逯雄雄

（中鐵十二局集團電氣化工程有限公司，天津 300308）

城市軌道交通在提高土地利用率和城市居民出行便捷度方面具有卓越貢獻。眾多城市修建了城市軌道交通網絡，成為居民日常生活中密不可分的存在[1]。城市軌道交通車站和線路在運營時，其行車運輸組織以及眾多設備的運轉均依賴于高效聯動、安全可靠的變配電系統[2]。按照用電性質不同，地鐵供電系統由2個相互獨立的環(huán)網系統組成：一是地鐵牽引供電系統，其重要組成部分為牽引變電所，負責提供列車的電動牽引；二是地鐵降壓變電系統，其重要組成部分為降壓變電所（降壓所），負責電扶梯、火災自動報警系統（Fire Alarm System，FAS）、通風空調、屏蔽門以及通信信號等電力設備的電力供給[3]。

1 工程概況

天津市6號線一期工程為城市軌道交通主干線，全長43.43 km，起于南孫莊站，終于淥水道站，共有40座地鐵車站和1座車輛段。地下線路長約41.93 km，含13座換乘站。本項目采用集中供電方式，相比于分散供電等方式，集中供電方式具有可靠性高、受壓電壓較高、受電網影響小、集中管理等優(yōu)點，以利于地鐵供電網形成獨立系統。按照電容量和線路的長度，在地鐵全線設置2座主變電所（主所A和主所B），主變電所從城市電網引入110 kV電壓，經降壓后成為35 kV電壓，供電扶梯、FAS、廣告、通風空調、屏蔽門及通信等電力設備的用電需求。35 kV電壓供電的輸電距離和容量適中，長遠考慮電費較低，為電力設備的電壓優(yōu)選方案[4]。

2 地鐵降壓變電系統構成

在城市軌道交通降壓變電系統設計中，400 V低壓系統具有自動化程度高、檢修維護方便、負荷分類多等優(yōu)點。在母線失壓時，內置的電流電壓保護模塊能夠實現失壓保護，切除三類負荷，同時柜內設備采取抽屜式單元，可方便地對各個單元進行抽取和檢修，運行和操作簡單，因此400 V電壓為降壓電壓的分級終壓[5-6]。一般降壓等級分為2類：一是2級降壓方式，將35 kV電壓直接降為400 V電壓；二是3級降壓方式，即將35 kV電壓降低為10 kV電壓后再降低為400 V電壓[7-8]。天津市6號線一期工程線路的分級供電方式含有以上兩種方式，形成的地鐵環(huán)網降壓系統由主變電所（100 kV電壓輸入，35 kV電壓輸出）、中心降壓變電站（35 kV電壓輸入，10 kV電壓輸出）和降壓所（10 kV電壓輸入，400 V電壓輸出）組成，每一個降壓所均為2路進線。第111頁圖1為地鐵環(huán)網降壓系統構成網絡圖。

圖1 地鐵環(huán)網降壓系統構成網絡圖

在地鐵降壓變電系統中，負載率和耗電量直接關系到地鐵降壓變電系統的降壓方式，還有整個地鐵降壓變電系統變壓器的負載能力。第111頁表1為天津市6號線一期工程各個地鐵站變壓器某日高峰期負載率實測值。從表1中可以看出，地鐵車站高峰期的變壓器負載率變化范圍為10.01%～12.48%，與現行《35～110 kV變電所設計規(guī)范》相比，實測的變壓器負載率低于最佳負載率45%～60%的要求，表明設計的降壓所變電站容量富余量偏大，能夠滿足對設備運營的充裕供電。降壓所的電力設備包含電扶梯、直升電梯、冷源、通風照明等各個電力設備的耗電量各不相同。為了更為詳細地分析10 kV/400 V降壓所各類電力設備的耗電量，以變壓器負載率最大的金鐘河大街站為例，統計某月的降壓所各類電力設備的耗電量：冷源設備52 080 kWh，占總耗電量的24.2%；環(huán)控設備65 624 kWh，占總耗電量的30.5%；車站照明設備30 523 kWh，占總耗電量的14.2%；商業(yè)用電設備23 751 kWh，占總耗電量的11.0%；弱點系統設備21 099 kWh，占總耗電量的9.8%；其他設備22 152 kWh，占總耗電量的10.3%。

表1 天津市6號線一期工程各個地鐵站變壓器某日高峰期負載率實測值 （%）

3 地鐵降壓變電系統施工調試

為了更好地保證地鐵降壓變電系統的正常運行，選擇了合理的地鐵降壓變電系統后，需對其施工調試，其中諧波電流控制是施工調試的重點工作。由于環(huán)控設備、冷源設備、車站照明設備的耗電量占總耗電量的68.9%，因此施工調試時對這些設備的諧波電流控制顯得尤為重要。分別對環(huán)控設備、冷源設備、車站照明設備的瞬時電流進行記錄，得到三者的電流波形圖，見圖2。從圖2可以看出，各電力設備的電流存在明顯的畸變，這是受諧波的影響所致。對這些電流波形分析可知，諧波的次數分別為3次、5次、7次、9次和11次。

圖2 地鐵降壓變電系統電力設備電流波形圖

為了對各個地鐵降壓變電系統電力設備的諧波電流進行分析，按照諧波次數統計其95%概率值和諧波電流平均值，見第112頁表2。

從表2中可以看出，環(huán)控設備、冷源設備、車站照明設備的諧波電流95%概率值曲線呈現明顯不同的變化情況。環(huán)控設備的諧波電流95%概率值呈現明顯的波動，變化劇烈，在諧波次數為5次時，達到波峰值為24.80 A，而在高次諧波中的電流95%概率值則相對較小；冷源設備的諧波電流95%概率值波動幅度較小，整體表現為低次諧波電流的95%概率值相對較小，而諧波次數為7次和9次的電流值為波峰值；與冷源設備相反，車站照明設備的諧波電流95%概率值波動幅度較小，整體表現為高次諧波電流的95%概率值相對較小，而諧波次數為5次的電流值為波峰值。這些諧波的波峰值都會使電網中的電能損耗過大，導致設備發(fā)熱損壞和過電壓損壞，故在施工調試時需采取必要的措施進行諧波電流控制，如在降壓所中增加有源電力濾波器（Active Power Filter，APF），對諧波電流進行調控以達到諧波治理的目的。

表2 地鐵降壓變電系統電力設備的諧波電流統計結果

4 結束語

以天津市6號線一期工程線路為研究對象，在分析地鐵降壓變電系統構成的基礎上，分析線路各站的變壓器負載率和各降壓變電系統電力設備的耗電量，并對各降壓變電系統電力設備出現的諧波電流問題進行施工調試，得到以下兩個結論：一是40座地鐵車站高峰期的變壓器負載率變化范圍為10.01%～12.48%，設計富余量偏大，能夠滿足對設備運營的充裕供電，環(huán)控設備、冷源設備、車站照明設備的耗電量占總耗電量的68.9%；二是環(huán)控設備、冷源設備、車站照明設備的諧波電流95%概率值曲線呈現明顯不同的變化，環(huán)控設備的諧波電流95%概率值呈現明顯的波動，變化劇烈，冷源設備和車站照明設備的諧波電流95%概率值波動幅度較小。