地铁供电系统的运行方式及特点分析孙浩

地铁供电系统的运行方式及特点分析孙浩

孙浩

武汉新业人力资源服务有限公司湖北省武汉市430000

摘要：目前我国的轨道交通控制系统普遍采用直流供电的方式，但是由于直流电如果发生了系统崩溃，那就可能会出现存储的电能无法得到释放，所以本文尝试分析了轨道交通控制系统采用直流高压供电的方式是否可靠。

关键词：轨道交通控制系统；供电系统；供电方式；特点分析

1、地铁直流供电运行方式

1.1直流断路器保护设置

国家标准《城市轨道交通直流牵引供电系统》和《轨道交通地面装置直流开关设备》中都有规定，接触网的保护由馈线直流快速断路器实现，其应设置电流速断保护(含大电流保护)、电流变化率及增量保护、双边联跳保护等，且应设置接触网故障判别自动重合闸功能。馈线开关柜设置有本体大电流保护、电流速断保护(IOP)、过电流保护(OCP)、上升率瞬时保护和上升率延时保护(DI/Dt＆ΔI)、热过负荷保护(TIP)、双边联跳保护及自动重合闸保护等。

1.2直流断路器分闸方式

直流断路器分闸功能主要有电容脱扣、分励脱扣、本体大电流脱扣及机械顶跳等几种。电容脱扣主要由电容(2μF，300V)及电容放电环实现，脱扣时间最短，只有3～5ms，用于接触网线路近端短路保护。分励脱扣时间较长，一般在30～50ms，用于正常分闸及接触网线路中远端的短路保护。本体大电流脱扣是利用流过本体的电流在脱扣机构中产生的磁力来实现的，当电流达到设定值时，产生的电磁力使断路器机构位移达到触头跳闸的临界点，从而使断路器脱扣。本体大电流脱扣的特点是无电流方向的要求，也不需要辅助电源，脱扣时间较短，一般不大于10ms，用于接触网线路近端的短路保护。机械顶跳分闸是通过紧急分闸装置或手动改变断路器位置，通过断路器机械顶杆直接作用于内部机械结构，使断路器分闸的一种方式。一般用于电气分闸失效、应急或设备检修等工况。开关柜电流速断等所有保护都会启动断路器分励脱扣，但是电流速断和上升率瞬时保护作为线路近端保护，是由断路器电容脱扣来实现分闸的。作为断路器的快速保护，电容脱扣是断路器不可或缺的重要组成部分。

1.3直流断路器自动重合闸功能

使用自动重合闸的目的是为了在瞬时故障消除后使线路重新投入运行，从而在最短的时间内恢复整个系统的正常运行状态。对于直流牵引系统，经常会发生短路故障而使断路器跳闸。但由于大部分短路故障是瞬发的，线路断开后故障会很快消除。断路器在保护跳闸后，隔一段时间自动启动重合闸，对线路绝缘进行检测。若故障消失，则系统恢复正常运行。若重合闸的次数超过预定的次数，合闸仍然不成功，则判断为永久性故障，闭锁重合闸回路。使用自动重合闸系统可极大地提高供电系统的可靠性。

2、地铁供电系统运行分析

2.1基于大数据建立完善的智能化能源管理系统

传统城市轨道交通工程设置能源管理系统较少，且仅限于对部分能耗数据进行收集、存储并供用户集中查询，收集的数据较为粗放，无法有效对运营节能降耗管理进行分析和指导。针对该现状，提出建立一套完善的基于大数据的智能化能源管理系统。（1）智能化能源管理系统网络架构。根据地铁供电系统的实际情况，将能源管理系统设计为由计量终端、能源管理系统子站、能源管理系统主站3大部分构成。计量终端主要由智能电度计量表、通信设备和用电设备构成，智能电度计量表按照不同供电设备的电压等级、每个车站的不同区域、不同用电设备和不同用户进行安装，实行分类、分项和分户计量，重点计量末端设备的能耗，并通过通信设备将相关数据传输给能源管理子站。能源管理系统子站设于各车站内，主要由网络设备构成，负责将计量终端智能计量表采集的开关柜、配电箱、环控电控柜、配电控制箱等设备电能参数集中处理后上传给能源管理系统主站。能源管理系统主站为中央级，设于车辆段，主要包括数据存储与分析服务器、数据查询服务器、线路级数据采集服务器、工作站、打印机和网络设备。主站通过网络与各子站系统进行通信，采集全线路的能耗参数及主要设备的状态信息，完成数据采集、存储管理、统计分析，建立设备运行状态的统计和分析系统，建立设备评价、服务评价及用能效果评价指标体系，指导能耗管理工作的开展。（2）智能化能源管理系统的功能及应用。智能化能源管理系统主要以分类、分项、分户的形式采集供电系统各环节的用能数据，并将相关数据植入地铁能耗管理数据库内，建立用能模型，实现如下能耗管理需求，指导能源管理工作。能源管理部门对正常运营、办公和商业用电量进行核算，将核算后的数据按照每户每月正常用电需求在系统中设置能量消耗上限值，当用户能耗超限系统将自动报警，方便管理人员及时对超限能耗用户的使用情况进行核查，判断是否存在非正常用电情况。通过系统采集用电数据对车站同类设备不同区域、不同时段的用电情况进行统计、分析、对比，管理人员可通过分析结果及时发现设备的不正常运行情况及是否存在设备老化耗能情况。通过系统采集车站不同类型设备的用电量并进行对比分析，管理人员可重点对能耗较大的设备系统采取节能减排措施，在不影响正常运行的情况下降低能量消耗。采集同一条线路不同车站的电能使用情况，并按照总体使用、分类使用、分项使用、分户使用进行分析排名，指导管理人员提出合理的节能减排方案。通过数据采集和分析可以按月、年以图表的形式显示用户分类、分项和分户用能情况，管理人员可对能量消耗较大的车站、用电设备、用电商户进行分析，提出合理的节能措施。系统可通过数据采集在大数据库中与国内各条线路重点设备系统能量消耗情况进行数据对比分析，管理人员根据数据对比及时掌握本线路的能量管理情况，向能量管理较好地铁线路的运营单位学习交流，进一步完善能源管理。

2.2低压配电系统运行管理

（1）结合季节气候特点，合理启动通风空调用量贵阳地处西南地区，春、秋季节气候凉爽，温差不大，平均温度在15℃左右，可尽量减少通风空调的启用，节约电能消耗。根据目前贵阳地铁的调查研究，在春、秋季节地下车站站台层和站厅层仅启动1/3数量的空调即可，地面车站的站台和站厅层可充分利用自然通风，仅启用小系统，满足设备房的通风即可。夏季相对温度稍高，为科学合理地开启空调，在空调系统内安装温控启动装置，实现车站不同区域按照不同的温度调节启动空调的数量。冬季气温相对较低，地下站台和站厅层仅开启通风功能即可，实现节能降耗。（2）充分利用变频技术在地铁低压配电系统中，电扶梯和风机系统是能源消耗较大的系统和设备，且运行时间长。在电扶梯系统中使用变频技术，实行分时管理，自动变速，客流高峰时段采用高频率运转，非高峰时段人流量降低时转为低频率运转，在无人乘梯时供电频率降到最低，可以极大降低能源的消耗，在节约客流通行时间的同时达到了节能的目的。在通风空调系统中使用变频技术，取代传统的风机风量和给水量的控制功能，通过变频调速器调节流量，可以极大降低电能的消耗。根据统计分析，在通风空调系统中使用变频技术，可以节约20%～50%电能。（3）充分利用自然能源在车辆段、停车场、车站室外广场、站口外、高架区间等室外区域，增设太阳能照明设备，在日常照明中只开启太阳能照明灯，满足室外照明，有效降低照明能耗。（4）控制区域照度和照明时长在地铁站口和地面站站台、站厅层照明设备上装设光照控制器，通过光照控制照明灯的启停，达到节能的目的；对站厅和站台层照明设备按照不同区域客流的不同，合理开启照明设备，且照明设备上装设时间控制器控制启停，实现夜间停运后自动关闭大部分照明设备；对设备巡视通道、设备房、办公房等不常用照明的区域安装声控设备，实现声控启停；对车站相关显示、指示类设备的照明在非运营时间段进行自动关闭设置，实现节能降耗。

结束语

地铁供电运行应用的意义重大，符合可持续发展战略要求，同时也是城市地铁运行系统长足稳定发展的需要。因此，必须从多方面入手，充分运用现代化先进技术、先进设备，如大数据技术、变频技术、智能技术等，提升地铁设备运行的整体效率，实现节能减排，保障地铁的运行更加安全可靠、绿色环保。

参考文献

[1]韩钰婷.地铁低压供电系统节能降耗浅析[J].电子技术与软件工程,2018(08):223.

[2]陈欢.地铁供电系统的供电方式及其选择浅析[J].农家参谋,2018(06):233.