2号线川沙主变支援供电方案研究

上海地铁维护保障有限公司供电分公司 王晓博 孙翔泳 唐家伟 解惠亮

上海地铁2号线供电系统复杂，两级供电与三级供电同时存在，设备型号多，智能化程度低，人力依赖程度高，同时2号线进入全面大修改造期，夜间施工量不断上升，需要更多人力配合夜间施工。小班化后，2号线全线共有29人在岗，仅能满足日常夜间施工及配合。常规支援供电方案每晚需要至少30人配合，严重占用人力资源。2号线川沙主变于2022年更换2台主变压器，供电质量得到提升，针对新设备提出新的支援供电方案，提高支援供电效率，节省人力资源。为方便说明，本文全部以二段需支援供电为例。

1 2号线川沙主变供电系统概况

1.1 正常运行方式

川沙主变两路110kV 电源及33kV 侧两段母线分列运行，变电所母联断路器分开。所辖各变电所内33kV 母联断路器分开，两段母线分列运行。

川沙主变供电区间为张江高科混合变电站至浦东机场混合变电站，共15个站，其中10个混合变电站，2个降压站及2个跟随降压站。川沙主变直接向广兰路混合变电站、华夏东路混合变电站、川沙混合变电站，以及远海区间混合变电站供电，再由这4个变电站通过33kV 环网依次向剩余变电站供电。

1.2 故障情况下运行方式

当川沙主变中一台变压器因故障退出运行时，其运行方式如图1所示，将由世纪公园主变来进行支援供电。世纪公园主变的电经由龙张区间开关站、张江高科混合变电站、金科路降压站、广兰路混合变电站送入川沙主变。再经由川沙主变向剩余变电站供电。

图1 故障情况下运行方式示意图

2 2号线川沙主变现有支援供电方案分析及难点

2.1 现有支援供电方案分析

现有的支援供电方案是川沙主变二段母排停役，所辖下级变电站二段母排也全部停役，由世纪公园主变二段支援供电，通过龙张区间开关站、张江高科混合变电站、金科路降压站、广兰路混合变电站将电送入川沙主变二段母排，再通过33kV 环网电缆送到各个变电站。支援供电期间需要配合停电范围从龙张区间混合变电站到浦东机场混合变电站和陆家嘴牵引变电站，共17站。

在支援供电的情况下，川沙主变所辖的变电站的供电臂发生变化，世纪主变两台变压器的负荷不平衡，为保障继电保护装置能有更好的灵敏性可靠性和均匀分配世纪主变的变压器负荷，川沙主变所覆盖的每一个变电站都需要切换整定值组，陆家嘴牵引变电站需从世纪主变一段切换到另一段。由于存在瞬时停电，所有站的33kV 分段自切都需停用。

则所有站都需操作开关、停用33kV 分段自切、整定值组切换和合上三类负荷开关。经分析，传统方式川沙主变支援供电涉及17个变电站，共需17×2=32人，共执行520步操作。

传统方案末端电压损失百分数计算[1-2]，末端允许降压降百分数≤5%，按照以下公式进行计算：

其中，Δu%表示线路电压损失百分数（%），R 表示三相线路单位长度的电阻（Ω/km），X′表示三相线路单位长度的感抗（Ω/km），tanφ 表示功率因数角相对应的正切值，P 表示有功负荷（kW），l 表示线路长度（km）。

经查，此时系统内最长供电臂为世纪主变至浦东机场混合变，电缆长度为35.14km，电缆型号为FS/FZ-WDZB-YJY63 3×1×150mm²，此电缆单位长度电阻为0.143Ω/km，单位长度感抗为0.112Ω/km，此区间cosφ 为0.65，有功负荷按照5500kW 估算。经计算，传统方式下供电臂最长的情况下，末端电压损失百分数为5.23%＞5%，不符合标准。

2.2 执行难点

一是涉及站点多，停送电步骤繁杂，耗时长；二是支援供电期间，浦东各变电站由无人值守改为有人值守，占用大量人力资源集中在2号线浦东段，不利于2号线浦西段应急抢险和2号线日常生产工作；三是支援供电的世纪主变负荷较大，用电高峰易出现过负荷现象，且浦东机场混合变电站和远东大道混合变电站末端电压损失过高。

3 新支援供电方案分析

2022年川沙主变进行大修改造扩容项目，2台主变的容量从31.5MVA 扩容到40MVA。川沙主变扩容后，提升2号线浦东段供电质量，提高供电可靠性，更好保障安全可靠供电和电网稳定运行。针对新设备提出三种支援供电方案。

3.1 方案一

川沙主变33kV 热并，如图2所示。先将川沙主变33kV 母联断路器合上，再将2号主变停役。本方案不需要世纪公园主变支援供电，由川沙主变1号变压器完成所辖变电站的供电任务。

图2 方案一示意图

此方法川沙主变所辖各变电站不停电，且只需在川沙主变进行操作，同时下级变电站不停电，供电臂长度不发生变化，不需停用各站33kV 分段自切，就不需要各站派人查看设备。经分析，方案一涉及1个变电站进行倒闸操作，需2人，共执行10步操作。

方案一末端电压损失百分数计算，末端允许降压降百分数≤5%，按照上文公式进行计算。

经查，此时系统内最长供电臂为川沙主变至张江高科混合变，电缆长度为16.4km，使用电缆型 号 为FS/FZ-WDZB-YJY63 3×1×150mm²，此电缆单位长度电阻为0.143Ω/km，单位长度感抗为0.112Ω/km，cosφ 为0.65，有功负荷按照5500kW 估算。经计算，方案一供电臂最长的情况下，末端电压损失百分数为2.32%＜5%，符合标准。

方案一优点为涉及站点少，停送电步骤简单，耗时短，供电臂长度不发生变化，整定值组不用切换，末端压降损失符合标准，占用少量人力资源，不影响2号线应急体系和日常生产工作。

方案一缺点为合上川沙主变33kW 母联断路器需向国网调度申请，手续较为烦琐。川沙主变所辖所有变电站为假两路供电，如果此时川沙主变1号主变进线失电，会造成川沙主变所辖所有变电站停电，此时再从世纪主变支援供电会花费大量时间，应急响应速度慢，不利于故障快速恢复。

3.2 方案二

将张江高科混合变电站、金科路降压站和广兰路混合变电站3站由川沙主变供电改变为世纪公园主变供电，其余站由川沙主变33kW 热并供电[1-2]，如图3所示。需要龙张区间混合变、张江高科混合站、金科路降压站、广兰路混合变和川沙主变进行倒闸操作，其中张江高科混合站、金科路降压站和广兰路混合变电站3站由于供电臂的改变需要切换整定值组，由于33kW 瞬时失电需停用33kW 分段自切。经分析方案二涉及5个站，共需5×2=10人，共执行62步操作。

图3 方案二示意图

方案二末端电压损失百分数计算，末端允许降压降百分数≤5%，按照上文公式进行计算。

经查，此时系统内最长供电臂为川沙主变至浦东机场混合变，电缆长度为14.7km，使用电缆型 号 为FS/FZ-WDZB-YJY63 3×1×150mm²，此电缆单位长度电阻为0.143Ω/km，单位长度感抗为0.112Ω/km，cosφ 为0.65，有功负荷按照5500kW 估算。经计算，方案二供电臂最长的情况下，末端电压损失百分数为2.07%＜5%，符合标准。

方案二优点为涉及站点较少，停送电步骤较简单，耗时较短，末端压降损失符合标准，占用人力资源较少，不影响2号线应急体系和日常生产工作。此时唐镇混合变电站至浦东机场混合变电站为假两路供电，若出现川沙主变1号主变进线故障，会造成唐镇混合变电站至浦东机场混合变电站全站瞬时失电，但此时只需在广兰路混合变电站和川沙主变进行倒闸操作，即可完成世纪主变支援供电，大幅提升川沙主变一带两种情况下应急响应速度。

方案二缺点为合上川沙主变33kW 母联断路器需向国网调度申请，手续较为烦琐。唐镇混合变电站至浦东机场混合变电站存在全站瞬时失电风险。

3.3 方案三

方案三是在传统方案上的基础上进行修改，如图4所示，停用川沙主变所辖17个变电站的33kW 分段自切，张江高科混合站、金科路降压站和广兰路混合站的二段母排停役，3个供电分区首端站华夏东路混合站、川沙混合站和远海区间混合站的进线开关川华二、川沙二和川区二改为冷备用状态，川沙主变二段母排停役，此时各站400V 二段进线开关自切，由400V 一段带二段，再由世纪公园主变二段母排支援供电，通过龙张区间开关站、张江高科混合变电站、金科路降压站、广兰路混合变电站将电送入川沙主变二段母排，再将首端站进线开关川华二、川沙二和川区二改为运行状态，此时各站400V 二段进线开关自复，完成世纪公园主变对川沙主变的支援供电。

图4 方案三示意图

此方案涉及川沙主变所辖17个站，共需17×2=34个人，共执行100步操作。

方案三优点为操作步骤较少，用时较短，从张江高科混合变电站至浦东机场混合变电站均为真两路供电，供电可靠性高。

方案三缺点为涉及站点多，停送电过程中存在带负荷拉送开关，会在母排上产生冲击电流，具有一定风险性，各变电站400V 二段开关会进行一次自切和自复，存在自切和自复失败的风险。由于和方案一供电臂长度一样，海天三路混合变电站和浦东机场混合变电站存在末端电压损耗过高的情况。

3.4 方案对比分析

综上所述，三种方案各有优缺点，汇总见表1。由表1可知，方案一占用人力资源最少，停送电步骤最简单，停送电风险高，耗时短，不存在末端压降损耗过高的情况；方案二占用人力资源较少，停送电步骤较简单，停送电风险一般，耗时较短，不存在末端压降损耗过高的情况。方案三占用人力资源多，停送电步骤一般，停送电风险较高，耗时一般，末端压降过高。综合考虑方案三比较合适，未来主变支援供电方案可以参照此方案进行改善。

表1 三种方案对比表

三种新方案在占用人力资源、涉及站点、停送电步骤、停送电风险、耗时和计算末端压降损耗方面的比较，可以得出方案三可作为后续优化主变支援供电方案的模板，达到提高支援供电效率，节省人力资源的目的。