北京地铁再生电能吸收特点分析及房山线北延工程再生电能吸收装置设置方案建议

北京地铁再生电能吸收特点分析及房山线北延工程再生电能吸收装置设置方案建议

何启明

(中铁工程设计咨询集团有限公司北京100055)

摘要：随着技术的发展，城市轨道交通再生电能吸收装置越来越受到推广应用，目前应用最多的是中压能馈装置，将不能被相邻车吸收的再生电能反馈到牵引所不带整流机组的中压母线侧。但由于列车再生电能具有脉冲性质，持续时间很短但功率很大，列车再生电能不能充分被轨道交通内部负荷吸收利用，导致向城市电网倒送有功。本文通过对北京地铁14号线动照负荷及再生电能特点进行统计分析，结合房山线北延工程供电系统特点，推荐房山线北延工程采用两段低压能馈装置，该方案相对中压能馈可以更充分地被动照负荷吸收。

关键词：轨道交通；再生电能；中压能馈；低压能馈

中图分类号：U455.43文献标识码：A

AnalysisontheCharacteristicsofRegenerativeEnergyAbsorptioninBeijingSubwayandtheNorthExtensionProjectofFangshanLineSuggestionsonthesetupofregenerativeenergyabsorptiondevice

HEQi–ming1

（ChinaRailwayEngineeringDesignConsultingGroupCo.,Ltd,BeiJing100055,China；)

Abstract：Withthedevelopmentoftechnology,urbanradiotransportationrenewableenergyabsorptiondeviceismoreandmorepopularizationandapplication,themostwidelyusedisthemediumpressurefeedingdevice,willnotbeabsorbedbytheadjacentcarregenerativeenergyfeedbacktothetractionwithoutrectifierunitMediumvoltagebusside.However,becausetheregenerativeenergyofthetrainhasthepulsednature,thedurationisveryshortbutthepowerisverylarge,theregenerativeenergyofthetraincannotbefullyabsorbedbytheinternalloadoftherailtransit,resultinginpositivepowertothecitygrid.BasedonthestatisticalanalysisofthecharacteristicsofmovingloadandregenerativeelectricenergyofBeijingMetroLine14andLine10,combinedwiththecharacteristicsofpowersupplysystemofnorthextensionprojectofFangshanline,itissuggestedthattwolowpressureenergyfeedingdevicesshouldbeusedinthenorthextensionprojectofFangshanline,Thesolutioncanbemorefullypassivetoabsorbtheload.

Keywords：Rail;Regenerativeenergy;Mediumvoltageinverter;Lowvoltageinverter

1概述

目前国内轨道交通再生电能吸收方案越来越多地采用中压能馈装置，该装置将不能被相邻车吸收的再生电能反馈到中压侧，以达到节约电能的目的，目前该装置在国内轨道交通大量应用，取得了较好的节能效果，主接线如图1-1所示。但该装置向不设置牵引变电所的母线回馈，再生电能只能被一回中压环网电缆所带的负荷吸收，当该段环网电缆负荷不够大时，就会向主变电所（尤其是开闭所）反馈有功功率，进而向城市电网反馈有功功率。

本文通过对北京市地铁14号线东段已应用的再生能量吸收装置再生电能、配电变压器负荷率、再生电能吸收情况等进行了分析统计，总结了其规律，结合房山线北延工程供电系统特点，提出房山线北延工程更合理的再生电能吸收装置设置方案。

214号线东段动照负荷分析

根据2015年1-9月份14号线东段的运营数据，对14号线东段配电变压器负荷率进行了统计分析，具体结果如表1～表2所示。

由表2可以看出，1-9月份，配电变压器在夏季7、8月份平均负荷率最高，其余时间段负荷率较该两月负荷率低。全线负荷率最高的车站为金台路站配电变压器，负荷率为23.26%，其余车站负荷率大都低于20%，配电变压器实际运行的负荷率较设计值偏低较多。

314号线东段再生电能统计及再生功率分析

3.114号线东段再生电能统计

本文对14号线东段2015年再生电能进行了统计分析，如表4所示。

由表3可知，14号线再生电能被内部负荷吸收的比例为71.85%，列车再生电能内部吸收率较高。对于不能被吸收的部分，还需结合每座牵引所再生电能装置的每天的再生功率特点进行分析。

3.2单套再生电能吸收装置功率特点分析

为直观显示各牵引所内再生能量吸收装置每天再生功率分布情况，选取14号线阜通站牵引所再生能量吸收装置某天内再生功率-时间曲线，如图2所示。

由图2可知，14号线东段阜通站中压能馈装置回馈功率并不是平顺反馈，而是存在脉冲现象，其中

阜通站中压能馈装置最大回馈功率为2153kW，大部分位于500kW以下，大于500kW的次数也较多，但持续时间较短。为精确统计再生电能在各功率区间的分布情况，对14号线东段各站某天中压能馈装置再生电能进行了统计，如表4所示。

由表4可知，全线位于1200kW以下的总再生电能为87.07%，绝大多数再生电能位于1200kW以下。

4房山线北延工程动照负荷率计算

房山线北延工程如图3所示，全线共设置4座车站，1座电源开闭所，4座牵引降压混合变电所。

参照14号线5月份及8月份有功负荷率，用电高峰和低谷配电变有功负荷率分别暂按14%和23%考虑，则对应各站配电变压器在5月份及8月份有功功率如表5所示。

由上表可知，对于单段中压能馈及双段低压能馈装置而言，全线配电变压器在用电高峰及用电低谷时吸收的最大功率如表6所示。

5房山线北延工程再生电能吸收效果估算

结合14号线东段再生电能内部吸收比例及再生电能在各功率区间分布比例，房山北延工程预计86.29%的再生电能也分布在600kW以下，1000-1200kW区间的占比仅为3.24%。参照14号线再生电能在各功率区间的分布比例，根据房山北延牵引供电系统方案，不考虑4套再生装置叠加效应的情况下，在高峰时期，全线配电变可吸收双段低压能馈的全部再生功率，单段中压能馈可被吸收约96%的再生电能。在低谷期，全线配电变可吸收双段低压能馈全部再生功率，单段中压能馈可被吸收约85%的再生电能。

考虑叠加效应时，单段中压能馈高峰期能被吸收约88%的再生电能，低谷期能被吸收约78%的电能，考虑一年高峰期仅有7、8两个月，全年大部分为低谷期，单段中压能馈能被吸收约80%的电能。双段低压能馈在高峰期能被吸收约95%的再生电能，低谷期能被吸收约90%的再生电能，全年被吸收约91%的电能。

6房山线北延工程再生电能估算

14号线牵引所平均间距约2.28km，房山线北延工程平均牵引所间距约1.50km，结合表4中14号线再生电能统计表，折算出房山线北延工程平均每所每月再生电能约838kWh，全年每所再生电能305870kWh，全线年再生电能1223480kWh。根据两种再生电能吸收装置被本工程动照负荷吸收的比例，全线再生电能如表7所示。

注：每度电按0.8元计。

6房山线北延工程单段中压能馈及两段能馈再生电能吸收装置技术、经济比较

7结论

由表8可知，上述两种再生电能吸收装置对于本工程来说均适用可行，中压能馈与两段低压能馈投资相当，两段低压能馈对土建面积要求高，但本工程车站土建面积可满足要求，两段低压能馈投资回收期较中压能馈短1.6年。