摘要：近年来市域轨道交通发展迅速，在有35kV电源点的地方，35kV分散供电提供了较好的电源解决方案，文章对35kV电源开闭所的关键设备选择、地上地下选址对比进行了分析，同时给出了与电力部门的接口建议，为类似工程的建设提供了一些参考。
关键词：市域；轨道交通；分散供电；开闭所
引言
在工业发达地区、城市郊区及偏远的农网仍旧保留了35kV电压等级。尤其是在工业很发达地区，对35kV电网的需求量很大，所以这些地区电网220kV变电站通常采用的是220/110/35kV供电形式，大多具备提供35kV电源的能力。
对于近年来蓬勃发展的市域轨道交通，在不考虑资源共享情况下（市域线路多为放射式，难以实现共享），远期时每个电源引入点的容量需求约在25-31.5MVA。110kV线路供电容量可达60-80MVA，35kV线路供电容量则为20-40MVA。采用集中供电方案，当主变电所无法与其他线路实现共享时，会造成110kV电源容量的极大浪费，而35kV电源供电能力则与轨道交通负荷需求完美匹配。在城市发展寸土寸金、电力资源愈加珍贵的今天，采用35kV分散供电，可以节省更多的110kV电力资源，产生良好的综合社会效益。
1 35kV电源开闭所的关键设备选择
1.1 隔离变压器的作用
高压隔离变压器就是将电压1：1（但并非全部）传递的变压器，变压器一、二次侧电压相同，变压器主要不起变压作用，在电路中只有磁的联系，没有电的直接联系，起到隔离作用。高压隔离变压器应用的场合不同，功能也不同：
1）抗干扰作用：如通过Y/△接线的隔离变压器后，能够阻止一部分谐波的传输；
2）阻抗变换作用：增加系统阻抗，使保护装置等容易配合；
3）稳定系统电压的作用：如启动大负荷设备时，减少对系统电压的影响；
4）防止系统接地的作用：当隔离变压器负荷侧发生单相接地时，不会造成整个系统（隔离变压器以上部分）单相接地；
5）降低短路电流：当负荷侧发生短路事故时，限制系统的短路电流。
1.2 开闭所设置隔离变压器的必要性
1）电源侧系统接地设备容量的需求
开闭所采用35/35kV供电方式时，开闭所的电源取自城市电网的220/110/35kV变电站，其35kV侧一般采用小电流接地方式（经消弧线圈接地或中性点不接地）。
目前，轨道交通供电系统全部采用电缆供电，系统中的容性电流相对较大。轨道交通接入220kV变电站后，每个接入点处增加的电容电流约30-40A左右，相对较大，一般会超过220kV变电站35kV侧的既有消弧线圈补偿容量，需在220/35kV变电站加装消弧线圈或调整既有消弧线圈的容量。除天津、青岛等少数地方由供电部门对220kV变电站35kV侧的既有消弧线圈补偿容量进行改造外，大部分城市供电部门普遍反映实施较为困难，一般会要求开闭所设置隔离变压器。
2）轨道交通供电系统接地保护的需求
城市轨道交通由于大量采用电缆线路供电，电缆网络较长，单相接地电容电流较大，电缆故障多为永久性故障，单相故障时如不及时切除，容易转化为两相故障。同时轨道交通变电所进线电源均为两路电源，供电可靠性较高，当一路电源供电，不要求供电系统在供电电缆发生单相接地故障时继续运行。因此轨道交通供电系统发生单相接地故障时，要求迅速断开故障电缆即可。
由于轨道交通供电系统的特点，一般采用小电阻接地方式，更容易快速的切除故障，但电网220kV变电站的35kV侧通常采用消弧线圈接地方式，在这种情况下，设置隔离变压器来改变接地方式就具有必要性了。
3）电压调整的要求
220/110/35kV变电站中35kV侧额定电压一般为38.5kV，轨道交通供电系统网络中压网络所有设备的额定电压为35kV。如直接采用38.5kV的额定电压供电，直流空载电压将由1590V提高到1752V，低压侧380V的空载电压也将提高到418V，如再考虑10%的电压波动，直流侧的空载电压将达到1908V，低压侧380V的空载电压也将提高到456V。直流侧空载电压升高将直接导致车辆再生制动的门槛值升高，引起再生制动能耗无法有效的被临车吸收利用，也影响变电所能量反馈或吸收装置的节能效果，严重时可能导致直流侧网压超过2000V，引起安全隐患。低压侧380V的空载电压超过400V后可能影响到低压用电设备的绝缘和用电安全。因此采用隔离变压器进行电压调整是非常有必要的。
综上所述，是否设置隔离变压器，可从电网中性点设备容量、轨道交通继电保护需求和电压调整需求等综合进行考虑。如电网中性点采用消弧线圈、且既有容量难以满足轨道交通接入需求，电力部门又难以进行改造；轨道交通采用小电阻接地方式，对电源侧有改变接地方式的需求；同时电网侧额定电压为38.5kV，轨道交通有降压的需求，此时，设置隔离变压器来隔离与电网的接地点、调整电压就十分必要。反之，如电网侧的消弧线圈容量可满足轨道交通的接入，且出口额定电压为35kV，则可考虑设置零序电压等保护方式来切除单相接地故障，而不必采用隔离变压器的方案。
2 35kV电源开闭所设置于地面与地下的特点分析
开闭所内需设置的主要设备有35kV开关柜、SVG成套装置（包括SVG功率柜、配套变压器）、接地电阻成套装置（接地电阻柜、接地变压器）、所用变压器、交直流屏、控制信号屏及各类保护屏，其中隔离变压器根据容量的不同可选用干式或油浸式。油浸式隔离变的变压器油易燃烧，其余开闭所内需设置的变压器均可采用干式变压器。因此，隔离变压器作为防火重点环节，在对开闭所设置于地面还是地下的研究中，属于决定性因素。开闭所设置于地面或地下的优缺点分析详见表1。
表1 地面与地下变电所方案对比
由此可见，当开闭所独立建造时，其设置于地下时的工程难度、工程投资均远远大于设置于地面时，且其运行维护困难，仅有的优点为占地面积小，对周边居民建筑的电磁辐射及影响小。市域轨道交通工程多位于市郊，未在城市繁华地段，因此，开闭所选址时，用地面积的受限条件较小。综上，当开闭所设置油浸式隔离变压器时，一般应设置在地面。当开闭所采用干式隔离变压器时，也可考虑设置在地下。
3 与电力部门的接口建议
3.1 一次接口及建设工程界面划分建议
开闭所与上级系统变电站的设计接口一般在系统220/110/35kV或110/35kV变电站35kV开关柜馈线电缆头处。
上级220/110/35kV或110/35kV变电站内的设备及相关设施的建设投资一般由地方电力公司承担，运营维护也由电力公司负责。
其余一、二次设备与用户变，包括35kV进线电缆工程、开闭所的进线柜、计量柜、馈线柜、隔离变压器、中性点设备、SVG、站用电系统及继电保护系统等的全部建设投资通常由轨道交通建设方负责。同时，轨道交通建设方应配合完成开闭所对侧220/110/35kV或110/35kV变电站间隔改造的技术协调和配合工作。但在个别城市，轨道交通建设方也可将35kV进线电缆工程、开闭所的建设和运营打包委托给电力公司负责，这种模式下开闭所宜独立设置，不建议与轨道交通内部的变电所合建。
3.2 电力调度接口建议
地区电力调度系统仅对开闭所隔离变上口处的35kV进线开关、闸刀以及隔离变下口的35kV进线及母联开关的位置状况，35kV进线侧的电气量进行监视。开闭所内所有设备均由轨道交通电力调度系统进行监控。地区电力调度通过专线调度电话，对轨道交通电力调度下达调度命令，由轨道交通电力调度对开闭所内的35kV开关进行控制操作。
当开闭所由地方电力部门负责运营、维护时，为了确保在供电系统故障时，迅速实现开闭所间的互相支援供电，实现供电系统运行方式的切换，建议开闭所内相关开关的调度操作仍应由轨道交通控制中心电调负责。如若开闭所内相关开关的调度由地方电力负责，则势必导致运行方式切换时间延长，轨道交通属于一级负荷，对供电的可靠性要求高，且高峰小时行车间隔接近2min，长时间停电可能会造成不好的社会影响。
4 结论
1）对于位于郊区的地铁线路的补充电源和市域（城际）线路，当周边具备35kV电源的时候，建议外部电源供电方案优先考虑35kV电源引入。
2）应从电网中性点设备容量、轨道交通继电保护需求和电压调整需求等方面综合考虑，确定隔离变压器设置与否。
3）当开闭所设置油浸式隔离变压器时，一般应设置在地面。当开闭所采用干式隔离变压器时，也可考虑设置在地下。
4）无论开闭所的运营维护由轨道公司负责还是地方电力部门负责，建议开闭所内35kV馈线开关的调度操作均由轨道交通控制中心电调负责。
参考文献
［1］李应红．城际轨道交通的功能定位[J]，铁道勘察，2007(5):10．
［2］中铁第四勘察设计院集团有限公司．金华-义乌-东阳市域轨道交通工程初步设计 [R]，武汉：中铁第四勘察设计院集团有限公司 2017.
作者简介
何斌，男，教授级高级工程师，从事城市轨道交通供电系统设计。
论文作者:何斌
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：轨道交通论文; 开闭论文; 电压论文; 变电站论文; 隔离变压器论文; 供电系统论文; 电源论文; 《电力设备》2018年第24期论文;