有轨电车供电系统负荷等级与外电源方案

张剑涛 杨 珂 杨 锐

(北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037)

有轨电车供电系统负荷等级与外电源方案

张剑涛 杨 珂 杨 锐

(北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037)

从有轨电车供电系统外电源实施的角度出发，通过实际工程中有轨电车供电系统负荷等级的确定、外电源方案的要点以及报装过程中需要注意的问题，提出有轨电车的负荷等级可以为一级或二级负荷，应结合多方面的因素统一考虑。外电源方案应综合考虑城网电源形式、容量以及接线方式等，并在报装阶段注意表计、谐波等要点，从而使得有轨电车的供电网络能够良好地融入到城市电网中，提供可靠的电源。

有轨电车;供电系统;外电源;负荷等级

自21世纪初期以来，在全国范围内，有轨电车系统陆续开始规划、建设。其中，沈阳市浑南新区现代有轨电车工程是国内首次在一年半的时间内完成从规划、建设，到网络化运营的有轨电车项目。在该工程实施过程中，笔者意识到，从有轨电车的通车及运行角度来看，供电系统、车辆、轨道构成了有轨电车通车并可靠运行的3个重要因素。其中，供电系统与其他系统的重要区别之一在于供电系统的外电源方案。

供电系统的外电源方案是有轨电车工程与城市电网连接的技术纽带，外电源方案的可行性、技术性和经济性不仅关系到城市电网对有轨电车供电系统的接纳程度，也关系到有轨电车初期建设阶段的投资以及后期供电系统运行的可靠性。在研究有轨电车外电源方案的过程中，供电系统负荷等级的选择是确定外电源方案的主要因素之一。

1 负荷等级的选择

参照既有的相关规范，确定一级负荷的主要因素是在中断供电后，造成人身伤亡、经济上的重大损失、重大政治影响或公共场所秩序严重混乱［1］。参照国内的规范，有轨电车的供电负荷等级被列为交流电源的一级或二级负荷［2］。

在多数情况下，有轨电车供电系统负荷等级选择为二级负荷更为合适，主要考虑以下几个因素。

1.1 运营特点

有轨电车作为一种公共交通工具，通常在城市既有现状的基础上进行规划与建设，常用的客流断面最大为9 000人次/h。有轨电车是城市公共交通体系的一部分，当其由于城市电网的因素停止运行时，对公众出行的影响并非是决定性的，对城市的整体运行也并非是冲击性的;而且，由于其路权条件的良好适应性，一旦发生停运的情况，可通过租用社会公共交通资源，对有轨电车的客流进行应急性支援，弱化对城市公共交通的冲击［3］。

1.2 制式特点

有轨电车运行在室外环境下，车辆门槛低地板设置，门槛处踏板距离地面的高度为380 mm;车辆上配置了车门紧急解锁装置，一旦由于城市电网原因突然停电，可以立即疏散乘客;在空载状态下救援车辆，如果车辆丧失动力，可以采用人员推动、储能装置驱动或救援车辆牵引等方式，离开平交道口等重要区段，避免对城市交通的影响［4］。

1.3 城市电网条件

选择二级负荷既可降低外电源接入费用，也可与城市电网更好地结合。如果选择一级负荷，对引入电源的要求是来自城市电网不同的变电站或者同一个变电站的不同母线。通常，有轨电车外电源的间距在5～8 km，城市电网的覆盖范围远大于有轨电车外电源的间距。一方面，城市建成区的电力资源较为紧张;另一方面，除大型的工业类用电会提供专用线路外，多数用户的用电负荷均接于公用线路侧，无论是从上级变电所的出线间隔、馈线类型，还是从馈线的容量来说，一级负荷都会大大占用城市特别是建成区域内的电力资源。同时，对于有轨电车的建设方来说，一旦需要自上级变电所引入专用线路，无论是施工进度还是建设费、增容费等支出费用都是一笔不小的投资，从而对有轨电车的整体技术经济指标产生较大的影响。

现阶段电气装备制造水平、制造工艺等都有了长足的进步，且保持在一个较高、较为稳定的水平，在正常使用过程中，通常设备较少发生单点性故障。此外，现阶段城市电网已经能够确保城市用户有着较高的用电可靠性，供电局内部也有一整套的考核及保障制度保证城市电网用户的可靠用电，因此，即使是二级负荷，在非故障停电的情况下，通过合理设置中压网络及运行方式，也能够保证有轨电车供电系统的可靠运行［5］。

因此，供电系统负荷等级的确定应基于有轨电车的制式特点、车辆特点、运营特点，结合城市电网的现状条件，遵循技术经济综合指标最优的原则，合理选择供电系统负荷等级。

2 外电源方案需要注意的问题

2.1 城网的电源形式

相对于轨道交通来说，有轨电车的外电源引自沿线区域内的城市电网，电源类型从数量上来说，应以公用线路为辅，专用线路为主;从网络结构角度来讲，应以专用线路为骨架，公用线路为支撑。若从城市电网引入10 kV专用线路，由于要引自上级城网变电站，并且占用独立的出线间隔，相应的投资以及实施难度较大;而若采用公共线路，可以就近引自上级开闭站或邻近的供电线路，相应的投资及供电方案的灵活性要远远优于专用线路。此外，由于10 kV电源的供电半径为10 km左右，根据有轨电车网络化分布的特点，以浑南现代有轨电车工程为例，全线共引入10个外电源，其中4个为专用电源，6个为共用电源。专用电源考虑应急条件下的供电半径，遵循应急支援10 km的供电半径以及将专用电源设置在重要的网络节点的原则。

2.2 外电源的报装容量

外电源容量的选择，一方面关系到方案的可行性，另一方面也关系到初期建设的投资。笔者认为，考虑在1个电源失电时，外电源的容量宜满足非正常运行方式下全线非高峰小时的供电负荷。如按照330元/kVA计算，每千米非高峰小时供电负荷较高峰小时供电负荷减少240 kVA左右，相应减少7.9万元/km。

此外，在报装前需要考虑以下3个指标之间的关系：初近期正常运行方式下的容量;初近期非正常运行方式下的容量;远期正常运行方式下的容量。在计算上述3个容量的基础上，结合行车组织、客流预测、服务水平，综合确定技术经济指标最优的方案。

2.3 中压网络的接线方式

中压网络的接线方式，无论是一级负荷还是二级负荷，在外电源方案的基础上，应选择与之相匹配的接线方式，才能使其外电源方案的合理性得到最大限度的发挥。浑南有轨电车在运行中选择了单环网接线方式，每个供电分区引入一个外电源，相邻外电源之间设置应急联络开关。

单环网接线方式指每个供电分区至少有1个电源作为分区的备用电源，以满足中压网络(N－1)故障原则下的正常运行。需要注意的是，由于是单环网接线方式，在外电源申请过程中，线路末端需要引入外电源，确保单环网的完整性与供电的可靠性。

3 外电源报装过程中需注意的问题

3.1 城市电网对外电源方案的影响

目前，城网供电局面对的用户多为点式用户，用户往往是供电网络馈出后的末端，而有轨电车由于系统用电需求，用电引入点通常在2个以上，并且在供电局的下端构成了10 kV供电网络，因此，无论是从运行方式还是计费方式，均不同于供电局以往的用户。在正式报装前，应让业主与供电客服组织或供电局就有轨电车供电系统的特殊性进行沟通，包括与供电局内部的运行、生产、计费、计量等部门沟通，从而避免在实施过程中方案变动带来的影响。

3.2 进线电源处表计专用设备的安装

供电局对于10 kV用户有着严格的规章制度，特别是对外电源进线侧表计及其他设备的安装。因此，在外电源报装前应与供电局协商，达成一致意见，避免对后期变电所及设备方案带来影响。另外，不同地区对设备的入网许可也有不同的要求，需要提前沟通，将供电局对相关设备的准入许可要求，纳入到设备的招标文件范围内，从而避免因缺少设备入网许可而无法安装、验收并送电的情况发生。

浑南有轨电车工程在实施阶段，所选择的柜型要求厂家方案完全满足供电局计量表计的安装要求，同时，在进线处依照地方运行习惯，加装了用户负荷控制设备。

3.3 谐波与无功功率补偿

谐波与无功功率补偿是供电局对用户的两项主要考核标准，其中谐波在电源引入点需满足国家相关规范的要求。有轨电车变电所采用12脉波或等效24脉波牵引整流机组，其理论的谐波为11、13等高次。通过计算以及轨道交通多年的运行经验可以得知，有轨电车在电源点的谐波不会超过国家标准。对无功补偿装置来说，一方面正线有轨电车用电负荷主要为牵引供电负荷，极少量为低压照明和道岔驱动冲击负荷，因此牵引负荷的功率因数远在0.9之上;另一方面，有轨电车中压环网电缆直埋或穿管敷设在路基范围内，它对地电容的特性也会大大提高电源引入点的功率因数，因此在正线变电所内可不设置无功功率补偿装置。上述两项技术指标需要与供电局进行方案沟通，不设置上述两类设备既可降低变电所的投资，也能减少变电所的占地面积。

以谐波为例，沈阳有轨电车工程在设计阶段，按照远期高峰小时负荷进行计算，计算结果如表1、2所示。

表1 谐波电流实际值 A

表2 谐波电压畸变率

可以看出，尽管沈阳有轨电车工程每座牵引变电所仅设置了1台12脉波牵引整流机组，但由于牵引负荷及牵引整流机组容量都较小，因此在外电源处谐波各项指标均能够满足国家标准要求。

4 结论

通过对有轨电车供电系统负荷等级及外电源方案要点的介绍与分析，得出有轨电车的负荷等级应结合车辆、电网、投资等因素综合考虑，可以选择设置为一级或二级负荷。外电源方案中应综合考虑城网电源形式、外电源报装容量、中压网络接线方式等因素;在外电源报装时，也要注意城市电网对电源方案的影响、专用设备的安装以及谐波、功率因数等方面，使得有轨电车供电系统能够良好地融入到城市电网当中。

［1］GB 50052—2009供配电系统设计规范［S］.北京：中国计划出版社，2010：6－7.

［2］CJ/T 1—1999城市无轨电车和有轨电车供电系统［S］.北京：中国标准出版社，2001：3－6.

［3］北京城建设计研究总院有限责任公司.欧洲轻轨交通系统考察调研报告［R］.北京，2010.

［4］中国地铁工程咨询公司.赴法国有轨电车及高速铁路考察报告［R］.北京，2010.

［5］于松伟，杨兴山，韩连祥，等.城市轨道交通供电系统设计原理与应用［M］.成都：西南交通大学出版社，2008：5－10.

Discussion about Load Level of the Power Supply and Municipal Power Supply Scheme of Tram

Zhang Jiantao Yang Ke Yang Rui
(Beijing Urban Construction Design＆Development Group Co.，Ltd.，Beijing 100037)

The load level of the power supply could be classified into I or II by analyzing the application of the tram power supply system，the power supply load，power supply scheme and the focal points in the municipal power used in the actual project.The type capacity and the system line diagram of the municipal power should be paid attention to.In the installation phase of the municipal power，the meters and the harmonic wave should also be taken care of.Finally the power supply system can be integrated with the municipal power harmoniously，and supply reliable power to the tram.

tram;power supply system;municipal power;load level

U271

A

1672－6073(2014)02－0113－03

10.3969/j.issn.1672 －6073.2014.02.028

2014－01－03

2014－01－25

张剑涛，男，工程师，从事轨道交通及有轨电车的设计，breadfree@163.com

北京市科委科技计划课题(Z090506006309017)

(

王艳菊)