新型公共交通外部電源供電模式研究
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目前我國尚無針對新型公共交通的國家或行業(yè)標準，但可參考與其相近的電車供電系統(tǒng)行業(yè)標準。在CJ／T1—1999《城市無軌電車和有軌電車供電系統(tǒng)》中，關于外部電源的要求主要有兩點：第3．2．1條規(guī)定，系統(tǒng)應列為交流電源的一級或二級負荷；第4．4．1條規(guī)定，電車整流站應有兩路交流進線電源，一路常用，一路保安備用，臨時電車整流站可用單路交流進線電源。上述第一點是對電車負荷等級的定位，第二點則是對電源的可靠性提出了具體要求。在GB50052—2009《供配電系統(tǒng)設計規(guī)范》中，對于一級負荷電源的要求，第3．0．2條規(guī)定，一級負荷應由雙重電源供電，當一電源發(fā)生故障時，另一電源不應同時受到損壞；對于二級負荷電源的要求，第3．0．7條規(guī)定，二級負荷的供電系統(tǒng)宜由兩回線路供電，在負荷較小或地區(qū)供電條件困難時，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滿足標準CJ／T1—1999和GB50052—2009的相關要求，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、設有4座牽引變電所的線路為例進行說明。當采用直接雙回路10kV電源的供電方式時，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；兩回電源同時向牽引變電所供電，并相互備用。其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖1所示。該方案的特點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，同時由于變電所間不設環(huán)網(wǎng)電纜進行聯(lián)絡，因此，該模式適用于電源點較近、車站不設降壓變電所（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；如果電源點較遠，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)絡結(jié)構(gòu)如圖2所示。該方案為國內(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，每個牽引變電所均可從左右兩個方向各引入2回10kV電源，供電可靠性最高，運行方式也更加靈活。各車站如負荷較大或附近沒有380／220V低壓電源時，可在車站設置降壓變電所，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，同時也可結(jié)合沿線外部電源情況，在距離電源點近的車站引入電源，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較少或距離較遠、車站需要設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系。其網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)如圖3所示。但是，因為需要在每座牽引變電所都引入1回10kV電源，所以對電源的要求比圖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，同時結(jié)合局部雙電源加雙環(huán)網(wǎng)供電模式的優(yōu)缺點，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；當該10kV電源停電時，閉合環(huán)網(wǎng)分段開關，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，適用于沿線電源點較少或距離較遠、車站需要設置降壓變電所的線路，可有效節(jié)省工程投資，簡化中壓網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，節(jié)省運營成本。
3三種模式的優(yōu)缺點和適用范圍
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，因此具有不同的適用范圍。三種外部電源供電模式對比分析如表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來計算，其工程投資也適中，但外部電源點距離更遠或電源點不足時就不宜采用了。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，適用于外部電源點較少或距離較遠、設有地下或高架車站等對低壓照明負荷要求較高的線路。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)濟性和可實施性。
各條新型公共交通線路在具體設計和實施時，應根據(jù)沿線的外部電源情況、本線的牽引和動力照明負荷的分布和大小，以及供電安全和可靠性的要求進行綜合分析，采用合理的外部電源供電方式。（本文作者：劉家美 單位：中鐵第四勘察設計院集團有限公司）
