储能式有轨电车工程供电网络组成方法研究

姜超

摘  要：近年来，国内城市建设现代有轨电车工程越来越多，部分工程采用储能式有轨电车。基于储能式有轨电车提出一种简单、适当、造价低的供电网络组成方法，对供电网络技术方案进行了说明，详细分析了组网方式。最后对储能式有轨电车工程供电网络的应用进行了归纳总结。

关键词：有轨电车;储能;供电系统;供电网络

中图分类号：U482.1         文献标志码：A       文章编号：2095-2945（2019）25-0127-02

Abstract： In recent years， there are more and more modern tram projects in domestic cities， and energy storage trams are used in some projects. Based on the energy storage tram， a simple， appropriate and low cost power supply network composition method is proposed， the technical scheme of power supply network is explained， and the networking mode is analyzed in detail. Finally， the application of power supply network in energy storage tram project is summarized.

Keywords： tram; energy storage; power supply system; power supply network

随着城市轨道交通的快速发展，国内引入有轨电车的城市越来越多。有轨电车是采用电力驱动并在轨道上行驶的地面轻型公共交通车辆，其建设成本远高于传统公交大巴，但低于轻轨、地铁。供电网络建设是有轨电车机电安装工程的重要构成部分，目前国内有轨电车供电网络的建设方式一般参照地铁供电系统标准进行简化，工程造价较高。

1 城市轨道交通供电网络

城市轨道交通[1]是指采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统，包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统。

2018年国办发〔2018〕52号《国务院办公厅关于进一步加强城市轨道交通规划建设管理的意见》中明确，“城市轨道交通系统，除有轨电车外均应纳入城市轨道交通建设规划并履行报批程序。”[2]有轨电车工程的建设理应向城市公共交通系统靠拢，其工程造价应进一步有效的降低。

1.1 地铁供电网络的组成

地铁供电系统由以下几部分组成：主变电站（集中供电方式）或开闭所（分散供电方式）、中压供电网络、牵引变电所及降压变电所、牵引网、低压配电及照明系统、电力监控系统（SCADA）及杂散电流防护系统。

中压供电网络（35kV或10kV）把主变电站（或开闭所）的电能输送到各牵引变电所和降压变电所。纵向把主变电站（或开闭所）和牵引、降压变电所连接起来，横向把各个牵引变电所、降压变电所连接起来。建设的重要原则是安全、可靠性高。缺点是可靠性冗余电缆较多，工程造价高。

1.2 有轨电车供电网络的组成

传统接触网供电的有轨电车工程一般采用10kV电压、分布式供電、双母线冗余环网的供电网络形式，其缺点为输电容量小，供电范围短，设计安全冗余度过高，供电设备较多，变电所占地面积大，母线电缆使用较多，工程造价高。

2 储能式有轨电车供电网络组成方法

2.1 总体架构设计

有轨电车线路长度10-15km，全线的牵引降压混合变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区为不超过3个车站供电;其中一个供电分区从城市电网就近引进两路10kV电源;中压网络采用双环网接线方式，牵引降压混合变电所的环网进线开关均采用断路器;两个相邻供电分区间通过两路环网电缆联络。牵引降压混合变电所的主接线，均采用分段单母线形式。

2.2 技术方案

通过外部市政电源引入两路10kV电源至两座有一定距离间隔的开闭所（举例编号KB1和KB2，如图1所示），全线设置5-6座牵引降压混合所（以5座为例，编号为A，B，C，D，E），构成5-6个供电分区（每个变电所为一个供电分区），每个供电分区负责2-3座车站或车辆基地;开闭所KB1与KB2之间采用单母线连接，供电分区相互间隔组建2个供电分区网络，即 A、C、E为一个分区网络，B、D为一个分区网络，各供电分区网络内部供电分区采用单母线、“手拉手”方式连接，每个供电分区与车站采用放射式连接，车站间无连接;开闭所KB1和KB2分别于1个供电分区网络中的某一个牵引降压混合所采用单母线方式进行连接，连接距离满足min（min（KB1-A，KB1-C，KB1-E）+min（KB2-B，KB2-D），min（KB2-A，KB2-C，KB2-E）+min（KB1-B，KB1-D））的要求，其中KBx-y为开闭所KBx至牵引降压混合所y的电缆长度，x为1或2，y为A至E。开闭所KB1和KB2正常运转时，它们之间的母线处于断开状态，两路10kV电源分别给一半的供电分区供电，一旦引入的某一路市政电源发生故障，则母线连通，全线改由单电源供电;当线路中与开闭所连接的变电所发生故障解列时，该变电所所属供电分区网络退出运营，全线车站每间隔2-3座车站无电，在无电车站由车载储能装置给有轨电车供电通过该供电分区至正常供电的车站，列车可在此车站继续充电。当线路中其它变电所发生故障解列时，其所属供电分区网络中下游的变电所也随之退出运行，有轨电车可由车载储能装置支撑，继续行驶至正常供电的车站充电。

2.3 组网控制方法实例

本实施例中，开闭所两座KB1和KB2，牵引降压所5座A-E，车站12座1-12，首尾车站距离15km。引入外部电源10kV至开闭所，开闭所KB1和KB2之间采用10kV单母线连接，处于断开状态;牵引降压混合所A、C、E组成供电分区网络2，牵引降压混合所B、D组成供电分区网络1，连接电缆电压等级为10kV;每座牵引降压所依次连接3座车站，供电电缆为DC750V和AC380V。

本实例的组网控制方法包括：

第一步：选取两座开闭所的位置，需满足处于线路的中心区域且跨度不超过5个车站。

第二步：5座牵引降压所划分为2个供电分区网络，满足相互间隔组网的要求。

第三步：开闭所KB1和KB2分别于1个供电分区中的某一个牵引降压混合所采用单母线方式进行连接，连接距离满足min（min（KB1-A， KB1-C， KB1-E）+min（KB2-B，KB2-D）， min（KB2-A， KB2-C， KB2-E）+min（KB1-B，KB1-D））的要求，其中KBx-y为开闭所KBx至牵引降压混合所y的电缆长度，x为1或2，y为A至E。

第四步： 牵引降压混合所至车站连线，满足一座所给2-3个车站供电，可增加变电所。

第五步：正常模式运行。

第六步： 如一路引入电源故障（举例以KB1所的引入电源故障进行说明），则开闭所KB1和KB2之间母线连通，由KB2通过开闭所间母线给原先由开闭所KB1供电的供电分区网络供电。

第七步： 开闭所KB1的引入电源故障排除后，断开KB1和KB2之间母线，按正常模式运行。

第八步：如1个供电分区网络故障，切除故障变电所及该供电分区网络中下游变电所，有轨电车由车载储能装置提供动力通过故障的供电分区的车站至正常运行的车站充电，直至故障排除转为正常运行模式。

第九步：如2个供电分区网络故障造成部分车站无电，则有轨电车由车载储能装置提供动力通过故障的供电分区的车站至正常运行的车站充电，直至故障排除转为正常运行模式。

第十步：如2个供电分区网络故障造成全部车站无电，车辆退出运营，直至故障排除转为正常运行模式。

3 成本分析

本文所示储能式有轨电车供电网络方案相对传统接触网供电有轨电车，可有效降低中压网络10kV电缆的使用量，至少可减少线路等长的10kV电缆以及配套的工程综合管沟的建设，有效降低工程造价。

4 结束语

有轨电车工程供电网络的建设，服务于有轨电车，根据有轨电车的特点，设计匹配的供电网络有利于工程造价的显著降低，进而推动城市有轨电车网络化建设。本文通过详细介绍了一种储能式有轨电车工程供电网络组网方案，充分利用储能式有轨电车的特点，合理配置中压供电网络，有效降低工程建设投资。

参考文献：

[1]GB50490.城市轨道交通技术规范[S].2009.

[2]国办发〔2018〕52號.国务院办公厅关于进一步加强城市轨道交通规划建设管理的意见[Z].2018.