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文檔簡介

1、某市地鐵二號線的供配電設(shè)計摘要 地鐵作為大中城市交通疏解的主要手段,越來越受到政府及廣大市民的關(guān)注。而作為城市地鐵運(yùn)營的主要能源及核心技術(shù),地鐵供電系統(tǒng)的可靠性也越來越引起業(yè)內(nèi)人士的重視.近幾年來,隨著我國大城市交通壓力的逐漸增大,城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展步伐亦逐日加快。本文主要介紹了城市軌道交通供電系統(tǒng)的構(gòu)成以及詳細(xì)介紹了各部分的功能及分類,總結(jié)了國內(nèi)外各城市地鐵供電系統(tǒng)的應(yīng)用方式。  電能是城市軌道交通車輛店里牽引系統(tǒng)必需的能源。電動車輛以及運(yùn)營服務(wù)的幾點設(shè)備,包括通風(fēng)、空調(diào)、照明、通訊、信號、給排水、防災(zāi)報警、點滴、電動扶梯等,也都依賴電能。城市軌道交通供電電源一般曲子城市電網(wǎng),

2、通過城市電網(wǎng)依稀店里系統(tǒng)和軌道交通供電系統(tǒng)實現(xiàn)輸送相變換,最后以適當(dāng)?shù)碾娏餍纬桑ㄖ绷麟娀蚪涣麟姾碗妷旱燃墸┕┙o用電設(shè)備。      城市軌道交通的供電系統(tǒng)負(fù)責(zé)提供車輛及設(shè)備運(yùn)行的動力能源,一般包括高壓供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)和動力照明供電系統(tǒng)。高壓供電是系統(tǒng)是城市電網(wǎng)對軌道交通系統(tǒng)內(nèi)部的變電所的供電方式,一般視各城市內(nèi)情況而定。牽引供電系統(tǒng)供給電動車輛運(yùn)行的電能,它是有牽引變電所和牽引網(wǎng)組成的。動力照明供電系統(tǒng)提供車站和區(qū)間各類照明、扶梯、風(fēng)機(jī)、水泵等動力機(jī)械設(shè)備電源和通信、信號、自動化等設(shè)備的電源,它是由降壓變電所和動力照明配電線路組成的。&#

3、160;   關(guān)鍵詞目錄第一章 緒論1.1 地鐵供電系統(tǒng)設(shè)計的背景與意義地鐵是一種獨立的地下有軌交通系統(tǒng),不受地面道路狀況和天氣情況的影響,能夠按照設(shè)計的能力正常運(yùn)行,從而快速、安全、舒適地運(yùn)送乘客。地鐵供電系統(tǒng),是城軌工程中重要機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)之一,采用直流制供電方式供電。它擔(dān)負(fù)著為電動列車和各種運(yùn)營設(shè)備提供電能的重要任務(wù),也是城市電網(wǎng)的重大用戶。地鐵的運(yùn)營具有良好的社會效益,正日益成為人們?nèi)粘I钪忻懿豢煞值囊徊糠帧R虼?,地鐵供電系統(tǒng)的研究對于地鐵的發(fā)展有著極其重要的意義。1.2 地鐵供電系統(tǒng)國內(nèi)外現(xiàn)狀國外地鐵交通已有140多年歷史,目前已呈現(xiàn)出多元化的發(fā)展趨勢。

4、世界上第一條蒸汽式地鐵列車于英國倫敦通車,從第一條地鐵誕生起,歐美的地鐵交通發(fā)展較快。不久便開啟了電氣化地鐵線路的先河,地鐵從此步入連續(xù)不斷的發(fā)展時期。現(xiàn)代地鐵技術(shù)的標(biāo)志,當(dāng)以舒適的車輛和行車控制技術(shù)為代表。進(jìn)入21世紀(jì)以來,隨著我國大城市交通問題的日益突出,大力發(fā)展地鐵交通已達(dá)成共識。目前我國城市地鐵交通建設(shè)已進(jìn)入了大規(guī)模高速發(fā)展階段,國內(nèi)現(xiàn)有30多個城市正在建設(shè)或規(guī)劃籌建地鐵工程,北京、上海、廣州等特大城市的地鐵發(fā)展已步入了網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展時代。而供電系統(tǒng)作為地鐵的重要組成部分,也隨著地鐵的發(fā)展而快速發(fā)展。1.3 供電系統(tǒng)的功能地鐵供電系統(tǒng)是地鐵的動力源泉,負(fù)責(zé)電能的供應(yīng)和運(yùn)輸,分別為電動列車牽

5、引供電和提供車站、區(qū)間、車輛段、控制中心等其他建筑物所需要的動力照明用電。地鐵供電系統(tǒng)應(yīng)具備安全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、調(diào)度方便的特點,其總體功能應(yīng)具備供電系統(tǒng)服務(wù)功能、故障自救功能、自我保護(hù)功能、防誤操作功能、便于調(diào)度功能、完善的控制、顯示和計量功能和電磁兼容功能等1。1.4 供電系統(tǒng)的基本要求地鐵供電系統(tǒng)應(yīng)滿足安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性的基本要求。(1)安全性供電系統(tǒng)的安全性,關(guān)系著乘客安全、運(yùn)營人員安全、行車安全、設(shè)備安全等多個方面,而且各種安全性是相互聯(lián)系、不可分割的。供電系統(tǒng)設(shè)計時,一般從系統(tǒng)安全性和設(shè)備安全性兩個方面分析。系統(tǒng)安全性分析,一般包括連鎖關(guān)系、繼電保護(hù)、牽引網(wǎng)、直流牽引系統(tǒng)

6、、綜合接地系統(tǒng)、應(yīng)急電源等方面;設(shè)備安全性分析,一般包括變壓器、牽引整流器、斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、電纜等方面。(2)可靠性供電系統(tǒng)的可靠性,是正常運(yùn)營、事故處理、火災(zāi)救援等方面的前提條件。供電系統(tǒng)可靠性涉及到規(guī)劃、設(shè)計、運(yùn)行管理等各個方面,并滲透到供電、變配電的不同環(huán)節(jié)。(3)適用性供電系統(tǒng)的適用性,是指地鐵供電系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)滿足業(yè)主建設(shè)目的與性能要求。適用性要求地鐵供電系統(tǒng)應(yīng)與城市特點、本線功能及特殊要求相適應(yīng)。 (4)經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性不但要求節(jié)省工程投資,同時還要求降低運(yùn)營成本。供電系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),實現(xiàn)外部電源共享;另外應(yīng)盡可能采用成熟設(shè)備、新型材料。 (5)先進(jìn)性 先進(jìn)性體

7、現(xiàn)在設(shè)計理念、先進(jìn)的系統(tǒng)方案、先進(jìn)的設(shè)備及工程先進(jìn)的管理手段等方面。要充分認(rèn)識到環(huán)境保護(hù)與節(jié)約能源的重要性,采取必要措施進(jìn)行環(huán)境保護(hù)和降低能耗。1.5 供電系統(tǒng)的構(gòu)成 地鐵供電電源通常取自城市電網(wǎng),通過城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實現(xiàn)輸送或變換,然后以適當(dāng)?shù)碾妷旱燃壒┙o地鐵各類設(shè)備。根據(jù)用電性質(zhì)的不同,地鐵供電系統(tǒng)可分為兩部分:由牽引變電所為主組成的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電所為主組成的動力照明供配電系統(tǒng)2。(1)外部電源地鐵供電系統(tǒng)的外部電源就是為地鐵供電系統(tǒng)的主變電所或電源開閉所提供的外部城市電網(wǎng)電源。外部電源方案的形式,有集中式供電、分散式供電、混合式供電。集中式供電集中式供電是指由

8、專門設(shè)置主變電所集中為牽引變電所及降壓變電所供電的外部電源方式。根據(jù)地鐵線路的長短和用電容量大小,建設(shè)一座或幾座地鐵專用主變電所,每個主變電所有兩路獨立的進(jìn)線電源。在有牽引變電所的車站,可以把牽引變電所和降壓變電所建成牽引降壓混合變電所3。如圖1所示。集中式供電方案的主要特點如下:(1)在城市軌道交通沿線,建設(shè)主變電所,集中為牽引變電所及降壓變電所供電。(2)地鐵供電系統(tǒng)從城市電網(wǎng)引入高壓電源,與城市電網(wǎng)接口比較少,每座主變電所只從城市電網(wǎng)引入兩路獨立的進(jìn)線電源,外部電源電壓等級一般為110kV。(3)地鐵供電系統(tǒng)相對獨立,自成系統(tǒng),便于運(yùn)營管理。 圖1 集中式供電、牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)分散

9、式供電分散式供電是指由就近分散引入的城市中壓電源直接(或通過電源開閉所間接)為牽引變電所及降壓變電所供電的外部供電形式,如圖2所示。分散式供電一般從城市電網(wǎng)引入10kV中壓電源,這就要求地鐵沿線有足夠的電源引入點及備用容量。從沿線就近引來的城網(wǎng)中壓電源,經(jīng)電源開閉所母線向牽引變電所和降壓變電所提供中壓電源。一般情況下,兩個電源開閉所之間需要建立電源聯(lián)系,即兩個電源開閉所之間的供電分區(qū)通過雙環(huán)網(wǎng)電纜進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。分散式供電方案的主要特點如下:(1)在城市軌道交通沿線,直接從城網(wǎng)分散地引入多路中壓電源作為地鐵電源。(2)地鐵供電系統(tǒng)從城網(wǎng)引入中壓電源,與城網(wǎng)接口較多,平均每4到5個車站就要引入兩路電源

10、。(3)地鐵供電系統(tǒng)與城網(wǎng)關(guān)系緊密,獨立性差,運(yùn)營管理相對復(fù)雜。圖2 分散式供電、牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)混合式供電混合式供電方案,多指以集中式供電為主以分散式供電為輔的供電方式,混合式供電方案介于集中式與分散式供電之間的一種結(jié)合方案,根據(jù)城市電網(wǎng)現(xiàn)狀、規(guī)劃以及城市地鐵交通自身需要,吸收了集中式外部電源方案與分散式外部電源方案的各自優(yōu)點,系統(tǒng)方案靈活、使供電系統(tǒng)完善可靠。如圖3所示。圖3 混合式供電、牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)(2)主變電所主變電所的功能是接受城市電網(wǎng)高壓電源,經(jīng)降壓為牽引變電所、降壓變電所提供中壓電源,主變電所適用于集中式供電。(3)牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)的功能是將交流中壓電壓降

11、壓整流成直流1500V或750V電壓,為電動列車提供牽引供電,它包括牽引變電所與牽引網(wǎng)。(4)動力照明系統(tǒng)動力照明系統(tǒng)的功能是將交流中壓電壓降壓成交流380V/220V電壓,為各種運(yùn)營設(shè)備提供低壓電源,它包括降壓變電所、動力照明配電系統(tǒng)。(5)雜散電流防護(hù)系統(tǒng)雜散電流防護(hù)系統(tǒng)的功能是減少因直流牽引供電系統(tǒng)引起的雜散電流并防止其對外擴(kuò)散,盡量避免雜散電流對城市軌道交通本身及附近結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管線的電腐蝕,并對雜散電流及其腐蝕防護(hù)情況進(jìn)行檢測。1.6 地鐵供電方式選擇與分析(1)供電質(zhì)量集中式供電的外部電源引自城市高壓電網(wǎng),電壓等級高,輸電容量大,系統(tǒng)短路容量大,抗干擾能力強(qiáng),電網(wǎng)電壓波動??;另外

12、,地鐵主變電所一般裝有載自動調(diào)壓變壓器,因此中壓側(cè)電壓相對穩(wěn)定,供電質(zhì)量高。(2)供電可靠性對于集中式供電,由于主變電所進(jìn)線電壓等級高,電氣設(shè)備的絕緣等級、制造水平、繼電保護(hù)配置等要求都比較高,線路故障率相對較低;同時,城市供電系統(tǒng)相對獨立,與城市電網(wǎng)接口少,城市其他負(fù)荷對地鐵供電系統(tǒng)干擾少。(3)中壓網(wǎng)絡(luò)電壓對于集中式供電,中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級,不受城市電網(wǎng)電壓等級的限制,可根據(jù)用電負(fù)荷的供電距離等情況比選確定。目前集中式供電的中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級高,一般為35KV。這樣可以提高系統(tǒng)的供電能力與供電可靠性,同時可以降低線路功率損耗。(4)對城市電網(wǎng)影響地鐵供電系統(tǒng)對城市電網(wǎng)的影響主要表現(xiàn)在諧波影響

13、和網(wǎng)壓波動兩個方面。目前牽引整流機(jī)組一般采用雙機(jī)組等效24脈波整流裝置。牽引整流機(jī)組的脈波數(shù)越高,產(chǎn)生的低次諧波就越少。采用集中式供電方式時,高次諧波經(jīng)過多級變電所變換、分流以后,注入城市電網(wǎng)的諧波含量少。在網(wǎng)壓波動方面,采用集中式供電方案,牽引負(fù)荷產(chǎn)生的電壓波動和閃變在地鐵供電系統(tǒng)內(nèi)部經(jīng)過兩級變壓器轉(zhuǎn)換,逐漸變的平衡,對城市電網(wǎng)其他用戶的影響很小。(5)工程實施采用集中式供電,地鐵主變電所與城市電網(wǎng)接口較少,外部電源引入路徑相對較少,建設(shè)單位與城市協(xié)調(diào)工作相對較少,易于實施。 1.7主變電所對于集中式供電系統(tǒng),應(yīng)建設(shè)地鐵專用主變電所。本部分涉及內(nèi)容較多,主要有主變電所選址、電氣主接線、主變壓

14、器選擇、主變壓器中性點接地等。地鐵主變電所功能是接受城市電網(wǎng)高壓電源,經(jīng)降壓后為牽引變電所、降壓變電所提供中壓電源。主變電所電氣主接線,可以從高壓側(cè)和中壓側(cè)兩個方面來描述。高壓側(cè)線路采用線路變壓器組接線形式;中壓側(cè)一般采用單母線分段形式,并設(shè)置母線分段開關(guān)。主變電器的選擇,包括主變壓器的臺數(shù)與容量的確定的原則、主變壓器形式選擇等。主變壓器高壓側(cè)接地方式按城市電網(wǎng)運(yùn)行方式確定;中壓側(cè)中性點一般經(jīng)過消弧線圈接地或接地電阻接地。主變壓器中壓側(cè):主接線中壓側(cè)一般采用單母線分段形式,并設(shè)置母線分段開關(guān)。如圖3-2所示。正常情況下,兩段母線分裂運(yùn)行;牽引變電所和降壓變電所可以從不同母線段取得中壓電源;當(dāng)主

15、變電所一段中壓母線失壓時,另一端中壓母線可以迅速恢復(fù)對牽引變電所和降壓變電所供電。 當(dāng)一路高壓進(jìn)線失電壓或一臺主變退出后,通過中壓母線分段開關(guān)迅速合閘,由另一臺主變壓器承擔(dān)本主變電所范圍內(nèi)的全部一、二級用電負(fù)荷。當(dāng)一段中壓母線故障時,該段母線上的進(jìn)線開關(guān)分閘,同時該段母線上饋線所接的一級牽引或降壓變電所進(jìn)線開關(guān)也應(yīng)失壓跳閘,根據(jù)中壓供電網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行方式,由主變電所的另一段中壓母線繼續(xù)供電。圖3-2 主變壓器主接線圖1.8中壓網(wǎng)絡(luò)中壓網(wǎng)絡(luò)不是供電系統(tǒng)中獨立的子系統(tǒng),但是它卻是供電系統(tǒng)設(shè)計的核心內(nèi)容。它的設(shè)計牽扯到外部電源方案、主變電所的位置及數(shù)量、牽引變電所及降壓變電所的位置與數(shù)量、牽引變電所與降壓

16、變電所的主接線等。中壓供電網(wǎng)絡(luò)是通過中壓電纜,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,橫向把全線的各個牽引變電所、降壓變電所連接起來,形成了中壓網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能的不同,把為牽引變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò),稱為牽引網(wǎng)絡(luò);同樣,把為降壓變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)稱為動力照明網(wǎng)絡(luò)。中壓網(wǎng)絡(luò)有兩大屬性:一是電壓等級,二是構(gòu)成形式。牽引變電所引入兩路獨立的中壓交流電源,并將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能,承擔(dān)著向電動列車提供直流牽引電能的功能。降壓變電所將中壓電能轉(zhuǎn)換到低壓電能,向車站、區(qū)間、車輛段、控制中心所有低壓用電負(fù)荷提供電能,使地鐵安全運(yùn)營得到可靠地保障。1 設(shè)計基本內(nèi)容1. 設(shè)計的目的和要求2.

17、 設(shè)計的主要內(nèi)容3. 地鐵變配電所的負(fù)荷分類根據(jù)地下鐵道設(shè)計規(guī)范的要求,把地鐵的用電負(fù)荷分為三級。一級負(fù)荷:防排煙風(fēng)機(jī)、廢水泵、消防泵、防淹門、通信、信號、防災(zāi)報警、自動售檢票系統(tǒng)、車站控制室、屏蔽門以及應(yīng)急照明(含疏散指示照明)等用電以及區(qū)間的風(fēng)機(jī)和水泵用電,由兩路獨立的電源供電,且為末端切換。應(yīng)急照明電源在交直流屏上切換。二級負(fù)荷:自動扶梯、電梯、普通風(fēng)機(jī)、污才泵、一般照明、管理房及設(shè)備房照明等用電,由一路電源供電。當(dāng)這路電源發(fā)生故障時,由變電月低壓柜上的母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)進(jìn)行切換,以保證供電。(注:變電所為兩路10電源各帶一臺變且器,低壓側(cè)為單母線分段,設(shè)母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)。)三級負(fù)荷:冷水機(jī)組及其

18、配套的冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔、茶水間熱水器以及廣告照明、清潔機(jī)械等設(shè)備用電,由一路電源供電,當(dāng)這路電發(fā)生故障時,允許對這些設(shè)備停止供電。4. 供電原則5. 無功補(bǔ)償6. 電氣主接線和運(yùn)行方式2 動力部分設(shè)計1動力配電原則動力設(shè)備配電主要采用放射式配電。水泵電梯、扶梯的電源以及通信、信號、綜合控制室.屏蔽門、自動售檢票機(jī)的雙路電源都是直接由配電所的低壓母線饋出,采用TN-S接地保護(hù)系統(tǒng),用五芯電纜供電。環(huán)控設(shè)備從環(huán)控電控室放射式供電方式配電,采用TN-S系統(tǒng)。區(qū)間維修用電每隔1000!設(shè)一動力插座箱,采用鏈?zhǔn)脚潆?,每個插座箱容量Sl5kW,每路僅考慮一個插座箱使用,插座箱應(yīng)設(shè)漏電開關(guān)保護(hù),插座箱

19、密封防水,外殼防護(hù)1?65»在站臺、站廳設(shè)置單相三孔安全插座供清潔機(jī)械和檢修用。2動力設(shè)備的供電和控制空調(diào)通風(fēng)機(jī)房設(shè)環(huán)控電控室,根據(jù)環(huán)控設(shè)備設(shè)置情況,在車站的一端或兩端分別設(shè)環(huán)控電控室。從環(huán)控電控室給各種風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥等配出電力,在風(fēng)機(jī)旁設(shè)按鈕箱。滿足動力設(shè)備的用電耍求,方便運(yùn)營維護(hù)管理。隧道通風(fēng)機(jī)容量較大,但屬于環(huán)控設(shè)備,也從環(huán)控電控室配出電力。有的地鐵線路的隧道通風(fēng)機(jī)是直接從變電所配出的,這是設(shè)計總體單位的要求不同。除環(huán)控設(shè)備能夠在環(huán)控電控室控制外,一般設(shè)備都采用就地控制和綜合控制兩種控制方式。在車站綜合控制室由3八3微機(jī)實現(xiàn)對風(fēng)機(jī)、空調(diào)、水泵等設(shè)備的控制與監(jiān)視,并將采集的信息送至中

20、央控制室。動力設(shè)備采用直接起動方式,隧道風(fēng)機(jī)及區(qū)間水泵等較大、較遠(yuǎn)的設(shè)備采用降壓起動或軟起動的方式。3 設(shè)計4選型5出圖3 照明部分設(shè)計1.原則 1)為便于運(yùn)營和管理,在車站兩端站臺層和站廳層各設(shè)一照明配電室,上下 兩層配電室一般是對齊的,這樣便于對本層用電設(shè)備的管理和上下層電纜的敷 設(shè)。公用照明配電箱集中設(shè)在照明配電室內(nèi),便于控制。 2)照明種類和控制方式:照明分為一般照明、應(yīng)急照明、誘導(dǎo)照明、廣告照 明和安全照明。公用照明集中管理,統(tǒng)一控制。機(jī)房和辦公室照明就地控制。 北京地鐵早期設(shè)計時,有一部分照明是列車停運(yùn)以后仍繼續(xù)工作的常明燈,叫 做節(jié)電照明。因節(jié)電照明的詞義不能正確表達(dá)其照明性質(zhì),一些城市的地鐵不 用該詞,而統(tǒng)稱為一般照明。 3)站臺層和站廳層的照明主要

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