试析地铁供电系统设备选择与全寿命周期费用的关系
2017-04-15昆明地铁运营有限公司供电中心杨振宇
昆明地铁运营有限公司供电中心 杨振宇
试析地铁供电系统设备选择与全寿命周期费用的关系
昆明地铁运营有限公司供电中心 杨振宇
合理进行地铁供电系统设备的选择,可以使系统投资与运营成本得到有效控制。基于这种认识,本文对地铁供电系统设备选择与全寿命周期费用的关系展开了分析,以期为类似工程的建设提供合理建议。
地铁供电系统;设备选择;全寿命周期费用;关系
引言
随着城镇化建设工作的不断推进,城际轨道交通工程得到大规模的建设。而随着相关技术的发展,各建设单位也对地铁机电设备的选择提出了更高的性价比要求。采取全寿命周期费用分析方法,可以为地铁供电系统设备的选择提供更多的科学依据,从而使设备得到低维护、高质量和低消耗的运行管理。
1.地铁供电系统设备特点分析
从结构组成上来看,地铁供电系统由供电网络、主变电站、接触网/轨系统、牵引供电设备、动力供电设备、PSCADA系统等多个部分构成,设备投资约占地铁设备总投资的18%左右[1]。而供电系统具有“昼运夜停”的负荷特点,并且由多个子系统构成,拥有繁复的接口,相互之间容易形成制约。从设备种类上来看,包含有变压器类、电缆类、接触网器材、开关类和保护控制设备等,涉及国内外电力设备生产行业。而多数设备不仅体积大、重量重,还有着较高的安全运行要求,需要确保供电系统能够保持较高的自动化程度、安全性和可靠性,并且使系统运行保持低消耗、少维修等状态,因此对设备的选型提出了较高的要求。
2.地铁供电系统设备选择与全寿命周期费用的关系分析
2.1 设备选择要求分析
在地铁运行的过程中,所有的能量都来自于供电系统,所以只有确保系统的安全性和可靠性才能为地铁运营提供动力保障。但在实际应用中,地铁供电系统设备需要长期处在恶劣的地下环境中运行,并且运输较为困难,其耐久性容易受到影响。按照设备选择要求,应确保供电系统设备拥有至少30年的设计寿命,并对设备在30年内的综合费用进行考核,从而合理进行设备的选择。具体来讲,就是要确认设备的投资费用,然后对其投运后的维修费用、电能消耗费用、人工费用、运输费用及间接费用进行综合分析,以确保设备的运营能够带来较多经济效益和社会效益。
2.2 设备全寿命周期费用分析
采取全寿命周期成本法对设备费用展开分析,就是对设备在整个使用周期内的综合费用进行分析,包含设备购买、设备维护、设备运营损耗等费用。在过去,人们通常只对相同技术参与和规格的设备进行投标价格的比较,然后通过选择投标价格低的设备降低工程投资成本,却并不清楚设备在后期运营过程中将产生的人工费用和维修损耗。而在设备投入运行后,一旦产生大量的维修费就会导致单位运营承受较大负担。在地铁供电系统的设备选择上进行设备全寿命周期费用分析,则能够进行最低全寿命周期费用的追求,从而在使设备保持功能不变的基础上,使设备投资和运行费用得到尽可能的减少,减少投资成本。在实际分析的过程中,还应对设备系统的全寿命周期费用结构及控制重点展开分析,以便对费用较大的设备进行重点选择,从而尽可能的进行费用节约。除此之外,还要对设备的功能定位与匹配关系展开分析,以便通过合理功能定位进行具有可靠性、实用性、安全性等诸多优点的设备的选择[2]。此外,还应对设备一次性投资与运营费用的降低方法与手段展开分析,以便通过采取强有力的措施减少费用的产生。
3.基于全寿命周期费用的地铁供电系统设备的选择分析
3.1 变压器类设备的选择
在全寿命周期内,变压器类设备将产生较大的负载损耗费用。目前,地铁变压器空载和负载损耗费用高达上百万,所以在选择设备时还应对降低能耗的问题进行考虑。而采取优质高导磁冷轧晶粒取向硅钢片,则能有效降低变压器的负载损耗和空载损耗。该类低损耗变压器目前只有SC9和SC10系列,在实际选择时应对两个系列的设备价格和在全周期内的损耗费用进行综合比较。而在容量相同的条件下,SC10系列变压器费用更低,所以可以进行优先选用。此外,变压器类设备容易遭受接触网故障的冲击,因此还应选择具有良好抗短路能力的变压器,以便使设备的使用寿命得到延长,进而使供电系统保持长期稳定运行[3]。为此,还应选择使用较高绝缘等级的材料和先进绑扎工艺的变压器,以确保变压器具有较高抗短路能力。
3.2 电缆类设备的选择
在电缆设备选择方面,还应通过分析电缆材料、结构和制作工艺等因素确定电缆的全寿命周期。在实际选择时,还应优先选择具有坚固结构和较好抗老化性能的电缆设备,以确保其能保持长期稳定运行。目前,可以采用的电缆主要包含低烟无卤和低烟低卤这两种规格,后者在燃烧后会进行80mg卤酸气体释放,容易给人和设备带来伤害。而地铁环境较差,具有较大人口密度和较小的空间,容易积累大量有毒气体,因此还应采用低烟无卤类的电缆,以确保人员的安全。同时根据电缆的敷设环境还应考虑电缆外护套的抗紫外线及防鼠、防蚁问题。
3.3 开关类设备的选择
在开关类设备的选择方面,还应对设备的维修维护费用进行关注。因为,该类设备在投入运行后常常需要进行倒闸作业,甚至需要进行故障点的切除。所以在设备选择上,应进行具有较多操作次数的设备选择,以减少设备大修产生的费用。此外,开关柜的使用寿命会受到开断短路电流和关合短路电流能力的影响,所以还应优先选用具有较强开断和关合电流能力的的设备[4]。同时由于地铁工程一般均采用了大量的XLPE电缆,存在较大的容性电流,开关选型过程中也需要考虑关断容性电流的能力。目前,可供地铁供电系统使用的开关柜设备主要有SF6气体绝缘类型和空气绝缘类型。相比较而言,前者结构紧凑占地面积小、可靠性较高,并且维修次数较少,因此应该优先选用。
3.4 保护测控设备的选择
在保护测控设备选择方面,考虑到目前其已经向着功能综合化、微机化和智能化的方向发展,所以除了对其电子元件的全寿命周期费用进行考虑,还要对其抗电磁干扰能力进行考虑。而地铁设备将在高电磁干扰的环境中运行,需要应对各种电磁干扰,还应进行具有较强抗干扰能力的保护测控系统选择。在实际进行分析时,首先需要对设备抗干扰能力进行测试,以确保设备的EMI性能。在此基础上,应该从功能单元组成和软件结构角度对保护测控系统的全寿命周期费用展开分析。就实际情况而言,目前一些保护测控系统的软件功能较为复杂,且多为英文界面,需要运营维护人员具有一定的专业技术能力。如果选用该类设备,就要在人员培训和设备维护方面支出更多费用,因此还应进行运行可靠、编程简单的设备选择。此外,还应要求设备能够完成供电系统故障的快速检测和修复,以便为系统运行提供更多保障。
4.结论
通过分析可以发现,在进行地铁供电设备选择时,除了对设备运行的安全性及可靠性进行考虑,还要对设备的全寿命周期费用展开分析,以便使设备投资与运营的综合费用得到有效减少,进而使设备以较低成本维持长期安全稳定运行。因此,相信本文对地铁供电系统设备选择与全寿命周期费用的关系展开的分析,可以为相关工作的开展带来启示。
[1]朱万富,冯望荣,尚廷河.地铁轨道交通供电系统及其安全性研究[J].交通世界(运输.车辆),2012,11:148-149.
[2]胡伊男.地铁供电系统用蓄电池的合理性选择及运行维护[J].中国高新技术企业,2012,29:77-79.
[3]金辉.地铁主变电站110kV侧电气主接线的选择[J].电气技术,2011,07:90-91.
[4]莫景泉.地铁供电系统可靠性和安全性分析方法研究[J].中国高新技术企业,2013,01:72-74.