跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)研究

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隨著社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們對交通運(yùn)輸?shù)谋憷砸笤絹碓礁撸缱?a href="http://www.ushengzhilian.com/lunwen/gclw/jtgclw/202101/734842.html" target="_blank">單軌交通系統(tǒng)由于自身獨(dú)特的優(yōu)勢，在城市交通工程建設(shè)中受到廣泛關(guān)注[1]。與其他交通工程供電系統(tǒng)不同，跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)通過對電能的分級化，可以有效分配電能，充分滿足列車及相關(guān)設(shè)備設(shè)施的電能需求，可有效保障跨座式單軌交通系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。

1跨座式單軌交通的特點(diǎn)

跨座式單軌列車從車型上看，不同的企業(yè)研發(fā)的列車車型具有較大差異。當(dāng)前，在市場中主要有Hitachi研發(fā)的高低板雙軸類型以及Bombardier研發(fā)的中低底板單軸類型，還有其他的一些列車制造商，研發(fā)的列車同樣具備一定的獨(dú)特性。雙軸車型相應(yīng)的車軸重量較小，列車內(nèi)部的底板較為平整，列車內(nèi)部的視野范圍也相對較大，但由于車軸較高，使得列車重心較高，穩(wěn)定性較差。中、低地板列車由于軸心較低，車軸的重量較大，列車內(nèi)部的視野范圍也相對較小，但這一類型列車具有較好的外觀曲線。跨座式單軌交通系統(tǒng)主要是鋪設(shè)在一條高架軌道上，能夠有效滿足城市交通運(yùn)輸需求，由于其主要運(yùn)行在高架上，不會影響地面交通，也不會被地面交通擁堵問題所影響。跨座式單軌交通系統(tǒng)具有較強(qiáng)的地形適應(yīng)性，列車在運(yùn)行中噪聲較小，相應(yīng)的技術(shù)難度較低，系統(tǒng)施工不用花費(fèi)過長的時間。在具體施工過程中，投資成本更低，有較好的經(jīng)濟(jì)效益。因此，跨座式單軌交通系統(tǒng)除了可以應(yīng)用在名勝景區(qū)中，還可以作為城市主要軌道交通線。

2跨座式單軌供電系統(tǒng)功能與組成

2.1供電系統(tǒng)功能。為有效保障跨座式單軌交通的安全、可靠運(yùn)行，應(yīng)確保相應(yīng)供電系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，保證充足的電能供應(yīng)。在跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)運(yùn)行中，為保障單軌列車的正常運(yùn)行，確保乘客乘坐列車的良好環(huán)境，需要為自動扶梯、自動售檢票、屏蔽門、空調(diào)設(shè)施、信號、通信、消防設(shè)施以及相關(guān)照明裝置提供電能，以保證跨座式單軌交通整個系統(tǒng)的正常運(yùn)行。供電系統(tǒng)是跨座式單軌交通系統(tǒng)的基礎(chǔ)，是這一系統(tǒng)運(yùn)行中最關(guān)鍵的能源設(shè)施。為充分保障跨座式單軌交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行，應(yīng)確保相應(yīng)的供電系統(tǒng)功能齊全、調(diào)度方便、技術(shù)先進(jìn)、安全可靠以及經(jīng)濟(jì)合理等。同時，供電系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具備如下功能：全方位的服務(wù)功能、顯示和計(jì)量工程、故障自救功能、防止誤操作的功能、遠(yuǎn)程控制功能、電磁兼容功能、方便靈活的調(diào)度功能、完善的控制功能、系統(tǒng)的自我保護(hù)功能等。2.2供電系統(tǒng)組成。跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)主要由供電設(shè)備與供電線路組成，其中供電設(shè)備有牽引降壓混合變電所、降壓變電所。降壓變電所主要為跨座式單軌交通系統(tǒng)相應(yīng)的車站和交通區(qū)間內(nèi)，提供380V/220V的動力能源以及照明的電能。牽引降壓混合變電所具備降壓變電所相應(yīng)的功能，還向相應(yīng)的供電線路提供直流1500V牽引電源。在安裝供電設(shè)備時，需要安裝基礎(chǔ)預(yù)埋件、接地干線、橋支架以及相應(yīng)的直流設(shè)備，做好電纜的敷設(shè)以及二次接線等工作。關(guān)于供電系統(tǒng)的供電線路，主要有接觸網(wǎng)和環(huán)網(wǎng)。在跨座式單軌交通工程中，供電系統(tǒng)的接觸網(wǎng)主要采用在軌道梁的側(cè)面進(jìn)行剛性的接觸懸掛方式，相應(yīng)的電壓等級是直流1500V。作為跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)中重要的組成部分，接觸網(wǎng)可以將相應(yīng)的電能穩(wěn)定輸送到列車中，能夠充分保障列車的穩(wěn)定、安全運(yùn)行。在供電線路施工中，需要對PC梁進(jìn)行測量，安裝相應(yīng)的絕緣子、匯流排、接觸線以及電纜支架，還需要安裝接地板、敷設(shè)相應(yīng)的環(huán)網(wǎng)電纜、對懸掛進(jìn)行調(diào)整、制作相應(yīng)的電纜頭等。

3跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

3.1主變電所技術(shù)特點(diǎn)。跨座式單軌交通系統(tǒng)工程建設(shè)中，主變電所建設(shè)是保障整個系統(tǒng)正常運(yùn)行的基礎(chǔ)。主變電所作為跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)中的專用變電站，其主要作用是從城市電網(wǎng)中獲取相應(yīng)的電力，并將城市電網(wǎng)中的高電壓轉(zhuǎn)化為適合跨座式單軌交通供電系統(tǒng)運(yùn)行的電壓，保障單軌交通的正常運(yùn)行。跨座式單軌交通供電系統(tǒng)主要采用了集中供電的方式，以跨座式單軌交通為例，在交通線設(shè)有2座主變電所，采用線路變壓器進(jìn)行接線處理，應(yīng)充分考慮每一臺主變壓器相應(yīng)的容量和電源的進(jìn)線，確保該變電站在相應(yīng)的供電范圍之內(nèi)，能夠獨(dú)立承擔(dān)相應(yīng)的一級負(fù)荷和二級負(fù)荷的供電，確保主變電站在發(fā)生緊急情況時，具備良好相互支援的能力。3.2中壓環(huán)網(wǎng)技術(shù)特點(diǎn)。在跨座式單軌交通供電系統(tǒng)中，主變電所與單軌交通變電所通過中壓環(huán)路連接，電能通過電纜被輸送到單軌上，以保障單軌的用電。在跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，供電所使用的是2級電壓制，中壓網(wǎng)絡(luò)則通過10kV分區(qū)環(huán)網(wǎng)的方式對單軌交通供電。一個供電分區(qū)最多有三個變電所組成，應(yīng)在環(huán)網(wǎng)中分段設(shè)置開關(guān)，運(yùn)行正常時，保持開關(guān)斷開；在緊急情況下，閉合開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)有效的相互支援。采用分區(qū)環(huán)網(wǎng)供電方式，相應(yīng)的損耗小，具有較強(qiáng)的可靠性，這一方式所采用的光纜更少，便于管理，充足的空間有利于后續(xù)同程電源的續(xù)建。3.3牽引供電技術(shù)特點(diǎn)。作為牽引供電所的核心，需要確保牽引系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。在牽引變電所位置的選擇上，應(yīng)進(jìn)行充分的理論計(jì)算，綜合考慮多方面因素后確定相應(yīng)的地址。跨座式單軌交通工程建設(shè)中，在某處交通線上設(shè)有5座正線牽引變電所及有待維修的牽引變電所1座。牽引變電所之間組成一個牽引網(wǎng)，相應(yīng)的列車所采用的供電制式是DC1500V，因此，牽引網(wǎng)相應(yīng)的額定電壓也應(yīng)當(dāng)為DC1500V。應(yīng)控制好電壓波動范圍，確保其處于1~1.8kV區(qū)間內(nèi)，牽引網(wǎng)的設(shè)置主要采用的是軌道梁側(cè)面剛性接觸的懸掛式。為有效保證列車的用電需要，確保穩(wěn)定供電，相應(yīng)的牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)相對簡單且安裝方便，維修和運(yùn)營較為便捷。3.4變配電技術(shù)特點(diǎn)。跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)建設(shè)中，應(yīng)滿足另外一些裝置的用電需求。為有效保障相關(guān)裝置的用電負(fù)荷供電，需要應(yīng)用變配電系統(tǒng)。變配電系統(tǒng)主要有動力照明和降壓變電所這兩個部分組成，動力照明系統(tǒng)采用380V/220V（TN-S系統(tǒng)）的配電。在這一系統(tǒng)中，如果一級負(fù)荷采用雙電源、雙電纜，在供電末端能夠?qū)崿F(xiàn)自動切換以及來電自復(fù)的方案。二級負(fù)荷所采用的則是雙電源、雙電纜的供電方案。三級負(fù)荷采用的是單電源、單電纜的供電方案。降壓變電所與牽引變電所在車站中一起構(gòu)建，進(jìn)而建設(shè)成1座牽引降壓混合變電所，但一般在基地的一側(cè)設(shè)置1座跟隨式降壓變電所。2臺降壓變電所通常會分列運(yùn)行，當(dāng)其中一臺出現(xiàn)故障問題時，會立即自動切除三級負(fù)荷，另一臺變壓器可以承擔(dān)起相應(yīng)范圍內(nèi)1、2級的負(fù)荷供電要求。3.5電力監(jiān)控。在跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)建設(shè)中，不應(yīng)忽視對電力供應(yīng)安全的監(jiān)控系統(tǒng)建設(shè)，應(yīng)用相應(yīng)的電力監(jiān)控系統(tǒng)，保障供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。在跨座式單軌交通工程供電系統(tǒng)中，采用的電力監(jiān)控系統(tǒng)主要由控制中心主站、變電綜合自動化以及通道3個方面組成。電力監(jiān)控系統(tǒng)主要通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)監(jiān)控操作，通過在相應(yīng)區(qū)域內(nèi)以雙以太網(wǎng)為基礎(chǔ)構(gòu)建局域網(wǎng)的方式，可以有效保障相互之間的備用，在主監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障問題時，可以應(yīng)用備用的監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)，充分保障對電力系統(tǒng)的有效監(jiān)控。3.6再生制動能量吸收裝置。在跨座式單軌交通工程建設(shè)中，列車所采用的制動方式有空氣制動與再生制動兩種，可以實(shí)現(xiàn)有效的協(xié)調(diào)制動。在運(yùn)行過程中，主要采用的是再生制動方式，單軌交通工程中相應(yīng)的列車在設(shè)計(jì)時速時，最高為80km/h，再生制動主要被應(yīng)用在列車運(yùn)行中以及進(jìn)站前。應(yīng)用再生制動時，通常會產(chǎn)生再生能量，如果行車較少，便難以充分利用這部分能量，使?fàn)恳W(wǎng)中相應(yīng)的電壓升高，嚴(yán)重威脅相關(guān)設(shè)備的安全運(yùn)營。為解決這一問題，可以采用能量吸收和反饋的方式處理再生能量。采用反饋的方式，可以實(shí)現(xiàn)對相應(yīng)能量的再回收利用，但相應(yīng)的成本較高，能量的回收質(zhì)量較低，因此，在本次工程建設(shè)中采用能量吸收的方式。可以在地面設(shè)置能量吸收裝置，將列車運(yùn)行中所產(chǎn)生的再生能量充分吸收，有效保障牽引網(wǎng)電壓的穩(wěn)定性。3.7綜合接地。在某跨座式單軌交通工程建設(shè)中，由于工程所在區(qū)段的特殊性，相應(yīng)的土壤具有高電阻率，造成了相應(yīng)的接地電阻難以達(dá)到較低的水平。同時，由于工程所在區(qū)域人員密集，可以設(shè)置接地裝置的地點(diǎn)相對較少，難以進(jìn)行有效的接地處理。為有效解決這一問題，可以采用綜合接地系統(tǒng)，綜合接地系統(tǒng)可以將車站相應(yīng)的建筑樁作為自然接地體，保證接地的效果，同時，這種裝設(shè)方式更加的經(jīng)濟(jì)合理，能夠有效節(jié)約資金投入。

4結(jié)語

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，城市軌道交通基礎(chǔ)建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大，跨座式單軌交通以其良好的地形適應(yīng)能力，可以有效滿足地形較為復(fù)雜以及交通擁堵問題較為嚴(yán)重地區(qū)的交通運(yùn)輸需求。為充分保障跨座式單軌交通系統(tǒng)的正常運(yùn)行，需要確保相應(yīng)供電系統(tǒng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行，不斷提升供電系統(tǒng)的質(zhì)量水平，進(jìn)一步推動跨座式單軌交通工程的不斷發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]武農(nóng)，雷慧鋒，郭鍇.跨座式單軌作為中等規(guī)模城市軌道交通模式的適應(yīng)性分析[J].隧道建設(shè)，2015（7）：623-628.

作者:梁冬 單位:廣西柳州市軌道交通投資發(fā)展集團(tuán)有限公司運(yùn)營分公司