源。在正常情況下，各變電所由1回10kV電源供電；當(dāng)該10kV電源停電時(shí)，閉合環(huán)網(wǎng)分段開關(guān)，通過單環(huán)網(wǎng)由相鄰所引入的10kV電源供電，滿足“有兩路電源，一路常用，一路備用”的要求，也有利于車站降壓變電所的接入。該供電模式為局部雙電源加雙環(huán)網(wǎng)供電模式的優(yōu)化方案，適用于沿線電源點(diǎn)較少或距離較遠(yuǎn)、車站需要設(shè)置降壓變電所的線路，可有效節(jié)省工程投資，簡(jiǎn)化中壓網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本。

3三種模式的優(yōu)缺點(diǎn)和適用范圍

前述的三種外部電源供電模式均可用于新型公共交通，但各有特點(diǎn)，因此具有不同的適用范圍。三種外部電源供電模式對(duì)比分析如表1所示。從表1可以看出，雙電源模式外部引入電源工程量最大，但沒有環(huán)網(wǎng)工程；以平均每處電源為2km來計(jì)算，其工程投資也適中，但外部電源點(diǎn)距離更遠(yuǎn)或電源點(diǎn)不足時(shí)就不宜采用了。局部雙電源加雙環(huán)網(wǎng)模式引入電源數(shù)量較少，其可靠性也最高，但因其采用了雙環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，工程投資也較高，適用于外部電源點(diǎn)較少或距離較遠(yuǎn)、設(shè)有地下或高架車站等對(duì)低壓照明負(fù)荷要求較高的線路。單電源單環(huán)網(wǎng)模式是局部雙電源加雙環(huán)網(wǎng)模式的優(yōu)化方案，在滿足供電可靠性的前提下，具有最好的經(jīng)濟(jì)性和可實(shí)施性。

各條新型公共交通線路在具體設(shè)計(jì)和實(shí)施時(shí)，應(yīng)根據(jù)沿線的外部電源情況、本線的牽引和動(dòng)力照明負(fù)荷的分布和大小，以及供電安全和可靠性的要求進(jìn)行綜合分析，采用合理的外部電源供電方式。（本文作者：劉家美 單位：中鐵第四勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司）