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城市軌道交通研究:城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究
摘要:發(fā)展軌道交通是解決大城市交通問(wèn)題的根本途徑.文中結(jié)合“綠色交通”理念,探討了城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案綜合評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容,針對(duì)現(xiàn)有綜合評(píng)價(jià)體系的不足,利用層次分類(lèi)展開(kāi)法,建立了城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的遞階層次結(jié)構(gòu),這一體系更加有利于城市“綠色交通體系”的實(shí)現(xiàn).
關(guān)鍵詞:綠色交通;軌道交通;線網(wǎng)規(guī)劃;評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
在當(dāng)前世界各國(guó)大力提倡公共交通的政策下,軌道交通正以其快捷、安全、準(zhǔn)時(shí)、容量大、能耗低、污染輕等優(yōu)勢(shì)成為各大城市大力發(fā)展公共交通,追求“綠色交通”的挑選方式.由于軌道交通項(xiàng)目投資巨大、工期長(zhǎng),特別是其線路走向及布置對(duì)城市土地利用、發(fā)展格局及城市化進(jìn)程起著重要的作用,因而城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)的規(guī)劃至關(guān)重要.其中,軌道交通線網(wǎng)方案評(píng)價(jià)是城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃的關(guān)鍵環(huán)節(jié),是方案挑選的基礎(chǔ).因此,建立科學(xué)、合理、客觀的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是判定“滿意”方案的必要條件.
1 基于“綠色交通”理念的城市軌道線網(wǎng)評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容
“綠色交通[1]”是一個(gè)理念,也是一個(gè)實(shí)踐目標(biāo),注重“以人為本、公共參與”的規(guī)劃原則,最終強(qiáng)調(diào)城市交通的“綠色性”,即:減輕交通擁擠,減少環(huán)境污染,合理利用資源.它基于可持續(xù)發(fā)展,是可持續(xù)發(fā)展在交通運(yùn)輸系統(tǒng)中的具體體現(xiàn).
軌道交通網(wǎng)絡(luò)與道路系統(tǒng)不同,道路無(wú)論在何處,都會(huì)很快充滿交通量,著名的downs定律曾用“三頭齊發(fā)”原則來(lái)表述這種現(xiàn)象.而軌道線路若規(guī)劃和選線不當(dāng),將吸引不到理想的客流量,而且線路不可能隨意更改.如果這樣,軌道交通不僅不能發(fā)揮應(yīng)有的作用,對(duì)資源也是巨大的浪費(fèi),“公共參與”更無(wú)從談起.
據(jù)國(guó)外研究表明,處于不同成長(zhǎng)期的城市,軌道交通線網(wǎng)產(chǎn)生的作用(改善交通、支持和引導(dǎo)城市發(fā)展)不同.我國(guó)正處于城市化進(jìn)程加速時(shí)期,城市規(guī)模不斷擴(kuò)大,因此現(xiàn)階段我國(guó)城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃應(yīng)重視引導(dǎo)和適應(yīng)城市的發(fā)展.
另外,與其他系統(tǒng)相比,城市軌道交通具有環(huán)境優(yōu)化和資源優(yōu)化兩大特征[2].
總之,在“綠色交通”理念的指導(dǎo)下,對(duì)城市軌道線網(wǎng)的評(píng)價(jià)必須注重軌道交通與綜合運(yùn)輸、土地使用模式、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、資源、生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展,同時(shí)考慮可實(shí)施評(píng)價(jià),以此論證方案的可行性.
2 現(xiàn)有評(píng)價(jià)體系分析綜合分析
廣州、南京、大連等城市的軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)[3],與基于“綠色交通”理念的城市軌道線網(wǎng)評(píng)價(jià)的主要內(nèi)容相比較,發(fā)現(xiàn)存在以下不足之處.
1) 在整個(gè)評(píng)價(jià)體系中忽視與城市發(fā)展的協(xié)調(diào)性,難以體現(xiàn)城市軌道交通是城市交通乃至城市總體規(guī)劃的一個(gè)重要子系統(tǒng),更難以體現(xiàn)對(duì)城市發(fā)展格局、發(fā)展形態(tài)的引導(dǎo)性.
2) 某些定性分析的指標(biāo)缺乏客觀性,如促進(jìn)合理的土地開(kāi)發(fā),提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等難以確定,規(guī)劃者在分析時(shí)常常融入本人的主觀意識(shí),勢(shì)必會(huì)降低它的科學(xué)性.
3) 在同一評(píng)價(jià)體系中,有些指標(biāo)相互關(guān)聯(lián),如廣州市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃指標(biāo)體系中,公交平均出行時(shí)間與平均出行車(chē)速相關(guān),線路負(fù)荷強(qiáng)度、公交出行比例與日客運(yùn)總量相關(guān).
4) 忽視可實(shí)施評(píng)價(jià),除廣州市軌道路網(wǎng)評(píng)價(jià)有所考慮之外,其它城市很少考慮可實(shí)施評(píng)價(jià).不具有可實(shí)施性的方案只能是紙上談兵,沒(méi)有任何意義,所以必須進(jìn)行可實(shí)施性評(píng)價(jià).
可見(jiàn),目前各大城市的軌道線網(wǎng)方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系缺乏“綠色性”評(píng)價(jià),不符合“以人為本”的規(guī)劃思想,不能符合可持續(xù)發(fā)展要求,更沒(méi)有完整的反映“綠色交通”的理念.
3 基于“綠色交通”理念的城市軌道交通線網(wǎng)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
3.1 決策因素分析
以線網(wǎng)方案的評(píng)價(jià)內(nèi)容為基礎(chǔ),密切聯(lián)系軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方法以及線網(wǎng)的功能定位,針對(duì)目前所有評(píng)價(jià)體系存在的問(wèn)題,以“綠色交通”為理念,在大量的調(diào)查資料基礎(chǔ)上,廣泛吸收專家的研究成果,經(jīng)綜合分析、歸納、研究對(duì)比后,采用層次分析法和模糊綜合評(píng)價(jià)法[4,5],確立城市軌道交通線網(wǎng)的評(píng)價(jià)決策因素為三個(gè)要素,并以此作為評(píng)價(jià)體系的三個(gè)準(zhǔn)則層.
1) 城市協(xié)調(diào)性 從宏觀層次上考察不同方案與城市發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃、城市總體規(guī)劃之間的吻合程度,考慮軌道交通線網(wǎng)的布設(shè)與城市總體規(guī)劃的協(xié)調(diào)程度,評(píng)價(jià)軌道線網(wǎng)規(guī)劃方案對(duì)城市經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、景觀風(fēng)貌及對(duì)城市的發(fā)展等所造成的影響.
2) 綜合效益性 從空間、時(shí)間及與其它各交通方式的銜接上綜合體現(xiàn)不同方案給城市和城市居民帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益,以及不同方案對(duì)居民出行條件的改善程度等社會(huì)效益.
3) 建設(shè)實(shí)施性 從工程施工、技術(shù)方案、投資以及分期建設(shè)的合理性角度考察規(guī)劃方案實(shí)施的難易程度,對(duì)規(guī)劃方案的可實(shí)施性進(jìn)行分析.
上述3個(gè)準(zhǔn)則層從宏觀、中觀、微觀層面上反映出隨著城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、規(guī)模的擴(kuò)大,城市發(fā)展對(duì)交通系統(tǒng)的要求,同時(shí)也體現(xiàn)了兩者的相互作用關(guān)系.另一方面,這三個(gè)準(zhǔn)則層從規(guī)劃主體、出行者、運(yùn)營(yíng)者、工程實(shí)施者四方利益出發(fā),體現(xiàn)出線網(wǎng)規(guī)劃方案決策是權(quán)衡多方利益進(jìn)行價(jià)值判斷的多目標(biāo)沖突分析過(guò)程.
3.2 城市軌道交通線網(wǎng)方案評(píng)價(jià)的主體指標(biāo)及其含義
綜合影響城市軌道交通規(guī)劃的決策因素,利用目標(biāo)層次分類(lèi)展開(kāi)法,從軌道交通與城市協(xié)調(diào)性、綜合效益性、建設(shè)實(shí)施性3個(gè)角度出發(fā),對(duì)軌道交通路網(wǎng)方案評(píng)價(jià)的主體指標(biāo)及各指標(biāo)的含義進(jìn)行分析.
3.2.1 城市協(xié)調(diào)性
1) 與城市發(fā)展的協(xié)調(diào)性 從軌道線網(wǎng)方案的總體結(jié)構(gòu)上衡量方案是否支持城市的發(fā)展格局,軌道線網(wǎng)在市中心區(qū)形成的客運(yùn)樞紐站以及與城市活動(dòng)中心區(qū)域相匹配形成的客運(yùn)交通走廊是否與城市的擴(kuò)展方向吻合,是否促進(jìn)城市的可持續(xù)發(fā)展.
2) 與城市總體規(guī)劃的協(xié)調(diào)性 體現(xiàn)軌道交通線網(wǎng)的布局線路及場(chǎng)站設(shè)置與城市的布局結(jié)構(gòu)、自然地質(zhì)、人文歷史、土地利用、景觀風(fēng)貌、舊城改造等協(xié)調(diào)程度.
3) 與城市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的協(xié)調(diào)性 評(píng)價(jià)城市軌道交通線網(wǎng)的建設(shè)規(guī)模、分期建設(shè)與城市近遠(yuǎn)期經(jīng)濟(jì)能力的適應(yīng)程度,以體現(xiàn)“綠色交通”的根本目標(biāo)是追求經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)性、社會(huì)的可持續(xù)性、環(huán)境的可持續(xù)性.
4) 與城市環(huán)境的協(xié)調(diào)性 評(píng)價(jià)城市軌道線網(wǎng)在運(yùn)營(yíng)以及項(xiàng)目建設(shè)期間對(duì)城市自然環(huán)境和生態(tài)環(huán)境的影響,如噪聲、振動(dòng)、電磁輻射、粉塵、水質(zhì)等.
5) 與城市景觀風(fēng)貌的協(xié)調(diào)性 主要考慮軌道交通路基和站點(diǎn)的布局、形態(tài)、造型、色彩,軌道與兩側(cè)人造、自然、歷史景觀的協(xié)調(diào)性,以及軌道布置對(duì)城市景觀的影響保護(hù).
3.2.2 綜合效益性
1) 軌道交通所體現(xiàn)的社會(huì)效益 主要考慮由于軌道線網(wǎng)的設(shè)置對(duì)居民出行條件的改善程度,包括出行時(shí)間、出行換乘次數(shù)、出行路段的負(fù)荷均勻程度.同時(shí)考慮對(duì)整個(gè)城市的交通結(jié)構(gòu)的改善作用,以及對(duì)居民及乘客的環(huán)境影響程度,體現(xiàn)城市軌道交通的基本目標(biāo).
2) 軌道交通所體現(xiàn)的經(jīng)濟(jì)效益 主要考察軌道交通的建設(shè)給社會(huì)或運(yùn)輸企業(yè)所帶來(lái)的直接經(jīng)濟(jì)效益,以及吸引大量客流所帶來(lái)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益等,如沿線地面、空間、地下交通和其他經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的效益.
3.2.3 建設(shè)實(shí)施性
1) 建設(shè)的可能性 主要評(píng)價(jià)工程建設(shè)條件、工程造價(jià)、項(xiàng)目融資能力、既有設(shè)施利用程度等.
2) 分期實(shí)施的可調(diào)節(jié)性 考慮為適應(yīng)城市的發(fā)展變化,軌道交通設(shè)施擴(kuò)展或縮減的自由程度,分期實(shí)施方案的可調(diào)節(jié)性及組合的靈活性等.
3.3 基于“綠色交通”理念的城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系
通過(guò)以上對(duì)各主體指標(biāo)含義的分析,遵循科學(xué)性、可比性、綜合性、可行性、協(xié)調(diào)性等原則,確定更加滿足“綠色交通”理念的城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系為3個(gè)準(zhǔn)則、14項(xiàng)指標(biāo)的遞階層次模型,如圖1所示.
此評(píng)價(jià)體系更加反映了“綠色交通”的內(nèi)涵,不僅從綜合效益層的7個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)了軌道交通建設(shè)的基本目標(biāo)以及軌道交通建設(shè)將帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益,也從與城市發(fā)展協(xié)調(diào)性的4個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)上體現(xiàn)了對(duì)土地資源的合理利用、對(duì)城市發(fā)展的引導(dǎo)作用以及對(duì)城市環(huán)境、景觀等的影響協(xié)調(diào)程度,同時(shí)從建設(shè)實(shí)施性的3個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)體現(xiàn)了對(duì)方案建設(shè)的可實(shí)施性評(píng)價(jià).
4 應(yīng)用實(shí)例
以武漢市城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃為例,進(jìn)一步說(shuō)明所建立的城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃方案評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的合理性.考慮到武漢市的交通瓶頸為過(guò)江問(wèn)題,對(duì)指標(biāo)c7軌道客運(yùn)量占公交方式比例稍作調(diào)整,涵義變?yōu)榭缃瓦\(yùn)量中軌道方式占公交出行的比例,建立武漢市城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的遞階層次模型.
采用層次熵決策技術(shù)[6],對(duì)武漢市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃的兩個(gè)推薦方案進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),最終計(jì)算各評(píng)選方案距理想點(diǎn)的距離,距離越小,則方案越優(yōu).其結(jié)果與專家評(píng)審意見(jiàn)一致,如表1所列.
5 結(jié)束語(yǔ)
實(shí)踐表明,基于“綠色交通”理念的城市軌道交通線網(wǎng)規(guī)劃綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系是合理的、科學(xué)的,針對(duì)具體城市的交通問(wèn)題變更某些指標(biāo)的涵義,可以使它具有更廣泛的適用性.它的建立,將為各大城市軌道交通線網(wǎng)的規(guī)劃方案提供更科學(xué)的評(píng)價(jià)依據(jù)
城市軌道交通研究:城市軌道交通再生電能回收技術(shù)方案的研究
摘要：如果采用車(chē)輛吸收電阻吸收地鐵列車(chē)運(yùn)行過(guò)程中的再生能量，則將帶來(lái)隧道和站臺(tái)內(nèi)的溫升問(wèn)題，同時(shí)也增加了站內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)， 造成大量的能源浪費(fèi)并使地鐵的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用增加。為了降低隧道洞體和車(chē)站內(nèi)溫度并提高洞內(nèi)空氣質(zhì)量，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行再生能量吸收的相關(guān)技術(shù)系統(tǒng)研究并在地鐵工程中使用成熟的再生能量回收裝置。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通；再生；吸收；技術(shù)方案
1 引言
在城市軌道交通工程中，直-交變壓變頻的傳動(dòng)方式已經(jīng)普遍采用。車(chē)輛在運(yùn)行過(guò)程中， 由于站間距一般較短， 列車(chē)起制動(dòng)頻繁， 因此要求起動(dòng)加速度和制動(dòng)減速度大，制動(dòng)平穩(wěn)并具有良好的起動(dòng)和制動(dòng)性能。從能量相互轉(zhuǎn)換的角度看， 制動(dòng)能量是相當(dāng)可觀的。雖然電動(dòng)車(chē)組在其直流回路設(shè)有電阻耗能裝置， 但是受機(jī)車(chē)空間所限， 不可能設(shè)置足以吸收這部分動(dòng)能的裝置，剩余能量只能由機(jī)械制動(dòng)補(bǔ)充。由于軌道交通整流設(shè)備采用的是二極管整流器，只能單向供電。當(dāng)列車(chē)制動(dòng)時(shí)， 再生回饋能量通過(guò)機(jī)車(chē)變頻裝置向直流電網(wǎng)充電，使直流電網(wǎng)電壓升高，當(dāng)直流電壓大于整流器輸出電壓時(shí)， 二極管整流器被反向阻斷。由于地鐵系統(tǒng)的特點(diǎn)是區(qū)間距離短、列車(chē)運(yùn)行密度高， 這樣列車(chē)在全線運(yùn)行過(guò)程中必將有頻繁的啟動(dòng)、制動(dòng)過(guò)程。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，地鐵再生制動(dòng)產(chǎn)生的反饋能量一般為牽引能量的30%甚至更多。而這些再生能量除了按一定比例（一般為20%～80%， 根據(jù)列車(chē)運(yùn)行密度和區(qū)間距離的不同而異） 被其它相鄰列車(chē)吸收利用外，剩余部分將主要被車(chē)輛的吸收電阻以發(fā)熱的方式消耗掉或被線路上的吸收裝置吸收。據(jù)考察北京地鐵750 v 直流供電電壓在機(jī)車(chē)進(jìn)站制動(dòng)時(shí)可能升到1 000 v 以上，這是由于列車(chē)再生制動(dòng)能量在直流電網(wǎng)上不能被相鄰列車(chē)吸收造成的。當(dāng)列車(chē)發(fā)車(chē)密度較低時(shí)，再生能量被其它車(chē)輛吸收的概率將大大降低。有資料表明，當(dāng)列車(chē)發(fā)車(chē)的間隔大于10 min 時(shí)，再生制動(dòng)能量被吸收的概率幾乎為零，這樣，絕大部分制動(dòng)能量將被車(chē)輛吸收電阻所吸收， 變成熱能并向四外散發(fā)。由于列車(chē)的制動(dòng)主要發(fā)生在運(yùn)行過(guò)程中，如果再生能量由車(chē)輛吸收電阻吸收， 必將帶來(lái)隧道和站臺(tái)內(nèi)的溫升問(wèn)題， 同時(shí)也增加了站內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，造成大量的能源浪費(fèi)并使地鐵的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用增加。在國(guó)內(nèi)的部分地鐵線路（如北京地鐵） 上已經(jīng)反映出溫升問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重。因此， 對(duì)再生能量吸收的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行系統(tǒng)研究并在地鐵工程中使用成熟的再生能量回收裝置，將會(huì)降低隧道洞體和車(chē)站內(nèi)溫度并改善洞內(nèi)空氣質(zhì)量。同時(shí)， 合理的配置再生能量回收裝置還能減少車(chē)載設(shè)備（車(chē)輛制動(dòng)電阻），減少車(chē)輛的運(yùn)營(yíng)維護(hù)工作量，降低車(chē)輛成本，減少車(chē)輛自重，從而降低列車(chē)能耗， 提高車(chē)輛加減速性能， 并有可能在一定程度上降低電機(jī)的配置容量。
目前，我國(guó)在城市軌道交通中應(yīng)用再生能量回收技術(shù)尚屬起步階段， 可借鑒加拿大、日本等國(guó)的成功經(jīng)驗(yàn)。若在國(guó)內(nèi)城市軌道交通系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用此項(xiàng)技術(shù)，必將產(chǎn)生巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。
2 可采用的相關(guān)技術(shù)
軌道交通車(chē)輛所采用的電制動(dòng)方式一般包括再生制動(dòng)和電阻制動(dòng)兩種方式，再生制動(dòng)的較大優(yōu)點(diǎn)是節(jié)能，但再生電能并不是都能被其它牽引車(chē)輛吸收，剩余部分則消耗在車(chē)輛制動(dòng)電阻上并轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮苌l(fā)到空氣中。車(chē)輛采用電阻制動(dòng)方式吸收電能比較穩(wěn)定， 但制動(dòng)能量消耗在電阻上， 既不能加以利用，又因在車(chē)輛上裝設(shè)大容量制動(dòng)電阻而導(dǎo)致車(chē)下設(shè)備的總體布置困難，車(chē)體重量和列車(chē)牽引耗電增加，同時(shí)還加大了對(duì)環(huán)境的污染。
為了減少制動(dòng)能量在列車(chē)制動(dòng)電阻上的耗散，抑制地鐵隧道內(nèi)溫度的升高和減少車(chē)載設(shè)備，國(guó)外一般在牽引變電所的直流母線上設(shè)置再生制動(dòng)能量吸收裝置，所采用的吸收方案主要包括電阻耗能型、電容儲(chǔ)能型、飛輪儲(chǔ)能型和逆變回饋型四種方式。當(dāng)處于再生制動(dòng)工況下的列車(chē)產(chǎn)生的制動(dòng)電流不能被其他車(chē)輛和本車(chē)的用電設(shè)備吸收時(shí)，線路上設(shè)置的再生制動(dòng)能量吸收裝置立即投入工作，吸收多余的再生電流，使車(chē)輛再生電流持續(xù)穩(wěn)定，以較大限度地發(fā)揮電制動(dòng)性能。如日本多摩、沖繩、東京、大阪的輕軌和地鐵線路， 加拿大多倫多輕軌及意大利米蘭3 號(hào)線等地鐵均采用了再生制動(dòng)能量吸收裝置。
電阻耗能型再生制動(dòng)能量吸收裝置主要采用多相igbt 斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據(jù)再生制動(dòng)時(shí)直流母線電壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器的導(dǎo)通比， 從而改變吸收功率， 將直流電壓恒定在某一設(shè)定值的范圍內(nèi)，并將制動(dòng)能量消耗在吸收電阻上。該吸收裝置的電氣系統(tǒng)主要由igbt 斬波器、吸收電阻、續(xù)流二極管、濾波裝置（濾波電容和濾波電抗器）、直流快速斷路器、電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)、避雷器、電磁接觸器、傳感器和微機(jī)控制單元等組成。該裝置的優(yōu)點(diǎn)是控制簡(jiǎn)單， 其主要缺點(diǎn)是再生制動(dòng)能量消耗在吸收電阻上，未加以利用；而且電阻散熱也導(dǎo)致環(huán)境溫度上升，因此當(dāng)該裝置設(shè)置在地下變電所內(nèi)時(shí)， 電阻柜需單獨(dú)放置， 而且該房間需采取措施保障有足夠的通風(fēng)量，需要相應(yīng)的通風(fēng)動(dòng)力裝置，也增加了相應(yīng)的電能消耗。
電容儲(chǔ)能型或飛輪儲(chǔ)能型再生制動(dòng)能量吸收裝置主要采用igbt 逆變器將列車(chē)的再生制動(dòng)能量吸收到大容量電容器組或飛輪電機(jī)中，當(dāng)供電區(qū)間內(nèi)有列車(chē)起動(dòng)或加速需要取流時(shí)，該裝置將所儲(chǔ)存的電能釋放出去并進(jìn)行再利用。該類(lèi)吸收裝置的電氣系統(tǒng)主要包括儲(chǔ)能電容器組或飛輪電機(jī)、igbt 斬波器、直流快速斷路器、電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)、傳感器和微機(jī)控制單元等。該裝置充分利用了列車(chē)再生制動(dòng)能量， 節(jié)能效果好， 并可減少列車(chē)制動(dòng)電阻的容量。其主要缺點(diǎn)是要設(shè)置體積龐大的電容器組和轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)械飛輪裝置作為儲(chǔ)能部件，因此應(yīng)用實(shí)例較少。
逆變回饋型再生制動(dòng)能量吸收裝置主要采用電力電子器件構(gòu)成大功率晶閘管三相逆變器，該逆變器的直流側(cè)與牽引變電所中的整流器直流母線相聯(lián)， 其交流進(jìn)線接到交流電網(wǎng)上。當(dāng)再生制動(dòng)使直流電壓超過(guò)規(guī)定值時(shí)，逆變器啟動(dòng)并從直流母線吸收電流，將再生直流電能逆變成工頻交流電回饋至交流電網(wǎng)。該吸收裝置的電氣系統(tǒng)主要包括晶閘管逆變器、逆變變壓器、平衡電抗器、交流斷路器、直流快速斷路器、電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)、直流電壓變換器和調(diào)節(jié)控制柜等。該裝置充分利用了列車(chē)再生制動(dòng)能量， 提高了再生能量的利用率， 節(jié)能效果好，并可減少列車(chē)制動(dòng)電阻的容量。其能量直接回饋到電網(wǎng)，既不要配置儲(chǔ)能元件，又不要配置吸收電阻，因此對(duì)環(huán)境溫度影響小，在大功率室內(nèi)安裝的情況下多采用此方案。
3 技術(shù)方案的研究與比較
3.1 有關(guān)系統(tǒng)的仿真模擬計(jì)算
仿真模擬是較為先進(jìn)的研究方法之一，事實(shí)證明，這樣的研究方法是可取的、科學(xué)的、的。許多重大項(xiàng)目都要經(jīng)過(guò)各種仿真模擬計(jì)算后才能夠進(jìn)入實(shí)施階段，開(kāi)發(fā)研究階段的有關(guān)模擬分析參數(shù)的選擇和確定將有可能影響到整個(gè)工程的方案決策、運(yùn)行效果以及工程投資和系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)合理性。因此，在項(xiàng)目的設(shè)計(jì)階段進(jìn)行大量的、的仿真模擬是非常必要的。多年來(lái)中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院已經(jīng)在各條城市軌道交通的供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中多次運(yùn)用這種方法。因此， 為了得到更為的研究結(jié)果，在本課題的研究過(guò)程中對(duì)相關(guān)的系統(tǒng)進(jìn)行了大量的模擬分析與比較。所應(yīng)用到的主要模擬技術(shù)和分析流程見(jiàn)圖1。
3.1.1 列車(chē)運(yùn)行模擬
列車(chē)運(yùn)行的模擬仿真是整個(gè)方案研究最基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)平臺(tái)和依據(jù)，它的正確性和科學(xué)性將直接影響后續(xù)模擬計(jì)算的性和方案的性。因此必須對(duì)與此相關(guān)的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行充分調(diào)查、分析與研究。主要包括車(chē)輛特性、車(chē)輛阻力、車(chē)輛運(yùn)行工況的分析與研究，線路資料和有關(guān)運(yùn)營(yíng)資料的分析與整理，從而獲得的全線列車(chē)運(yùn)行數(shù)據(jù)。
3.1.2 不同運(yùn)行圖模擬
一般來(lái)說(shuō)，在固定的列車(chē)追蹤間隔運(yùn)行狀態(tài)下，列車(chē)的牽引用電負(fù)荷反映到牽引變電所是相對(duì)持續(xù)穩(wěn)定的，不會(huì)因運(yùn)行圖上下行鋪畫(huà)的時(shí)間交錯(cuò)產(chǎn)生較大的波動(dòng)變化。因此， 中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院一般在設(shè)計(jì)牽引供電系統(tǒng)方案和容量的時(shí)候，只需對(duì)典型的高峰小時(shí)運(yùn)行圖進(jìn)行模擬就可以滿足要求。而再生能量回饋電流則是短時(shí)的、不穩(wěn)定的，由于其他列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)直接影響到再生電流的吸收比例，所以在作回饋電流的模擬分析時(shí)，應(yīng)該充分考慮運(yùn)行圖上下行鋪畫(huà)的不同時(shí)間交錯(cuò)情況下的回饋電流特性。在進(jìn)行運(yùn)行圖模擬時(shí)，增加了以追蹤間隔為周期，以2 s 為步長(zhǎng)的多圖模擬模型，為下一步的供電系統(tǒng)模擬提供更具廣泛性的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
3.1.3 供電系統(tǒng)模擬
供電系統(tǒng)模擬是基于全線牽引供電網(wǎng)絡(luò)數(shù)學(xué)模型之上，根據(jù)有限元分析的基本思想對(duì)全線網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行一定間隔的切割，并對(duì)各個(gè)切割斷面進(jìn)行數(shù)據(jù)抽象，同時(shí)根據(jù)運(yùn)行圖數(shù)據(jù)對(duì)全線列車(chē)的運(yùn)行狀態(tài)掃描后進(jìn)行全線的牽引供電網(wǎng)絡(luò)分析，從而計(jì)算出供電網(wǎng)絡(luò)各個(gè)切割斷面的瞬態(tài)電氣參數(shù)，并進(jìn)行統(tǒng)計(jì)輸出。本文在原有的模擬模型基礎(chǔ)上， 加入了電能回饋吸收裝置的簡(jiǎn)化數(shù)學(xué)模型（見(jiàn)圖2）， 使模擬的數(shù)據(jù)結(jié)果更加，為回饋吸收系統(tǒng)方案的建立和容量的選擇提供的依據(jù)。由于在進(jìn)行系統(tǒng)模擬分析的過(guò)程中，主要研究目標(biāo)為能量的流動(dòng)過(guò)程， 因此為了簡(jiǎn)化算法，提高運(yùn)行速度，將回饋裝置在數(shù)學(xué)模型上簡(jiǎn)化為可調(diào)電阻，設(shè)定回饋裝置的電壓投入條件，通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)電阻的大小來(lái)適應(yīng)回饋功率的變化。通過(guò)各種運(yùn)營(yíng)狀態(tài)下的模擬分析、統(tǒng)計(jì)，獲得回饋功率的變化特點(diǎn)。
圖2 回饋吸收裝置的簡(jiǎn)化模型示意圖
3.2 仿真模擬結(jié)果分析
考慮到再生回饋電能的負(fù)荷特點(diǎn)（短時(shí)性和隨機(jī)性），對(duì)不同運(yùn)行階段的列車(chē)運(yùn)行、不同運(yùn)行圖和供電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大量的模擬分析和比較。以某牽引變電所為例的圖3 可以看出，在相同的列車(chē)運(yùn)行追蹤密度下，再生回饋功率因不同的運(yùn)行圖鋪畫(huà)而差異很大。而在未來(lái)的實(shí)際運(yùn)行中， 運(yùn)行圖可能會(huì)出現(xiàn)各種隨機(jī)性變化。
圖3 某變電所遠(yuǎn)期高峰小時(shí)-平均回饋功率曲線
3.3 再生吸收裝置的分布方案與容量選擇
因?yàn)楫?dāng)前沒(méi)有相應(yīng)設(shè)計(jì)原則可依照，根據(jù)再生回饋負(fù)荷的特點(diǎn)、大量模擬計(jì)算和數(shù)據(jù)分析并考慮到大部分再生電流回饋沖擊都在20 s 以內(nèi)，所以可認(rèn)為各變電所回饋裝置的容量是按照以下原則確定：（1）按照不同運(yùn)營(yíng)條件、不同運(yùn)行圖下的20 s 平均較大負(fù)荷確定；（2） 用不同運(yùn)營(yíng)條件、不同運(yùn)行圖下的短時(shí)較大負(fù)荷進(jìn)行容量校核。
3.4 再生回饋／吸收電能的統(tǒng)計(jì)分析
通過(guò)對(duì)某地鐵線路的模擬計(jì)算和統(tǒng)計(jì)分析，在不同追蹤間隔條件下，全線的不同運(yùn)行圖平均回饋功率統(tǒng)計(jì)。在各種追蹤間隔條件下的不同運(yùn)行圖平均回饋功率波動(dòng)曲線見(jiàn)圖4。在不同追蹤間隔的條件下， 不同運(yùn)行圖的平均回饋功率波動(dòng)不大， 回饋功率的大小與追蹤間隔沒(méi)有直接的關(guān)系。因此認(rèn)為可以對(duì)各種運(yùn)行條件下的回饋功率進(jìn)行平均并作為全線全天回饋能量統(tǒng)計(jì)的基礎(chǔ)。
圖4 不同追蹤間隔下的回饋功率波動(dòng)曲線
按照每年365 天，每天運(yùn)營(yíng)時(shí)間18 h 計(jì)算，某地鐵全線全年回饋吸收電能總量為ere。ere=365×18×1 331=8 744 670（kw·h）。
4 經(jīng)濟(jì)技術(shù)效果
通過(guò)以上對(duì)某地鐵線路的技術(shù)分析，按照每度電價(jià)0.5 元計(jì)算，每年僅節(jié)省電費(fèi)就達(dá)到470 萬(wàn)元。全線牽引所的回收裝置設(shè)備費(fèi)暫按照飛輪儲(chǔ)能裝置估計(jì)約4 000 萬(wàn)元。這樣僅從供電系統(tǒng)的角度考慮，預(yù)計(jì)8～10 年就能夠收回全部設(shè)備費(fèi)用。另外，再生能量回收裝置的安裝將對(duì)地鐵其他系統(tǒng)帶來(lái)巨大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益，比如：大大降低隧道溫升，從而降低隧道通風(fēng)設(shè)備容量和相關(guān)投資；減少列車(chē)制動(dòng)電阻容量， 從而使車(chē)體更輕、更節(jié)能、成本更低。由于篇幅所限， 本文不再對(duì)其他系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析比較。
城市軌道交通研究:城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)研究
摘 要：提出了城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)分層分布總體架構(gòu)、平臺(tái)化的技術(shù)方案和累積性應(yīng)用思路，旨在保障監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)時(shí)性、安全性、可實(shí)施性及應(yīng)用的開(kāi)放性，同時(shí)提出了以綜合監(jiān)控系統(tǒng)為基礎(chǔ)的系統(tǒng)架構(gòu)思路和應(yīng)用框架。
關(guān)鍵詞：城市軌道交通；電力監(jiān)控；綜合監(jiān)控
0 引言
城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)主要是對(duì)城市軌道交通全線各類(lèi)變配電所、接觸網(wǎng)等電力設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行分層分布遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)視和控制，處理供變配電系統(tǒng)的各種異常事故及報(bào)警事件，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)行，同時(shí)提升供變配電系統(tǒng)調(diào)度、管理及維修的自動(dòng)化程度，提高供電質(zhì)量，保障系統(tǒng)安全、地運(yùn)行。系統(tǒng)通過(guò)通信專業(yè)提供的通信通道與車(chē)站變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)進(jìn)行信息交換；變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)通過(guò)所內(nèi)通信網(wǎng)與所內(nèi)各類(lèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控裝置互連，形成現(xiàn)場(chǎng)、車(chē)站和主控中心的多層應(yīng)用體系。在系統(tǒng)整體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，控制中心主備監(jiān)控系統(tǒng)和站級(jí)監(jiān)控系統(tǒng)是數(shù)據(jù)采集、處理、分析與系統(tǒng)實(shí)時(shí)控制的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)和使用節(jié)點(diǎn)，而現(xiàn)場(chǎng)測(cè)控設(shè)備是整個(gè)監(jiān)控的接口設(shè)備。
1 分層分布的系統(tǒng)架構(gòu)
城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，單條線路基本上按照兩級(jí)管理、三級(jí)控制方式進(jìn)行使用和管理，與之相適應(yīng)的監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)考慮城市軌道交通的地域分布特點(diǎn)，監(jiān)控系統(tǒng)采用分層分布的結(jié)構(gòu)體系。分層分布系統(tǒng)架構(gòu)在監(jiān)控系統(tǒng)中屬于大型復(fù)雜系統(tǒng)的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，適用于跨地域、多層次、分級(jí)別的大型自動(dòng)化系統(tǒng)，這種結(jié)構(gòu)既滿足目前城市軌道交通的電力應(yīng)用需求，也滿足今后城市軌道交通橫向規(guī)模綜合和縱向應(yīng)用綜合的兩度應(yīng)用發(fā)展對(duì)支持系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)要求。兩級(jí)管理分別是中央級(jí)和車(chē)站級(jí)，三級(jí)控制分別是中央級(jí)、車(chē)站級(jí)和現(xiàn)場(chǎng)級(jí)。它們之間既相互聯(lián)系又相對(duì)獨(dú)立，分層分布原則確保了層次間的相對(duì)獨(dú)立性，有效分解了系統(tǒng)的復(fù)雜度，提升了系統(tǒng)的可實(shí)施性；冗余和動(dòng)態(tài)分布原則極大提升了系統(tǒng)的并行度，結(jié)合多種軟硬件隔離和抗干擾措施，軟件支持 1+n 冗余調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高可用性的終極目標(biāo)。
城市軌道監(jiān)控應(yīng)用中心系統(tǒng)通常采用主備冗余系統(tǒng)，它對(duì)全線重要監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)、性能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集和處理，通過(guò)各種調(diào)度員工作站以圖形、圖像、表格和文本的形式顯示出來(lái)，供調(diào)度人員控制和監(jiān)視。同時(shí)系統(tǒng)根據(jù)一定的邏輯關(guān)系自動(dòng)向分布在各站點(diǎn)的被監(jiān)控對(duì)象或系統(tǒng)發(fā)送模式、程控、點(diǎn)控等控制命令，由調(diào)度員人工控制命令，從而完成對(duì)全線供電設(shè)備集中監(jiān)控和調(diào)度管理，確保軌道交通的供電質(zhì)量和供電安全。
車(chē)站級(jí)電力監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)本站供電設(shè)備監(jiān)控對(duì)象的狀態(tài)、性能數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)收集和處理，當(dāng)中心系統(tǒng)或通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障時(shí)，該系統(tǒng)可對(duì)車(chē)站范圍內(nèi)的供電設(shè)備進(jìn)行控制，形成多級(jí)冗余。
現(xiàn)場(chǎng)級(jí)測(cè)控設(shè)備與監(jiān)控系統(tǒng)的中心和車(chē)站級(jí)均有通信接口。它們位于各監(jiān)控對(duì)象附近，起接口轉(zhuǎn)換、信息采集、傳送、匯聚、命令接收、執(zhí)行和反饋?zhàn)饔?。通常采用工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)或現(xiàn)場(chǎng)總線，分散控制結(jié)構(gòu)，自律式控制器保障系統(tǒng)的安全?，F(xiàn)場(chǎng)級(jí)測(cè)控設(shè)備通常設(shè)置當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方功能，為系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)調(diào)試和特殊情況提供現(xiàn)場(chǎng)操作選擇。
2 系統(tǒng)平臺(tái)化實(shí)現(xiàn)方案
國(guó)內(nèi)外城市軌道交通經(jīng)過(guò)多年的實(shí)踐，基于平臺(tái)化的實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)顯現(xiàn)出強(qiáng)大的優(yōu)勢(shì)，尤其在綜合監(jiān)控應(yīng)用模式中，軟件平臺(tái)成為技術(shù)方案的核心和技術(shù)精華所在。平臺(tái)化的方案使項(xiàng)目的設(shè)計(jì)、工程的實(shí)施和業(yè)主的應(yīng)用更側(cè)重關(guān)注應(yīng)用技術(shù)和應(yīng)用的本身，而不是支持系統(tǒng)的技術(shù)細(xì)節(jié)和計(jì)算機(jī)通信的基礎(chǔ)技術(shù)。
目前，國(guó)內(nèi)城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，廣州地鐵 3、4、5 號(hào)線采用的是基于法國(guó)的scadasoft 平臺(tái)、北京軌道交通指揮系統(tǒng)采用的是基于新加坡的 oasys 平臺(tái)、北京地鐵 5 號(hào)線采用的是基于英國(guó)的 railscada 平臺(tái)、北京首都機(jī)場(chǎng)線采用的是基于國(guó)產(chǎn)化的 railsys 平臺(tái)。
由于平臺(tái)軟件建設(shè)是一個(gè)龐大的系統(tǒng)工程，而且基于平臺(tái)的產(chǎn)品需要一定的應(yīng)用累積和工程檢驗(yàn)。國(guó)內(nèi)自主研發(fā)的 railsys 軌道交通實(shí)時(shí)應(yīng)用支持系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱為 railsys 軟件平臺(tái)）是結(jié)合了國(guó)情和行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)研發(fā)的。該平臺(tái)面向城市軌道交通、鐵道行業(yè)實(shí)時(shí)應(yīng)用，如城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)和綜合監(jiān)控系統(tǒng)、鐵道行業(yè)行車(chē)調(diào)度、牽引供電遠(yuǎn)動(dòng)、10 kv 電力與信號(hào)電源監(jiān)控等實(shí)時(shí)應(yīng)用開(kāi)發(fā)的一套功能強(qiáng)大的、接口標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)放的大型自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)時(shí)應(yīng)用支撐軟件平臺(tái)，是國(guó)內(nèi)比較的軟件應(yīng)用平臺(tái)（application plat）之一。
基于該軟件平臺(tái)可開(kāi)發(fā)各種城市軌道交通和鐵道實(shí)時(shí)應(yīng)用系統(tǒng)，并保障系統(tǒng)實(shí)時(shí)性和性，系統(tǒng)的應(yīng)用構(gòu)架由平臺(tái)決定，具體的應(yīng)用功能由基于平臺(tái)的工程化實(shí)施完成。railsys 軟件平臺(tái)在通用平臺(tái)基礎(chǔ)上增加了應(yīng)用支持層，使平臺(tái)具備一定的行業(yè)應(yīng)用特點(diǎn)；同時(shí)它也豐富了產(chǎn)品群，尤其是工程支持包，實(shí)現(xiàn)了非量化工程軟件實(shí)施使用的高性。下面就該平臺(tái)的基本構(gòu)成作一介紹。
2.1 異構(gòu)計(jì)算機(jī)/網(wǎng)絡(luò)/數(shù)據(jù)庫(kù)環(huán)境支持
railsys 實(shí)時(shí)軟件平臺(tái)支持多個(gè)網(wǎng)絡(luò)的分布式運(yùn)行環(huán)境。支持多網(wǎng)絡(luò)下的業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)加載與分配。同時(shí)該系統(tǒng)底層采用虛擬操作系統(tǒng)技術(shù)和虛擬數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)，支持系統(tǒng)的運(yùn)行環(huán)境適用于多種計(jì)算機(jī)的操作系統(tǒng)和商用關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)，包括現(xiàn)有的主流操作系統(tǒng)和主流數(shù)據(jù)庫(kù)管理系統(tǒng)。
2.2 基于內(nèi)存的實(shí)時(shí)關(guān)系數(shù)據(jù)庫(kù)子系統(tǒng)
數(shù)據(jù)庫(kù)支持多網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)，支持多數(shù)據(jù)庫(kù)冗余，支持 sql 語(yǔ)言有限子集等。
2.3 實(shí)時(shí)中間件技術(shù)及軌道應(yīng)用公共信息總線
結(jié)合軌道交通實(shí)時(shí)應(yīng)用的需求，參照中間件接口標(biāo)準(zhǔn)開(kāi)發(fā)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)中間件、實(shí)時(shí)通訊中間件、實(shí)時(shí)消息中間件等平臺(tái)內(nèi)核機(jī)制。
平臺(tái)提供一套完備的軌道實(shí)時(shí)應(yīng)用公共信息總線，本總線支持軌道交通供電應(yīng)用、環(huán)境監(jiān)控、機(jī)電設(shè)備等各種實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)應(yīng)用的數(shù)學(xué)模型以及其他相關(guān)擴(kuò)展業(yè)務(wù)應(yīng)用。
2.4 公共應(yīng)用模型支持
自動(dòng)化的深入應(yīng)用會(huì)遇到應(yīng)用模型的數(shù)學(xué)問(wèn)題，作為平臺(tái)軟件，創(chuàng)新地在基礎(chǔ)平臺(tái)上增加了實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用模型（屬于公共應(yīng)用模型的一種）的支持。國(guó)際上有 iec 61970 cim/cis 的公共應(yīng)用模型標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)和國(guó)內(nèi)的具體應(yīng)用，考慮開(kāi)放性的標(biāo)準(zhǔn)，在 railsys 軌道實(shí)時(shí)應(yīng)用支持系統(tǒng)中采取外掛策略，支持應(yīng)用模型，這種靈活的方式為支持系統(tǒng)帶來(lái)廣泛的適用性。同時(shí)也驗(yàn)證了平臺(tái)的技術(shù)思路和開(kāi)放性。
2.5 軌道交通實(shí)時(shí)應(yīng)用的人機(jī)界面組態(tài)工具
完整的實(shí)時(shí)監(jiān)控平臺(tái)可細(xì)化為通信平臺(tái)+scada 平臺(tái)+alarm/event+hmi 平臺(tái)。當(dāng)今軟件產(chǎn)品人機(jī)界面占的分量越來(lái)越大，通常在實(shí)時(shí)應(yīng)用行業(yè)所占比例約在 50～60%，而通用軟件所占的份額更大。平臺(tái)的產(chǎn)品特點(diǎn)要求把組態(tài)軟件分成支持和應(yīng)用 2 部分。從圖元底層、數(shù)據(jù)源頭 2 方面把握，提供上層應(yīng)用的有力支持（通常腳本支持）；平臺(tái)軟件中提供典型的應(yīng)用和應(yīng)用模板，一方面豐富支持系統(tǒng)，另一方面驗(yàn)證支持系統(tǒng)的正確性。
3 累積性應(yīng)用
對(duì)于軌道交通監(jiān)控應(yīng)用，目前國(guó)內(nèi)積累了一定的經(jīng)驗(yàn)，但是針對(duì)高密度行車(chē)、網(wǎng)狀線路、突發(fā)事件處理、多專業(yè)協(xié)調(diào)互動(dòng)、營(yíng)運(yùn)管理和專業(yè)維修支持等應(yīng)用都在探索中。在監(jiān)控應(yīng)用的多專業(yè)接口缺乏規(guī)范情況下，只有平臺(tái)化思路，才能制訂從通信、數(shù)據(jù)、應(yīng)用等各種不同匹配層的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范。
4 railsys 軟件平臺(tái)的應(yīng)用
railsys 軟件平臺(tái)在北京市軌道交通首都機(jī)場(chǎng)線綜合監(jiān)控系統(tǒng)電力監(jiān)控子系統(tǒng)的工程實(shí)踐中已經(jīng)顯現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)。其綜合監(jiān)控系統(tǒng)（iscs）按照兩級(jí)管理、三級(jí)控制的結(jié)構(gòu)體系進(jìn)行架構(gòu)。railsys系統(tǒng)軟件從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)充分考慮和體現(xiàn)了分層分布、高性、高實(shí)時(shí)性、模塊化、接口的完整、規(guī)范和開(kāi)放的特點(diǎn)，保障了系統(tǒng)的安全和應(yīng)用的靈活多樣性。其優(yōu)勢(shì)集中體現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：
（1）高性解決方案，1+n 容錯(cuò)運(yùn)行模式。該系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮到地鐵實(shí)時(shí)監(jiān)控對(duì)性的極高要求，采用關(guān)鍵結(jié)點(diǎn)硬件冗余配置熱備運(yùn)行，軟件運(yùn)行方式實(shí)現(xiàn) 1+n 容錯(cuò)模式，較大限度地保障系統(tǒng)的可用性。
（2）支持混合軟硬件計(jì)算機(jī)支撐環(huán)境。railsys 系統(tǒng)軟件平臺(tái)在混合軟硬件支撐平臺(tái)上統(tǒng)一設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)，支持混合計(jì)算機(jī)硬件平臺(tái)，不同的操作系統(tǒng)及各種主流商用數(shù)據(jù)庫(kù)，系統(tǒng)核心應(yīng)用采用 unix 環(huán)境，人機(jī)接口采用 windows 環(huán)境。
（3）先進(jìn)的多層體系系統(tǒng)構(gòu)架。系統(tǒng)按照多層體系結(jié)構(gòu)的框架，劃分前置通訊預(yù)處理層、實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用的數(shù)據(jù)處理層、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)/歷史數(shù)據(jù)庫(kù)支持層、客戶端應(yīng)用的服務(wù)層和客戶界面應(yīng)用層。
（4）強(qiáng)大系統(tǒng)可擴(kuò)展性支持應(yīng)用的延展。該系統(tǒng)從設(shè)計(jì)到實(shí)現(xiàn)一直把系統(tǒng)的可擴(kuò)展性貫串始終，系統(tǒng)強(qiáng)大的可擴(kuò)展性是對(duì)用戶投資和系統(tǒng)發(fā)展的較大保障。railsys 系統(tǒng)采用分層、分布式的支持實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用的平臺(tái)結(jié)構(gòu)，保障了系統(tǒng)在應(yīng)用上的不斷擴(kuò)展，同時(shí)該系統(tǒng)在軟件設(shè)計(jì)容量上不進(jìn)行限制，僅根據(jù)實(shí)際工程的計(jì)算機(jī)性能、內(nèi)存、數(shù)據(jù)庫(kù)、可能的較大應(yīng)用規(guī)模等綜合性能進(jìn)行配置限制，保障了系統(tǒng)在規(guī)模上的持續(xù)擴(kuò)展。
（5）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)與商用數(shù)據(jù)庫(kù)相結(jié)合。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)開(kāi)放性和應(yīng)用實(shí)時(shí)性的解決方案，遵照商用數(shù)據(jù)庫(kù)接口標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)通用、高效，接口開(kāi)放，滿足不斷發(fā)展的實(shí)時(shí)監(jiān)控應(yīng)用需求和實(shí)時(shí)系統(tǒng)高標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)時(shí)性指標(biāo)。
（6）圖模庫(kù)一體化。該系統(tǒng)開(kāi)發(fā)出面向供電及其他具有拓?fù)溥壿嫿Y(jié)構(gòu)的應(yīng)用圖模庫(kù)一體化機(jī)制。在繪圖的同時(shí)自動(dòng)建立供電應(yīng)用數(shù)學(xué)拓?fù)淠Ｐ?，智能形成?yīng)用模型實(shí)際參數(shù)并自動(dòng)錄入到數(shù)據(jù)庫(kù)中，因此極大地提高了系統(tǒng)建模的正確性，減輕了建模和參數(shù)錄入工作量，便于整個(gè)系統(tǒng)的一體化維護(hù)，保障了系統(tǒng)圖模庫(kù)的一致性和性。
（7）強(qiáng)化的異常捕捉和事故處理。該系統(tǒng)強(qiáng)化異常捕捉和事故處理，增加事故追憶及反演，完善故障錄波、故障判斷及自動(dòng)隔離（da）等一系列功能，同時(shí)系統(tǒng)設(shè)計(jì)了獨(dú)立報(bào)警和事項(xiàng)處理機(jī)制，支持多媒體語(yǔ)音報(bào)警、手機(jī)短信等功能，進(jìn)一步延伸異常捕捉和事故處理后的深層應(yīng)用。
5 結(jié)束語(yǔ)
本文以實(shí)際平臺(tái)軟件和國(guó)內(nèi)實(shí)踐為例，研究了城市軌道交通電力監(jiān)控系統(tǒng)總體分層分布架構(gòu)、平臺(tái)化實(shí)施方案和累積性應(yīng)用。重點(diǎn)論述分布分層的系統(tǒng)架構(gòu)和平臺(tái)內(nèi)核的技術(shù)要點(diǎn)。從今后軌道交通應(yīng)用的角度，提供了一個(gè)整體解決思路和持續(xù)可用的技術(shù)策略。選擇一個(gè)符合行業(yè)應(yīng)用的平臺(tái)化系統(tǒng)，支持包括電力監(jiān)控系統(tǒng)在內(nèi)的建設(shè)和使用，累積橫向多專業(yè)應(yīng)用和縱向應(yīng)用發(fā)展，制訂相應(yīng)的規(guī)范和接口標(biāo)準(zhǔn)。這樣，為行業(yè)的中長(zhǎng)期發(fā)展從體系結(jié)構(gòu)上保障系統(tǒng)構(gòu)架的技術(shù)可現(xiàn)實(shí)性、工程經(jīng)濟(jì)性、應(yīng)用拓展性、以及技術(shù)持續(xù)先進(jìn)性協(xié)調(diào)發(fā)展。
城市軌道交通研究:對(duì)城市軌道交通建設(shè)投融資問(wèn)題的研究
【摘 要】 分析了我國(guó)城市軌道交通建設(shè)投融資現(xiàn)狀,在歸納了城市軌道交通建設(shè)投融資模式的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)討論了城市軌道交通融資租賃方式及土地開(kāi)發(fā)問(wèn)題,研究城市軌道交通投融資的新途徑。
【關(guān)鍵詞】 城市軌道交通; 投融資; 融資租賃; 土地開(kāi)發(fā)
目前我國(guó)已經(jīng)形成一股興建城市軌道交通的熱潮,但是我國(guó)目前城市軌道交通項(xiàng)目建設(shè)的投融資體制卻越來(lái)越難以適應(yīng)快速發(fā)展的軌道交通項(xiàng)目建設(shè)的需要。因此需要?jiǎng)?chuàng)新軌道交通投融資體制,運(yùn)用市場(chǎng)機(jī)制,吸引多元投資主體參與。
1 我國(guó)城市軌道交通建設(shè)投融資現(xiàn)狀
1 .1政府財(cái)政投資
已建設(shè)完成的北京地鐵東西線和環(huán)線是由國(guó)家投資建設(shè)的?！皬?fù)八一線”由北京市政府包攬投資?！笆濉逼陂g,我國(guó)城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)大約需要投資10000億元。其中,中央和地方兩級(jí)政府投資約2000億元,缺口約8000億元。由此可見(jiàn),由政府主導(dǎo)投資城市軌道交通建設(shè),投資主體過(guò)于單一,并且僅僅依靠政府財(cái)政投資根本無(wú)法滿足城市軌道交通建設(shè)的需要。
1 .2 國(guó)內(nèi)貸款
目前我國(guó)城市軌道交通建設(shè)所需國(guó)內(nèi)貸款主要來(lái)自國(guó)家開(kāi)發(fā)銀行的政策性貸款和國(guó)內(nèi)商業(yè)銀行的投資貸款。但城市軌道交通項(xiàng)目資金投放量集中、回收期長(zhǎng)、收入水平較低的特點(diǎn),使項(xiàng)目本身孕育著較大的金融風(fēng)險(xiǎn),籌資難度大。
1 .3 利用外資
目前我國(guó)通過(guò)世界銀行、亞洲開(kāi)發(fā)銀行、日本海外協(xié)力基金會(huì)等國(guó)外金融組織引入了一部分資金,上海新修建的幾條地鐵項(xiàng)目就吸收了一部分外國(guó)政府優(yōu)惠貸款。但其規(guī)模相對(duì)于項(xiàng)目建設(shè)的資金需求量來(lái)說(shuō)還太小。
2 城市軌道交通的投融資方式探討
軌道交通建設(shè)投資模式從宏觀上可歸納為三種:政府財(cái)政投資模式、商業(yè)投資模式和混合投資模式。
從世界范圍看,真正采用純政府財(cái)政投資模式的國(guó)家或城市很少。而且針對(duì)我國(guó)目前的實(shí)際情況,光靠政府投入是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,必須引入商業(yè)化投資運(yùn)作的方法才能加大軌道交通建設(shè)資金的籌集力度。
軌道交通商業(yè)化投融資的途徑有很多,如融資租賃、bot、abs融資、世界銀行貸款項(xiàng)目的聯(lián)合融資等方式。本文重點(diǎn)討論我國(guó)城市軌道交通建設(shè)bot方式及土地開(kāi)發(fā)問(wèn)題。
3 融資租賃方式
租賃是一種承租人可以獲得固定資產(chǎn)使用權(quán)而不必在使用初期支付其全部資本開(kāi)支的一種融資手段。在發(fā)達(dá)國(guó)家中,相當(dāng)多的大型項(xiàng)目是通過(guò)融資租賃方式籌措資金的。融資租賃的一般形式為:當(dāng)項(xiàng)目公司需要籌資購(gòu)買(mǎi)設(shè)備時(shí),由租賃公司向銀行融資并代表企業(yè)購(gòu)買(mǎi)或租入其所需設(shè)備,然后租賃給項(xiàng)目公司。項(xiàng)目公司在項(xiàng)目營(yíng)運(yùn)期間以營(yíng)運(yùn)收入向租賃公司支付租金,租賃公司以其收到的租金向貸款銀行還本付息。租賃期結(jié)束以后,出租人基本上可以收回全部成本并取得預(yù)期的商業(yè)利潤(rùn)。
3.1 可行性分析
首先,城市軌道交通建設(shè)所需資金巨大,在政府財(cái)政投入嚴(yán)重不足的情況下,多渠道籌措資金是軌道交通建設(shè)得以順利進(jìn)行的必然選擇。其次,由于城市軌道交通具有運(yùn)量大、快速、清潔、準(zhǔn)時(shí)等特點(diǎn),在具有百萬(wàn)以上人口的大城市發(fā)展城市軌道交通系統(tǒng),建成后會(huì)形成穩(wěn)定而充足的客流,其經(jīng)營(yíng)收入能夠得到保障。再者,由于軌道交通方式所具有的一系列交通、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境和社會(huì)特性,政府往往會(huì)在稅收、貸款、沿線土地使用、相關(guān)項(xiàng)目開(kāi)發(fā)等方面給予政策扶持,因而其投資風(fēng)險(xiǎn)程度是相對(duì)較小的。,由于當(dāng)前我國(guó)城市軌道交通建設(shè)施工水平較低,很難引進(jìn)先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備。采取融資租賃的方式,可以有效地利用外資引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)的生產(chǎn)設(shè)備,有可能突破一些國(guó)際技術(shù)壁壘等。所以融資租賃適合我國(guó)當(dāng)前的城市軌道交通建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的現(xiàn)狀,具有一定的可行性。
3.2 融資租賃的優(yōu)勢(shì)
(1) 企業(yè)能夠節(jié)省資金投入,緩解資金緊張局面。城市軌道交通建設(shè)單位可以先不付或只付很少一部分資金,就能夠獲得建設(shè)專用機(jī)械,運(yùn)營(yíng)專用車(chē)輛等設(shè)備,可以把建設(shè)初期節(jié)省下來(lái)的資金投入到更多的新線建設(shè)和經(jīng)營(yíng)中去,再以經(jīng)營(yíng)收入分期償還租金,從而大大加快我國(guó)城市軌道交通建設(shè)的步伐。
(2) 企業(yè)能夠避免通貨膨脹的影響,減少投資風(fēng)險(xiǎn)。因?yàn)樽赓U業(yè)務(wù)的租金是根據(jù)租賃開(kāi)始時(shí)的設(shè)備價(jià)格確定的,在租期內(nèi)可保持固定不變,而且租金是在未來(lái)分期支付的,因而在通貨膨脹的情況下,等于用貶值后的貨幣購(gòu)買(mǎi)原價(jià)的設(shè)備使用權(quán)。
(3) 企業(yè)能夠享受政府的優(yōu)惠政策,降低投資成本。一些國(guó)家為促進(jìn)融資租賃的應(yīng)用,從稅收、貸款、保險(xiǎn)等方面采取了鼓勵(lì)、扶持措施。其中包括:租賃公司購(gòu)進(jìn)設(shè)備供出租,可以享受所購(gòu)設(shè)備加速折舊的優(yōu)惠;政府向從事融資租賃業(yè)務(wù)的公司提供低息政策性貸款等。當(dāng)然這些措施還能夠降低承租方的租金。
3.3城市軌道交通建設(shè)中運(yùn)用融資租賃的方式
(1) 開(kāi)展國(guó)產(chǎn)設(shè)備融資租賃業(yè)務(wù),促進(jìn)設(shè)備國(guó)產(chǎn)化。在我國(guó)已經(jīng)運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通項(xiàng)目中,大部分設(shè)備都要依靠國(guó)外進(jìn)口,長(zhǎng)此以往勢(shì)必會(huì)導(dǎo)致技術(shù)設(shè)備依賴國(guó)外,同時(shí)使運(yùn)營(yíng)線路設(shè)備的維修保養(yǎng)等都要依賴國(guó)外,從而限制我國(guó)軌道交通事業(yè)的發(fā)展。因此,國(guó)家計(jì)委已經(jīng)規(guī)定今后立項(xiàng)建設(shè)的軌道交通項(xiàng)目,其設(shè)備國(guó)產(chǎn)化率必須達(dá)到70%以上。同時(shí)從客觀上講,我國(guó)城市軌道交通建設(shè)所需設(shè)備大部分都能由國(guó)內(nèi)相關(guān)廠家生產(chǎn)。所以積極開(kāi)展國(guó)產(chǎn)設(shè)備融資租賃業(yè)務(wù)是大勢(shì)所趨,這對(duì)于提高國(guó)產(chǎn)設(shè)備的競(jìng)爭(zhēng)力、降低軌道交通造價(jià)具有重要意義。
(2) 積極開(kāi)展售后回租式融資租賃業(yè)務(wù),盤(pán)活存量資產(chǎn)。已經(jīng)投入運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通項(xiàng)目具有大量的存量資產(chǎn),可以把這些資產(chǎn)出售給融資租賃公司,然后再租回使用,這樣可以把已經(jīng)固化的設(shè)備轉(zhuǎn)化為貨幣資本,增加運(yùn)營(yíng)企業(yè)流動(dòng)資金。
(3) 利用融資租賃方式引進(jìn)外資和先進(jìn)設(shè)備。應(yīng)該看到一些關(guān)鍵先進(jìn)的城市軌道交通設(shè)備尚不能在國(guó)內(nèi)生產(chǎn),因而在這種情況下,利用融資租賃引進(jìn)外國(guó)資金和先進(jìn)設(shè)備是一條很好的途徑。在融資租賃業(yè)務(wù)中,承租方可以自由選擇符合需要的設(shè)備,然后由出租方出面和供貨方簽訂買(mǎi)賣(mài)合同,購(gòu)進(jìn)先進(jìn)設(shè)備供承租方使用,這樣可以有效避開(kāi)某些國(guó)家的技術(shù)壁壘,從而擴(kuò)大我國(guó)利用外資的規(guī)模和能力。
4 土地開(kāi)發(fā)
軌道交通車(chē)站附近具有較好的可開(kāi)發(fā)性,其商業(yè)價(jià)值較高。當(dāng)軌道交通運(yùn)營(yíng)后,如果輔之以適當(dāng)?shù)墓患l件及商業(yè)環(huán)境,車(chē)站周?chē)耐恋貎r(jià)值就會(huì)有較大幅度的提高。因而很多開(kāi)發(fā)商都看中了軌道交通車(chē)站附近的土地開(kāi)發(fā)商機(jī)。
所以把城市軌道交通建設(shè)與沿線物業(yè)綜合開(kāi)發(fā)相結(jié)合,讓沿線物業(yè)土地出讓的收入投入軌道交通工程建設(shè),則能進(jìn)一步緩解城市軌道交通建設(shè)資金緊張的局面。
城市軌道交通開(kāi)發(fā)、建設(shè)具有“修一線、興一線”的特點(diǎn),從而使沿線土地及物業(yè)得到升值。目前城市軌道交通建設(shè)與沿線物業(yè)綜合開(kāi)發(fā)相結(jié)合,已成為城市軌道交通開(kāi)發(fā)建設(shè)籌資的成功方式。
城市軌道交通建設(shè)與沿線物業(yè)綜合開(kāi)發(fā)相結(jié)合,是指在相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間里凡在軌道交通運(yùn)營(yíng)線、在建線和規(guī)劃線沿線開(kāi)發(fā)的房地產(chǎn)項(xiàng)目,其土地出讓收入,根據(jù)需要全部或大部分用于軌道交通開(kāi)發(fā)建設(shè)專項(xiàng)籌資。收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)以建成線為較高,在建線次之,近期規(guī)劃線、遠(yuǎn)期規(guī)劃線低。
一個(gè)代表性例子是土地資源開(kāi)發(fā)在圣保羅地鐵建設(shè)融資中的成功運(yùn)用。圣保羅市政府對(duì)土地升級(jí)建立了一種收費(fèi)機(jī)制。即要求土地的業(yè)主必須向市政府購(gòu)買(mǎi)“附加建設(shè)許可證”。該機(jī)制有許多優(yōu)點(diǎn):
(1)“許可證”具有商業(yè)價(jià)值,對(duì)任何土地業(yè)主都有吸引力,并且“許可證”可向其他投資者出售。
(2)物業(yè)開(kāi)發(fā)商會(huì)感興趣,當(dāng)建設(shè)項(xiàng)目有眉目時(shí),會(huì)購(gòu)買(mǎi)“許可證”。
(3)政府從“許可證”得到的資金可以投入地鐵的建設(shè)。實(shí)踐證明這種籌資方式是相當(dāng)成功的。
我國(guó)香港地鐵運(yùn)作的巨大成功又是一個(gè)典型的例子。香港地鐵公司為興建觀塘線、荃灣線及港島線三條城市地鐵線共需籌集建設(shè)成本250億港元,但同時(shí)香港地鐵公司在這三條城市地鐵沿線上共有18個(gè)房地產(chǎn)開(kāi)發(fā)項(xiàng)目,受益為40億港元,約占總建設(shè)成本的16%,有效地解決了一部分建設(shè)資金的籌措。
5 結(jié)束語(yǔ)
為了推進(jìn)我國(guó)城市軌道交通的快速建設(shè),除了通過(guò)各級(jí)政府投資、銀行貸款外,還可以采用融資租賃、土地開(kāi)發(fā)特許權(quán)等方式獲得軌道交通建設(shè)急需的資金。本文的探討還比較粗淺,尚有許多方面有待進(jìn)一步研究。
城市軌道交通研究:城市軌道交通供電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)絡(luò)研究
摘要：本文從城市軌道交通供電系統(tǒng)的功能、構(gòu)成、以及系統(tǒng)的外部電源方案等方面對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)述。在此基礎(chǔ)上引入了城市軌道交通供電系統(tǒng)中壓網(wǎng)絡(luò)的概念，中壓網(wǎng)絡(luò)有兩大屬性：一是電壓等級(jí)，二是構(gòu)成形式。同時(shí)結(jié)合國(guó)家中壓配電現(xiàn)狀及發(fā)展趨向、國(guó)內(nèi)城市軌道交通中壓網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及發(fā)展思路、以及不同電壓等級(jí)的中壓網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)，對(duì)中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)的特點(diǎn)進(jìn)行了綜合比較，并對(duì)其構(gòu)成進(jìn)行了系統(tǒng)分析。提出了一種新型接線方式-20kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)。
關(guān)鍵詞：牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò) 城市軌道交通 供電系統(tǒng) 中壓網(wǎng)絡(luò)
一、供電系統(tǒng)的簡(jiǎn)介及中壓網(wǎng)絡(luò)的概念
1、城市軌道交通供電系統(tǒng)的功能
城市軌道交通供電系統(tǒng)，擔(dān)負(fù)著運(yùn)行所需的一切電能的供應(yīng)與傳輸，是城市軌道交通安全運(yùn)行的重要保障。
城市軌道交通的用電負(fù)荷按其功能不同可分為兩大用電群體。一是電動(dòng)客車(chē)運(yùn)行所需要的牽引負(fù)荷，二是車(chē)站、區(qū)間、車(chē)輛段、控制中心等其他建筑物所需要的動(dòng)力照明用電，諸如：通風(fēng)機(jī)、空調(diào)、自動(dòng)扶梯、電梯、水泵、照明、AFC系統(tǒng)、FAS、BAS、通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等。
在上述用電群體中，有不同電壓等級(jí)直流負(fù)荷、不同電壓等級(jí)交流負(fù)荷；有固定負(fù)荷、有時(shí)刻在變化的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。每種用電設(shè)備都有自己的用電要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而且這種要求和標(biāo)準(zhǔn)又相差甚遠(yuǎn)。城市軌道交通供電系統(tǒng)就是要滿足這些不同用戶對(duì)電能的不同需求，以使其發(fā)揮各自的功能與作用。
保障電動(dòng)客車(chē)暢行，安全、、迅捷、舒適地運(yùn)送乘客，是供電系統(tǒng)的根本目的。
2、供電系統(tǒng)的構(gòu)成
根據(jù)功能的不同，對(duì)于集中式供電，城市軌道交通供電系統(tǒng)可分成以下幾部分：外部電源、主變電所、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)。對(duì)于分散式供電，城市軌道交通供電系統(tǒng)則可分成以下幾部分：外部電源、(電源開(kāi)閉所)、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)，又可分成牽引變電所與牽引網(wǎng)系統(tǒng)。動(dòng)力照明配電系統(tǒng)，又可分成降壓變電所與動(dòng)力照明。
但在進(jìn)行初步設(shè)計(jì)與施工設(shè)計(jì)時(shí)，為便于設(shè)計(jì)管理，供電系統(tǒng)往往被劃分成：系統(tǒng)設(shè)計(jì)；主變電所設(shè)計(jì)；牽引變電所(或牽引降壓混合變電所)及降壓變電所設(shè)計(jì)；牽引網(wǎng)設(shè)計(jì)；電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)；雜散電流腐蝕防護(hù)設(shè)計(jì)(注：動(dòng)力照明隨同土建一起設(shè)計(jì))。
3、外部電源方案
城市軌道交通系統(tǒng)的外部電源方案，根據(jù)城市電網(wǎng)構(gòu)成的不同特點(diǎn)，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。
(1)確定外部電源方案的原則
城市軌道交通作為城市電網(wǎng)的特殊用戶，一般用電范圍多在10km~30km之間。城市軌道交通系統(tǒng)的外部電源方案，主要有集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何種方式，應(yīng)通過(guò)計(jì)算確定需要負(fù)荷之后，根據(jù)城市軌道交通路網(wǎng)規(guī)劃、城市電網(wǎng)構(gòu)成特點(diǎn)、工程實(shí)際情況綜合分析確定。
(2)集中式供電
在城市軌道交通沿線，根據(jù)用電容量和線路長(zhǎng)短，建設(shè)專用的主變電所，這種由主變電所構(gòu)成的供電方案，稱為集中式供電。主變電所進(jìn)線電壓一般為110kV，經(jīng)降壓后變成35kV或10kV，供牽引變電所與降壓變電所。主變電所應(yīng)有兩路獨(dú)立的進(jìn)線電源。集中式供電，有利于城市軌道交通供電形成獨(dú)立體系，便于管理和運(yùn)營(yíng)。上海、廣州、南京、香港、德黑蘭地鐵等即為集中式供電方案。
(3)分散式供電
根據(jù)城市軌道交通供電的需要，在地鐵沿線直接由城市電網(wǎng)引入多路電源，構(gòu)成供電系統(tǒng)，稱為分散式供電。這種供電方式一般為10kV電壓級(jí)。分散式供電要保障每座牽引變電所和降壓變電所均獲得雙路電源，要求城市軌道交通沿線有足夠的電源引入點(diǎn)及備用容量。建設(shè)中的沈陽(yáng)地鐵、長(zhǎng)春輕軌、大連輕軌、北京城鐵、北京八通線、北京地鐵5號(hào)線等即為分散式供電方案。
(4)混合式供電
將前兩種供電方式結(jié)合起來(lái)，一般以集中式供電為主，個(gè)別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中式供電的補(bǔ)充，使供電系統(tǒng)更加完善和。這種方式稱為混合式供電。北京地鐵一線和環(huán)線、建設(shè)中的武漢軌道交通工程、青島地鐵南北線工程等即為混合式供電方案。
通過(guò)中壓電纜，縱向把上級(jí)主變電所和下級(jí)牽引變電所、降壓變電所連接起來(lái)，橫向把全線的各個(gè)牽引變電所、降壓變電所連接起來(lái)，便形成了中壓網(wǎng)絡(luò)。
根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能的不同，把為牽引變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)，稱為牽引網(wǎng)絡(luò)；同樣，把為降壓變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)稱為動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)。
中壓網(wǎng)絡(luò)有兩大屬性：一是電壓等級(jí)，二是構(gòu)成形式。
中壓網(wǎng)絡(luò)不是供電系統(tǒng)中獨(dú)立的子系統(tǒng)，但是它卻是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。它的設(shè)計(jì)牽扯到外部電源方案、主變電所的位置及數(shù)量、牽引變電所及降壓變電所的位置與數(shù)量、牽引變電所與降壓變電所的主接線等。
二、中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)
1、國(guó)家中壓配電現(xiàn)狀及發(fā)展趨向
我國(guó)現(xiàn)行中壓配電標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)有：66kV、35kV、10kV。隨著城鄉(xiāng)電氣化事業(yè)的發(fā)展，只有一種10kV作為中低電壓的分界，顯然已不能滿足城鄉(xiāng)配電網(wǎng)發(fā)展要求。
我國(guó)及時(shí)個(gè)20kV一次配電的供電區(qū)，已經(jīng)于1996年5月在蘇州工業(yè)園區(qū)投入運(yùn)行。從前一段運(yùn)行情況來(lái)看，其線損率大大低于10kV系統(tǒng)。
對(duì)于農(nóng)村電網(wǎng)，從電源電壓直接送到中壓一次配電層，形成高壓電源層──中壓一次配電層──低壓戶內(nèi)三級(jí)配電，可以簡(jiǎn)化電網(wǎng)、降低造價(jià)、減少線損、利于發(fā)展。采用20kV作為中壓一次配電層，功能上可以替代35kV與10kV兩個(gè)配電層，而造價(jià)上則與10kV設(shè)備差異不大。由此可見(jiàn)，20kV電壓等級(jí)的這種特點(diǎn)，也適合于高密度負(fù)荷地區(qū)的城市電網(wǎng)。例如：早在1999年中電聯(lián)供電分會(huì)發(fā)表的“北京電網(wǎng)實(shí)施城網(wǎng)建設(shè)和改造的規(guī)劃原則”中表明：北京市區(qū)內(nèi)電壓等級(jí)按500kV、220kV、110kV、10kV(20kV)設(shè)計(jì)，其中新建開(kāi)發(fā)區(qū)可選20kV電壓等級(jí)。
2、國(guó)內(nèi)城市軌道交通中壓網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及發(fā)展思路
以往，因國(guó)家城鄉(xiāng)電網(wǎng)中沒(méi)有采用20kV這一電壓等級(jí)，相應(yīng)的開(kāi)關(guān)柜等20kV設(shè)備，也沒(méi)有跟上發(fā)展。在這樣的大環(huán)境下，要在城市軌道交通工程中使用20kV電壓級(jí)，是比較困難和不現(xiàn)實(shí)的。因而，國(guó)內(nèi)既有城市軌道交通的中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)采用了35kV(若采用國(guó)外設(shè)備則是33kV)或10kV。北京地鐵、天津地鐵、長(zhǎng)春軌道交通環(huán)線一期工程、大連快速軌道交通3號(hào)線的中壓網(wǎng)絡(luò)為10kV；上海地鐵1、2號(hào)線的牽引網(wǎng)絡(luò)采用了33kV，動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)采用了10kV；上海地鐵明珠線的牽引網(wǎng)絡(luò)采用了35kV，動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)采用了10kV；廣州地鐵1、2號(hào)線采用了33kV的牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)；南京地鐵南北線一期工程、深圳地鐵采用了35kV的牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)；武漢軌道交通一期工程、重慶軌道交通較新線工程采用了10kV的牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)。
然而，隨著城鄉(xiāng)電力消費(fèi)的增長(zhǎng)，發(fā)展城鄉(xiāng)20kV配電網(wǎng)已提到議事日程上來(lái)。20kV是目前公認(rèn)的具有發(fā)展前景的挑選電壓級(jí)。20kV開(kāi)關(guān)柜、變壓器、電力電纜等一系列設(shè)備，也實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化。
近年已頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB156—93中表明，20kV也是可使用的電壓級(jí)。另外，已經(jīng)完成送審稿的《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：地鐵中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)可采用35kV(33kV)、20kV、10kV。因此，在我國(guó)城鄉(xiāng)電網(wǎng)及20kV設(shè)備這個(gè)大環(huán)境，已經(jīng)發(fā)生變化的情況下，在城市軌道交通中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)選用上，也應(yīng)該拓寬思路，認(rèn)真比較，優(yōu)化選用。換言之，不能僅局限于以往的35kV(33kV)和10kV框框，應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，20kV也是可用的，并已成為一個(gè)備選電壓級(jí)。這是因?yàn)椋撼鞘熊壍澜煌ü╇娤到y(tǒng)，尤其是集中式供電系統(tǒng)，與其他公用用戶相比，相對(duì)獨(dú)立，自成系統(tǒng)。無(wú)論從施工建設(shè)，還是運(yùn)營(yíng)管理、養(yǎng)護(hù)維修等均相對(duì)獨(dú)立。從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)，城市軌道交通中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)不一定與外部電網(wǎng)電壓等級(jí)相一致。實(shí)際上，上海地鐵、廣州地鐵，已采用了國(guó)外的33kV設(shè)備，而我國(guó)電壓等級(jí)是35kV，并非33kV。另外，象南京地鐵、深圳地鐵采用的35kV，也是這兩座城市市區(qū)電網(wǎng)所要取消的電壓級(jí)。換言之，在城市軌道交通中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)與外部市網(wǎng)電壓等級(jí)的關(guān)系上，是采用35kV還是采用33kV或者20kV，其性質(zhì)和概念上是一樣的。
3、不同電壓等級(jí)的中壓網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)
(1)35kV中壓網(wǎng)絡(luò)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電壓級(jí)。輸電容量較大、距離較長(zhǎng)；設(shè)備來(lái)源國(guó)內(nèi)；設(shè)備體積較大，占用變電所面積較大，不利于減小車(chē)站體量；設(shè)備價(jià)格適中；國(guó)內(nèi)沒(méi)有環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)，因而不能用(相對(duì)于斷路器柜)價(jià)格較便宜的環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)，構(gòu)成接線與保護(hù)簡(jiǎn)單、操作靈活的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)；廣州地鐵、上海地鐵已經(jīng)采用。
(2)33kV中壓網(wǎng)絡(luò)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電壓級(jí)。輸電容量較大、距離較長(zhǎng)，基本與35kV一致；設(shè)備來(lái)源國(guó)外，不利于國(guó)產(chǎn)化；國(guó)外開(kāi)關(guān)設(shè)備體積較小、價(jià)格較高，廣州、上海地鐵已經(jīng)采用；國(guó)外C－GIS產(chǎn)品有環(huán)網(wǎng)單元。
(3)20kV中壓網(wǎng)絡(luò)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電壓級(jí)。輸電容量及距離適中，比10kV系統(tǒng)大。設(shè)備實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化；引進(jìn)MG、ALSTHOM等技術(shù)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，體積較小，占用變電所面積遠(yuǎn)小于國(guó)產(chǎn)35kV設(shè)備，有利減小車(chē)站體量，節(jié)省土建投資；價(jià)格適中；有環(huán)網(wǎng)單元，能構(gòu)成接線與保護(hù)簡(jiǎn)單、操作靈活的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)；國(guó)內(nèi)地鐵尚沒(méi)有采用，但國(guó)外地鐵多有采用。
(4)10kV中壓網(wǎng)絡(luò)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電壓級(jí)。輸電容量較小、距離較短；設(shè)備來(lái)源國(guó)內(nèi)；設(shè)備體積適中；設(shè)備價(jià)格較低；環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)技術(shù)成熟、運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)豐厚，可用其構(gòu)成保護(hù)簡(jiǎn)單、操作靈活的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)；國(guó)內(nèi)外地鐵廣為采用。
4、不同電壓等級(jí)的中壓網(wǎng)絡(luò)的綜合比較
三、中壓網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成
1、概述
對(duì)于集中式外部電源方案，牽引網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)，可以采用相對(duì)獨(dú)立的形式，即牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，也可以共用同一個(gè)中壓網(wǎng)絡(luò)，即牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于分散式外部電源方案，采用牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)。
牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：牽引網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)，兩者相對(duì)獨(dú)立、相互影響較??；35(33)kV較高的電壓級(jí)與較重的牽引負(fù)載相適用，而10kV較低的電壓級(jí)則與較小的動(dòng)力照明負(fù)荷相適用。
牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)：供電系統(tǒng)的整體性比較好，設(shè)備布置可以統(tǒng)籌考慮。
牽引網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)，可以采用同一個(gè)電壓級(jí)，也可以采用兩個(gè)不同電壓級(jí)。
目前，我國(guó)城市軌道交通工程有的采用了牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)，有的則采用了牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)；國(guó)外有的地鐵采用了牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)。
2、中壓網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成原則
(1)滿足安全的供電要求；
(2)滿足潮流計(jì)算要求，即設(shè)備容量及電壓降要滿足要求；
(3)滿足負(fù)荷分配平衡的要求；
(4)滿足繼電保護(hù)的要求；
(5)滿足運(yùn)行管理、倒閘操作的要求；
(6)每一個(gè)牽引變電所、降壓變電所均應(yīng)有兩路電源；
(7)系統(tǒng)接線方式盡量簡(jiǎn)單；
(8)供電分區(qū)應(yīng)就近引入電源，必要時(shí)可從負(fù)荷中心處引入電源，盡量避免返送電；
(9)全線牽引變電所、降壓變電所的主接線盡量一致；
(10)滿足設(shè)備選型要求。
3、集中式外部電源方案下的中壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
(1)獨(dú)立35(33)kV牽引網(wǎng)絡(luò)＋獨(dú)立10kV動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)的接線方式
1)35(33)kV牽引網(wǎng)絡(luò)的接線方式
當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)為兩個(gè)不同電壓級(jí)時(shí)，35(33)kV牽引網(wǎng)絡(luò)的常用接線方式，如插圖一所示。這些基本接線方式可以分成A、B、C、D四種類(lèi)型。
lA型：牽引變電所主接線為單母線；牽引變電所的進(jìn)線與出線，均采用斷路器；牽引變電所的兩路電源，來(lái)自于同一個(gè)主變電所的不同母線；該類(lèi)型接線適用于位于線路起始部分、線路終端部分、主變電所附近的牽引變電所電源引入。
lB型：牽引變電所主接線為單母線；牽引變電所的進(jìn)線與出線，均采用斷路器；兩個(gè)牽引變電所為一組；這一組牽引變電所的兩路電源，來(lái)自于同一個(gè)主變電所的不同母線，每個(gè)牽引變電所均從主變電所接入一路主電源，兩個(gè)牽引變電所通過(guò)聯(lián)絡(luò)電纜實(shí)現(xiàn)電源互為備用；該類(lèi)型接線適用于位于線路起始部分、線路終端部分的牽引變電所電源引入。
lC型：牽引變電所主接線為單母線；牽引變電所的進(jìn)線與出線，均采用斷路器；兩個(gè)牽引變電所為一組；這一組牽引變電所的兩路電源，來(lái)自于不同的主變電所，左側(cè)牽引變電所從左側(cè)主變電所接入一路主電源，右側(cè)牽引變電所從右側(cè)主變電所接入一路主電源，兩個(gè)牽引變電所通過(guò)聯(lián)絡(luò)電纜實(shí)現(xiàn)電源互為備用；該類(lèi)型接線適用于位于兩個(gè)主變電所之間的牽引變電所電源引入。
lD型：牽引變電所主接線為單母線；牽引變電所的進(jìn)線與出線，均采用斷路器；牽引變電所的兩路電源，來(lái)自于左右兩側(cè)不同的主變電所；該類(lèi)型接線適用于位于兩個(gè)主變電所之間的牽引變電所電源引入。
2)10kV動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)的接線方式
當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)為兩個(gè)不同電壓級(jí)時(shí)，10kV動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)的基本接線方式，如插圖二所示。
全線的降壓變電所被分成若干個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)地下站；每一個(gè)供電分區(qū)均從主變電所(或中心降壓變電所)的35(33)/10kV主變壓器，就近引入兩路10kV電源；中壓網(wǎng)絡(luò)采用雙線雙環(huán)網(wǎng)接線方式；相鄰供電分區(qū)間通過(guò)環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)；降壓變電所主接線采用分段單母線形式；降壓變電所進(jìn)線開(kāi)關(guān)采用斷路器。該接線方式運(yùn)行靈活。
(2)35(33)kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)的接線方式
當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)采用一個(gè)電壓級(jí)時(shí)，35(33)kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)的基本接線方式，如插圖三所示。
在有牽引變電所的車(chē)站，牽引變電所與降壓變電所合建成牽引降壓混合變電所，對(duì)大型地下車(chē)站，除牽引降壓混合變電所或降壓變電所外，還會(huì)設(shè)置跟隨式降壓變電所。
全線的牽引降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)地下站；每一個(gè)供電分區(qū)均從主變電所的不同母線就近引入兩路35(33)kV電源；中壓網(wǎng)絡(luò)采用雙線雙環(huán)網(wǎng)接線方式，牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)均采用斷路器；兩個(gè)主變電所之間的供電分區(qū)間通過(guò)環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)，其他供電分區(qū)間可以不設(shè)聯(lián)絡(luò)電纜。牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的主接線，均采用分段單母線形式。
該接線方式運(yùn)行靈活。35(33)kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)，因其輸電容量大、距離長(zhǎng)，因而更適合于地下線路。
(3)10kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)的接線方式
當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)采用一個(gè)電壓級(jí)時(shí)，10kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)的基本接線方式，如插圖四所示。
全線的牽引降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)車(chē)站；每一個(gè)供電分區(qū)均從主變電所的不同母線就近引入兩路10kV電源(對(duì)于地面線路，供電分區(qū)的來(lái)自于主變電所的兩路10kV電源也可以從牽引變電所處引入，不一定就近引入)。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線均采用分段單母線形式。地下降壓變電所主接線可采用分段單母線形式，地面降壓變電所主接線則可以采用兩段母線形式，同一工程的地下降壓變電所與地面降壓變電所主接線，應(yīng)盡量一致。地面降壓變電所的配電變壓器，也可以采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)－熔斷器組合電器保護(hù)。
中壓網(wǎng)絡(luò)采用雙線雙環(huán)網(wǎng)接線方式。牽引降壓混合變電所、牽引變電所的環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)均采用斷路器；地面降壓變電所的環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)可以采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)，地面降壓變電所的配電變壓器，也可以采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)－熔斷器組合電器保護(hù)。如果兩個(gè)主變電所10kV母線間設(shè)有專門(mén)的聯(lián)絡(luò)電纜，那么兩個(gè)主變電所之間的供電分區(qū)間不必再設(shè)聯(lián)絡(luò)電纜；同一個(gè)主變電所供電范圍內(nèi)的供電分區(qū)間可以不設(shè)聯(lián)絡(luò)電纜(尤其是當(dāng)這些供電分區(qū)分別只有一個(gè)牽引變電所時(shí))。
該接線方式運(yùn)行靈活。10kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)，因其輸電容量小、距離短，因而更適合于地面線路。
(4)20kV牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)的接線方式
當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)采用一個(gè)電壓級(jí)時(shí)，除前面已經(jīng)分析的35(33)kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)、以及10kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)外，伊朗德黑蘭地鐵采用了20kV牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，即牽引網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)相對(duì)獨(dú)立，但均為20kV電壓級(jí)。該接線方式如圖五所示。
20kV牽引網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成方式為：兩個(gè)63/20kV主變電所之間的牽引變電所，以相互間隔的方式分成兩組，每一組均以類(lèi)似于(開(kāi)環(huán)運(yùn)行的)單線單環(huán)網(wǎng)接線方式，分別從兩個(gè)主變電所各引入一個(gè)20kV電源，即這些牽引變電所從兩個(gè)主變電所各取得一路20kV電源。位于線路端頭的牽引變電所，則以傳統(tǒng)的(開(kāi)環(huán)運(yùn)行的)雙線雙環(huán)網(wǎng)接線方式，從一個(gè)就近主變電所的不同母線取得兩路20kV電源。
20kV動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成方式為：全線的降壓變電所被分成若干個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)一般不超過(guò)4個(gè)地下站；每一個(gè)供電分區(qū)均從主變電所的不同母線以類(lèi)似于(開(kāi)環(huán)運(yùn)行的)雙線雙環(huán)網(wǎng)接線方式就近引入兩路20kV電源。兩個(gè)供電分區(qū)間可以設(shè)聯(lián)絡(luò)電纜。
牽引變電所的主接線采用分段單母線形式，即設(shè)有兩段環(huán)網(wǎng)電源母線及一段牽引電源母線。降壓變電所的主接線采用兩段母線形式。牽引變電所與降壓變電所的電源進(jìn)線均采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)作為環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)。降壓變電所的配電變壓器，采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)－熔斷器組合電器保護(hù)。
該接線方式的特點(diǎn)是，實(shí)現(xiàn)了以“負(fù)荷開(kāi)關(guān)”構(gòu)成環(huán)網(wǎng)接線，保護(hù)簡(jiǎn)單；另外牽引網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)相互影響小。但是由于牽引網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)的分離，以及牽引網(wǎng)絡(luò)采用了單線單環(huán)網(wǎng)接線方式，導(dǎo)致區(qū)間中壓電纜過(guò)多。
4、分散式外部電源方案下的中壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成
對(duì)分散式外部電源方案，中壓網(wǎng)絡(luò)采用10kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)，基本接線方式有以下四種。下面逐一分析其構(gòu)成特點(diǎn)。
(1)接線方式一
接線方式如插圖六所示。
全線的牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所被分成若干個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)地下站；每一個(gè)供電分區(qū)均從城市電網(wǎng)就近引入兩路10kV電源；中壓網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式，牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)均采用斷路器；兩個(gè)相鄰供電分區(qū)間通過(guò)兩路環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)。牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的主接線，均采用分段單母線形式。
該接線方式運(yùn)行靈活。為同一個(gè)供電分區(qū)供電的從城市電網(wǎng)引來(lái)的兩路10kV電源，可以來(lái)自不同的地區(qū)變電所，也可以來(lái)自同一地區(qū)變電所。該方式要求城市電網(wǎng)有比較多的10kV電源點(diǎn)。
(2)接線方式二
接線方式如插圖七所示。
全線的牽引降壓混合變電所(或牽引變電所)，每?jī)蓚€(gè)分成一組。每一組均從城市電網(wǎng)引入兩路10kV電源，分別作為兩個(gè)牽引降壓混合變電所的主電源，同時(shí)同一組的兩個(gè)牽引降壓混合變電所間設(shè)雙路聯(lián)絡(luò)電纜，實(shí)現(xiàn)電源互為備用。相鄰兩組牽引降壓混合變電所之間設(shè)單路聯(lián)絡(luò)電纜，增加系統(tǒng)的供電性。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線，均采用分段單母線形式。無(wú)牽引變電所的地面車(chē)站，其降壓變電所，可按跟隨式降壓變電所考慮。無(wú)牽引變電所的地下車(chē)站，其降壓變電所的10kV電源可以由相鄰兩組間的單路聯(lián)絡(luò)電纜提供(該降壓變電所應(yīng)采用分段單母線主接線)。
該接線方式比較簡(jiǎn)潔。該方式對(duì)城市電網(wǎng)10kV電源點(diǎn)的數(shù)量要求不多，但要求每組從城市電網(wǎng)引來(lái)的兩路10kV電源應(yīng)來(lái)自不同地區(qū)變電所，以增加供電的性。該接線方式適合于地面線路。
(3)接線方式三
接線方式如插圖八所示。
全線的牽引降壓混合變電所(或牽引變電所)，前后關(guān)聯(lián)，渾然一體。除一個(gè)牽引降壓混合變電所從城市電網(wǎng)直接引入兩路10kV電源以外，其他牽引降壓混合變電所均從城市電網(wǎng)引入一路10kV電源，這路電源既是本變電所的主電源，又是前一個(gè)變電所的備用電源，換言之，當(dāng)前變電所的主電源直接來(lái)自城市電網(wǎng)的10kV電源，而備用電源則來(lái)自于下一個(gè)變電所。依次類(lèi)推，一個(gè)變電所則需要從城市電網(wǎng)引入兩路10kV電源。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線，均采用分段單母線形式。對(duì)于無(wú)牽引變電所的車(chē)站，其降壓變電所，可按跟隨式降壓變電所考慮。
該接線方式最為簡(jiǎn)潔。N個(gè)變電所需要N＋1路10kV電源，相鄰變電所間只有一路聯(lián)絡(luò)電源。該方式對(duì)城市電網(wǎng)10kV電源點(diǎn)的數(shù)量要求不多，但要求這些城市電網(wǎng)引來(lái)的10kV電源應(yīng)來(lái)自不同地區(qū)變電所，以增加供電的性。該接線方式適合于地面線路。
(4)接線方式四
接線方式如插圖九所示。
全線的牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所被分成若干個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)一般不超過(guò)4個(gè)車(chē)站。每一個(gè)供電分區(qū)由一個(gè)電源開(kāi)閉所供電，每個(gè)電源開(kāi)閉所均從城市電網(wǎng)就近引入兩路10kV電源。
該電源開(kāi)閉所可以獨(dú)立設(shè)置，也可以與就近的牽引變電所合建。若電源開(kāi)閉所采用獨(dú)立設(shè)置方式，則需與規(guī)劃部門(mén)配合協(xié)調(diào)，另外該方式的土建投資與設(shè)備投資都比合建方式要大，故該方式，僅在地面線可以考慮。
插圖九表示的是電源開(kāi)閉所與牽引變電所合建情況。合建處的牽引整流機(jī)組及配電變壓器，由電源開(kāi)閉所直接供電。對(duì)于電源開(kāi)閉所之間的某些牽引降壓混合變電所，其電源分別來(lái)自與左右兩側(cè)的電源開(kāi)閉所，并通過(guò)在這些牽引降壓混合變電所的牽引母線段上設(shè)置與電源開(kāi)閉所間的專用聯(lián)絡(luò)電纜，將相鄰的兩個(gè)電源開(kāi)閉所聯(lián)系起來(lái)；對(duì)于不參與這種開(kāi)閉所聯(lián)絡(luò)的牽引降壓混合變電所，其電源就近來(lái)自同一個(gè)電源開(kāi)閉所。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線，均采用分段單母線形式。降壓變電所的主接線可按跟隨式降壓變電所考慮。
該接線方式比較復(fù)雜。為同一電源開(kāi)閉所供電的兩路市網(wǎng)10kV電源，好來(lái)自于不同的地區(qū)變電所。該方式對(duì)城市電網(wǎng)10kV電源點(diǎn)的數(shù)量要求不多。
四、一種新型接線方式研究－20kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)
通過(guò)對(duì)前面各種接線方式的分析，對(duì)于集中式外部供電方案，本文現(xiàn)提出提出一種新型接線方式：20kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)。接線方式如插圖十所示。
全線的牽引降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)一般不超過(guò)3個(gè)地下站；每一個(gè)供電分區(qū)均從主變電所的不同母線就近引入兩路20kV電源(對(duì)于地面線路，供電分區(qū)的來(lái)自于主變電所的兩路20kV電源也可以從牽引變電所處引入，不一定就近引入)。
牽引降壓混合變電所、牽引變電所的主接線均采用分段單母線形式，即設(shè)有兩段環(huán)網(wǎng)電源母線及一段牽引電源母線，牽引母線與兩段環(huán)網(wǎng)電源母線間設(shè)有進(jìn)線斷路器，任何時(shí)候只允許一個(gè)進(jìn)線斷路器處于合閘位置，另一進(jìn)線斷路器投入的條件是“失壓自投，過(guò)流閉鎖”。兩套牽引整流機(jī)組均接入牽引母線段，牽引降壓混合變電所的兩臺(tái)配電變壓器則分別接入兩段環(huán)網(wǎng)電源母線段。降壓變電所主接線采用分段單母線形式，配電變壓器可以采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)－熔斷器組合電器保護(hù)。
中壓網(wǎng)絡(luò)采用雙線雙環(huán)網(wǎng)接線方式。牽引降壓混合變電所、牽引變電所、降壓變電所的環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)均采用負(fù)荷開(kāi)關(guān)。兩個(gè)主變電所之間的供電分區(qū)間通過(guò)環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)，其他供電分區(qū)間可以不設(shè)聯(lián)絡(luò)電纜。
該接線方式較大特點(diǎn)分析：前面已經(jīng)介紹過(guò)，傳統(tǒng)的10kV動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)、10kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)、35(33)kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)，盡管也采用了環(huán)網(wǎng)接線方式，但除了10kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)中的降壓變電所可采取了“負(fù)荷開(kāi)關(guān)”外，基本上是以“斷路器”
作為環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)。這樣，當(dāng)變電所主接線采用分段單母線時(shí)，那么當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)發(fā)生故障，(多個(gè))環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)跳閘以后，故障處理及等待備用電源投入的時(shí)間就比較長(zhǎng)，這是傳統(tǒng)環(huán)網(wǎng)接線方式的弊端。而這里提出的20kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)，其較大構(gòu)成特點(diǎn)是利用20kV負(fù)荷開(kāi)關(guān)作為環(huán)網(wǎng)進(jìn)線開(kāi)關(guān)，同時(shí)設(shè)置了兩段環(huán)網(wǎng)電源母線。
該接線方式較大優(yōu)點(diǎn)分析：當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)中的一路環(huán)網(wǎng)電纜故障時(shí)，主變電所中相應(yīng)的20kV饋出斷路器將跳閘，相關(guān)牽引變電所的主進(jìn)線斷路器也將失壓跳閘，隨之備用進(jìn)線斷路器將自動(dòng)投入，保障對(duì)牽引整流機(jī)組的不間斷供電。這就克服了傳統(tǒng)的10kV動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)、10kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)、35(33)kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)環(huán)網(wǎng)接線方式的弊端。另外，該20kV接線方式與德黑蘭地鐵的20kV牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)相比，除保護(hù)簡(jiǎn)單、運(yùn)行操作靈活以外，接線更簡(jiǎn)單，投資更經(jīng)濟(jì)。南京地鐵南北線一期工程、武漢軌道交通一期工程、杭州市軌道交通一號(hào)線工程等前期研究工作，都充分表明了這一點(diǎn)。
五、結(jié)束語(yǔ)
目前環(huán)網(wǎng)接線方式，越來(lái)越受到重視，并且已在許多城市和地區(qū)積極推廣應(yīng)用。同時(shí)，20kV也逐漸成為城市中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓級(jí)，并且已成為地鐵中壓網(wǎng)絡(luò)的標(biāo)準(zhǔn)電壓級(jí)。另外，加上20kV環(huán)網(wǎng)設(shè)備已逐步走向國(guó)產(chǎn)化。在這種形勢(shì)下，我國(guó)城市軌道交通領(lǐng)域，在供電系統(tǒng)中壓網(wǎng)絡(luò)方面，應(yīng)拓寬思路，認(rèn)真研究，積極探討采用20kV牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)的工程實(shí)施，尤其是對(duì)那些新建城市軌道交通的城市。
