地铁供电系统资源共享及优化配置研究

葛 洲

（深圳市地铁集团有限公司，广东深圳 518026）

地铁供电系统资源共享及优化配置研究

葛 洲

（深圳市地铁集团有限公司，广东深圳 518026）

目前国内外城市轨道交通行业普遍采用的是单条线路单独设计建设的模式，这样的模式导致大量的供电资源处于闲置浪费的状态。在这样的环境下如何合理有效充分地调用各方资源，通过合理的优化配置，实现地铁供电系统的资源共享已是迫在眉睫的重要问题。结合国内某地铁公司的运行和建设经验，针对这一课题做了一些研究，提出了一些解决方案，并将在后续建设中逐步实施。

地铁供电；供电系统；资源共享；优化配置

0 绪论

城市轨道交通行业通常采用的是3级供电方式，整个供电系统由 AC110kV、AC35kV 环网输配电系统和DC1 500V 牵引供电系统组成。其中 AC110kV 是地铁供电系统的电源，AC35kV 环网输配电系统构成了各变电所之间的电气联络通道，DC1 500V 牵引供电系统是地铁列车的唯一动力来源。

目前国内外地铁线路均采用的是单条线路单独设计建设模式，为了确保供电稳定性，各线路均采用了 2N的冗余设计，随着地铁建设全面展开，国内地铁里程数迅速增长，在这样的条件下，如果依旧采用之前的模式必将造成大量的资源浪费。本文首先介绍了地铁供电系统资源共享的现状，再根据现状指出资源共享和优化配置的必要性和紧迫性，并针对性地提出了一些解决方案。

1 既有线路供电网络化资源共享现状

1.1 供电系统设备资源共享及优化配置现状

如图1所示，其中各 110 kV 主变电所均安装 2 台110 kV 变压器，电源分别来自于 2 个不同供电局变电站，由 110 kV 变压器降压后进入 AC 35 kV 环网输配电系统送到各车站变电所，每个车站变电所安装Ⅰ段、Ⅱ段 2 套配电系统或 2 套配电及整流系统，分别为车站的动力照明系统和 DC1 500V 牵引供电系统供电。

国内某城市地铁公司目前运营的 4 条线路总长度约为 158 km，设置有 8 个主变电所、116 个车站降压或牵引混合变电所。其中 110 kV 主变压器 16 台、110 kV GIS开关柜设备 16 套、35 kV 各型号变压器超过 500 台、35 kV开关柜约 1 000 个间隔、DC1 500V 整流机组 70 余套、环网电缆总长度超过 1 000 km。在现有条件下，设备资源共享只是在 110 kV 供电系统上基本实现，各主变电所之间利用 35 kV 环网和 35 kV 高压开关可以做到相互之间的支援供电，在生产运营中也有相应供电方案。

由于地铁建设都是按周期模式建设，在全部线路建设完成前，部分区段的供电负荷较少。这样的情况导致部分 110 kV 变压器负荷率一直处于低负载状态运行，造成了极大的资源浪费。经研究分析发现，可以利用各主变电所之间的支援通道，将部分 110 kV 处于热备用状态，充分利用其余变压器的容量，这个方案的实施，极大地提高了变压器和电能利用率，据统计，这样的运行方式极大地减少了线路损耗、无功等，目前采用了这一方案的主变电所平均每月节省的电费就高达十几万元。

由此可见，通过合理的设计布局，完全可以实现设备资源的共享，节约大量的资金和能源，让地铁系统真正实现环保绿色的目标。

图1 供电系统示意图

1.2 供电系统维护人力资源共享及优化配置现状

国内某地铁公司最高峰时线路维护人数与公里数比值超过 18人/km，经人力资源优化配置，目前的维护人数与公里数比值约为 4人/km。网络化运营开始后，供电系统值班点、维护人员排班和各班组职责均做出了一定的修改。经过这次方案修改，将值班点由每条线路 10 个压缩为 5 个，修改后的方案保留 2 个主变电站和 1 个车辆的值班点。经过优化配置将正线值班点数量由每条线路6 个精简为 2 个。

现代地铁的供电监控系统已经足够完备，各车站变电所在设计中已充分考虑并按照无人值守站设计。在未进行优化前，日常值班状态下，出于安全考虑，每个值班点需安排 2 人，线路巡查人员通常情况会安排 2～3 人/组，每条线路 2～3 组，这样线路需要时刻保证不少于 24 人。通过优化配置，现在每条线路增加了机动组，减少固定值班人员，将车辆段的值班任务融合到综合组的工作中，在这样的配置下，线路上仅需要保证不少于6 人即可。与未优化之前相比，人力成本节约了一半以上，若在优化过程中能够从网络化运营的层面来综合考虑调配，人力成本可能会节约 75% 以上。

1.3 供电系统备件资源共享及优化配置现状

由于变电系统设备生产厂家不同，且各条线路通常采用的是单独招标的模式，设备的备件差异较大。接触网专业也处于柔性接触网、刚性接触网和第三轨 3 种供电方式并存的状态，所以，备件通用性极差。基于这样的状态，基本上供电系统的备件处于各线路负责各自的储备状态。

2013年，由于国内某城市地铁一期工程部分供电设备达到了寿命周期，需要更换，为了合理地利用现有的线路备件，于是针对变压器温控器进行了更新改造，使其能够与其他型号的备品备件实现互通。目前，变压器温控器的备件已逐步向网络统一储备状态发展。

2 供电系统资源共享及优化配置必要性和紧迫性

2.1 供电系统维护人力资源共享及优化配置必要性和紧迫性

除在设计中需要考虑到设备资源的共享及优化配置外，在已投运的线路中人力资源如何做到资源共享及优化配置也是非常紧迫和关键的。充分合理地将人力资源做到资源共享及优化配置，可以节约大量的人力成本，按照现在供电系统约 4人/km 的配置，人均人力成本按 100 000.00 元/年计算，每年的人力成本超过 6 300万元。当某城市地铁三期工程投运后，在平均人力成本不增加的情况下，每年供电系统的人力成本就将超过 1.5亿元。若通过合理布点，优化人力资源的配置方案，将供电系统的人力配置每公里减少 1人，其他条件不变，则每年的人力成本将下降约 1 600万元，当三期工程投运后，每年节约的人力成本将达到 4 000万元。若考虑到通货膨胀等因素，通过优化配置，节约的人力成本可能会超过 1 亿元/年。

2.2 供电系统备件资源共享及优化配置必要性和紧迫性

已投运的线路中除了人力成本外，物料成本也是极其重要的一个部分。为了确保系统的正常运行和在发生故障时能够在最短的时间排除故障，恢复正常供电。国内各地铁运营单位都储备了大量的备品备件，其中部分备件的正常寿命仅有 10 年左右，若长期处于储备状态，对其寿命也是有很大的负面影响。以国内某地铁公司为例，部分备件储存 5～6 年就会处于非正常状态，但是若不做相应的储备，在故障发生时再申报采购，则将严重影响故障的处理进度。尤其是部分进口元器件，其采购周期可能达到半年甚至是 1 年以上。

供电系统中有大量电子元件和精密仪器，这类物料对存放环境有非常严格的要求，而目前地铁建设集中在沿海城市，高温、潮湿和盐碱度高是沿海城市的环境特点，在这样的条件下，备品备件仓库必须有空调甚至需要除尘装置。综合这些因素，仓库的建设成本一直居高不下，而且库房建设需要占用大量的土地资源，目前城市的土地资源使用成本也一直处于上升趋势。

与此同时，据统计，国内各城市地铁系统闲置超过5 年的备件金额约为 6 亿元左右。简单地说就是，金额巨大的闲置备件消耗了高额的维护和存放成本资金。如果能够及时进行设备标准化建设，通过合理的资源共享及优化配置将不仅节约大量的资金成本还将节约大量的土地资源，同时还能响应国家的号召降低能耗，让地铁行业成为真正的绿色环保的行业。

3 供电系统资源共享技术经济效益分析

3.1 在现有基础上进行资源优化配置

在现有基础上进行资源优化配置，采取简单的人员调配措施，并逐步站在网络化运营的层面考虑和设置现有力量，可以实现节约 25% 左右的人力资源。

从备件和供电资源的优化配置方面来说，仅仅只在现有基础上进行简单的调配是远远不够的，而且由于设计和建设的过程中只考虑了单线的情况，并未在多线路或网络化的层面考虑资源共享。故在现有基础上进行资源优化配置对各项运营成本的影响非常有限，在每年数额庞大的运营成本中犹如沧海一粟，暂时显现不出来。

3.2 在系统内部实现资源共享优化资源配置

在网络化运营后，供电系统通过系统内部优化资源配置可以节约运营成本 30%～40%。但是若要实现这样的成果，首先在规划设计的时候就必须充分考虑在网络化运营的情况下资源共享和配置的方案。在线路建设和运营的时候，充分利用线路资源和内部调配的便利性，在合适的位置建立 1 个或多个大型的综合基地，然后围绕这些综合基地合理地布置一些小型的检修或备件基地。构成类似 1 个中心城多个卫星城市的布局（图2）。这样的布局估计可以节约备件成本 30% 以上、人力成本 40% 以上。

3.3 在社会层面实现全面资源共享

随着时间的推移，地铁系统逐步发展，当地铁全面迎来真正的网络化运营后，只考虑自身系统内部的资源共享是远远不够的。如何充分利用社会资源将成为发展的趋势。例如：车站供电完全由城市供电网络提供，牵引供电的电源由就近的变电站引入 2～3 路。这样的布置，可以完全取消 110 kV 主变电所和车站内的降压变电所，建设成本可以减少 75% 以上。

图2 基地布置示意图

表1 抢修队编组

地铁系统网络基本布局完成后，需要数量众多的技术人员和技工人员负责线路维护工作。如果还采用早期的模式，会造成大量的人力资源浪费，且容易出现在故障处理或一些突发事件时人手不足、正常运营期间人力资源富余的情况。

结合国内外地铁系统和供电系统的运行管理经验，在网络化运营的时候，95% 以上的技工岗位采用委外模式，利用社会资源完成供电系统的日常巡视和检修工作，各线路仅保留技术人员承担现场监管、规程制定、技术指导等工作。在遇到故障处理和突发事件的时候，抢修队伍由地铁公司和委外单位共同组成，编制如表1 所示。

在与社会资源充分实现共享后，地铁供电系统可以仅保留 1 500 V 直流供电系统，取消投资额约占供电系统总投资 80% 以上的 35 kV 环网供电系统、110 kV 输变电系统；维护人员可以减少 90% 以上。供电系统总体运营成本将节约 50% 以上。

4 总结

综上所述，供电系统资源共享及优化配置不仅仅体现在设备方面，还体现在人力资源和备件资源等多个方面，而且这几方面之间相互影响、相互制约，同时各个方面的资源共享及优化配置和标准化建设已经迫在眉睫。

通过资源共享和合理的布局，地铁供电系统无论是设备、备件还是维护人力都可以得到极大的节约。节约费用的比例和共享的深化程度有关，而且共享的深化程度和共享涉及的单位数量有极大的关系。深化程度越高，参与的单位越多，总体节约的资源就越多。

［1］ 张开波.城市综合交通枢纽供电系统的资源共享与防护隔离［J］.现代城市轨道交通，2013（2）：8-12.

［2］ 马凌晨，薛辉，张明锐.轨道交通供电系统主变电站的资源共享［J］.城市轨道交通研究，2005（2）：6-8.

［3］ 顾伟华.上海城市轨道交通网络建设与资源共享［J］.城市轨道交通研究，2005（6）：15-19.

［4］ 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）：5-9.

［5］ 祝炎富.城市轨道交通供电系统及其变电所设置的研究［J］.铁道勘测与设计，2002（3）：35-38.

责任编辑 冒一平

Study on Resource Sharing and Optimal Allocation of Metro Power Supply System

Ge Zhou

The model of the design and construction for the specifi c metro line is widely used by the present domestic and international transit， and such a model leads to a large supply of resources in the big waste idle state.In such an environment， how to reasonably and effectively make full use of all resources， to achieve the sharing of resources is an important issue in the metro power supply system with the rational optimization of the allocation of resources.Based on the operation and construction experience of a metro operator in China， the paper makes some studies on this topic， puts forward some solutions which will be implemented gradually in later construction works.

metro power supply， power supply system，resource sharing， optimal allocation

U231.8

葛洲（1981—），男，工程师

2016-03-28