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地铁供配电系统的可靠性与安全性分析戴安杰

发表时间：2021/1/12 来源：《基层建设》2018年第13期作者：戴安杰

[导读] 摘要：地铁供配电系统主要承担的任务是为区间内动力、地铁站以及照明装置等低压负荷供应电力。本文首先分析了提高地铁供配电系统的安全性以及可靠性，其次简要分析了电源侧、地铁供电系统的相关设计内容以及变电所设置，最后针对导线选择提出了一系列有效建议。关键词：地铁供配电系统；可靠性；安全性

        深圳地铁物业管理发展有限公司广东深圳 518000
        摘要：地铁供配电系统主要承担的任务是为区间内动力、地铁站以及照明装置等低压负荷供应电力。本文首先分析了提高地铁供配电系统的安全性以及可靠性，其次简要分析了电源侧、地铁供电系统的相关设计内容以及变电所设置，最后针对导线选择提出了一系列有效建议。
        关键词：地铁供配电系统；可靠性；安全性
        地铁交通系统是解决城市交通拥挤问题的一大创新，其具有载客量大、运输速度快、噪音小以及交通便捷的优点。地铁供配电系统作为支持地铁交通系统的重要组成部分，是支持地铁交通系统平稳运行的主要动力。以下，针对地铁供配电系统，提出了一些提高其安全性、可靠性的措施：
        1 提高地铁供配电系统安全性以及可靠性的必要性
        近些年来，我国的火灾事故非常多。通过调查研究发现，电气火灾数量在全部火灾数量中占据了三分之一，特别是由配电线路问题引发的火灾在电气火灾中占据的比重更大。伴随着现代经济社会的飞速发展，我国的供配电系统已经得到了飞速发展，但是年年因为触电而伤亡的人数依然只增不减，据统计从1975年到1990年，我国农村因触电而死亡的人数已经达到五万人以上。因此，提高地铁供配电系统的安全性、稳定性以及可靠性非常必要。
        2 电源侧分析
        在以集中供电方式为主的供电系统中，地铁站所安置的降压变电所其内部的电力主要来源于地铁专用变电所互不相同的母线段；在以分散供电方式为主的供电系统中，地铁站所安置的降压变电所其内部的电力主要来源于城市配电网内部互不相同的开关站。然而，不论采用任何供电方式，供电系统都将给地铁站内部的降压器变电所安排出两路相互之间不联系的电源，从而使得地铁供配电系统满足一级负荷供电需求。
        3 地铁供电系统设计
        地铁供电系统是一项涉及电器元件种类多且杂的系统，其主要由牵引供电、电力监控主变电所以及低压配电等系统组成。通常情况下，一条地铁线往往对应两处到三处的主变电所，并且主变电所的电压一般都保持在一百一十千伏或者三十五千伏，主要为全线的动力、牵引以及照明提供电力，为了使管理起来更加便捷，根据车站所处的位置，在每二到三站之间设置牵引变电所，承担为机车牵引提供电力的任务，另外，每个车站最少应设置一个降压变电所，承担对应车站和区间设备的供应电力任务。
        通常情况下，主要将地铁线的用电情况分为两类，即地铁站、区间动力的照明设备用电和地铁机车的牵引用电。其中，在地铁站内主要针对于动力照明供配电所对应的降压变电所变压器的安装容量应保持在二乘以一千二百五十千伏安左右，采用的交流电压应控制在二百二十伏或者三百八十伏；然而，牵引供电系统所运用的DC1500V，接触网的最高电压和最低电压应满足相关规定，通过研究可以看出，接触网的最低电压应保持在一千伏以上，最高电压应在一千八百伏以下，即一千伏到一千八百伏之间。
        4 变电所设置
        变电所是地铁供配电系统的关键组成内容，其在地铁系统中合理有效的设置对于维护地铁系统的平稳、安全运行至关重要。在现实中，变电所设置所依据的原则如下：变电所的最佳设置位置是车站负荷的中心部位，并使得供电距离尽可能小，这对于提高供电的经济性以及可靠性具有重大意义。变电所设置的方式主要有三个，从易到难依次排开是一所式、两所式以及一所一室式。以下对一所式、两所式以及一所一室式进行了详细介绍：
        4.1 一所式
        该变电所设置方式主要运用于标准化程度相当高的地铁站，站长应控制在二百一十米左右，并将降压变电所设置在车站负荷相对较重的一端。在参与某城市地铁二号线林边站的实地考察项目中，笔者发现林边站的长度为二百一十三米，并且降压变电所设置在站台层的小里程端。
        4.2 二所站
        在车站整体规模相对较大、总体长度相对较长时，整条地铁线的供电距离也会拉长。面对这种情况，可以将两个变电所合理地设置在车站的两端，分别对所在端和区间的负荷进行电力配置；在车站附近有大范围物业开发时，可以适当地增加一个跟随式变压所，该变压所所负责的任务是对物业开发进行配电设置，从而使物业开发、车站配电各自成为系统，便于后期的日常运营、维护。
        4.3 一所一室式
        该种变电所设置方式是在综合以上两种方式的基础上所形成的折中变电所设置方式。在车站规模明显比标准车站规模大得多的情况下，应将车站的长度保持在二百五十米左右。该种方法比较适用于物业开发范围比较小情况下的变电所设置。

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当物业开发范围明显比较小时，采用一所式变压所设置方式，会造成供电半径的增大，而采用两所式变压所设置方式，容量浪费的问题又会比较突出，因此，应折中采用一所一室变压所设置方式，即将低压配电室设置在负荷较轻的一端，从而达到集中配电的目的，并和环控电控室设置在一起，这样一来，不仅各个用电负荷进线电缆的总体长度可以得到减少，供电的可靠性、安全性以及效益性也能够得到有效保障。
        5 导线选择
        5.1 对导线的截面进行有效确定
        根据导线内部所损耗的电压对导线的横截面进行选择，考虑到截面的档次是否要加大，就需要实施价格性能分析工作。在选择导线截面的过程中，需要适当考虑导线的机械强度、热承受能力。必要情况下，应将截面合理地提高到一档和二档之间。这样做的原因主要分为以下四方面内容：
        5.1.1 有助于对单相接地短路电流进行提高
        配电线路的距离一般都比较长，大概在一百米左右，也有特殊的，一般在低电压配电系统影响程度较高的情况下，配电线路的距离能够达到三百米左右。并且，在配电线路相间、相地的短路电流比较小的情况下，可以根据“低压配电规范设计GB50054—95”中的相关规定，在故障产生之后的五秒时间内对故障进行迅速切除，变电所MCC柜所馈出的断路器的脱扣器电流的整定值达不到灵敏系数的要求。对接地故障安全保护装置进行合理设置，仅仅能够对相地故障进行解决，对于相间短路问题来讲，起不到作用。因此，应对导线的横截面进行适当增大，对线路阻抗进行适当减少，从而对短路电流进行提高，进而对变电所MCC柜所馈出的断路器脱扣器带电流的整定值灵敏系数进行有效提高。
        5.1.2 有助于运营成本的降低
        对导线截面进行适当提高，虽然会使得导线成本持续增加，从而提高配电系统运行的成本，但是其可以对配电线路的整体能耗进行适当降低，从而达到节省电费的目的。通过实验研究发现，适当增大导线的横截面，效果显著，投资回收的年限也在最大程度上得到了缩短。并且，当前，能源短缺是全球性问题，对于我国来讲，电价费一直处于持续增加的状态，这可以使得投资回收年限得到快速缩短。虽然，导线报价的上调现象是一种普遍现象，但是上调都是相对的，不论哪种截面导线，涨与不涨都是同时进行的，这对价格性能比较分析所造成的影响是非常小的。
        当然，任何事物都是一直处于不断向前发展的状态的。当长期国家能源供求关系逐渐趋向平衡时，电价费越是稳定，就越是有必要对导线价格与性能的比值进行详细分析，从而实现对导线截面的有效拟定。
        5.1.3 有助于导线使用寿命的有效延长
        导线截面的持续增大，将会使导线阻抗得到降低，线芯的温升得到降低，绝缘老化的速度将会逐渐变慢，从而使得导线的整体使用寿命逐渐得到延长。如果将这个因素放在价格性能中进行分析，更能论证笔者的看法。
        5.1.4 有助于N线、PE线截面的适当提高
        在导线截面得到适当提高的同时，PE线以及N线的截面也将得到提高，这对于有效降低PE线以及防止N线断裂具有非常重要的作用。
        5.2 对导线的型号进行有效确定
        在确定导线型号的过程中，所运用的原则已经在“地铁规范设计GB50157—92”得到了有效陈述。伴随着国内电缆多样性、丰富性程度的逐渐提高以及生产成本的持续降低，依据实际需要选择合理的电缆非常关键。一级负荷是指消防系统、自动化系统以及通讯信号系统中设备的负荷，对于一级负荷来讲，应对耐火性电缆进行优先选择，另外，还应将无毒、低烟考虑在内。二级和三级负荷主要是指除了一级负荷之外的负荷，对于二、三级负荷来讲，应优先选用阻燃型电缆。虽然新型电缆造价比一般的电缆造价高出很多，但是在将地铁站的特殊性以及消防需求考虑在内时，就会发现，使用新型电缆的做法是值得的。
        截面比较小的导线容易被老鼠啃咬而出现问题，因此，在鼠害比较严重的地区，应选择带有金属铠装护套的导线。通常情况下，单芯导线外层是不能带有这类护套的，这主要是由于单芯导线内部的电流很容易在该类护套上产生涡流，使得导线外皮持续发热，从而对导线的整体使用寿命进行影响。因此，在对单芯导线进行防护时应采取其他方法。
        6 小结
        综上所述，提高地铁供配电系统整体的安全性和可靠性对于地铁交通系统的正常运行具有重要意义。作为衡量一个国家科技文明水平的重要标志，用电安全程度对于维护人们生命财产安全非常重要。因此，当代的设计工作者必须提高对地铁供配电系统的重视和应用程度。
        【参考文献】
        [1]潘元欣.地铁换乘车站供配电设计探讨[J].铁道标准设计,2015,(9):141-144,145.
        [2]何帅.城市地铁隧道盾构施工供配电系统设计[J].城市建设理论研究（电子版）,2015,5(24):1080-1081.