上海轨道交通新建线路主变电所的资源优化共享

郑 欣

(上海申通地铁集团有限公司技术中心，201103，上海∥工程师)

随着我国城市化进程和城市人口的不断加快增长，城市轨道交通已成为解决城市交通问题的重要手段。至2014年年底，上海已建成14 条轨道交通线路，运营线路长548 km，车站337 座;至2020年，上海将建成18 条轨道交通线路，运营线路长880 km，车站543 座。

与此同时，城市电网的电力资源也越来越稀缺，城市电网资源的合理利用、综合配置已是城市发展和城市轨道交通发展的共同需求。随着城市轨道交通运营里程和线网密度的增加，为城市轨道交通主变电所共享创造了条件。为节省城市轨道交通建设的总投资，需要对城市轨道交通外部、内部电力资源进行优化整合、统筹部署、合理布局，以实现供电资源共享、高效实用和保护环境的目的。实际上城市轨道交通资源共享概念的提出已有十几年了，资源共享的基本原则也有人提出了［1］。一般来说，主变电所供电资源共享可以分为土地资源共享和电气共享两种。两种共享方式各有优缺点。主变电所资源共享设计的重点在于:①确定外部电源共享宜采用的电压等级和主变电所的接线方式［2］;②进行共享前后土地和电力资源的经济性分析，确定共享后与城市电力资源的配套问题［3］;③确定共享后在故障情况下支援供电的工作方式［4］，并进行可靠性分析［5］;④确定共享主变电所的电费计量和日常运营管理等问题［3］。

本文将根据上海轨道交通线路规划情况，按照资源共享设计的基本原则，结合既有线路主变电所共享的实际经验，对在建线路的主变电所设置进行优化设计，给出上海在建线路工程主变电所资源共享优化设计方案，并提出在实施过程中需要注意的问题。

1 主变电所资源优化共享的基本原则

城市轨道交通主变电所资源优化共享的基本原则如下:

1)主变电所资源共享必须以满足城市轨道交通本身的功能要求为前提，不能过分强调资源共享而忽视功能性的本质，或以牺牲可靠性为代价。

2)城市轨道交通主变电所的布局规划应考虑线网层面的总体协调，应与城市轨道交通近远期建设规划相匹配。同时，城市轨道交通供电系统应与城市电力变配电系统相互协调、共同规划建设。

3)主变电所共享的站址应尽可能设计在负荷中心，并综合全线、全网统筹;同时，主变电所应尽量设置在线路交汇车站附近，应结合电力系统的供电资源，研究一个主变电所同时向多条城市轨道交通线路供电的可能性。

4)根据线路分布、供电范围、客流预测和行车组织预测用电负荷，考虑相邻主变电所解列情况下支援供电所需要的容量来选择主变电所的安装容量。

5)当资源共享出现矛盾和冲突时应根据实际情况进行分析，通过方案对比，综合经济及社会效益比较后确定。

2 主变电所资源优化共享的设计

2.1 主变压器容量计算

每座主变电所引入的二路电源互为备用，当其中一路发生故障或检修停电时，另外一路能承担主变电所供电范围内的一、二级负荷供电。当为城市轨道交通线路供电的主变电所发生故障解列时，相邻主变电所的供电能力应能满足对其支援供电的要求。

2.2 主变电所共享后的运营方式

根据城市轨道交通供电系统共享主变电所的设置，其电力调度管理按照先建为主的基本原则实施。先建成线路的电力调度系统负责共享变电所内所有110 kV 供电设备和35 kV 供电设备的监控管理;后建的城市轨道交通线路的电力调度系统对共享主变电所110 kV 供电设备、35 kV 供电设备进行监视。

共享主变电所与后建城市轨道交通线路主变电所的环网联络开关由后建线路的电力调度系统进行控制，相关信息发送至先建线路的电力调度系统。

2.3 两种主变电所共享方案的可靠性和经济性分析

城市轨道交通客流量大、人员较集中，一旦中断供电，不仅会造成城市轨道交通运输的中断，还会对社会产生巨大的负面影响。因此，高度安全可靠而又经济合理的城市供电系统是保证城市轨道交通正常运营的必要条件。对主变电所资源优化共享，也需要对其可靠性和经济性作综合考虑后，再确定最终的优化方案。两种主变电所资源共享方案的可靠性和经济性比较见表1所示。

表1 两种主变电所资源共享方案的可靠性和经济性比较

3 上海城市轨道交通既有主变电所共享状况及评价

上海城市轨道交通采用集中式供电方式:1 条城市轨道交通线路只需配置少量的受电点，采用110 kV 电压等级的外部电源进线，经主变电所将110 kV 降压到35 kV 后，向城市轨道交通线路内部的35 kV 级中压电网供电。采用集中式供电方式的优势在于集中度高，1 条长30～40 km 的城市轨道交通线路通常只需要配置2 个受电点。因此，设置的主变电所数量少，便于统一调度和集中管理;另外，集中式供电方式的电压等级高、线路损耗较小，其抑制谐波的效果较好、供电设备的可靠性强。

按照上海城市轨道交通的线路远期规划，未来将建成21 条线路，线路总长约1 000 km。即使采用集中式供电方式，仍需要配置55 个集中受电点［6］，这对城市电网资源的压力较大，故对主变电所进行共享优化设计势在必行。对上海城市轨道交通来说，主变电所共享的电气共享方案可以选择在110 kV 侧共享和35 kV 侧共享两种方式，其技术分析比较如表2所示。

上海城市轨道交通有多条已建线路共享主变电所的应用案例(见表3)。从表3 中可以看出，目前上海已有7 处主变电所进行了资源共享，共享电压等级为35 kV 侧，这种共享方式减少了外部110 kV 电源的进线数量，但是相应地增加了主变电所的容量。目 前上海轨道交通还没有110 kV 电压侧共享的案例。

表2 主变电所电气共享方案中不同电压等级共享的技术分析

表3 上海城市轨道交通已建线路主变电所资源共享情况表

近年来的运营维护经验表明，采用35 kV 等级主变电所资源共享后，110 kV 主变电所的数量减少了;实行资源共享的主变电所由原来承担1 条城市轨道交通线供电的方式，变成了同时承担2 条或2条以上城市轨道交通线的供电方式，使供电的范围扩大了。同时，当该共享主变电所故障解列或由于110 kV 进线电源发生故障或停电时，供电支援的难度较大，降低了供电的可靠性。另外，因为不同线路的建造年限不同，为满足共享后的新增容量，需要对主变压器进行更换，增加了机电设备的投资。

综上所述，上海在建的城市轨道交通进行主变电所资源共享时，应综合考虑供电系统的可靠性、资源优化配置和经济效益，从中寻找出最合适的主变电所共享方案。

4 上海在建线路主变电所共享应用案例

上海市目前拟建的城市轨道交通线工程有:5号线南延伸、10号线二期，以及 14、15、17、18号线等，将可新增332 km 轨道交通线路。规划中对不少有共享条件的交叉线路和邻近线路可进行主变电所供电资源共享。现以在建的罗山路主变电所和元江路主变电所为例进行主变电所共享方案介绍。在这2 个主变电所的方案中，以保证供电可靠性和减少未来运营维护的难度为原则，优先考虑土建共享——“共地不共电”，在条件允许的情况下考虑共享110 kV 外部进线电源。

4.1 罗山路主变电所11、16、18号线三线共享

罗山路主变电所目前与11、16号线共享，即2条线路主变电所通过建立35 kV 开关站实现资源共享，目前已投入使用。

在未来 11、16、18号线三线共享模式中，18号线仅与罗山路主变电所实现土建共享。18号线属于在建工程，线路走向为南北走向，其主变电所资源共享方案为在既有罗山路主变电所旁新征地块内新建18号线罗山路主变电所。该主变电所内设置2台110 kV/35 kV 变压器，外部电源接线形式考虑单独引入两路110 kV 外部电源方案，110 kV 侧主接线采用线路变压器接线形式，并在以后实施过程中考虑是否有外部电源电缆通道公用的可能性。

4.2 15号线与规划16号线主变电所共享

上海轨道交通15号线是一条南北向贯穿上海市西部中心城区的线路，由3 座110 kV 主变电所和2 座35 kV 开关站构成。

15号线将在元江路车辆场建造1 座110 kV 主变电所，元江路车辆段110 kV 主变电所由公用电网220 kV 变电站各提供二回110 kV 专用线路，预留与规划16号线共享主变电所的条件。共享主变电所按照110 kV 外线电源和房建资源共享(土建共享)模式实施，各线路110 kV/35 kV 主变压器及35 kV 开关柜独立设置。

4.3 主变电所资源共享实施过程中需解决的问题

主变电所进行电气共享设计，共享后主变电所容量大大增加，每一路110 kV 进线将从市供电网络的220 kV 变电站引入几乎翻倍(与共享之前相比)的负荷。这样对于已经建成的市供电网220 kV 的变电站造成了压力，部分220 kV 变电站的容量如不能满足城市轨道交通的用电需求，则需要扩容。

与此同时也衍生了城市轨道交通建设和市电网建设在用电容量和建设时间节点相互配合问题。因此，为了适应城市轨道交通的快速发展，需要与城市电力配电系统加强沟通，相互配合、共同发展。

5 结语

城市轨道交通实现主变电所资源共享的前提是必须满足城市轨道交通系统正常情况下的用电和故障情况下相邻主变电所相互支援供电的需求，供电可靠性应符合国家规范的要求，以保证整个供电网络的可靠、安全运行。

总体来说，城市轨道交通供电系统的共享优化设计有利于减少主变电所的投资，提高供电设备的利用率和经济效益。对主变电所进行资源共享优化设计后，可减少新建主变电所的数量，从而减少了市政土地资源，节约了公共电网资源，减少了大量的高压电缆和相应通道的投入;并为城市发展节省了宝贵的资源，产生了“额外”的社会效益。城市轨道交通主变电所共享在保证工程建设和供电可靠性的前提下值得大力推广和实施。

［1］方昌福，张海波.深圳市轨道交通在资源共享方面的初步尝试［J］.都市快轨交通，2004(6):12.

［2］苏鹏程.城市轨道交通的资源共享技术［C］//中国土木工程学会城市轨道交通技术工作委员会.2013年中国城市国道交通关键技术论文集-高水平建设城市轨道交通.北京:都市快轨交通杂志社，2013.

［3］袁青山，于国栋，杨正燕.上海城市轨道交通110 kV 主变电所资源共享探讨［J］.城市轨道交通研究，2006(2):5.

［4］曹海涛，郭藜蔓.深圳市轨道交通二期工程主变电所资源共享研究［J］.城市轨道交通研究，2011(8):96.

［5］王晓保，周剑鸿何莉君.城市轨道交通供电系统网络资源共享及实施研究［J］.地下工程与隧道，2006(2):8.

［6］王之珮，余建平，何善瑾.上海城市轨道交通供电系统布局规划介绍［J］.上海电力，2003(4):289.

［7］孙莉.深圳城市轨道交通网络的主变电所规划研究［J］.城市轨道交通研究，2013(12):47.