沈松伟
(北京城建设计发展集团股份有限公司，100037，北京∥工程师)
杭州地铁1号线(以下简称“1号线”)既有线有铁近江、铁工农、铁新业三座主变电所，1号线三期工程新建一座铁南阳主变电所。现阶段，铁南阳主变电所滞后于地铁工程建设，需要利用已建成线路的主变电所进行临时支援供电，以保证1号线三期工程系统调试和运营初期的供电。在利用其他主变电所对1号线三期工程进行临时支援供电时，除了要考虑对既有线路运营的影响外，还应该从运行方式及可靠性、电缆压降、经济性等方面进行综合分析。
本文提出一种地铁中压供电网络评判标准，针对铁南阳主变电所未能按时投入使用的情况，提出铁工农主变电所支援1号线三期工程、江东三路主变电所支援1号线三期工程、铁工农主变电所和江东三路主变电所各支援1个供电分区这3种临时支援供电方案。基于系统运行方式及可靠性、电缆压降和经济性对3种临时方案进行了综合比选，最终推荐采用江东三路主变电所支援1号线三期工程方案。本文研究可为后续项目中的类似工程问题提供借鉴与工程经验。
地铁供电网络用电负荷为一级负荷，主变电所通过中压供电网络提供稳定电源给车辆和动力照明负荷系统。为保证地铁用电稳定性和可靠性，可从以下几个方面评判地铁供电系统中压供电网络方案：
1) 运行方式及可靠性。在进行地铁供电系统设计时，需考虑地铁供电系统中压环网在正常运行和故障运行时的供电方式，要保证在故障运行方式下地铁线路的正常运行。
2) 中压环网电缆压降需求。根据GB 50157—2013《地铁设计规范》，地铁供电系统在各种运行方式下均要求中压环网末端电压损失不应超过5%，以保证末端负荷的正常使用。
3) 合理经济性。临时支援供电可能会增加相应的工程量，增加投资成本，在考虑临时支援供电方案时，应尽可能减少新增工程量，降低投资成本。
2.1 1号线既有线供电系统组成
1号线一期工程于2012年运营通车，1号线二期工程于2015年运营通车，新建的1号线三期工程将与1号线既有线贯通运营，接驳于下沙江滨站。1号线三期工程与1号线既有线一致，采用集中式供电方案，中压供电网络电压35 kV。
1号线既有线交流供电系统图截图如图1所示。1号线三期工程新建的铁南阳主变电所设有两个供电分区，分别为供电分区一(滨江一路站—南阳大道站)和供电分区二(向阳路站—萧山机场站)，正常运行情况下由铁南阳主变电所供电。铁南阳主变电所投入使用阶段的交流供电系统图截图如图2所示。在铁南阳主变电所因故缓建、未能够按期投入使用阶段，利用中间接续头在铁南阳主变电所电缆夹层内从主所引出与南阳大道站和向阳路站的环网电缆连接，环网电缆采用截面面积为240 mm2的三相单芯电缆。
图1 1号线既有线交流供电系统图截图Fig.1 Screenshot of Line 1 existing line AC power supply system drawing
图2 铁南阳主变电所投入使用阶段的交流供电系统图截图Fig.2 Screenshot of AC power supply system drawing of Tienanyang main substation at service stage
1号线三期工程仅有萧山机场站1座换乘站，萧山机场站为1号线、地铁7号线(以下简称“7号线”)和机场线三线换乘车站。其中，7号线新建1座江东三路主变电所，机场线未新建主变电所。综上所述，在铁南阳主变电所未按期投入使用阶段，1号线三期工程周边可利用主变电所为1号线既有线铁新业、铁工农主变电所和7号线江东三路主变电所。
2.2 3种临时支援供电方案
在铁南阳主变电所未按期投入使用时，将铁新业主变电所作为1号线三期工程正常运行时的供电电源。在铁新业主变电所故障退出运行时，有以下3种支援方案：
1) 方案一， 铁工农主变电所支援1号线三期工程。闭合九和路站联络开关，铁工农主变电所作为支援电源，支援供电至萧山机场站。
2) 方案二，江东三路主变电所支援1号线三期工程。利用环网电缆将7号线萧山机场站和1号线三期萧山机场站连接，由7号线江东三路主变电所支援供电至下滨区间风井。
3) 方案三，铁工农主变电所和江东三路主变电所各支援1个供电分区。利用环网电缆将7号线萧山机场站和1号线三期萧山机场站连接，由7号线江东三路主变电所为供电分区二支援供电。闭合九和路站联络开关，铁工农主变电所作为支援电源，为供电分区一支援供电。支援供电方案如图3所示。
图3 支援供电方案Fig.3 Support power supply scheme
结合上述地铁供电系统中压供电网络评判标准，从运行方式及可靠性、电缆压降和经济性三方面对上述3种临时支援供电方案进行分析。
3.1 系统运行方式及可靠性
方案一只需调整1号线既有线路保护整定值[1-3]，不影响其他线路运行，但电缆压降是否能够满足要求还需进一步论证。方案二在利用7号线江东三路主变电所进行支援供电时，会将1号线三期串入至7号线供电分区，需调整7号线保护整定值，这将对7号线运行线路造成影响。方案三需同时调整1号线既有线路和7号线保护整定值。综上所述，在铁新业主变电所故障退出运行时，方案一、方案二和方案三均有支援电源，不会造成线路停运，可以保证线路的正常运营。
3.2 环网电缆压降计算
根据GB 50157—2013《地铁设计规范》15.1.6节要求，线路末端电压损失不宜超过5%，对上述3种方案进行供电潮流计算[4-5]，校验环网系统末端压降是否满足规范要求。线路末端电压损失计算结果如表1所示。根据表1可知，方案一的最大电缆压降为6.02%，超过5%，不能满足规范要求。方案二的最大电缆压降为3.47%，满足规范要求。方案三的最大电缆压降为4.63%，满足规范要求。综上所述，方案一不能满足电缆压降需求，方案二和方案三可满足电缆压降需求。
表1 线路末端电压损失计算表Tab.1 Calculation table of route end voltage loss
3.3 经济性
考虑临时支援供电方案时，若在临时支援供电阶段，35 kV开关柜和环网电缆无需增加，则该方案的经济性较优。3种方案中，方案一无需新增35 kV开关柜和环网电缆；
方案二和方案三的1号线萧山机场站和7号线萧山机场站均需2套35 kV开关柜和1 200 m环网电缆将其进行连接。1号线萧山机场站有2套预留35 kV开关柜，而7号线萧山机场站未预留35 kV开关柜，故需增加2套35 kV开关柜。根据市场价格，分析3种方案的增加费用，设备造价对比如表2所示。由表2可知，方案一不需要增加额外的设备成本，经济性最优。
表2 3种方案增加设备造价对比表
3.4 3种方案优缺点综合比较
综上所述，方案一可靠性好，需调整1号线既有线的继电保护整定值，不影响7号线的继电保护整定值，没有新增设备成本，经济性较好，但其电缆压降不能满足规范要求。方案二可靠性好，需调整7号线的继电保护整定值，不影响1号线既有线的运行，影响范围较小，且其电缆压降满足规范要求，但需额外增加110.4万元新增设备成本。方案三可靠性好，需调整1号线既有线和7号线的继电保护整定值，影响范围较大，其电缆压降满足规范要求，此外也需增加110.4万元新增设备成本。综合分析3种方案的优缺点，本文推荐方案二。
针对部分轨道交通工程主变电所滞后于线路建设的工程情况，本文提出了利用换乘线路的主变电所对本线路进行支援供电的方案，并从供电系统运行方式及可靠性、电缆压降和经济性三方面对其进行了分析。以杭州地铁1号线三期工程临时支援供电方案为例，经分析后推荐方案二进行支援供电。本研究未考虑7号线萧山机场站的改造工期安排及其改造施工对其他专业造成的影响，后续将集中在这几方面进行深入研究。
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