膠輪有軌電車交通的供電探究

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1、膠輪有軌電車交通的供電探究 膠輪有軌電車交通的供電探究 2019/01/22 摘要：膠輪有軌電車交通是一種新型軌道交通形式，線路以高架敷設(shè)為主，列車采用動力電池儲能的牽引供電方式，車站的建筑體量小、用電設(shè)備少，供電需求與既有地鐵、輕軌及有軌電車存在較大區(qū)別，國內(nèi)外缺少工程經(jīng)驗。通過分析膠輪有軌電車交通工程的用電負(fù)荷容量和供電要求，研究中壓與低壓供電電源的技術(shù)能力，考慮工程建設(shè)和運營管理的經(jīng)濟性和便捷性，提出重要負(fù)荷和一般負(fù)荷的分類方法，設(shè)計了基于中壓電源的單環(huán)網(wǎng)供電

2、網(wǎng)絡(luò)形式，確定了降壓變電所的電氣主接線，明確了列車充電裝置的技術(shù)策略，并對全線設(shè)置綜合接地系統(tǒng)的工程方案提出建議。 關(guān)鍵詞：膠輪有軌電車；負(fù)荷分析；供電網(wǎng)絡(luò)；充電配電；綜合接地 0引言 膠輪有軌電車交通的車輛采用橡膠輪胎實現(xiàn)行駛和導(dǎo)向，主要用于小運量和短距離的公共交通，一般采用高架方式敷設(shè)，具有安全可靠、便捷高效、經(jīng)濟實用、環(huán)境友好、建設(shè)成本低、建設(shè)周期短、運營維護方便等優(yōu)點，在我國大、中、小城市獲得廣泛認(rèn)可。膠輪有軌電車采用車載動力電池儲能供電，在車場、終點車站和存車線等場所充電，其牽引供電需求與當(dāng)前地鐵、輕軌和有軌電車不同。膠輪有軌電車交通的

3、高架車站結(jié)構(gòu)輕盈、小巧，用電設(shè)備少、負(fù)荷容量低，停電影響較小，其低壓配電需求與當(dāng)前地鐵、輕軌和有軌電車等也存在較大差異。膠輪有軌電車交通供電系統(tǒng)是關(guān)乎運營安全性、可靠性、高效性和經(jīng)濟性的重要系統(tǒng)，難以照搬當(dāng)前地鐵、輕軌和有軌電車的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和技術(shù)方案，需要基于負(fù)荷特點和供電需求進行量身定做的系統(tǒng)研究，提出安全可靠、技術(shù)可行、經(jīng)濟實用、運營方便的技術(shù)方案。 1電力負(fù)荷及供電要求 1.1車站低壓負(fù)荷 膠輪有軌電車交通的車站規(guī)模較小，長度一般為30～40m，寬度約14m，用電負(fù)荷的數(shù)量少、容量小。車站的重要負(fù)荷主要包括通信信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、自動售檢

4、票系統(tǒng)、站臺門、電梯、應(yīng)急疏散設(shè)施、降壓變電所用電和照明設(shè)備，這些負(fù)荷若中斷供電，可能產(chǎn)生人員安全問題或影響正常交通秩序，需要保證供電的可靠性。對于重要負(fù)荷中與安全生產(chǎn)相關(guān)的負(fù)荷，應(yīng)由2路電源供電，或者設(shè)置電池儲能裝置，作為低壓備用電源[1]。車站的一般負(fù)荷主要包括廣告設(shè)施和清掃設(shè)備等，停電影響不大，當(dāng)系統(tǒng)故障時可以停止供電。 1.2車場低壓負(fù)荷 膠輪有軌電車交通采用狀態(tài)檢修的理念，車場規(guī)模較小，檢修設(shè)備的規(guī)格和數(shù)量也相應(yīng)較少，用電負(fù)荷數(shù)量和容量都較小。車場的重要負(fù)荷主要包括通信信號系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)、降壓變電所用電和照明設(shè)備，以及弱電機房空調(diào)和降壓變電所風(fēng)機等

5、，這些負(fù)荷都是交通系統(tǒng)正常運行的保證，需要較高的可靠性。對于重要負(fù)荷中與安全生產(chǎn)相關(guān)的負(fù)荷，應(yīng)由2路電源供電。車場的一般負(fù)荷主要包括生活設(shè)施和清掃設(shè)備等，停電影響不大，在正常情況下應(yīng)保證可靠供電，當(dāng)1路電源退出時可以中斷供電。 1.3列車充電負(fù)荷 膠輪有軌電車交通的列車充電容量為150～200kW，充電時間1.5～2.0h。列車充電負(fù)荷是交通系統(tǒng)正常運行的重要保證，需要較高的可靠性。工程中一般在車場、首發(fā)車站、終點車站和存車線車站設(shè)置充電裝置，充電裝置的低壓電源就近引自降壓變電所，每套充電裝置的容量應(yīng)滿足1列車的充電需要，同一車站或車場的充電裝置之間應(yīng)能夠相互支

6、援。為了提高車場內(nèi)列車充電的可靠性和靈活性，充電裝置應(yīng)分別接在降壓變電所的不同低壓母線上。如需要提高始發(fā)車站、終點車站和存車線車站的充電可靠性，全線可以配置1臺移動應(yīng)急充電車。 2電源選擇 膠輪有軌電車交通的普通車站負(fù)荷約為50kVA，設(shè)置充電裝置的車站負(fù)荷為200～400kVA，車場負(fù)荷為2（800～1250kVA），線路全長10km時的全線負(fù)荷約為5000kVA。單個車站的電力負(fù)荷約為50kVA，如果就近引入交流0.4kV電源，在供電可靠性、工程成本、實施可行性和維護方便性等方面均不合理，工程建設(shè)時除非迫不得已，均不應(yīng)采用，對于全線車站和車場更不能推廣。為了

7、保證供電可靠性和經(jīng)濟性，膠輪有軌電車交通的供電應(yīng)充分依靠電力系統(tǒng)，不應(yīng)建設(shè)主變電所和開閉所，進線電源應(yīng)選用當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的配電電壓，交流10、20、35kV均合理可行，全線引入不少于2路的中壓電源，設(shè)置內(nèi)部中壓供電網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)全線的供電[2]。膠輪有軌電車交通工程與地鐵或輕軌換乘或鄰近時，也可從地鐵或輕軌的供電系統(tǒng)引入交流10、20、35kV電源。 3供電網(wǎng)絡(luò) 地鐵和輕軌工程供電系統(tǒng)的中壓供電網(wǎng)絡(luò)一般選擇雙環(huán)網(wǎng)形式。有軌電車工程供電系統(tǒng)的中壓供電網(wǎng)絡(luò)部分選擇雙環(huán)網(wǎng)形式，部分選擇單環(huán)網(wǎng)形式。以全長約10km的膠輪有軌電車交通工程為例，其雙環(huán)網(wǎng)供電網(wǎng)絡(luò)方，2種供電網(wǎng)絡(luò)方

8、案的技術(shù)經(jīng)濟性比較。分析可見，單環(huán)網(wǎng)供電形式滿足工程的可靠性要求，在工程投資、運營成本、工程管理和運營管理方面均具有顯著優(yōu)勢。另外，膠輪有軌電車交通系統(tǒng)的車輛采用電力電池儲能供電，故障列車能夠依靠其他列車推行到車站，而且區(qū)間設(shè)有便捷、安全的疏散平臺，有條件適當(dāng)降低對供電可靠性的要求。因此，選擇單環(huán)網(wǎng)供電方式是合理的。 4降壓變電所 4.1車站降壓變電所 每座車站均設(shè)置1座降壓變電所，從供電網(wǎng)絡(luò)引入2路中壓電源，當(dāng)1路電源退出時，另1路電源不應(yīng)同時受到損壞?？紤]膠輪有軌電車交通的客流量較小，行車故障對城市整體交通的影響不大，而且電力系統(tǒng)的可靠性日益

9、提高，車站低壓供電的可靠性適度即可。為了簡化系統(tǒng)、降低工程投資、減少運營維護工作，中壓和低壓側(cè)均采用單母線接線。為了保證車站部分重要負(fù)荷2路電源的需要，降壓變電所設(shè)置1套動力電池儲能電源裝置。車站需要向列車充電時，在降壓變電所內(nèi)設(shè)置充電裝置，充電裝置的電源引自降壓變電所的低壓母線。 4.2車場降壓變電所 膠輪有軌電車交通的車場規(guī)模不大，但是擔(dān)負(fù)著全線控制指揮、列車充電、運行維護等重要職能，而且工作人員眾多，供電可靠性要求更高、用電容量更大。車場需要設(shè)置降壓變電所，供電網(wǎng)絡(luò)引入2路中壓電源，正常時2路電源同時供電，1路電源退出時另1路電源支援供電。為了提高供電的可

10、靠性和靈活性，中壓和低壓側(cè)均采用單母線分段接線。車場需要向列車充電時，在降壓變電所內(nèi)設(shè)置充電裝置，不同充電裝置的電源應(yīng)分別引自降壓變電所的不同低壓母線。 5列車充電裝置 列車充電裝置從降壓變電所引入交流0.4kV電源，輸出直流640V充電電源，通過列車車載取流器向動力電池充電。充電裝置應(yīng)滿足列車2h內(nèi)充滿電能的容量要求，為了減少工程投資和設(shè)備占地面積，充電裝置應(yīng)具備向多列膠輪有軌電車順序充電的能力。 5.1變流器 變流器是實現(xiàn)交直流電能變換的電力電子設(shè)備，輸入交流0.4kV電源，輸出直流充電電源，輸出的充電電流和充電電壓均可以按照

11、動力電池的充電特性控制。變流器應(yīng)采用金屬封閉柜式結(jié)構(gòu)，布置在車站或車場的降壓變電所設(shè)備房內(nèi)。 5.2授流器 授流器是充電裝置與車輛間實現(xiàn)電流傳導(dǎo)的接口部件，車輛上分別設(shè)置正極和負(fù)極取流器，對應(yīng)車外同時設(shè)置正極和負(fù)極授流器。授流器必須滿足車輛充電時電流（正常和故障）的通流和電壓（正常和故障）耐受要求，還必須耐受環(huán)境中可能出現(xiàn)風(fēng)、雨、雪、冰、異物等的影響。在技術(shù)和經(jīng)濟條件允許時，授流器應(yīng)優(yōu)先考慮安裝在車輛頂部，并應(yīng)參照車輛受電弓和集電靴的標(biāo)準(zhǔn)進行全套試驗檢驗。 6綜合接地 膠輪有軌電車交通工程中，在車站、車場和區(qū)限空間內(nèi)，乘客與運營管

12、理人員同在，強電設(shè)備與弱電設(shè)備并存，設(shè)備系統(tǒng)之間管線聯(lián)系緊密、電磁關(guān)系復(fù)雜，不同系統(tǒng)不能實現(xiàn)分別獨立接地，必須采用綜合接地方式[3-4]。膠輪有軌電車交通工程采用綜合接地方式，要求將全線車站、區(qū)間和車場的接地進行可靠的金屬連接，使整個系統(tǒng)構(gòu)成整體連通的綜合接地系統(tǒng)，全線的所有強電設(shè)備、弱電設(shè)備、人員安全和防雷接地均與綜合接地系統(tǒng)合理、可靠地連接。 6.1車站接地 車站綜合接地系統(tǒng)需要同時滿足強電設(shè)備、弱電設(shè)備、防雷和人員安全的接地需要。強電設(shè)備的接地要求接地電阻不應(yīng)大于2000/I（I為系統(tǒng)單相接地的短路電流，kA）。弱電設(shè)備接地時，接地電阻宜適當(dāng)減小，且接地引

13、出點與強電系統(tǒng)接地引出點及防雷接地引出點之間的距離不小于15m。防雷接地中要求接地裝置的沖擊電阻小于4Ω。人員安全接地的主要要求是保證接觸電位和跨步電位小于人體耐受水平，同時合理實現(xiàn)等電位連接。因此，每座車站應(yīng)設(shè)置1個綜合接地網(wǎng)。綜合接地網(wǎng)可以利用建筑結(jié)構(gòu)鋼筋作為自然接地體，也可以另外增設(shè)與自然接地體可靠連接的人工接地體，接地電阻一般不應(yīng)大于1Ω，強電系統(tǒng)接地引出點與防雷接地引出點之間的距離不應(yīng)小于15m，同時核算接觸電位和跨步電位滿足要求，在人員密集的積水場所設(shè)置等電位連接。為了有效降低全線各車站的接地電阻數(shù)值，提高全線供電系統(tǒng)機電保護的可靠性、選擇性和靈敏性，應(yīng)將全線車站、車場的接地裝置用

14、金屬導(dǎo)體可靠連接。 6.2車場接地 車場綜合接地系統(tǒng)的技術(shù)條件與車站基本相同，制式接地網(wǎng)占地面積允許更大一些，其工程方案與車站相同。 6.3區(qū)間接地 區(qū)間的主要設(shè)施包括軌道梁、疏散平臺、強電環(huán)網(wǎng)電纜、弱電環(huán)網(wǎng)電纜和通信天線。軌道梁和疏散平臺均為金屬材料或混凝土構(gòu)成，不需要考慮接地等安全問題。強電環(huán)網(wǎng)電纜和弱電環(huán)網(wǎng)電纜均設(shè)有金屬鎧裝層，金屬鎧裝層應(yīng)在車站與綜合接地網(wǎng)可靠連接。通信天線等弱電設(shè)備的外殼需要就近可靠接地。為此，膠輪有軌電車交通工程應(yīng)在沿區(qū)間橋梁設(shè)置接地導(dǎo)體，用于沿線弱電設(shè)備的接地，接地導(dǎo)體的兩端均應(yīng)在車站與綜合接地網(wǎng)可靠

15、連接。 7結(jié)論 （1）膠輪有軌電車交通的供電系統(tǒng)應(yīng)接線簡單，達到合理的可靠性水平，嚴(yán)格控制工程投資，減少運營維護工作量。 （2）供電系統(tǒng)的電源應(yīng)優(yōu)先選用當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)常用的中壓電源，設(shè)置覆蓋全線的中壓供電網(wǎng)絡(luò)，中壓供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)采用單環(huán)網(wǎng)方式。 （3）每座車站均應(yīng)設(shè)置降壓變電所，中壓側(cè)和低壓側(cè)均采用單母線接線，向重要負(fù)荷和一般負(fù)荷供電，為提高相關(guān)安全負(fù)荷的供電可靠性，變電所內(nèi)可設(shè)置動力電池儲能的備用電源。車場均應(yīng)設(shè)置降壓變電所，中壓側(cè)和低壓側(cè)應(yīng)采用單母線分段接線，保證列車充電裝置和控制中心的雙電源可靠供電。 （4）供電系

16、統(tǒng)的充電裝置應(yīng)安全、可靠，為了節(jié)約工程建設(shè)成本，變流器應(yīng)具備向多列列車充電的靈活供電方式，授流器應(yīng)適應(yīng)各種充電工況和自然環(huán)境的條件，并謹(jǐn)慎選擇列車下部的地面授流形式。 （5）膠輪有軌電車交通的每座車站均設(shè)置綜合接地網(wǎng)，車場設(shè)置綜合接地網(wǎng)，區(qū)間設(shè)置貫通接地導(dǎo)體，利用區(qū)間貫通接地導(dǎo)體和強弱電電纜金屬鎧裝層將全部接地網(wǎng)連通，構(gòu)成全線綜合接地系統(tǒng)。 8參考文獻 [1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50052—2009供配電系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范[S]. [2]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50458—2008跨座式單軌交通設(shè)計規(guī)范[S]. [3]蒲先俊，任博，楊德明，等.現(xiàn)代地鐵設(shè)備系統(tǒng)分析[M].北京：人民交通出版社，2018. [4]淮平.鐵路綜合接地電纜系統(tǒng)解決方案[J].中國鐵路，2013(12)：76-80.