有轨电车供电系统负荷等级与外电源方案

参照既有的 相 关 规 范，确 定 一 级 负 荷 的 主 要 因 素 是在中断供 电 后，造 成 人 身 伤 亡、经 济 上 的 重 大 损 失、 重大政治影响或公共场所秩序严重混乱［1］。参照国内 的规范，有轨电 车 的 供 电 负 荷 等 级 被 列 为 交 流 电 源 的 一级或二级负荷 。 ［2］
1． 3 城市电网条件
选择二级负 荷 既 可 降 低 外 电 源 接 入 费 用，也 可 与 城市电网更 好 地 结 合。 如 果 选 择 一 级 负 荷，对 引 入 电 源的要求是来自城市电网不同的变电站或者同一个变 电站的 不 同 母 线。通 常，有 轨 电 车 外 电 源 的 间 距 在
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3． 2 进线电源处表计专用设备的安装
供电局对于 10 kV 用户有着严格的规章制度，特别 是对外电源 进 线 侧 表 计 及 其 他 设 备 的 安 装 。 因 此，在 外电源报装前应与供电局协商，达成一致意见，避免对 后期变电所 及 设 备 方 案 带 来 影 响。 另 外，不 同 地 区 对 设备的入网许可也有不同的要求，需要提前沟通，将供 电局对相关设 备 的 准 入 许 可 要 求，纳 入 到 设 备 的 招 标 文件范围内，从 而 避 免 因 缺 少 设 备 入 网 许 可 而 无 法 安 装、验收并送电的情况发生。
2． 2 外电源的报装容量
外电源容量的选择，一方面关系到方案的可行性， 另一方面也关系到初期建设的投资。笔者认为，考虑在
1 个电源失电时，外电源的容量宜满足非正常运行方式 下全线非高峰小时的供电负荷。如 按 照 330 元 / kVA 计算，每千米非 高 峰 小 时 供 电 负 荷 较 高 峰 小 时 供 电 负 荷减少 240 kVA 左右，相应减少 7． 9 万元 / km。
此外，在报装前需要考虑以下 3 个指标之间的关 系： 初近期正常运行方式下的容量； 初近期非正常运行 方式下的容量； 远期正常运行方式下的容量。在计算 上述 3 个容量的基础上，结合行车组织、客流预测、服 务水平，综合确定技术经济指标最优的方案。
2． 3 中压网络的接线方式
中压网络的 接 线 方 式，无 论 是 一 级 负 荷 还 是 二 级 负荷，在外电源方案的基础上，应选择与之相匹配的接 线方式，才能使 其 外 电 源 方 案 的 合 理 性 得 到 最 大 限 度 的发挥。浑南有轨电车在运行中选择了单环网接线方 式，每个供电分区引入一个外电源，相邻外电源之间设 置应急联络开关。
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有轨电车供电系统负荷等级与外电源方案
浑南有轨电车工程在实施阶段，所选择的柜型要求厂 家方案完全满足供电局计量表计的安装要求，同时，在进 线处依照地方运行习惯，加装了用户负荷控制设备。
3． 3 谐波与无功功率补偿
谐波与无功功率补偿是供电局对用户的两项主要 考核标准，其中 谐 波 在 电 源 引 入 点 需 满 足 国 家 相 关 规 范的要求。有轨电车变电所采用 12 脉波或等效 24 脉 波牵引整流机组，其理论的谐波为 11、13 等高次。通 过计算以及轨 道 交 通 多 年 的 运 行 经 验 可 以 得 知 ，有 轨 电车在电源点的谐波不会超过国家标准。对无功补偿 装置来说，一方 面 正 线 有 轨 电 车 用 电 负 荷 主 要 为 牵 引 供电负荷，极少量为低压照明和道岔驱动冲击负荷，因 此牵引负荷的功率因数远在 0． 9 之上； 另一方面，有轨 电车中压环网 电 缆 直 埋 或 穿 管 敷 设 在 路 基 范 围 内 ，它 对地电容 的 特 性 也 会 大 大 提 高 电 源 引 入 点 的 功 率 因 数，因此在正线变电所内可不设置无功功率补偿装置。 上述两项技术 指 标 需 要 与 供 电 局 进 行 方 案 沟 通，不 设 置上述两类设 备 既 可 降 低 变 电 所 的 投 资，也 能 减 少 变 电所的占地面积。
1． 2 制式特点
有轨电车运 行 在 室 外 环 境 下，车 辆 门 槛 低 地 板 设 置，门槛处踏板距离地面的高度为 380 mm； 车辆上配置 了车门紧急解 锁 装 置，一 旦 由 于 城 市 电 网 原 因 突 然 停 电，可以立即疏散乘客； 在空载状态下救援车辆，如果 车辆丧失动力，可以采用人员推动、储能装置驱动或救 援车辆牵引等方式，离开平交道口等重要区段，避免对 城市交通的影响［4］。
在多数情况 下，有 轨 电 车 供 电 系 统 负 荷 等 级 选 择 为二级负荷更为合适，主要考虑以下几个因素。
1． 1 运营特点
有轨电车作 为 一 种 公 共 交 通 工 具，通 常 在 城 市 既 有现状的基础 上 进 行 规 划 与 建 设，常 用 的 客 流 断 面 最 大为 9 000 人次 / h。有轨电车是城市公共交通体系的 一部分，当其由于城市电网的因素停止运行时，对公众出 行的影响并非是决定性的，对城市的整体运行也并非是冲 击性的； 而且，由于其路权条件的良好适应性，一旦发生停 运的情况，可通过租用社会公共交通资源，对有轨电车的 客流进行应急性支援，弱化对城市公共交通的冲击［3］。
B3
2． 229 1． 436 0． 099 0． 050 0． 446 0． 396
B4
2． 229 1． 436 0． 099 0． 050 0． 446 0． 396
B5
ห้องสมุดไป่ตู้
2． 565 1． 653 0． 114 0． 057 0． 513 0． 456
供电系统的外电源方案是有轨电车工程与城市电 网连接的技术纽带，外电源方案的可行性、技术性和经 济性不仅关系到城市电网对有轨电车供电系统的接纳 程度，也关系到 有 轨 电 车 初 期 建 设 阶 段 的 投 资 以 及 后 期供电系统运行的可靠性。在研究有轨电车外电源方 案的过程中，供 电 系 统 负 荷 等 级 的 选 择 是 确 定 外 电 源 方案的主要因素之一。
现阶段电气装备制造水平、制造工艺等都有了长足 的进步，且保持在一个较高、较为稳定的水平，在正常使 用过程中，通常设备较少发生单点性故障。此外，现阶 段城市电网已经能够确保城市用户有着较高的用电可 靠性，供电局内部也有一整套的考核及保障制度保证城 市电网用户的可靠用电，因此，即使是二级负荷，在非故 障停电的情况下，通过合理设置中压网络及运行方式， 也能够保证有轨电车供电系统的可靠运行［5］。
都市快轨交通·第 27 卷 第 2 期 2014 年 4 月
doi： 10． 3969 / j． issn． 1672 － 6073． 2014． 02． 028
现代有轨电车
有轨电车供电系统 负荷等级与外电源方案
张剑涛 杨 珂 杨 锐
（ 北京城建设计发展集团股份有限公司 北京 100037）
摘 要 从有轨电车供电系统外电源实施的角度出 发，通过实际工 程 中 有 轨 电 车 供 电 系 统 负 荷 等 级 的 确 定、外电源方案 的 要 点 以 及 报 装 过 程 中 需 要 注 意 的 问 题，提出有轨电车的负荷等级可以为一级或二级负荷， 应结合多方面的因素统一考虑。外电源方案应综合考 虑城网电源形式、容量以及接线方式等，并在报装阶段 注意表计、谐波等要点，从而使得有轨电车的供电网络 能够良好地融入到城市电网中，提供可靠的电源。 关键词 有轨电车； 供电系统； 外电源； 负荷等级 中图分类号 U271 文献标志码 A 文章编号 1672 － 6073（ 2014） 02 － 0113 － 03
收稿日期： 2014 － 01 － 03 修回日期： 2014 － 01 － 25 作者简介： 张剑 涛，男，工 程 师，从 事 轨 道 交 通 及 有 轨 电 车 的 设 计，
breadfree@163． com 基金项目： 北京市科委科技计划课题（ Z090506006309017）
1 负荷等级的选择
以谐波为例，沈阳有轨电车工程在设计阶段，按照远 期高峰小时负荷进行计算，计算结果如表 1、2 所示。
表 1 谐波电流实际值
A
变电所 B1
各次谐波电流 11 次 13 次 17 次 19 次 23 次 1． 030 0． 664 0． 046 0． 023 0． 206
25 次 0． 183
B2
2． 151 1． 386 0． 096 0． 048 0． 430 0． 382
都市快轨交通·第 27 卷 第 2 期 2014 年 4 月
5 ～ 8 km，城市电网的覆盖范围远大于有轨电车外电源 的间距。一方面，城市建成区的电力资源较为紧张； 另 一方面，除大型的工业类用电会提供专用线路外，多数 用户的用电负 荷 均 接 于 公 用 线 路 侧，无 论 是 从 上 级 变 电所的出线间 隔、馈 线 类 型，还 是 从 馈 线 的 容 量 来 说， 一级负荷都会大大占用城市特别是建成区域内的电力 资源。同时，对于有轨电车的建设方来说，一旦需要自 上级变电所引 入 专 用 线 路，无 论 是 施 工 进 度 还 是 建 设 费、增容费等支出费用都是一笔不小的投资，从而对有 轨电车的整体技术经济指标产生较大的影响。
3． 1 城市电网对外电源方案的影响
目前，城网供电局面对的用户多为点式用户，用户 往往是供电网 络 馈 出 后 的 末 端，而 有 轨 电 车 由 于 系 统 用电需求，用电引入点通常在 2 个以上，并且在供电局 的下端构成了 10 kV 供电网络，因此，无论是从运行方 式还是计费 方 式，均 不 同 于 供 电 局 以 往 的 用 户。 在 正 式报装前，应让 业 主 与 供 电 客 服 组 织 或 供 电 局 就 有 轨 电车供电系统 的 特 殊 性 进 行 沟 通，包 括 与 供 电 局 内 部 的运行、生产、计费、计量等部门沟通，从而避免在实施 过程中方案变动带来的影响。
自 21 世纪初期以来，在全国范围内，有轨电车系 统陆续开始规划、建设。其中，沈阳市浑南新区现代有 轨电车工 程 是 国 内 首 次 在 一 年 半 的 时 间 内 完 成 从 规 划、建设，到网络化运营的有轨电车项目。在该工程实 施过程中，笔者意识到，从有轨电车的通车及运行角度 来看，供电系统、车 辆、轨 道 构 成 了 有 轨 电 车 通 车 并 可 靠运行的 3 个重要因素。其中，供电系统与其他系统 的重要区别之一在于供电系统的外电源方案。
因此，供电系 统 负 荷 等 级 的 确 定 应 基 于 有 轨 电 车 的制式特点、车 辆 特 点、运 营 特 点，结 合 城 市 电 网 的 现 状条件，遵循技术经济综合指标最优的原则，合理选择 供电系统负荷等级。
2 外电源方案需要注意的问题
2． 1 城网的电源形式
相对于轨道 交 通 来 说，有 轨 电 车 的 外 电 源 引 自 沿 线区域内的城市电网，电源类型从数量上来说，应以公 用线路为辅，专用线路为主； 从网络结构角度来讲，应 以专用线路 为 骨 架，公 用 线 路 为 支 撑。 若 从 城 市 电 网 引入 10 kV 专用线路，由于要引自上级城网变电站，并 且占用独立的 出 线 间 隔，相 应 的 投 资 以 及 实 施 难 度 较 大； 而若采用公共线路，可以就近引自上级开闭站或邻 近的供电线路，相 应 的 投 资 及 供 电 方 案 的 灵 活 性 要 远 远优于专用线路。此外，由于 10 kV 电源的供电半径为 10 km 左右，根据有轨电车网络化分布的特点，以浑南现 代有轨电车工程为例，全线共引入 10 个外电源，其中 4 个 为专用电源，6 个为共用电源。专用电源考虑应急条件下 的供电半径，遵循应急支援 10 km 的供电半径以及将专 用电源设置在重要的网络节点的原则。
单环网接线方式指每个供电分区至少有 1 个电源 作为分区的备用电源，以满足中压网络（ N － 1） 故障原 则下的正常 运 行。 需 要 注 意 的 是，由 于 是 单 环 网 接 线 方式，在外电源申请过程中，线 路 末 端 需 要 引 入 外 电 源，确保单环网的完整性与供电的可靠性。
3 外电源报装过程中需注意的问题