地铁供电系统可靠性和安全性相关思考与分析

中铁第五勘察设计院集团有限公司电化通号设计研究院 叶晓伟

本文对地铁供电系统可靠性与安全性相关思考进行了分析，论述了集中式供电、分散式供电、混合式供电三种不同的地铁供电系统主要方式，着重分析了影响地铁供电系统可靠性与安全性的主要因素，结合相关嵌入性理论与实践研究，提出地铁供电系统可靠性与安全性的若干思考与分析。

1 地铁供电系统的主要方式

除地方核心电网为其提供能源外，地铁供电系统需借助整体电网设计，以此保障对电力能源的需要。构建电网电源，对供电电源合理调配，较比普通电源相比，变电电压强度较高，需设置专用变压器，将电压控制在合理范围内，进而利用电网系统将电能传递到牵引变电所、降压变电所。我国地铁供电系统主要方式主要有集中式供电、分散式供电、混合式供电，具体如下：

1.1 集中式供电

集中式供电即对地铁变电所用电科学设置，主要体现在依托地铁线路长度、使用电量的差异化，在地铁沿线设置变电所，通过对地铁变电母线段数量、位置建立划分。地铁变电所需要进行两路电源设置，保障二者之间独立性存在，继而依托集中式供电方式，为地铁运行、牵引提供电力，如图1所示。

图1 集中式供电图

以武汉三号线为例，武汉三号线地铁供电方式采用的就是集中供电，对三号线进行整体牵引动力的变电所，设置在建设大道和黄浦大街交汇处“赵家条”；又如，上海地铁二号线及明珠线，多采用集中供电的方式。从计费角度上来看，集中式供电较为便捷，对变电所供电设备维护工作也相对简单，为工作人员调度、管理提供了便捷支持，具有一定可靠性。但从建设与投资方面来看，集中式供电耗资巨大，且使用过程中，需结合地区实际情况综合考虑，以及对施工过程进行动态化调整。

1.2 分散式供电

分散式供电主要是将城市电网区域变电所作为主要能源来源，在地铁沿线设置降压站以及牵引变电所，不需要设置专用变电所为其进行配电设置。分散式供电可充分利用城市中心电网资源，但使用需要变电所具有双路电源，且在地铁沿线设置供电容量。严格意义上来说，这种供电方式对地区城市电网要求较高，且电网能符合地铁运行所需电量。例如北京市地铁3号线、沈阳地铁，都采用了分散式供电方式。这种方式中城市电网会受到其他区域电网影响，进而出现供电不稳定、不足等情况，因此，分散式供电可靠性较差，在应用过程中，需结合地区电网分布、周围电网分布进行综合设置。

1.3 混合式供电

混合式供电主要以集中式供电与分散式供电两种供电方式相结合进行供电的一种方式，这种方式在实施过程中，以集中供电为主、分散式供电为辅，其优势就是将两种供电方式优势有机结合，以此保障地铁供电系统的稳定性、可靠性，且供电过程中，因其具备集中式与分散式供电优点，因此供电较为灵活，但实际应用过程中，施工手段存在一定复杂性，且施工事前，需结合地区技术水平，判断地区是否可以进行混合式供电。

2 影响地铁供电系统可靠性与安全性的主要因素

2.1 设备老化

基于地铁供电系统来看，供电系统是通过若干具有联系性的供电设备组成，如供电系统链（设备）中的某一环节出现问题，那么其系统连接的稳定性、可靠性就会受到影响，较为常见的就是因供电设备老化，导致工作运行不流畅，进而造成供电系统稳定性出现问题。地铁运行与管理运行时间较长，且各类设备在长时间使用下，或多或少都会出现相应问题，其中最为明显的因素即设备老化，如无法对其老化进行有效处理，一方面会造成设备进一步恶化出现故障，另一方面会对整体地铁电力系统运行稳定性、安全性造成影响，甚至于出现严重危险事故。鉴于此，地铁供电系统中，应针对供电设备老化问题进行深度研究，积极开展定期、不定期检测工作，如发现设备存在异常问题，应积极处理，规避设备老化现象发生。

2.2 外部环境

外部环境泛指经济、自然等非人为可控因素。地铁供电系统与外部环境存在直接联系，且其系统运行稳定性、可靠性与外部因素具有密切联系，因外界因素干扰过多，进而导致其对地铁供电系统稳定性造成诸多影响。信息化、现代化社会发展态势下，诸如新型地铁供电设备研发推出，有效提升了地铁运行效率与质量，实施地铁建筑过程中，设备人员应切实围绕地方综合因素，充分考虑外部影响因素，选用供电设备性能应与其地铁使用效果相适应。

2.3 维修计划

健全且严谨的系统维修计划是保障供电稳定性、可靠性的重要因素，地铁供电系统如出现任何问题，都要采取有效方法加以处理，规避问题蔓延引发的严重后果。为保障地铁系统高效运行，企业应重视维修工作各项规范及标准的制定，切实围绕地铁供电系统稳定性开展。如企业忽视维修计划，导致设备出现问题，进而诱发危险事故，最终会导致企业出现严重经济损失，同时也威胁国民生命、财产安全。

3 提高地铁供电系统安全性和稳定性的若干思考

3.1 地铁供电系统安全性分析

地铁供电系统安全性研究较为关键，在提升其安全性的过程中，有关人员可通过综合评判的研究及提高水平，建立模糊综合评判体系，对影响地铁运行安全性的若干因子量化分析，最终对其运行结构内容综合评估。具体如下：

（1）建立因素集

因素集具有综合多种影响分析结构对象的集合形式，通过u代表因素集，不同因素集可通过U1、U2……Un来表示。其他因素单元的分析，都会对最终运行结果造成直接影响。因此，有关人员可通过供电安全性分析标准模型，系统性分析地铁系统供电安全性模糊情况。

（2）营造评价集

构建评价集需对评价等级拟定，如评价集为A，那么A1则代表了地铁供电系统运行处于高等安全状态；A2表示设备运行处于这个中等安全状态；A3表示系统处于表面安全状态；A4表示系统存在不安全因素；A5表示系统存在严重影响系统运行安全因子。

（3）权重集构建模式

依托敏感性分析方式，对权重情况进行拟合分析，或依托历史统计方式，对地铁供电系统运行安全性特点进行确定；或依托专家评价工作方式，对其系统运行安全性全面分析，进而量化各项影响因子，统计分析与建模，生成可观数据，为后续判断提供数据支撑。

（4）因素评判矩阵构建模式

为了保证地铁工程供电系统分析的准确性，在分析方法的内容中，需要更多地关注判断矩阵的构建，而判断矩阵的构建又是判断分析方法的关键。利用各因素对矩阵的隶属度进行判断，并结合数理统计等多种方法对各因素的判断结果进行评价。

3.2 地铁供电系统可靠性分析

提升地铁供电系统可靠性的方法中，主要以故障树分析法、可靠框图法和故障模式后果法为核心。可靠框图法主要研究地铁供电系统链中若干因素（设备）的关联方式、关联关系。为了全面表示地铁供电系统的各种结构，依托结构模型的可靠性框图方式，可得到地铁供电系统可靠性框图，进一步研究与分析地铁供电系统可靠性重要影响因子。此外，现阶段我国地铁供电系统可靠性研究方法中，可靠性框图法是分析与提高地铁供电可靠性较为常见的方法之一。我国诸多地铁供电研究人员通过可靠性框图法，对地铁供电可靠性分析，其中运用的方式也存在相应的差异化（并联、串联等）。如地铁供电系统中的某一单元出现故障，最终引发可靠性问题出现的形式为并联机构。从提高供电系统可靠性的角度分析，地铁供电系统中采用电厂高压线路，较比普通供电方式而言这种方式虽然不仅具有较高的防护性，而且发生故障的几率也较低。而且集中供电较少连接到市区的其它线路，因此也不容易受到其它线路的干扰。甚至当发生故障时，如主变电所解列的情况，也可采取某些措施，使其它主变电所供电，以保证地铁供电系统的可靠性。但相对于集中供电，分散供电连接了城市的许多其它线路，因此易受干扰，且一旦发生故障，需采用其它周边开闭所进行补偿供电，对地铁的正常运行造成影响，降低了地铁供电系统的可靠性。

结论：综上所述，现代化社会发展态势下，城市人口数量爆发式增长，加之城市化建设工作的深度开展，对城市交通系统的要求逐渐提高，其中，地铁为国民出行提供了快捷与便利。各地区逐渐提高地铁项目建设力度与管理力度，而保障地铁有序运行的核心因素中，其供电系统的可靠性与安全性较为关键。因此，如何切实提高地铁供电系统稳定性及安全性，保障国民出行安全，是现阶段地铁建设及管理中的重要课题。