第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng)課件

1、城市軌道交通電氣化概論,教 師: 李 淼 2018年11月,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),1,課程內容,城市軌道交通電氣化概論,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),2,第5章 城市軌道交通供電系統(tǒng),目錄,5.3 牽引變電所與降壓變電所 5.3.1 牽引變電所 5.3.2 降壓變電所 5.4 供電計算分析 5.4.1 計算方法簡介 5.4.2 變壓器容量計算 5.4.3 牽引網(wǎng)電壓損失 5.4.4 短路故障,5.1 供電系統(tǒng)組成與供電方式 5.1.1 組成 5.1.2 供電方式 5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡 5.2.1 主變電所 5.2.2 中壓網(wǎng)絡,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),3,本章重點： 1.理

2、解城市軌道交通供電系統(tǒng)供電制式概念； 2.掌握主變電站的主接線； 3.掌握中壓網(wǎng)絡的概念； 4.掌握牽引變電站的主接線,第5章 城市軌道交通供電系統(tǒng),第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),4,本章難點： 1.了解牽引變電所容量計算 2.了解了解牽引網(wǎng)電壓計算方法 3.了解牽引供電短路計算方法,第4章 車輛輔助電器設備,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),5,供電系統(tǒng)組成與供電方式,5.1,主變電所與中壓網(wǎng)絡,5.2,5.3,供電計算分析,5.4,第5章 城市軌道交通供電系統(tǒng),牽引變電所與降壓變電所,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),6,5.1 供電系統(tǒng)組成與供電方式,圖5-1 城市軌道交通電力牽引供電系統(tǒng),5.

3、1.1 供電系統(tǒng)組成 l發(fā)電廠(站)； 2升壓變壓器； 3一電力網(wǎng)； 4主降壓變電站； 5一直流牽引變電所； 6饋電線； 7接觸網(wǎng)； 8走行軌道； 9回流線,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),7,從主降壓變電站及其以后部分統(tǒng)稱為“牽引供電系統(tǒng)”。 包括：主降壓變電站、直流牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、走行軌及回流線等。 直流牽引變電所將高壓交流電能變成適合電動車輛應用的低壓直流電能。 饋電線是將牽引變電所的直流電送到接觸網(wǎng)上。 接觸網(wǎng)是沿列車走行軌架設的特殊輸電線路，電動車輛通過其受流器與接觸網(wǎng)的直接接觸而獲得電能,5.1 供電系統(tǒng)組成與供電方式,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),8,1集中供電方式 沿

4、著軌道交通線路，根據(jù)用電容量和軌道交通線路的長短，建設軌道交通專用的主變電所。 主變電所電壓一般為進線電源AC 110 kV，由發(fā)電廠或區(qū)域變電所對其供電，再由主變電所降壓為軌道交通內部供電系統(tǒng)所需的電壓級(AC 35 kV或AC 10kV)。 各主變電所具有兩路獨立的AC 110 kV電源。集中供電方式有利于軌道交通公司的運營和管理，各牽引變電所和降壓變電所由環(huán)網(wǎng)電纜供電，具有很高的可靠性。 廣州、深圳、上海和香港軌道交通即為此種供電方式,5.2 電網(wǎng)向牽引變電所供電方式,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),9,圖5-2 集中供電方式的環(huán)網(wǎng)供電示意圖,5.2 電網(wǎng)向牽引變電所供電方式,第5章-城市

5、軌道交通供電系統(tǒng),10,2分散供電方式 根據(jù)軌道交通供電系統(tǒng)的需要，在軌道交通沿線直接從城市電網(wǎng)引人多路電源，由區(qū)域變電所直接對軌道交通牽引變電所和降壓變電所供電，稱為分散供電。 這種供電方式多為AC10kV電壓級，因為我國各大城市的電網(wǎng)在逐漸取消或改造AC35kV這一電壓級，要想在1030km的范圍內引人多路AC35kV電源是不現(xiàn)實的。 分散供電方式要保證每座牽引變電所和降壓變電所都能獲得雙路電源。沈陽軌道交通、北京軌道交通5號線即為此種供電方式,5.2 電網(wǎng)向牽引變電所供電方式,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),11,圖5-3 分散供電方式示意圖,5.2 電網(wǎng)向牽引變電所供電方式,第5章-城市

6、軌道交通供電系統(tǒng),12,5.2 電網(wǎng)向牽引變電所供電方式,3混合供電方式 混合供電方式是前2種供電方式的結合，以集中供電方式為主，個別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中供電方式的補充，使供電系統(tǒng)更加完善和可靠。武漢軌道交通、北京軌道交通1號線和2號線即為此種供電方式,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),13,供電系統(tǒng)組成與供電方式,5.1,主變電所與中壓網(wǎng)絡,5.2,5.3,供電計算分析,5.4,第5章 城市軌道交通供電系統(tǒng),牽引變電所與降壓變電所,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),14,5.2.1 主變電所,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,對于集中式外部電源方案，應建設城市軌道交通用主變電所。 軌道交通主變電所

7、的功能是連接城網(wǎng)高壓電壓，經(jīng)降壓后為牽引變電所、降壓變電所提供中壓電源。 根據(jù)城市軌道交通用電負荷特點，軌道交通主變電所一般沿線路布置。 根據(jù)電壓損失要求確定主變電站所數(shù)量之后，通過與城市規(guī)劃、電力等部門協(xié)商就可以確定主變電所位置。 主變電所結構形式應根據(jù)主變電所所處位置確定,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),15,1）主變電所選址應符合下列原則： 靠近負荷中心，鄰近城市軌道交通線路布置。 滿足中壓網(wǎng)絡電纜壓降要求。 滿足城市軌道交通供電網(wǎng)絡規(guī)劃中主變電所資源共享的要求。 應和城市規(guī)劃、城市電網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調。 可獨立設置，也可以合建。為節(jié)約城市土地資源，市區(qū)內主變電所宜與其他建筑合建或建于地下；當與

8、城市電力部門合建時，也可設置在地面，但其與線路的電纜敷設距離不宜過長。 便于電纜線路引入、引出。 便于設備運輸。 周圍環(huán)境宜無明顯污穢。 具有適宜的地質、地形和地貌條件（如避開斷層、塌陷區(qū)等）。 應考慮主變電所與周圍環(huán)境、鄰近設施的相互影響,5.2.1 主變電所,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,1主變電所選址,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),16,2）根據(jù)負荷特點確定主變電所沿線路布置 城網(wǎng)變電所的用電負荷呈區(qū)域性分布，而城市軌道交通主變電所的用電負荷則沿城市軌道交通線路走向呈線狀分布。 這種負荷分布的特點，就要求主變電所的位置只能在城市軌道交通沿線。 主變電所位置應盡量靠近軌道線路，以便減小主變電

9、所至城市軌道交通線路間的電纜通道距離。 一般來說，主變電所位置離城市軌道交通線路的距離控制在幾百米范圍之內。實際工程中，許多主變電所就貼近線路布置,5.2.1 主變電所,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,1主變電所選址,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),17,3）根據(jù)電壓損失要求確定主變電所數(shù)量 一條城市軌道交通線路是設置一個主變電所，還是設置兩個及以上主變電所，其數(shù)量取決于負荷分布及大小（負荷矩），即中壓網(wǎng)絡電纜的壓降應滿足設計要求。 地鐵設計規(guī)范(GB50157-2003)第14.1.12要求：“供電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)絡應按列車運行的遠期通過能力設計，對互為備用線路，一路退出運行另一路應承擔其一、二級負荷

10、的供電，線路末端電壓損失不宜超過5。 據(jù)此確定主變電所數(shù)量，并初步確定主變電所的大致位置。在沿線用電負荷基本均勻的情況下，若設一座主變電所，則首選位置考慮在線路長度中心附近；若設兩座主變電所，則首選位置考慮在線路長度的1/4及3/4處。 當然，隨著特大城市軌道交通建設的網(wǎng)絡化發(fā)展，主變電所的位置應滿足網(wǎng)絡資源共享的要求,5.2.1 主變電所,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,1主變電所選址,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),18,4）根據(jù)城市規(guī)劃要求確定主變電所位置 在大致確定主變電所位置之后，具體位置要與城市規(guī)劃部門溝通，征得城市規(guī)劃部門同意，以便實現(xiàn)主變電所建設與城市規(guī)劃相協(xié)調。 另外，主變電所位置

11、的選擇還必須考慮外部電源引入方便，并與城市電網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調,5.2.1 主變電所,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,1主變電所選址,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),19,主變電所電氣主接線應與當?shù)仉娏Σ块T協(xié)商確定。城市軌道交通主變電所高壓側與城網(wǎng)之間應設明顯的電氣分斷點。 （1）線路變壓器組接線 （2）內橋形接線 （3）外橋接線 （4）中壓側主接線形式,5.2.1 主變電所,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,2主變電所主接線,圖5-4 線路變壓器組接線及橋型接線,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),20,5.2.1 主變電所,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,2主變電所主接線,圖5-5 主變電所中壓側單母線分段主接線,第

12、5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),21,主變壓器中性點接地方式是一個綜合性問題。它與電壓等級、單相接地短路電流、過電壓水平、保護配置等有關，直接影響系統(tǒng)供電的可靠性和連續(xù)性、主變壓器的運行安全以及對通信線路的干擾等。 中性點接地方式可以分成：中性點直接接地或經(jīng)小電阻接地，中性點非直接接地。 中性點非直接接地又可以分成：中性點不接地，中性點經(jīng)消弧線圈接地，中性點經(jīng)高電阻接地,5.2.1 主變電所,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,3主變壓器中性點接地方式,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),22,5.2.2 中壓網(wǎng)絡,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,通過中壓電纜，縱向把上級主變電所和下級牽引變電所、降壓變電所連接起來

13、，橫向把全線的各個牽引變電所、降壓變電所連接起來，便形成了中壓網(wǎng)絡，其功能類似于電力系統(tǒng)中的輸電線路。 中壓網(wǎng)絡的重要指標是供電可靠性。供電可靠性是指供電系統(tǒng)設備對用戶連續(xù)供電的能力。具體要求如下： 中壓網(wǎng)絡負荷轉移能力必須滿足N-1安全準則。 主變電所(電源開閉所)失去任何一回進線或一臺主變壓器而降低供電能力時，中壓網(wǎng)絡應具有轉移一、二級負荷的能力。 主變電所(電源開閉所)的中壓一段母線因故退出時，中壓網(wǎng)絡應具有轉移其一、二級負荷的能力,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),23,1. 中壓網(wǎng)絡的構成原則,滿足安全可靠的供電要求。 每一個變電所均應有兩個獨立電源。 滿足潮流計算要求，即設備容量及電壓

14、降滿足要求。 滿足負荷分配平衡的要求。 供電分區(qū)應就近引入電源，盡量避免反送電。 具有良好的經(jīng)濟指標。 滿足繼電保護的要求。 系統(tǒng)接線方式盡量簡單。 全線牽引變電所、降壓變電所的主接線盡量一致。 滿足運行管理、倒閘操作的要求,5.2.2 中壓網(wǎng)絡,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),24,2. 中壓網(wǎng)絡的構成形式,5.2.2 中壓網(wǎng)絡,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,圖5-6 牽引網(wǎng)絡的接線方式,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),25,2. 中壓網(wǎng)絡的構成形式,5.2.2 中壓網(wǎng)絡,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,圖5-7 獨立的動力照明網(wǎng)絡,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),26,2.

15、 中壓網(wǎng)絡的構成形式,5.2.2 中壓網(wǎng)絡,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,圖5-8 牽引動力照明混合網(wǎng)絡,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),27,2. 中壓網(wǎng)絡的構成形式,5.2.2 中壓網(wǎng)絡,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,圖5-9 A型網(wǎng)絡,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),28,2. 中壓網(wǎng)絡的構成形式,5.2.2 中壓網(wǎng)絡,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,圖5-10 B型網(wǎng)絡,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),29,2. 中壓網(wǎng)絡的構成形式,5.2.2 中壓網(wǎng)絡,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,圖5-11 C型網(wǎng)絡,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),30,3. 中壓網(wǎng)絡的幾個關系 (1)中壓網(wǎng)絡與主變電所運行方式的

16、關系 (2)中壓網(wǎng)絡與供電分區(qū)的關系 (3)中壓網(wǎng)絡與線路繼電保護的關系 (4)中壓網(wǎng)絡與電力調度的關系,5.2.2 中壓網(wǎng)絡,5.2 主變電所與中壓網(wǎng)絡,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),31,供電系統(tǒng)組成與供電方式,5.1,主變電所與中壓網(wǎng)絡,5.2,5.3,供電計算分析,5.4,第5章 城市軌道交通供電系統(tǒng),牽引變電所與降壓變電所,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),32,1. 中壓側主接線,5.3 牽引變電所與降壓變電所,5.3.1 牽引變電所,圖5-12 兩套整流機組分接兩段母線示意圖 圖5-13 單母線接線示意圖,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),33,1. 中壓側主接線,5.3 牽引變電所與降

17、壓變電所,5.3.1 牽引變電所,圖5-14分段單母線接線示意圖 圖5-15 三段母線接線示意圖,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),34,2. 直流側主接線,5.3 牽引變電所與降壓變電所,5.3.1 牽引變電所,圖5-15 A型單母線系統(tǒng)示意圖圖 5-16 B型單母線系統(tǒng)示意圖,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),35,2. 直流側主接線,5.3 牽引變電所與降壓變電所,5.3.1 牽引變電所,圖5-17 C型雙母線系統(tǒng)示意圖 圖5-18 D型雙母線系統(tǒng),第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),36,3. 牽引變壓器的運行方式 （1）單母線接線 1 ) 正常運行方式 正常運行時，一個進線電源供電，并向相鄰牽引變

18、電所供電。 2) 進線電源失電運行方式 當該進線電源失電退出后，經(jīng)過解除相關聯(lián)鎖，出線電源可以自動轉變成進線電源，由相鄰變電所反向提供中壓電源。 3) 母線故障運行方式 當母線故障后，該牽引變電所退出運行，由相鄰牽引變電所實施大雙邊供電方式。從直流雙邊供電方式倒換到直流大雙邊供電方式，需要一定的切換操作時間，這將對列車正常運行造成短時間的影響,5.3 牽引變電所與降壓變電所,5.3.1 牽引變電所,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),37,3. 牽引變壓器的運行方式 （2）分段單母線接線 1)正常運行方式 正常運行時，兩個獨立的進線電源同時供電，兩段母線并列運行。 2)進線電源失電運行方式 一個進線

19、電源失電退出運行方式：分段開關自動投入運行，由另一個進線電源向本牽引變電所的兩段母線供電。 3) 母線故障運行方式 當一段母線退出后，閉鎖分段開關自投功能，分段開關不投入運行，另一段母線繼續(xù)運行,5.3 牽引變電所與降壓變電所,5.3.1 牽引變電所,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),38,3. 牽引變壓器的運行方式 （3）三段母線接線 1)正常運行方式 正常運行時，一臺分段斷路器合閘，另一臺分段斷路器分閘，兩路中壓進線電源分列運行，兩套牽引整流機組并聯(lián)運行。 2)進線電源失電運行方式 一個進線電源失電退出運行方式：失電分段開關退出，另一個分段開關自動投入運行，維持兩套牽引整流機組的并聯(lián)運行。 3

20、)母線故障運行方式 正常運行時不帶牽引整流機組供電的母線故障，對直流牽引供電系統(tǒng)沒有影響,5.3 牽引變電所與降壓變電所,5.3.1 牽引變電所,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),39,1. 中壓側接線形式,5.3 牽引變電所與降壓變電所,5.3.2 降壓變電所,圖5-19 分段單母線接線示意圖（1） 圖5-20 分段單母線接線示意圖（2,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),40,圖5-21低壓主接線示意圖,2. 低壓主接線形式,5.3 牽引變電所與降壓變電所,5.3.2 降壓變電所,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),41,供電系統(tǒng)組成與供電方式,5.1,主變電所與中壓網(wǎng)絡,5.2,5.3,供電計算分析,5.4,第5章 城市軌道交通供電系統(tǒng),牽引變電所與降壓變電所,第5章-城市軌道交通供電系統(tǒng),42,5.4 城市軌道交通供電計算分析,5.4.1 牽引供電計算方法簡介,牽引供電計算在軌道交通供電系統(tǒng)的設計工作中占有極其重要的地位，是進行供電系統(tǒng)設計必須的一項工作，它關系到供電系統(tǒng)構成、牽引供電方式、牽引變電所設置、牽引整流機組容量等多項系統(tǒng)設計的關鍵因素。 牽引供電系統(tǒng)的列車用電負荷較之一般電網(wǎng)固定負荷有很大差異，除了各負荷的大小隨時問變化以外，其位置也是變化的(在線