地铁供电系统可靠安全性分析

地铁供电系统可靠安全性分析

庄晓泉

深圳市地铁集团有限公司

摘要：城市地铁对城市交通拥堵起到了重要的缓解作用，而地铁的正常运营需要电力的支撑。因此，地铁能否正常运营，供电系统可靠安全性起到重要作用。本文根据多年工作实践，对地铁供电系统可靠安全性进行分析，供同行借鉴参考。

关键词：城市地铁；供电系统；可靠性；安全

一、地铁供电系统的构造

地铁车辆及相关设备的动力均需要地铁供电系统的支持，供电系统主要分为高压供电及内部供电两大部分。其中，高压供电系统，又称为外部电源，这一部分通常使用的是来源于城市电网（如中国南方电网地方供电局）的电力，而不是建立专属的电厂进行供电。而内部供电系统包含以下两个方面：牵引供电系统及动力照明系统。牵引供电所及牵引网大部分组成了整个牵引供电系统，地铁供电制式有DC750V和DC1500V两种电压制。深圳地铁采用DC1500V。利用牵引变电所将三相高压交流电降压整流成为适合车辆使用的低压直流电，从而通过馈电线路被传输到接触网，然后车辆直接从中获取电能。动力照明供电系统则是由降压变电所及相关配电线路组成，经降压变电所降压为380/220V，为车站、车辆段、停车场、区间各类照明、空调通风、排水、消防、电扶梯、AFC、通信、信号、综合监控设备等提供电源和电控控制。

图1地铁牵引供电系统示意图

二、地铁供电的方式

城市电网对地铁供电的方式有三种：集中、分散及混合，各有优缺点，因此需要根据地铁的实际情况进行选择供电方式。

（一）集中供电

集中供电方式需要根据线路及所需电量建立一定数量及密度的主要变电所。同时，每个变电所需要保证拥有两个相互独立的电源，以便为牵引及降压供电系统提供相应的电压电力。在这种方式中，确定中压网络的电压级别需要对用电的容量及供电的距离和电网现状等因素进行仔细的考虑。集中供电方式的可靠性较高、利于统一调度，且实施、操作较为简便。但是，这种方式需要投入大量的资金，这是基础。

（二）分散供电

这种供电方式没有主要变电所，建立牵引及降压变电所，然后由电网的区域变电所提供电源。分散供电的方式能有效利用城市原本的电网，然而想要保证得到双路电源就相对困难，因为这种供电方式是根据不同区域的变电所来提供电源的，只有在沿着地铁线的变电所达到一定数量时，才能获得双路电源。这便对地铁周边的电网有着较高的要求，不仅要求拥有可靠的电源，还要求中压网络与电网的电压一致。与此同时，还容易受到其他电网的干扰。因此，这种方式的供电在可靠性上相对较差。

（三）混合供电

集中与分散两种方式相结合，便是混合供电方式，虽然这种方式结合了其他两种方式的优点，但也正因为这样，增加了其复杂性。在现实中，集中供电方式是中心，在一些特定地区，则利用分散式供电。这种方式，使得供电系统更为灵活、健全，也更符合外部的实际条件。

三、影响地铁供电系统可靠性的因素

为了确保地铁的正常使用，地铁供电系统的可靠性是极其重要的，对其进行分析和研究，找出问题及不足，并予以解决，这不仅能确保乘客的人身财产安全，还能降低地铁所需要的运行成本。

许多供电设备的搭配使用构建了地铁供电系统，当这些设备出现老化或损坏的时候，将会对供电系统的正常运转起到阻碍作用。因此，需要对牵引供电系统设备将会出现的故障进行全面的分析和研究，从而研发出解决故障的处理方法。在得到分析的结果时，还可以根据结果寻找整个供电系统可靠性的缺陷，从而降低故障的发生率，并能对停电进行有效控制。

合理的制定维修计划，并对计划进行严格的控制。每年大量的投入维修资金增加了地铁的运营成本，然而维修的次数及投入的资金少，便会导致故障出现率的提高，随着故障的发生，经济上的损失是无法避免的。所以，需要对地铁供电系统进行详细分析，以便得出地铁使用的寿命，根据得出来的数据，科学合理的制定维修计划，这样除了能降低成本，还能保证地铁的运转。

四、供电系统可靠性的分析方法

对供电系统可靠性进行分析的方法有故障树分析法、故障模式后果法和可靠框图法三种。这三个方法当中，可靠框图法是较为常用，也是较为可靠的一种方法。可靠框图法主要是以供电系统的相关关系作为依据，用框图展示其结构，从而促进分析的效率。

五、地铁供电系统可靠性设计

（一）冗余设计

冗余设计又称冗长设计，其减短了地铁停止运行的时间，保障了供电系统的可靠性。该设计的主要作用便是将故障出现的时间向后延迟至交通压力较轻的时候，从而避免了重大的停运损失。冗余设计划分为两种状态，分别是备用冗余设计及并列冗余设计。

（二）环网设备

双环网结构型式是地铁供电系统中压网络所采取的构造，变电所保持着双进线及双出线。进出线的开关及电缆便构成了环网设备。当其中一条线路出现故障时，通过备自投的自动投入功能，继续为供电系统提供服务，从而也为地铁的安全运行提供了重要的保障作用。

（三）整流机组

在初期的运作中，当有一套机组无法工作时，另一套机组便可以单独运行，这保障了车辆的电源。在高峰阶段，倘若机组出现故障致使牵引所异常时，邻近的其他牵引所便会通过单边或双边供电的方式进行支援。这在提高供电系统可靠性的同时，还降低了机组的容量配置，从而促使供电可靠性与投资经济性的协调。

（四）继电保护及自动装置

供电系统可靠性的强力保障是继电保护及自动装置。在遇到故障的情况时，应对故障进行及时的切除，且快速恢复供电。因此，在设计中，继电保护应满足选择性、速动性、灵敏性、可靠性四个基本要求，而自动装置应符合供电可靠及灵活运行等要求。

（五）杂散电流的防护

杂散电力防护设计的安全与否不仅影响了供电系统自身的可靠性，还对土建系统及地铁线周边的公共设施起到了一定程度的作用。因此，在这项设计的过程中，一定要保证严谨的考虑。

结束语

综上所述，利用配电网及牵引供电系统两大部分，能有效提高地铁供电系统的稳定性。并在实际操作中，通过冗余的设计及先进的系统构造，从而提高供电设备的可靠性。同时，还能通过外界干预的排除，进而提高供电系统的可靠性。

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