轨道交通区间设备供电方案研究

卢 滢

(中铁上海设计院集团有限公司，上海 200070)

1 概 述

轨道交通通信设备不仅设置在控制中心、车站及场段内，根据站间距离的不同，区间也设有不少设备，如用于车地通信的RRU、AP、无线直放站等，以及用于安全监视的摄像机等终端。

为适应地区区域一体化发展以及建设资源节约型和环境友好型社会目标，满足区域交通运输需求，完善综合运输体系，支持城市群空间布局优化，轨道交通线路朝着城际、市域方向发展，以形成城市群区域内便捷、快速、安全、高效的轨道交通网络。城际、市域轨道交通的特点是线路长、站点少、站间距长。

2 存在问题

轨道交通区间通信设备的供电一般均取自机房，由于站间距离长，从机房到区间设备的供电电缆线径将加粗，这给电缆成端、施工、维修带来了难度，同时也增加了建设、维护成本。因此，区间设备的供电问题需要寻找一个好的解决方案。

3 直流远供电源系统(R-UPS)

直流远供电源系统是通过电缆进行直流电能远距离传送，为区间通信设备供电的电源系统。主要由局端设备、远端设备、供电电缆及监控设备组成。监控设备包括监控服务器、监控终端等。

该系统在两端车站机房内分别布置一套直流远供电源局端设备，局端设备分别接取220 V或380 V交流电，转换升压为400～800 V直流电，两端局端同时通过区间2芯供电电缆向区间远端设备并网供电。每个区间设备处布置一台远端设备，远端设备将高压直流电源逆变为用电设备所需的电源类型，为区间设备供电。 区间供电电缆需要2芯，另配置2芯备用。

系统具有监控功能，区间配置2芯光缆为监控系统组网。可实时监控设备运行状态，监控电缆对地阻抗。检修模式分为监控平台远程开启免去现场、检修开关、设备开关三种模式，可按需灵活选择，以方便维护人员作业。

4 方案比较

以南京地铁18号线最大站间距为23.3 km的区间为例，对区间设备采用传统独立供电方式和直流远供方式进行分析比较。重点对区间设备供电电缆进行计算分析比较。

4.1 供电电缆

4.1.1 涉及到区间设备的通信系统

轨道交通中涉及到区间设备的通信系统有：专用无线系统、车地无线系统、公安消防无线系统。

专用无线系统一般采用TETRA集群设备组网。公安无线采用数字(PDT)集群系统，消防系统采用数字(PDT)和350 MHz无线常规中转兼容方式。车地无线通信系统是一个传输宽带无线数据、语音信息的系统，综合承载CBTC列车运行控制、列车紧急文本、列车运行状态监测、列车视频监控、宽带集群(预留)、乘客信息系统等业务，采用基于TD-LTE技术的车地综合无线通信系统。

4.1.2 传统独立供电方式

区间设备按系统独立设置，各系统区间终端设备分别从各自系统机柜取电，采用点对点供电方式。

按下列公式(1)计算电源线线径:

ΔU=ΣPL/CA

(1)

式中：ΔU表示压降，取5%；ΣP表示功耗总和；L表示距离；C表示缆线材质，取铜13；A表示电源线截面积，直放站按200W计算。

(1)专用无线系统。经计算，专用无线TETRA集群系统在超过1.8 km的区间需增加区间中继设备，23.3 km区间需要设置12个区间直放站，直放站从车站机房取电，按式(1)计算，最远直放站距车站10.8 km，A=33.23 mm2，选用35 mm2截面电力电缆；最近直放站距车站1.7 km，A=5.23 mm2，选用6 mm2截面电力电缆。

(2)公安消防无线系统。经计算，公安无线系统在超过2.5 km的区间需增加区间中继设备，23.3 km区间需要设置9个区间直放站，直放站从车站机房取电，按式(1)计算，最远直放站距车站11.65 km，A=35.85 mm2，选用50 mm2截面电力电缆；最近直放站距车站1.65 km，A=5.07 mm2，选用6 mm2截面电力电缆。

(3)车地无线通信系统。车地无线通信系统采用TD-LTE技术，采用信号系统、车载视频、列车紧急文本及状态信息、宽带集群调度(预留)、乘客信息系统综合承载，按分配15 M带宽计算。 经计算，一个RRU覆盖半径约为522 m。区间需要设置22个RRU，按式(1)计算，最远RRU距车站11.128 km，A=34.24 mm2，选用35 mm2截面电力电缆；最近直放站距车站0.688 km，A=2.12 mm2，选用4 mm2截面电力电缆。

4.1.3 直流远供电源系统方案

区间设备布置示意如图1所示。

图1 区间设备布置示意图

(1)将各远端设备用电功率换算为等效最远处单点功率，公式为：

(2)

式中，P表示等效最远处单点峰值功率，W；P0表示最远的远端设备峰值功率，W；L0表示最远远端设备距离，m；L1～Ln为1#～n#远端设备距离,m;P1～Pn为1#～n#远端设备功率,W。计算结果详见表1。

表1 区间设备等效功率一览表

由此，得出P=5 250.46W。

(2)计算允许最大供电电缆线路阻抗，公式为：

式中：Rmax表示最大供电电缆环阻,Ω；P表示等效最远处单点峰值功率,W；U表示传输电压,V，取800 V；Umin表示远端设备最低输入电压,V，取值 3/5U；K表示峰值功率系数，取0.8；K0表示预留功率余量系数，取1.3。

经计算，得出Rmax=28.13 Ω。

(3)计算最小供电电缆截面积，公式为：

(3)

式中：Smin表示最小供电电缆截面,mm2；ρ表示供电电缆电阻率，铜缆取值 0.0188 Ω·mm2/m；L0表示最远供电点距离,m；K1表示供电电缆加长系数，取 1.1。

Smin=33.25mm2

经计算，区间所需电缆芯线截面面积为33.25 mm2，配置35 mm2按截面电力电缆。

4.2 方案比较

从抗干扰、施工、维护、费用等方面对两种供电方式进行比较，见表2。

表2 供电方式比较表

5 结束语

轨道交通朝着城际、市域方向发展，具有线路长、站点少、站间距长的特点，随着科技的发展，特别是互联网时代的到来，轨道交通的区间设备逐渐增多，传统区间供电方式已不能很好地适应需求，而直流远供电源方式不失为一种选择。本文对两种供电方式进行了比较，以供进行轨道交通区间设备供电建设时参考。