地铁牵引供电系统设计doc.docx

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地铁牵引供电系统设计

地铁牵引供电系统设计TheDesignofSubwayPowerSupplySystem摘要牵引供电系统是城市轨道交通系统中最为重要的基础能源设施，其功能是为轨道交通系统中的电力车辆供电，确保轨道交通列车车辆的正常运行。

通过对供电方案的比较，**地铁供电系统采用集中供电方式，系统包含电业局地区变电所与轨道交通主变电所之间的输电线路、统、电力监控系统、接触网系统、杂散电流防护和接地系统、供电车间等组成。

轨道交通供电系统的主要功能如下：

接受、分配电能：

主变电所的主变压器将110KV高压电变换成20KV中压电、20KV供电网络将电能分配到每一个车站和车辆段牵引变电所DC1500V接触轨20kV中压AbstractTractionpowersupplysystemofurbanrailtransitsystemisthemostimportantbasicenergyfacilities,itsfunctionisprovidingpowerforrailtransitsystem,ensurethenormaloperationofrailtransitvehicle.Throughthecomparisonofthepowersupplyscheme,shijiazhuangmetropowersystemusescentralizedpowersupplymode,systemcontainsthetransmissionlinesbetweenareasubstationandrailtrafficmainsubstation,Tractionstep-downpowertransmissionanddistributionnetworkofrailtransportpowersupplysystem,DCtractionsupplynetworkandstationlowvoltagedistributionnetwork;tractivepowersupplysystemiscomposedofmainsubstation,high-pressure/mediumvoltagepowersupplynetwork,tractivepowersupplysystem,electricpowermonitoringandmanagementsystem,overheadcontactsystem,straycurrentprotectionandgroundingsystem,Powersupplyof20KV110kvhigh-voltagepowersupplynetworkin20KVpiezoelectric,energyallocatedtoeachstationandmaximizethetractionsubstationandstep-downinsubstation.Keywords:

entralizedpowersupplysystemtractionsubstationDC1500Vcontactrail20kVmediumvoltage目录第1章绪论.....................................................................................................41.1供电系统的功能..................................................................................41.2供电系统的构成..................................................................................51.3供电系统电磁兼容..............................................................................6第2章电源与主变电所.................................................................................72.1电源......................................................................................................72.2主变电所..............................................................................................92.3中压供电网路..................................................................................10第3章牵引供电系统...................................................................................113.1牵引供电运行方式............................................................................113.2牵引供电系统保护............................................................................143.3牵引变电所........................................................................................183.4牵引网................................................................................................21第4章杂散电流.4.1概述4.24.3杂散电流的防护................................................................................23第5章牵引供电计算...................................................................................245.1概述....................................................................................................245.2平均运量法......................................................................................255.3用平均运量法对罗家庄牵引变电所的计算....................................25第6章直流短路计算...................................................................................296.1概述....................................................................................................296.2电路图法............................................................................................306.3对罗家庄站两边的供电区间进行短路计算....................................31第7章结论...................................................................................................33参考文献.........................................................................................................35谢辞.................................................................................错误！

未定义书签。

附录.................................................................................................................36-3-第1章绪论1.1供电系统的功能1.1.1全方位的服务功能地铁供电系统是为地铁安全运营服务的，保证地铁的所有电气用户安全、可靠的用电是他的职责。

在地铁这个庞大的用电群体中，用电设备有不同的电压等级、不同的电压制式，既有固定的，也有时刻在变化着的，供电系统就是要满足这些不同用途的用电设备对电源的不同需求，使地铁的每种用电设备都能发挥自己的功能和作用，保证地铁安全可靠的运营。

1.1.2故障自救功能行不受影响。

牵引变电所和降压变电所为双电源、双机组对动力照明的一、二级负荷采用双电源、双回路供电，牵引网同一馈电区间采用双边供电方式，当一座牵引变电所故障解列时，靠两相邻变电所的过负荷能力对牵引网进行大双边供电，保证列车可以正常运行不受影响。

1.1.3系统的自我保护功能对牵引供电系统而言，为保证旅客的安全，保护的速动性是第一位的，起保护的原则是“宁可误动作，不可不动作”，误动作可以用自动重合闸校正，而保护不动作则很危险，因为直流电弧在不切断电源时可以长时间维持，从而威胁旅客安全。

地铁供电系统中压交流侧保护，应和城市电网的保护相配合和协调，因此其保护的选择性也受到制约。

1.1.4防止误操作功能系统中任何一个环节的操作都应有相应的联锁条件，不允许因为误操作而导致发生故障。

尤其是各种隔离开关，或手车式开关的隔离触头，都不允许带负荷操作。

防止误操作，是使系统安全、可靠的运行不可缺少的环节。

1.1.5方便灵活的调度功能-4-系统应能在控制中心进行集中控制、监视和测量，并能根据运行需要，方便灵活的进行调度，变更运行方式，分配符合潮流，是系统的运行更加经济合理。

系统发生故障时，电力调度可以对供电分区进行调度和调整，以达到安全可靠、经济运行的目的。

1.1.6完善的控制，显示和计量功能系统应能进行就地和远动控制，并可以方便地进行操作转换，系统各环节的运行状态应有明显的显示。

各种信号显示应准确，事故信号、预告信号分别显示。

牵引用电和动力照明用电应分别计算，以利于对用电指标进行考核与经济分析。

1.1.7电磁兼容功能地铁是强电、弱电多个系统共存的电磁环境，为了使各种设备或系统在这个环境中能正常工作，统及其设备在地铁这个电磁环境中，备。

在地铁的电磁环境中，供电系统与其它设备、装置或系统应是电磁兼容的。

在技术上应采取措施，抑制骚扰源、消除或减弱电磁耦合、提高敏感设备的抗干扰能力，以达到各系统的电磁兼容，是地铁安全可靠地运行。

1.2供电系统的构成地铁供电电源通常取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。

根据用电性质的不同，地铁供电系统可分为两部分：

由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主组成的动力照明供配电系统。

1.2.1牵引供电系统牵引供电系统主要由主变电所、牵引变电所、接触网、电力监控、供电缆网等组成。

提供地铁车辆的牵引动力电源，专为电动车辆服务。

1.2.2供配电系统动力照明供配电系统主要由降压变电所、低压母线排、配电设备、线缆、用电设备等组成。

提供地铁机电设备动力电源和照明电源，如车站和区间的动力、照明及-5-其他为地铁服务的自动化用电设施。

1.3供电系统电磁兼容在地铁这个电磁环境中，应首先研究构成电磁兼容的三要素—骚扰源、耦合途径、敏感设备。

采取必要的措施，以抑制骚扰源、消除或减弱电磁耦合、提高敏感设备的抗干扰能力。

1.3.1抑制骚扰源

（1）谐波抑制谐波是牵引供电系统由交流变为脉动直流时必然要产生的高次交流成分，交流成分的脉波数和大小与整流的脉波数有关。

它所产生的谐波通过传导耦合对系统中的其它用电设备存在有害的影响。

因此，把这种危害降到能容忍的程度，是牵引供电系统必须要解决的问题。

增加整流的脉波数是非常有效的办法。

目前国内地铁普遍采用等效24脉波整流来尽量减小对系统中其他用电设备的电磁骚扰。

（2）杂散电流抑制直流牵引网采用接触网正极送电，走行轨负极回流，随着列车的运行，绝大部分回流电流沿着走行轨流回牵引变电所，同时也不可避免的要从走行轨向地下泄漏电流。

杂散电流的大小主要取决于走行轨的对地电位和走行轨对地过渡电阻的大小。

相应的抑制杂散电流的措施主要有以下几项：

①牵引供电系统采用双边供电方式；②上下行走行轨并联，减小走行轨电阻；③走行轨绝缘安装；④道床的排水沟设在列车运行方向的右侧；⑤敷设杂散电流收集网。

1.3.2消除或减弱电磁耦合

（1）屏蔽屏蔽并接地是消除或减弱感应骚扰和辐射骚扰的唯一途径。

①供电系统的所有设备外壳均应采用封闭式金属铠装柜体，并可靠接地。

这样既可以防止外来的电磁干扰，又可以使设备本身产生的电磁骚扰不向外辐射；②设备内部的电子器件及其连线和接头都应做好密闭和屏蔽；③控制用电缆采用屏蔽电缆，其屏蔽层一点接地；④电力电缆采用钢带铠装绝缘外护套电缆，钢带在变电所一点接地。

（2）电缆敷设①尽可能加大不同电压等级电缆的间距，减小辐射耦合和感应耦合；②强、弱电电缆分侧敷设；③高压、低压、控制电缆分层敷设；④金属电缆托架应可靠接地。

-6-1.3.3提高敏感设备的抗干扰能力

（1）防雷对于雷电现象，供电系统属于敏感设备，在技术上应严加防范。

①空旷地面高架桥设避雷线，保护高架桥、接触轨、区间电缆。

②地面变电所的中压母线、低压母线、直流正负母线均设避雷器。

（2）接地①变电所设综合接地装置，需要接地的设备或系统分别用接地线引到接地母线上；②变电所接地电阻为0.5Ω以下；③电力变压器中性点直接接地，低压系统采用TN-S第2章电源与主变电所2.1电源电源由城市电网引入，地铁供电系统对于城市电网是用户，对地铁的各类负荷又是电源。

城市电网对地铁的供电方式主要有三种形式，究竟采用哪种供电方式，主要取决于城市电网的构成、分布及电源的容量。

2.1.1集中供电方式集中供电方式是指城市电网（通常是110kV或63kV电压等级）向地铁的专用主变电所供电，主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电，地铁自身组成完整的供电网络系统。

主变电所应有两路独立的电源。

目前国集中供电方式举例-7-2.1.2分散式供电分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网（通常是10kV电压等级）分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。

其前提条件是城市电网在地铁沿线有足够的变电站和备用容量，并能满足地铁牵引供电的可靠性要求。

如早期的北京地铁采取的就是这种供电方式。

分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所皆能获得双路电源。

分散式供电系统如图2-2所示。

图2-2分散供电方式举例2.1.3分散与集中相结合的供电方式是上述两种供电方式的结合，可充分利用城市电网的资源，节约投资，但供电可靠性不如集中供电方式，管理亦不够方便。

混合式供电系统如图2-3所示。

图2-3混合供电方式举例2.1.4**地铁一号线供电方式选择与分析**地铁一号线选择集中供电方式。

集中供电方式的优点主要有：

供电可靠性高，可提高地铁供电的灵活性，受外界因素影响较小。

二号线是**市南北向交通的主动脉，途径运河桥，北国商城，火车站等人流密集区对于供电可靠性的要求很高。

-8-主变电所采用110/20kV有载自动调压变压器，并有专用供电回路，供电质量好，牵引整流负荷对城市电网的影响小。

地铁供电可独立进行调度和运营管理，检修维护工作相对独立方便。

只涉及城市电网几个220kV变电站的增容改造，工程量较小，相对易于实现。

二号线有相当路段途经市郊，电力资源缺乏，变电站较少，采用集中供电方式避免修建过多地区变电站，投资较少。

2.2主变电所主变电所的位置、容量的确定，应根据牵引供电系统计算和供配电系统计算结果主变电所位置的选择，应按下述原则确定：

①应尽量靠近铁路沿线、接近负荷中心。

②各主变电所的负荷平衡，并使其两侧的供电距离基本相等。

③靠近地铁站，以缩短电缆通道的距离，减少和城市地下管网的交叉和干扰，具体位置应与城市供电部门和规划部门共同商讨。

④应考虑路网规划和其他地铁线路资源共享，并预留电缆通道和容量。

主变电所高压侧宜为內桥式接线，设桥路开关，如考虑经济因素，也可以采用线路变压器组接线。

中压侧单母线分段，设分段开关，失电压自投，故障闭锁。

桥路开关和分段开关正常处于断开状态。

为减少占地面积，主变电所应设计成室内式，设两台主变压器和两台自用变压器。

主变压器应按地铁远期最大运量设计。

地铁用电已采取功率因数补偿措施，主变电所无需设电容补偿装置，根据需要可设置电能有源恢复系统，以补偿50次以下谐波及补偿基波的容性或感性无功电流。

主变电所按三级控制设计，即就地、距离和远动，二次回路应与地铁牵引变电所相协调，采用综合自动化系统。

近期为有人值守，条件成熟时也可以考虑无人值守。

主变电所宜选用六氟化硫绝缘全封闭组合电器（GIS），以减少占地面积。

主变电所的平面布置应紧凑，便于设备运输、安装和运行维护。

从主变电所至地铁车站应设电缆通道，电缆通道断面尺寸不小于2m×2m。

主变电所宜采用油浸风冷、有载自动调压变压器。

根据需要可为三绕组或双绕组结构。

图2-4中，两路高压电源，两台主变压器可以是线路变压器组接线，也可以内桥接线，中压侧设接地变压器，以限制接地短路电流。

-9-主变电所属于一级负荷，全线设2座以上主变电所时，地铁有4路以上供电电源，1座主变电所解列时，相当于双路电源故障，应引入应急电源，其供电区是可以重新调度和划分的。

图2-4主变电所主接线2.3中压供电网路2.3.1中压供电网络的概念通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所、降压变电所连接起来，横向把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来，便形成了中压网络。

根据网络功能的不同，把为牵引变电所供电的中压网络，称为牵引网络；同样，把为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。

中压网络有两大属性：

一是电压等级，二是构成形式。

中压网络不是供电系统中独立的子系统，但是它却是供电系统设计的核心内容。

它的设计牵扯到外部电源方案、主变电所的位置及数量、牵引变电所及降压变电所的位置与数量、牵引变电所与降压变电所的主接线等。

2.3.2中压供电网络的构成原则①安全可靠，经济合理，满足供用电的要求。

②接线简单，负荷平衡，保护完善。

③环网供电，调度方便，误操作机会为零。

-10-④各种变电所结为双电源，主接线尽可能一致。

2.3.3中压供电网络的电压等级国内既有城市轨道交通的中亚供电网络采用的电压等级为10kV和35kV，20kV电压等级的中压供电网络也在酝酿之中。

不同电压等级的中压网络的特点

（1）35kV中压网络，国家标准电压级。

输电容量较大、距离较长；设备来源国内；设备体积较大，占用变电所面积较大，不利于减小车站体量；设备价格适中；国内没有环网开关，因而不能用（相对于断路器柜）价格较便宜的环网开关，构成接线与保护简单、操作灵活的环网系统；广州地铁、上海地铁已经采用。

（2）20kV10kV系统大。

环网单元，能构成接线与保护简单、操作灵活的环网系统；国内地铁尚没有采用，但国外地铁多有采用。

（3）10kV中压网络，国家标准电压级。

输电容量较小、距离较短；设备来源国内；设备体积适中；设备价格较低；环网开关技术成熟、运营经验丰厚，可用其构成保护简单、操作灵活的环网系统；国内外地铁广为采用。

2.3.4**地铁一号线中压供电网络的电压等级选择**地铁一号线选择20kV中压网络，因为它的优点在于输送容量较大、设备体积较小、有环网开关、可构成环网供电方式、设备可以国产化且价格适中。

而35kV中压网络设备需要进口，且占地面积大；10kV中压网络输电容量较小、距离较短增加了变电所数量。

第3章牵引供电系统3.1牵引供电运行方式牵引供电系统由牵引变电所和牵引网两部分组成，两者在运行中应相互协调、统一调度。

牵引供电系统根据需要可以有以下几种运行方式：

①牵引变电所正常为双机组并列运行，以构成等效24脉波整流。

②一台机组退出运行时也可以有条件地单机组运行。

-11-③系统中允许几座牵引变电所解列退出运行，条件是解列的变电所必须是只少相隔两座牵引变电所。

④牵引网正常实行双边供电，当一座牵引变电所故障解列退出运行时，应实行大双边供电。

⑤只有在末端牵引变电所故障解列时才采用单边供电，如列车在牵引网末端起动时电压降超过允许值，可通过横向电动隔离开关将上下行接触网并联，以减小回路电阻，降低电压损失。

3.1.1双边供电是指任何一个馈电区同时从两侧牵引变电所取得两路电源。

地铁的牵引供电系统，在正线的设计和运营中，均应采用双边供电方式，因为双边供电具有明显的有点。

双边供电是设计必须满足的条件，也是正常运营的首选方式，单边供电不是设计的限制条件。

即使在一座牵引变电所故障解列时，也应采取技术措施实行大双边供电，同时应自动完成双边联跳条件的转换，这样可以减少牵引变电所数量，既节省一欢建设投资，叉减少运营费用，同时减小列车起动时的电压损失，降低功率损耗，有利于列车运行，并且不影响运送旅客的能力，这对运营是非常有利的。

双边供电示意图3-1所示，走行轨对地电位分布如图3-2所示。

图3-1双边供电示意图图3-2双边供电走行轨对地电位分布示意图双边供电比单边供电曲优点如下：

①牵引网的平均电压损失，双边供电是单边供电的1/3~1/4。

平均电压损失是指列车在区间运行时的平均电压损失，它对辅助电机-12-的运转有意义。

平均电压损失有两个分量组