地铁供电系统可靠性和安全性研究.docx

地铁供电系统可靠性和安全性研究 【摘要】随着社会的迅速发展，经济的不断提高，地铁渐渐地走进了人们的生活，为人们的出行提供了便利。每况愈下的城市交通让地铁发车间隔不断缩小，地铁高负荷的运营让地铁供电系统面临严峻的考验，这就需一套更加合理的继电保护配置来对供电系统进行保护。 【关键词】地铁；供电；保护 现如今，城市轨道交通凭借其巨大运力、超低能耗、发车准时、运行快速、安全环保、舒适便捷等众多优点，成为解决城市人口拥挤和缓解道路交通压力的最佳选择。地铁供电系统由中压供电系统、牵引供电系统及动力照明信号供电系统构成，其电能取自于城市电网。地铁牵引供电系统安全正常的运转是地铁安全运行的基本要求，为了确保地铁系统的正常运营，牵引供电系统继电保护的可靠运行尤为重要，牵引供电系统的继电保护不仅要保证列车的受电需求及电气设备的运行安全，也必须能够在故障发生时快速有效地切除故障。 一、地铁供电方式 城市电网对地铁交通的供电方式主要有集中式供电方式、分散式供电方式和混合式供电方式三种。三种供电方式各有其优缺点，且与城市电网的分布密切相关，需要根据城市电网和地铁设计的具体情况来选用某种形式的供电方式。 （一）分散供电方式 分散供电方式中没有主变电所，而是直接设置牵引变电所、降压变电所，由城市电网区域变电所分别供电（一般为35kV或10kV电压等级）。分散供电方式可以充分利用原有城市电网资源。但分散供电方式是由不同的区域变电所提供电源，要保证能获得双路电源，就要求沿线变电所和供电容量要足够。这要求地铁所在区域城市电网发达，有符合要求的可靠供电电源，并要求中压网络的电压和城市电网一致。另外，分散供电方式容易受外部电网影响，可靠性相对要差一些。 （二）集中供电方式 集中式供电方式中为地铁设置若干专用的主变电所，其数量和位置间隔根据用电量及线路的长短来确定。每个主变电所需要有两路独立的电源，为地铁内部牵引供电系统和降压供电系统等提供其所需电压级（如10kV、35kV）的电力。在集中供电方式中，中压网络电压级的确定应该充分考虑用电容量、供电距离和外部城市电网现状及发展等因素。集中式供电方式具有可靠性高、便于统一调度管理、施工方便、维护简单、计费便捷等优点，但集中供电方式一般投资较大。 （三）混合供电方式 混合供电方式为集中和分散供电方式的结合，具有两者共同的优点，但增大了复杂性。在实际运用中一般以集中供电方式为主，在特殊地段使用城市电网电源作补充，该方式可以使供电系统更加灵活、完善及更符合实际的外部条件。 二、影响配电网供电可靠性的主要因素 供电网络连接主变电所和地铁车站的变电所，是地铁供电系统的基础。配电网的可靠性很大程度上决定了地铁供电系统的运行可靠性，其安全可靠运行是地铁供电网络安全可靠运行的重要保证。地铁的配电在国内主要有35kV、33kV和10kV三个电压等级，其中33kV电压等级在我国没有被推荐使用，因为特殊历史原因才在少数城市使用。影响配电网供电可靠性的主要因素有：外部电网故障或不稳定；配电线路网架构原因；设备本身的可靠性等外力破坏造成的线路故障；故障修复时间，作业停运率等。外部电网的不稳定不能直接消除，通过冗余备份和鲁棒的电网架架构等可以一定程度消除其影响，减少自身的故障率，提高配电网供电的可靠性。设备本身可靠性问题以及外力破坏造成的线路故障问题等，可以通过选用稳定、可靠、质优的设备以及维护好设备及线路运行环境来加以排除。但由于设备老化等原因，往往不能最终消除，所以还需要提供一定的冗余备份和及时、快速的修护功能，以尽早排除故障，提高可靠性。另外，对测试、施工等做好规划，提高技术水平，并在需要的地方提供备用线路，可以有效减少停运的时间和次数。 不同的电压等级，影响供电可靠性的因素不尽同。配电网，特别是35kV的配电网很容易受外部电网的干扰因素影响。所以在系统设计时，为保证系统的可靠性，还应该根据电源等级的不同，对配电网的可靠性作特殊处理，使其具有抵抗和容忍外部故障和干扰的能力。 三、牵引供电系统保护需要注意的问题 牵引供电系统是由多个电气设备及传输线路组成，可为机车提供所需电能的系统，系统各个电气设备之间是相互关联和相互影响的关系。当系统中某个位置由于多种原因造成短路时，可能会对短路点附近的电气设备造成不能恢复的破坏，对非近端电气设备同样有损坏或者由于大电流产生的高热量而致使电气元件使用寿命缩短的可能，这就要求继电保护设备在短路电流未达到稳态时，就能切除对故障点供电以消除短路电流。短路电流的上升时间只有短暂的几十到几百毫秒，显然通过人工操作的方式切除供电时不现实的，基于背景，产生了继电保护原理及装置。 牵引供电系统中的继电保护设备要对供电系统中的各个部分进行保护，当系统中出现非常规运行状况或者发生短路故障时，继电保护设备应该立即做出保护动作，在进行保护时要做到以下两方面： （1）在牵引供电系统故障发生时，以尽可能短的时间对故障线路或设备进行隔离，不允许其将故障范围扩大，还要尽可能的保证牵引系统中的其它部分能够不受故障影响，继续保持正常运转。 （2）牵引供电系统继电保护设备不仅要能识别短路等明显故障信号，还要对系统的非常规运营给出判断，并根据情况发出报警信号，情况严重也可由保护设备做出保护动作。 随着城市人口数量爆炸式地增长，地铁运载能力的需求也在不断的提高，地铁采用缩小发车间隔的方式来提升自身运载能力。发车间隔的缩小导致地铁供电系统的负荷明显增加，同时发生故障的概率也随之升高，这就对地铁供电系统的继电保护有了更高的要求。要提高地铁供电系统的稳定性