儲(chǔ)能式有軌電車工程供電網(wǎng)絡(luò)組成方法研究

姜超

摘? 要：近年來，國內(nèi)城市建設(shè)現(xiàn)代有軌電車工程越來越多，部分工程采用儲(chǔ)能式有軌電車。基于儲(chǔ)能式有軌電車提出一種簡單、適當(dāng)、造價(jià)低的供電網(wǎng)絡(luò)組成方法，對(duì)供電網(wǎng)絡(luò)技術(shù)方案進(jìn)行了說明，詳細(xì)分析了組網(wǎng)方式。最后對(duì)儲(chǔ)能式有軌電車工程供電網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用進(jìn)行了歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：有軌電車;儲(chǔ)能;供電系統(tǒng);供電網(wǎng)絡(luò)

中圖分類號(hào)：U482.1? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ?文章編號(hào)：2095-2945（2019）25-0127-02

Abstract： In recent years， there are more and more modern tram projects in domestic cities， and energy storage trams are used in some projects. Based on the energy storage tram， a simple， appropriate and low cost power supply network composition method is proposed， the technical scheme of power supply network is explained， and the networking mode is analyzed in detail. Finally， the application of power supply network in energy storage tram project is summarized.

Keywords： tram; energy storage; power supply system; power supply network

隨著城市軌道交通的快速發(fā)展，國內(nèi)引入有軌電車的城市越來越多。有軌電車是采用電力驅(qū)動(dòng)并在軌道上行駛的地面輕型公共交通車輛，其建設(shè)成本遠(yuǎn)高于傳統(tǒng)公交大巴，但低于輕軌、地鐵。供電網(wǎng)絡(luò)建設(shè)是有軌電車機(jī)電安裝工程的重要構(gòu)成部分，目前國內(nèi)有軌電車供電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)方式一般參照地鐵供電系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行簡化，工程造價(jià)較高。

1 城市軌道交通供電網(wǎng)絡(luò)

城市軌道交通[1]是指采用專用軌道導(dǎo)向運(yùn)行的城市公共客運(yùn)交通系統(tǒng)，包括地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、市域快速軌道系統(tǒng)。

2018年國辦發(fā)〔2018〕52號(hào)《國務(wù)院辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的意見》中明確，“城市軌道交通系統(tǒng)，除有軌電車外均應(yīng)納入城市軌道交通建設(shè)規(guī)劃并履行報(bào)批程序?！盵2]有軌電車工程的建設(shè)理應(yīng)向城市公共交通系統(tǒng)靠攏，其工程造價(jià)應(yīng)進(jìn)一步有效的降低。

1.1 地鐵供電網(wǎng)絡(luò)的組成

地鐵供電系統(tǒng)由以下幾部分組成：主變電站（集中供電方式）或開閉所（分散供電方式）、中壓供電網(wǎng)絡(luò)、牽引變電所及降壓變電所、牽引網(wǎng)、低壓配電及照明系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)（SCADA）及雜散電流防護(hù)系統(tǒng)。

中壓供電網(wǎng)絡(luò)（35kV或10kV）把主變電站（或開閉所）的電能輸送到各牽引變電所和降壓變電所?？v向把主變電站（或開閉所）和牽引、降壓變電所連接起來，橫向把各個(gè)牽引變電所、降壓變電所連接起來。建設(shè)的重要原則是安全、可靠性高。缺點(diǎn)是可靠性冗余電纜較多，工程造價(jià)高。

1.2 有軌電車供電網(wǎng)絡(luò)的組成

傳統(tǒng)接觸網(wǎng)供電的有軌電車工程一般采用10kV電壓、分布式供電、雙母線冗余環(huán)網(wǎng)的供電網(wǎng)絡(luò)形式，其缺點(diǎn)為輸電容量小，供電范圍短，設(shè)計(jì)安全冗余度過高，供電設(shè)備較多，變電所占地面積大，母線電纜使用較多，工程造價(jià)高。

2 儲(chǔ)能式有軌電車供電網(wǎng)絡(luò)組成方法

2.1 總體架構(gòu)設(shè)計(jì)

有軌電車線路長度10-15km，全線的牽引降壓混合變電所被分成若干個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)為不超過3個(gè)車站供電;其中一個(gè)供電分區(qū)從城市電網(wǎng)就近引進(jìn)兩路10kV電源;中壓網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式，牽引降壓混合變電所的環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開關(guān)均采用斷路器;兩個(gè)相鄰供電分區(qū)間通過兩路環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)。牽引降壓混合變電所的主接線，均采用分段單母線形式。

2.2 技術(shù)方案

通過外部市政電源引入兩路10kV電源至兩座有一定距離間隔的開閉所（舉例編號(hào)KB1和KB2，如圖1所示），全線設(shè)置5-6座牽引降壓混合所（以5座為例，編號(hào)為A，B，C，D，E），構(gòu)成5-6個(gè)供電分區(qū)（每個(gè)變電所為一個(gè)供電分區(qū)），每個(gè)供電分區(qū)負(fù)責(zé)2-3座車站或車輛基地;開閉所KB1與KB2之間采用單母線連接，供電分區(qū)相互間隔組建2個(gè)供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，即 A、C、E為一個(gè)分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，B、D為一個(gè)分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，各供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部供電分區(qū)采用單母線、“手拉手”方式連接，每個(gè)供電分區(qū)與車站采用放射式連接，車站間無連接;開閉所KB1和KB2分別于1個(gè)供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)中的某一個(gè)牽引降壓混合所采用單母線方式進(jìn)行連接，連接距離滿足min（min（KB1-A，KB1-C，KB1-E）+min（KB2-B，KB2-D），min（KB2-A，KB2-C，KB2-E）+min（KB1-B，KB1-D））的要求，其中KBx-y為開閉所KBx至牽引降壓混合所y的電纜長度，x為1或2，y為A至E。開閉所KB1和KB2正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，它們之間的母線處于斷開狀態(tài)，兩路10kV電源分別給一半的供電分區(qū)供電，一旦引入的某一路市政電源發(fā)生故障，則母線連通，全線改由單電源供電;當(dāng)線路中與開閉所連接的變電所發(fā)生故障解列時(shí)，該變電所所屬供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)退出運(yùn)營，全線車站每間隔2-3座車站無電，在無電車站由車載儲(chǔ)能裝置給有軌電車供電通過該供電分區(qū)至正常供電的車站，列車可在此車站繼續(xù)充電。當(dāng)線路中其它變電所發(fā)生故障解列時(shí)，其所屬供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)中下游的變電所也隨之退出運(yùn)行，有軌電車可由車載儲(chǔ)能裝置支撐，繼續(xù)行駛至正常供電的車站充電。

2.3 組網(wǎng)控制方法實(shí)例

本實(shí)施例中，開閉所兩座KB1和KB2，牽引降壓所5座A-E，車站12座1-12，首尾車站距離15km。引入外部電源10kV至開閉所，開閉所KB1和KB2之間采用10kV單母線連接，處于斷開狀態(tài);牽引降壓混合所A、C、E組成供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)2，牽引降壓混合所B、D組成供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)1，連接電纜電壓等級(jí)為10kV;每座牽引降壓所依次連接3座車站，供電電纜為DC750V和AC380V。

本實(shí)例的組網(wǎng)控制方法包括：

第一步：選取兩座開閉所的位置，需滿足處于線路的中心區(qū)域且跨度不超過5個(gè)車站。

第二步：5座牽引降壓所劃分為2個(gè)供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)，滿足相互間隔組網(wǎng)的要求。

第三步：開閉所KB1和KB2分別于1個(gè)供電分區(qū)中的某一個(gè)牽引降壓混合所采用單母線方式進(jìn)行連接，連接距離滿足min（min（KB1-A， KB1-C， KB1-E）+min（KB2-B，KB2-D）， min（KB2-A， KB2-C， KB2-E）+min（KB1-B，KB1-D））的要求，其中KBx-y為開閉所KBx至牽引降壓混合所y的電纜長度，x為1或2，y為A至E。

第四步： 牽引降壓混合所至車站連線，滿足一座所給2-3個(gè)車站供電，可增加變電所。

第五步：正常模式運(yùn)行。

第六步： 如一路引入電源故障（舉例以KB1所的引入電源故障進(jìn)行說明），則開閉所KB1和KB2之間母線連通，由KB2通過開閉所間母線給原先由開閉所KB1供電的供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)供電。

第七步： 開閉所KB1的引入電源故障排除后，斷開KB1和KB2之間母線，按正常模式運(yùn)行。

第八步：如1個(gè)供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)故障，切除故障變電所及該供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)中下游變電所，有軌電車由車載儲(chǔ)能裝置提供動(dòng)力通過故障的供電分區(qū)的車站至正常運(yùn)行的車站充電，直至故障排除轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行模式。

第九步：如2個(gè)供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)故障造成部分車站無電，則有軌電車由車載儲(chǔ)能裝置提供動(dòng)力通過故障的供電分區(qū)的車站至正常運(yùn)行的車站充電，直至故障排除轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行模式。

第十步：如2個(gè)供電分區(qū)網(wǎng)絡(luò)故障造成全部車站無電，車輛退出運(yùn)營，直至故障排除轉(zhuǎn)為正常運(yùn)行模式。

3 成本分析

本文所示儲(chǔ)能式有軌電車供電網(wǎng)絡(luò)方案相對(duì)傳統(tǒng)接觸網(wǎng)供電有軌電車，可有效降低中壓網(wǎng)絡(luò)10kV電纜的使用量，至少可減少線路等長的10kV電纜以及配套的工程綜合管溝的建設(shè)，有效降低工程造價(jià)。

4 結(jié)束語

有軌電車工程供電網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)，服務(wù)于有軌電車，根據(jù)有軌電車的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)匹配的供電網(wǎng)絡(luò)有利于工程造價(jià)的顯著降低，進(jìn)而推動(dòng)城市有軌電車網(wǎng)絡(luò)化建設(shè)。本文通過詳細(xì)介紹了一種儲(chǔ)能式有軌電車工程供電網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)方案，充分利用儲(chǔ)能式有軌電車的特點(diǎn)，合理配置中壓供電網(wǎng)絡(luò)，有效降低工程建設(shè)投資。

參考文獻(xiàn)：

[1]GB50490.城市軌道交通技術(shù)規(guī)范[S].2009.

[2]國辦發(fā)〔2018〕52號(hào).國務(wù)院辦公廳關(guān)于進(jìn)一步加強(qiáng)城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的意見[Z].2018.