李波
(福州地铁集团有限公司,福建福州350009)
0 引言
牵引供电系统为地铁的运行提供源源不断的电能,其是否能安全可靠的运行与地铁的稳定运营和安全运行息息相关,一旦供电系统出现故障则导致轨道交通运输的瘫痪,甚至危及乘客的生命安全,造成不可估量的损失。针对地铁牵引供电系统的管理,必须突出安全性和可靠性,通过关键技术的应用保证其安全高效运行。
1 地铁牵引供电系统的内容
1.1 外部电源
顾名思义,外部电源即为地铁牵引供电的电力体系,通常由外部城市电网来供应,而依据外部电源的结构及供电方式的差异,又可以细分为集中式供电、分散式供电和混合式供电等形式。目前,城市地铁交通的供电方式以集中式供电为主[1]。
1.2 主变电所
主变电所是处理电压的重要设备,一般来说,电压设置在110kV,由于不同的城市地铁结构存在差异性,决定了进线电压的不同,主变电所与使用电压有较大的差异,自然其所接受的电压非常高[2]。据此,在实践中应突出对变压器电压的适配性,利用环网系统向其他变电所输送。
1.3 牵引供电系统
该系统的职能在于为地铁运行提供直流1500V 的电压。在牵引变电所内先将主变送的交流35kV 降压至1180V,再通过整流器将交流1180V 转换成直流1500V,通过这样的举措,为地铁车辆提供稳定的电源,助力地铁车辆安全稳定运行。
1.4 接触网系统
接触网作为牵引变电所向地铁车辆输送电能的重要媒介,其运行状态与地铁的运输能力息息相关。
1.5 电力监控系统
牵引供电系统的稳定性直接关系到整个地铁车辆的正常运行。因此,需采取有效措施对地铁牵引供电系统进行严格监控,全方位监控每个环节,电力监控系统会发挥自身的功效采集和管理每个步骤和环节。地铁牵引供电系统构成如图1所示。
图1 地铁牵引供电系统的构成
2 外部电源供电方式
2.1 集中供电方式
为保障地铁运行的稳定性,每个地铁主变电所都具有相互独立的两路电源,一路将电压级电力传输到牵引供电系统,一路将电源提供给降压供电系统。供电方便、维护简单、计费便捷,可靠性高、可统一调度管理是集中式供电方式的主要特点,但是也存在一定弊端,即投资费用高。具体如图2所示。
图2 集中式供电方式
2.2 分散式供电的方式
这种供电方式的特点在于无须主变电所,通过设置牵引变电所和降压变电,依托城市供电体系进行电力资源保障,即其供电源于城市电网的区域变电所。同时,还可以与城市电网建立有效联系,提升电网资源的共享能力,使部分区域的供电可以达到双路电源的效果。基于此,分散式供电方式具有其特殊要求,即完成供电容量及变电所数量的保障,还要地铁所在区域范围内,具有较为发达可靠的供电电源、中压网络电压。另外,由于外部电网对于分散式供电的稳定性具有显着影响,因此需要从可靠性的角度加以改善。
2.3 混合供电方式
这种方式将集中供电和分散供电方式集为一体,综合了二者的优点的同时,也具有一定的复杂性,混合式供电方式具有灵活、完善的特点,因此更加符合实际外部条件。
3 影响地铁牵引供电系统可靠性与安全性因素分析
3.1 设备老化的影响
地铁牵引供电系统由复杂的系统所构成,其中包含了大量的元器件,一旦某个环节出现问题,则会埋下安全隐患。由于地铁牵引供电系统处于长期的运行状态,且需要应对各种复杂的环境,极易造成设备的老化,如果在管理环节忽视设备维保,将易引发诸多的安全和使用问题。基于此,在实践管理中应当注重设备老化问题,采取定期、不定期的方式实施检测,及时处理设备老化带来的问题,避免安全问题的产生。
3.2 外部环境的影响
外部环境指经济、自然等非人为因素,会对地铁牵引供电系统造成直接影响,尤其是长期的运行状态下,受各类外部环境因素的干扰,使地铁牵引供电系统管理压力增加,难以适应复杂的环境而导致故障产生。随着系统信息化、智能化发展,地铁牵引供电系统也变得更加复杂,但其系统的外部抗干扰能力仍然较弱,因此必须要在实际的应用场景下,注重对复杂环境的分析,将各类因素纳入管理范畴,以安全性、可靠性为管理核心,做好外部干扰因素的整体防范。
3.3 维修计划的影响
地铁牵引供电系统的应用离不开维修计划的保障,只有真正保证高质量的维保,才能够实现地铁牵引供电系统的持续安全运行。当地铁牵引供电系统出现故障或者存在潜在问题时,均需要利用维修计划的制定加以解决,以避免引发更加严重的后果,为此企业需要加强各项标准及规范的制定,切实从安全可靠的层面出发,有效落实地铁牵引供电系统的维修计划。
4 地铁牵引供电系统可靠性和安全性分析方法
4.1 地铁牵引供电系统可靠性分析方法
地铁牵引供电系统可靠性,属于地铁网络中最核心的内容,在开展可靠性分析时,可以选用故障模式后果法、故障树分析法及可靠框图法等方式。如目前常用的方法为可靠框图法,用以理清地铁供电关系,基于结构模型用于表示系统结构,在框图之下实施科室的分析,这种方式能够广泛应用于大部分系统检测。在该分析方法下又可细分为并联结构和串联结构两种,以并联结构为核心的分析中,其可靠度分析公式为:
式(1)中:Rs(t)表示系统可靠度;Ri(t)表示各部分可靠度,i=1,2,3,……,n。
在串联结构中,每个环节都相扣的,一旦一个环节出现故障,则会埋下安全隐患,出现系统故障,基于此,系统可靠性公式如下:
式(2)中:Rs(t)表示系统可靠度;Ri(t)则表示各部分可靠度,i=1,2,3,……,n。
4.2 地铁牵引供电系统安全性分析方法
综合评判法属于最常用的安全分析法,能够满足对多种因素的整体评价,构建因素即影响因素的集合,以U 进行表示,公式为:
从影响因素来看,涉及系统的每一个单元,因此其评价集选择如下:
式
(4)中:V 主要实施安全性的评价,如绝对安全以v1表示,很安全以v2表示,安全以v3表示,比较安全以v4表示,不安全以v5表示。以敏感性分析拟合权重,并结合专业评判及历史数据综合分析。
4.3 改善地铁牵引供电系统可靠性和安全性的方法
比较常用的方法以可靠性框图法分析为主,基于提升可靠性角度可以分为三个阶段:一阶段在外部电源的设计阶段,牵引供电系统必须满足系统的可靠性要求,并保持适当的备用容量。地铁牵引供电系统的外部电源以高压线路为主,其优势在于比普通供电防护性更高,能够满足地铁车辆持续运行的需求,降低了故障产生的概率。二阶段在项目的建设安装阶段,建设方应选用高度可靠的牵引供电设备,严格按照工艺标准进行施工,确保设备的安装质量。三阶段是在设备调试阶段,根据合理的调试程序对系统进行检测,开展设备质量技术分析,重点对牵引供电系统运行情况提出优化建议。
从提高安全性方面来说,首先,对于牵引供电系统设备,应定时进行相应的检查才能加强设备的安全性,使设备稳定地运行。其次,工作人员还要重视设备的保养,根据设备的维修手册标准定期做好设备维护工作,保障设备运行的安全性。最后,工作人员对设备进行检查时,除了发现故障外,还要认真剖析产生故障的根本原因,然后针对同类型的故障形成预防性措施,主动排除设备的安全隐患。通过检查、定期维护、故障排查、预防性措施,提高牵引供电系统的安全性。
5 结语
综上所述,要确保地铁牵引供电系统的可持续运行,需要以牵引供电系统可靠性和安全性分析为前提,掌握更先进的管理和维护检测技术,当故障产生时实施针对性处理。尤其是要加强分析方法的研究,能够快速发现潜在风险,通过预防性措施,消除安全隐患,进一步减少地铁车辆运行问题的产生,保证居民的安全出行。