地铁供电系统可靠性和安全性相关思考与分析

地铁供电系统可靠性和安全性相关思考与分析

 ,黄佩萍  

深圳地铁运营集团有限公司

摘要：本文分析了地铁供电系统可靠性和安全性，提出了地铁供电系统的三种主要模式：集中供电、分散供电和混合供电等供电方式，分析了影响地铁供电系统可靠性和安全性的主要因素。

关键词:地铁；供电系统；可靠性；安全性

1、地铁供电系统的主要方式

地铁供电系统除了由当地核心电网提供能量外，还需要依靠整体电网设计来保证电能的需要。建设电网电源，合理配置电源。与普通电源相比，变压电压强度更高，需要设置专用变压器，将电压控制在合理范围内，再利用电网系统将电能输送至牵引变电所和降压变电站。我国地铁供电系统的主要供电方式有集中供电、分散供电和混合供电，具体如下：

1.1 集中式供电

集中供电是指科学设置地铁变电所的用电量，主要体现在根据地铁线路的长度和用电量的差异，沿地铁线路设置变电所，划分地铁变电所母线段的数量和位置。地铁变电所设置两路电源，保证二者独立存在，再依托集中供电方式为地铁运营和牵引供电，如图1所示。

以某条线路为例，地铁线路的供电方式为集中供电，整体牵引供电至另一号线的变电站设置在A道和B路口处。此外，其它线多采用集中供电方式。从计费的角度来看，集中供电更加方便，变电站供电设备维护相对简单，为人员调度管理提供了便利支撑，具有一定的可靠性。但从建设和投资的角度来看，集中供电成本不菲，且在使用过程中要综合考虑区域实际情况，动态调整建设进程。

1.2 分散式供电

分布式电源主要以城市电网的区域变电站为主要能源。地铁沿线设置降压站和牵引变电所站，无需设置专用变电站进行配电。分布式供电可以充分利用城市中心的电网资源，但要求变电站具备双电源，并沿地铁设置供电能力。在严格意义上，这种供电方式对区域城市电网的要求很高，电网能够满足地铁运营所需的电力。比如，北京市地铁3号线、沈阳地铁等都采用分散供电。如此一来，城市电网将受到其他地区电网的影响，导致电力供应不稳定、不足。因此，分散供电可靠性差。申报过程中，结合地区电网分布及周边电网分布进行综合设置。

1.3 混合式供电

混合供电主要是集中供电和分散供电相结合的供电方式。在该模式的实施过程中，集中供电是主要供电方式，分散供电是辅助供电方式。其优点是将两种供电方式的优点有机地结合起来，保证地铁供电系统的稳定性和可靠性。此外，在供电过程中，它具有集中供电和分散供电的优点，供电相对灵活。但在实际应用过程中，建设手段有一定的复杂性，需要在建设前结合所在地区的技术水平，判断该地区能否开展混合供电。

2.影响地铁供电系统可靠性与安全性的主要因素

2.1 设备老化

在地铁供电系统的基础上，供电系统由多个供电设备连接而成。如果供电系统链的某一环节（设备）出现问题，就会影响系统连接的稳定性和可靠性。比较常见的问题是供电设备老化导致运行不顺畅，从而给供电系统的稳定性带来问题。地铁运营管理运行时间长，各类设备在长期使用下或多或少都会出现相应的问题，其中最明显的因素就是设备老化。如果老化得不到有效治理，一方面会造成设备进一步劣化和故障，另一方面会影响整个地铁电力系统的运行稳定和安全，甚至会引发严重的危险事故。有鉴于此，在地铁供电系统中，应深入研究供电设备老化问题，积极开展定期和不定期检测。如发现设备出现异常问题，应积极处理，避免设备老化。

   2.2 外部环境

外部环境是指经济、自然等不可控因素。地铁供电系统与外界环境直接相关，其运行稳定性和可靠性与外界因素密切相关。由于外界因素干扰过大，对地铁供电系统的稳定性造成了诸多影响。在信息化、现代化社会的发展趋势下，如新型地铁供电设备的研发推出，有效提升了地铁的运营效率和质量。在地铁建设过程中，人员要切实着眼于当地综合因素，充分考虑外部影响因素，选择与其地铁使用效果相适应的供电设备性能。

2.3 维修计划

完善严谨的系统维护计划是保证供电稳定可靠的重要因素。如果地铁供电系统出现问题，要采取有效方法进行处理，避免问题扩散造成严重后果。为确保地铁系统高效运行，企业应注重制定各项维修工作规范和标准，围绕地铁供电系统稳定性，认真开展维修工作。如果企业忽视维修计划，将导致设备出现问题，进而诱发危险事故，最终将给企业造成严重的经济损失，并威胁国民的生命财产安全。

3 、提高地铁供电系统安全性和稳定性的若干思考

3.1 地铁供电系统安全性分析

地铁供电系统的安全性研究更为关键。在提升其安全性的过程中，人员可以通过对综合评价的研究和完善，建立模糊综合评判体系，最终综合评价影响地铁运营安全的几个因素的运营结构和内容。详情如下：

（1）建立因素集。因素集合具有集成了影响分析的多个结构对象的集合形式。用u来表示因子集合，并且可以用U1和U2来表示不同的因子集合。其他因素单元的分析将直接影响最终的操作结果。因此，人员可以通过供电安全分析的标准模型，系统地分析地铁系统供电安全的模糊态势。

（2）营造评价集。评价集的构建应确定评价等级。例如，如果评价集为a，则a1表示地铁供电系统运行处于高安全状态，A2表示设备运行处于中安全状态，A3表示系统处于地面安全状态，A4表示系统存在不安全因素。A5表示，系统中存在严重影响系统运行的安全因素。

（3）权重集构建模式。根据敏感性分析方法，对权重情况进行拟合分析，或采用历史统计法确定地铁供电系统的运行安全特性。或者依托专家的评估工作模式，全面分析其系统的运行安全性，然后量化各种影响因素，进行统计分析和建模，生成可观的数据，为后续判断提供数据支撑。

（4）因素评判矩阵构建模式。为了保证地铁工程供电系统分析的准确性，在分析方法的内容上应更加重视判断矩阵的建设，而判断矩阵的建设是判断分析方法的关键。利用各因素对矩阵的隶属度进行判断，并采用数理统计等方法对各因素的判断结果进行评价。

3.2 地铁供电系统可靠性分析

故障树分析法、可靠性框图法和失效模式效应法是提高地铁供电系统可靠性的主要方法。可靠性方框图法主要研究关联关系地铁供电系统链中几个因素（设备）的关联模式。为了表征地铁供电系统的各种结构，可以借助结构模型的可靠性框图得到地铁供电系统的可靠性框图，进而研究和分析地铁供电系统可靠性的重要影响因素。此外，可靠性方框图是分析和提高我国地铁供电系统可靠性的常用方法之一。

专业技术人员在国内很多地铁供电研究中通过可靠性框图法分析地铁供电的可靠性，应用方式也有相应的区分（并联、串联等）。如果地铁供电系统中某个单元出现故障，可靠性问题的最终形式就是并联机构。从提高供电系统可靠性的角度出发，地铁供电系统采用电厂高压线，与普通供电方式相比，具有更高的保护性和更低的故障概率。而且集中供电在城区与其他线路连接较少，因此不太容易受到其他线路的干扰。即使发生故障，如主变电所解列，也可采取措施使其他主变电所供电，以保证地铁供电系统的可靠性。但与集中供电相比，分散供电连接了城市中的许多其他线路，因此容易受到干扰。一旦发生故障，需要利用周边其他开闭所进行补偿供电，影响地铁的正常运营，降低地铁供电系统的可靠性。

4.结束语

综上所述，在现代社会的发展趋势下，城市人口的爆发式增长和城镇化建设的深入发展，对城市交通系统的要求也逐渐提高，其中地铁为国民提供了快捷便利的出行。各地地铁工程建设和管理水平逐步提高，供电系统的可靠性和安全性在保障地铁有序运营的核心因素中更为关键。因此，如何提高地铁供电系统的稳定性和安全性，保障国民出行安全，是现阶段地铁建设和管理的重要课题。