第5章 城市轨道交通供电系统

城市轨道交通电气化概论教师:李淼2018年11月课程内容城市轨道交通电气化概论序号内容课时分配1第1章城市轨道交通电气系统32第2章车辆的牵引传动系统63第3章车辆的运行与控制64第4章车辆辅助电器设备65第5章城市轨道交通供电系统66第6章电能的传输与受流97第7章城市轨道交通供电系统电器设备与保护68新型轨道交通车辆3总课时18*3=54第5章城市轨道交通供电系统•目录：5.3牵引变电所与降压变电所5.3.1牵引变电所5.3.2降压变电所5.4供电计算分析5.4.1计算方法简介5.4.2变压器容量计算5.4.3牵引网电压损失5.4.4短路故障5.1供电系统组成与供电方式5.1.1组成5.1.2供电方式5.2主变电所与中压网络5.2.1主变电所5.2.2中压网络•本章重点：1.理解城市轨道交通供电系统供电制式概念；2.掌握主变电站的主接线；3.掌握中压网络的概念；4.掌握牵引变电站的主接线。第5章城市轨道交通供电系统•本章难点：1.了解牵引变电所容量计算2.了解了解牵引网电压计算方法3.了解牵引供电短路计算方法第4章车辆辅助电器设备供电系统组成与供电方式5.1主变电所与中压网络5.25.3供电计算分析5.4第5章城市轨道交通供电系统牵引变电所与降压变电所5.1供电系统组成与供电方式图5-1城市轨道交通电力牵引供电系统5.1.1供电系统组成•l—发电厂(站)；•2—升压变压器；•3一电力网；•4—主降压变电站；•5一直流牵引变电所；•6—馈电线；•7—接触网；•8—走行轨道；•9——回流线•从主降压变电站及其以后部分统称为“牵引供电系统”。•包括：主降压变电站、直流牵引变电所、馈电线、接触网、走行轨及回流线等。•直流牵引变电所将高压交流电能变成适合电动车辆应用的低压直流电能。•馈电线是将牵引变电所的直流电送到接触网上。•接触网是沿列车走行轨架设的特殊输电线路，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能。5.1供电系统组成与供电方式1．集中供电方式•沿着轨道交通线路，根据用电容量和轨道交通线路的长短，建设轨道交通专用的主变电所。•主变电所电压一般为进线电源AC110kV，由发电厂或区域变电所对其供电，再由主变电所降压为轨道交通内部供电系统所需的电压级(AC35kV或AC10kV)。•各主变电所具有两路独立的AC110kV电源。集中供电方式有利于轨道交通公司的运营和管理，各牵引变电所和降压变电所由环网电缆供电，具有很高的可靠性。•广州、深圳、上海和香港轨道交通即为此种供电方式。5.2电网向牵引变电所供电方式图5-2集中供电方式的环网供电示意图5.2电网向牵引变电所供电方式2．分散供电方式•根据轨道交通供电系统的需要，在轨道交通沿线直接从城市电网引人多路电源，由区域变电所直接对轨道交通牵引变电所和降压变电所供电，称为分散供电。•这种供电方式多为AC10kV电压级，因为我国各大城市的电网在逐渐取消或改造AC35kV这一电压级，要想在10~30km的范围内引人多路AC35kV电源是不现实的。•分散供电方式要保证每座牵引变电所和降压变电所都能获得双路电源。沈阳轨道交通、北京轨道交通5号线即为此种供电方式。5.2电网向牵引变电所供电方式图5-3分散供电方式示意图5.2电网向牵引变电所供电方式5.2电网向牵引变电所供电方式3．混合供电方式•混合供电方式是前2种供电方式的结合，以集中供电方式为主，个别地段引入城市电网电源作为集中供电方式的补充，使供电系统更加完善和可靠。武汉轨道交通、北京轨道交通1号线和2号线即为此种供电方式。供电系统组成与供电方式5.1主变电所与中压网络5.25.3供电计算分析5.4第5章城市轨道交通供电系统牵引变电所与降压变电所5.2.1主变电所5.2主变电所与中压网络•对于集中式外部电源方案，应建设城市轨道交通用主变电所。•轨道交通主变电所的功能是连接城网高压电压，经降压后为牵引变电所、降压变电所提供中压电源。•根据城市轨道交通用电负荷特点，轨道交通主变电所一般沿线路布置。•根据电压损失要求确定主变电站所数量之后，通过与城市规划、电力等部门协商就可以确定主变电所位置。•主变电所结构形式应根据主变电所所处位置确定。（1）主变电所选址应符合下列原则：①靠近负荷中心，邻近城市轨道交通线路布置。②满足中压网络电缆压降要求。③满足城市轨道交通供电网络规划中主变电所资源共享的要求。④应和城市规划、城市电网规划相协调。⑤可独立设置，也可以合建。为节约城市土地资源，市区内主变电所宜与其他建筑合建或建于地下；当与城市电力部门合建时，也可设置在地面，但其与线路的电缆敷设距离不宜过长。⑥便于电缆线路引入、引出。⑦便于设备运输。⑧周围环境宜无明显污秽。⑨具有适宜的地质、地形和地貌条件（如避开断层、塌陷区等）。⑩应考虑主变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。5.2.1主变电所5.2主变电所与中压网络1．主变电所选址（2）根据负荷特点确定主变电所沿线路布置•城网变电所的用电负荷呈区域性分布，而城市轨道交通主变电所的用电负荷则沿城市轨道交通线路走向呈线状分布。•这种负荷分布的特点，就要求主变电所的位置只能在城市轨道交通沿线。•主变电所位置应尽量靠近轨道线路，以便减小主变电所至城市轨道交通线路间的电缆通道距离。•一般来说，主变电所位置离城市轨道交通线路的距离控制在几百米范围之内。实际工程中，许多主变电所就贴近线路布置。5.2.1主变电所5.2主变电所与中压网络1．主变电所选址（3）根据电压损失要求确定主变电所数量•一条城市轨道交通线路是设置一个主变电所，还是设置两个及以上主变电所，其数量取决于负荷分布及大小（负荷矩），即中压网络电缆的压降应满足设计要求。•《地铁设计规范》(GB50157-2003)第14.1.12要求：“供电系统的中压网络应按列车运行的远期通过能力设计，对互为备用线路，一路退出运行另一路应承担其一、二级负荷的供电，线路末端电压损失不宜超过5％。•据此确定主变电所数量，并初步确定主变电所的大致位置。在沿线用电负荷基本均匀的情况下，若设一座主变电所，则首选位置考虑在线路长度中心附近；若设两座主变电所，则首选位置考虑在线路长度的1/4及3/4处。•当然，随着特大城市轨道交通建设的网络化发展，主变电所的位置应满足网络资源共享的要求。5.2.1主变电所5.2主变电所与中压网络1．主变电所选址（4）根据城市规划要求确定主变电所位置•在大致确定主变电所位置之后，具体位置要与城市规划部门沟通，征得城市规划部门同意，以便实现主变电所建设与城市规划相协调。•另外，主变电所位置的选择还必须考虑外部电源引入方便，并与城市电网规划相协调。5.2.1主变电所5.2主变电所与中压网络1．主变电所选址主变电所电气主接线应与当地电力部门协商确定。城市轨道交通主变电所高压侧与城网之间应设明显的电气分断点。（1）线路—变压器组接线（2）内桥形接线（3）外桥接线（4）中压侧主接线形式5.2.1主变电所5.2主变电所与中压网络2．主变电所主接线图5-4线路变压器组接线及桥型接线5.2.1主变电所5.2主变电所与中压网络2．主变电所主接线图5-5主变电所中压侧单母线分段主接线•主变压器中性点接地方式是一个综合性问题。它与电压等级、单相接地短路电流、过电压水平、保护配置等有关，直接影响系统供电的可靠性和连续性、主变压器的运行安全以及对通信线路的干扰等。•中性点接地方式可以分成：中性点直接接地或经小电阻接地，中性点非直接接地。•中性点非直接接地又可以分成：中性点不接地，中性点经消弧线圈接地，中性点经高电阻接地。5.2.1主变电所5.2主变电所与中压网络3．主变压器中性点接地方式5.2.2中压网络5.2主变电所与中压网络•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，其功能类似于电力系统中的输电线路。•中压网络的重要指标是供电可靠性。供电可靠性是指供电系统设备对用户连续供电的能力。具体要求如下：①中压网络负荷转移能力必须满足N-1安全准则。②主变电所(电源开闭所)失去任何一回进线或一台主变压器而降低供电能力时，中压网络应具有转移一、二级负荷的能力。③主变电所(电源开闭所)的中压一段母线因故退出时，中压网络应具有转移其一、二级负荷的能力。1.中压网络的构成原则①满足安全可靠的供电要求。②每一个变电所均应有两个独立电源。③满足潮流计算要求，即设备容量及电压降满足要求。④满足负荷分配平衡的要求。⑤供电分区应就近引入电源，尽量避免反送电。⑥具有良好的经济指标。⑦满足继电保护的要求。⑧系统接线方式尽量简单。⑨全线牵引变电所、降压变电所的主接线尽量一致。⑩满足运行管理、倒闸操作的要求。5.2.2中压网络5.2主变电所与中压网络2.中压网络的构成形式5.2.2中压网络5.2主变电所与中压网络图5-6牵引网络的接线方式2.中压网络的构成形式5.2.2中压网络5.2主变电所与中压网络图5-7独立的动力照明网络2.中压网络的构成形式5.2.2中压网络5.2主变电所与中压网络图5-8牵引动力照明混合网络2.中压网络的构成形式5.2.2中压网络5.2主变电所与中压网络图5-9A型网络2.中压网络的构成形式5.2.2中压网络5.2主变电所与中压网络图5-10B型网络2.中压网络的构成形式5.2.2中压网络5.2主变电所与中压网络图5-11C型网络3.中压网络的几个关系(1)中压网络与主变电所运行方式的关系(2)中压网络与供电分区的关系(3)中压网络与线路继电保护的关系(4)中压网络与电力调度的关系5.2.2中压网络5.2主变电所与中压网络供电系统组成与供电方式5.1主变电所与中压网络5.25.3供电计算分析5.4第5章城市轨道交通供电系统牵引变电所与降压变电所1.中压侧主接线5.3牵引变电所与降压变电所5.3.1牵引变电所图5-12两套整流机组分接两段母线示意图图5-13单母线接线示意图1.中压侧主接线5.3牵引变电所与降压变电所5.3.1牵引变电所图5-14分段单母线接线示意图图5-15三段母线接线示意图2.直流侧主接线5.3牵引变电所与降压变电所5.3.1牵引变电所图5-15A型单母线系统示意图图5-16B型单母线系统示意图2.直流侧主接线5.3牵引变电所与降压变电所5.3.1牵引变电所图5-17C型双母线系统示意图图5-18D型双母线系统3.牵引变压器的运行方式（1）单母线接线1)正常运行方式正常运行时，一个进线电源供电，并向相邻牵引变电所供电。2)进线电源失电运行方式当该进线电源失电退出后，经过解除相关联锁，出线电源可以自动转变成进线电源，由相邻变电所反向提供中压电源。3)母线故障运行方式当母线故障后，该牵引变电所退出运行，由相邻牵引变电所实施大双边供电方式。从直流双边供电方式倒换到直流大双边供电方式，需要一定的切换操作时间，这将对列车正常运行造成短时间的影响。5.3牵引变电所与降压变电所5.3.1牵引变电所3.牵引变压器的运行方式（2）分段单母线接线1)正常运行方式正常运行时，两个独立的进线电源同时供电，两段母线并列运行。2)进线电源失电运行方式一个进线电源失电退出运行方式：分段开关自动投入运行，由另一个进线电源向本牵引变电所的两段母线供电。3)母线故障运行方式当一段母线退出后，闭锁分段开关自投功能，分段开关不投入运行，另一段母线继续运行。5.3牵引变电所与降压变电所5.3.1牵引变电所3.牵引变压器的运行方式（3）三段母线接线1)正常运行方式正常运行时，一台分段断路器合闸，另一台分段断路器分闸，两路中压进线电源分列运行，两套牵引整流机组并联运行。2)进线电源失电运行方式一个进线电源失电退出运行方式：失电分段开关退出，另一个分段开关自动投入运行，维持两套牵引整流机组的并联运行。3)母线故障运行方式正常运行时不带牵引整流机组供电的母线故障，对直流牵引供电系统没有影响。5.3牵引变电所与降压变电所5.3.1牵引变电所1.中压侧接线形式5.3牵引变电所与降压变电所5.3.2降压变电所图5-19分