論文-供電系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成及應(yīng)用

-.z.**軌道交通1號線一期工程供電系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成及應(yīng)用摘要：隨著"十二五〞規(guī)劃開展的逐步深入，為解決城市市內(nèi)交通擁堵矛盾，國內(nèi)各大城市相繼開展起城市軌道交通。城市軌道交通牽引方式以電力牽引方式為主，隨著城市基建的快速開展，大量高新技術(shù)都用到了軌道交通建立實際中來，把城市軌道交通的行車密度、運行速度推向了更高更快水平。另外，它又具有地下線路和大運量的特點，更突出了供電系統(tǒng)在城市軌道交通中的重要性。**軌道交通1號線一期工程新建主變電站2座，設(shè)牽引降壓混合變電所10座，降壓變電所12座，跟隨式降壓變電所4座，區(qū)間降壓變電所2座，控制中心降壓所1座。供電系統(tǒng)采用110/35kV兩級集中供電方式，設(shè)4個環(huán)網(wǎng)供電分區(qū)。AC35kV經(jīng)變電所牽引局部降壓和整流后為牽引列車提供DC150OV電源，經(jīng)降壓局部降壓后為全線動力照明提供AC400V電源。本文對整個城市軌道交通供電系統(tǒng)的設(shè)備構(gòu)成、設(shè)計參數(shù)及應(yīng)用進展介紹，并針對系統(tǒng)特點和技術(shù)問題提出解決方案。同時，結(jié)合**軌道交通1號線一期工程供電系統(tǒng)設(shè)備構(gòu)成、設(shè)計參數(shù)進展了分析和探討。關(guān)鍵詞：**軌道交通1號線；供電系統(tǒng)；設(shè)備構(gòu)成-.z.城市軌道交通工程供電系統(tǒng)電源主要取自地方電力系統(tǒng)的城市供電網(wǎng)，通常有集中供電、分散供電、混合供電三種配置電源方式。集中供電和分散供電的主要區(qū)別是，是否具有為整個城市軌道交通供電系統(tǒng)提供電源的專用主變電所，如圖l所示。集中供電使用城市電網(wǎng)110kV高壓電網(wǎng)，提高了供電系統(tǒng)的電源質(zhì)量和容量。專網(wǎng)專供，使城市軌道交通供電系統(tǒng)的可靠性大幅提高。城市軌道交通的供電系統(tǒng)主要由輸變交流局部、牽引供電直流局部、變配動力照明局部、二次保護自動控制系統(tǒng)以及防止雜散電流設(shè)施等構(gòu)成。1.輸變交流局部城市軌道交通供電系統(tǒng)的輸變交流局部主要由城市電網(wǎng)電源接入電纜、城市軌道交通主變電所(集中供電方式)、向線路提供電源的中壓環(huán)網(wǎng)電纜以及電力變壓器組成。兩種方式各有優(yōu)缺點，軌道交通的外部電源方案應(yīng)根據(jù)城市電網(wǎng)具體構(gòu)成情況，采用適宜的供電方式。如采用分散式供電，、、、、、**等地則采用了集中式供電。兩種電源配置圖如圖2所示。兩種電源配置模式主變壓器和動力變壓器均采用一主一備互為備用模式，變壓器間采取單母線分段連接。每一座主變電所設(shè)兩臺主變壓器，主變壓器采用有載調(diào)壓。正常時，主變電所的兩臺主變壓器同時運行，主變電所2路110kV電源及35kV側(cè)兩段母線分列運行。變電所母聯(lián)斷路器分開。當任一臺主變壓器退出運行時，另一臺主變壓器能夠承當全所一、二級負荷的供電。**軌道交通1號線主變電所變壓器選用SZ10-40000kVA/110kV型的三相兩繞組自冷有載調(diào)壓變壓器，35kV配電裝置采用鎧裝式金屬封閉開關(guān)柜，中壓網(wǎng)絡(luò)采用鏈式網(wǎng)絡(luò)將變電所串聯(lián)連接，將全線的變電所劃為4個環(huán)網(wǎng)供電分區(qū)，分區(qū)內(nèi)各種功能的變電所以鏈式網(wǎng)的形式連接，并采用互為備用的兩路電源。牽引直流兩臺整流變壓器分別采用12相三繞組接線。單臺整流器由二個三相6脈沖全波整流橋組成，其中一個整流橋接至整流變壓器二次側(cè)Y型繞組，另一個整流橋接至整流變壓器二次側(cè)型繞組。兩個整流橋并聯(lián)連接構(gòu)成12脈波整流。在每座牽引變電所內(nèi)兩臺整流機組并聯(lián)運行構(gòu)成等效24脈波整流，有效防止對電網(wǎng)的諧波污染，向地鐵電力動車組提供平穩(wěn)均衡直流電源。在故障時解裂形成等效12脈波整流維持牽引供電。實踐證明，等效24脈波整流變壓器的接線和繼電保護模式符合城市軌道交通供電系統(tǒng)的需求。2.牽引供電直流局部牽引供電向城市軌道交通電動車組提供動力，主要包括上網(wǎng)電纜、接觸網(wǎng)(軌)、回流鋼軌、回流電纜、均流電纜等。根據(jù)車輛取流模式不同，牽引供電的牽引網(wǎng)采用了兩種形式：架空接觸網(wǎng)-受電弓模式和第三軌-集電靴模式，利用車輛走行軌道回流。在城市軌道交通中，第三軌-集電靴模式的工作電壓一般為DC750V，目前在建的**地鐵16號線第三軌-集電靴模式電壓為DC1500V。架空接觸網(wǎng)-受電弓模式的工作電壓一般為DC1500V。采用第三軌-集電靴模式受電的車輛需裝置4架集電靴(兩側(cè))，而采用架空接觸網(wǎng)-受電弓模式的列車僅需裝置2架受電弓。2.1第三軌-集電靴模式常用的第三軌-集電靴模式有上磨式和下磨式2種，如圖3。圖3接觸軌兩種形式主要技術(shù)參數(shù)：(l)第三軌的安裝尺寸和誤差由車輛受流器和第三軌在相對運動中可靠接觸確定。通常第三軌距走行軌中心距離約為140mm，距軌面高度約440mm。(2)受流器。接觸壓力120-180N，額定電壓DC750V，額定電流70-90A。2.2架空接觸網(wǎng)-受電弓模式圖4顯示的是架空接觸網(wǎng)-受電弓模式(剛性懸掛和柔性懸掛)。主要技術(shù)參數(shù)：(1)架空接觸網(wǎng)根本參數(shù)：隧道內(nèi)導線4040mm，車輛段內(nèi)5000mm，拉出值±200-250mm。(2)額定電壓：DC1500V；額定電流：1800-2400A。(3)受電弓對接觸網(wǎng)的接觸壓力120N，可調(diào)節(jié)范圍100-140N。(4)接觸滑板長度：(800±1)mm。在牽引供電直流局部中，第三軌-受電靴模式較為簡單、可靠，在城市軌道交通的開展前期使用廣泛。20世紀70年代以來，隨著接觸網(wǎng)可靠性的提高，以及人們對平安性的要求，接觸網(wǎng)-受電弓模式得到推廣應(yīng)用。架空接觸網(wǎng)分剛性和柔性2種，如圖4所示。柔性架空接觸網(wǎng)適于高架、地面和地下的城市軌道交通線路，剛性架空接觸網(wǎng)適于地下城市軌道交通線路。仔細對剛性懸掛接觸網(wǎng)分析，剛性接觸網(wǎng)猶如在隧道頂部安置接觸軌，且最高運行速度能夠滿足城市軌道交通需求。因此，剛性懸掛方式既具有接觸軌優(yōu)點，又具有接觸網(wǎng)的優(yōu)點。剛性懸掛方式己被越來越多的城市軌道交通線路采用。圖4接觸網(wǎng)兩種懸掛安裝方式相對于第三軌-受電靴模式，架空接觸網(wǎng)-受電弓模式平安性高，特別是在突發(fā)事件情況下，架空接觸網(wǎng)-受電弓模式可以方便城市軌道交通運營部門緊急疏散乘客。另外，由于采用架空形式，提高了車輛的受電電壓，不僅可以降低線路損耗，提高供電距離，而且還降低了車輛自重，增加車輛載客量。**軌道交通1號線接觸網(wǎng)，隧內(nèi)采用架空剛性接觸網(wǎng)，地面及車輛段〔廠〕內(nèi)采用架空柔性接觸網(wǎng)形式。3變配動力照明局部城市軌道交通供電系統(tǒng)動力照明與通常動力照明供電系統(tǒng)無異，經(jīng)過動力變壓器的轉(zhuǎn)換，電壓采用三相AC400V，為了確保人身和設(shè)備平安，系統(tǒng)采用TN-S三相五線制。國內(nèi)地鐵動力照明系統(tǒng)的容量計算普遍偏大。根據(jù)"地鐵設(shè)計標準""配電變壓器的容量選擇應(yīng)當滿足一臺配電變壓器退出運行時，另一臺配電變壓器能負擔供電范圍內(nèi)的遠期一、二級負荷〞的要求，地鐵配電變壓器的負載率初期應(yīng)到達或接近50%，遠期能到達或接近60%。這樣不僅變壓器的損耗較小，且在一臺變壓器退出運行的情況下又能滿足車站一、二級負荷的標準要求。同時，提高配電變壓器的負載率不僅降低變壓器長期低負載率運行的能耗損失，降低運行本錢，減少地鐵一次性投資，而且可抑制地鐵初期運行時出現(xiàn)的無功倒送、TA變比選擇和測量精度不準等。對于隧道風機、給排水、電扶梯等負荷，應(yīng)考慮其負荷特性，合理運用變壓器的負荷特性予以解決。需要注意的是：在對動力照明設(shè)備采取統(tǒng)一功率因素補償時，補償裝置所使用的電力電容器應(yīng)考慮諧波的影響。4二次保護自動控制系統(tǒng)供電系統(tǒng)是軌道交通的重要組成局部，它向軌道交通其它用電設(shè)備提供電能，是其它系統(tǒng)正常運行的根底。因此保證供電系統(tǒng)的正常運行，以及在發(fā)生故障時如何將故障范圍縮小到最小范圍并及時恢復(fù)供電尤為重要。二次保護自動控制系統(tǒng)就是為供電系統(tǒng)能夠更好地運行提供有力的保障。為了提高城市軌道交通供電系統(tǒng)的可靠性和自動化程度，城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)置了二次保護自動控制系統(tǒng)-電力監(jiān)控PSCADA系統(tǒng)，通過網(wǎng)絡(luò)接口接入綜合自動化系統(tǒng)，并采用多CPU構(gòu)造方式，實現(xiàn)保護、測量、信息采集與控制、開關(guān)間的聯(lián)鎖與聯(lián)動、通信等功能。如圖5。電力監(jiān)控系統(tǒng)運用計算機和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用分層分布式構(gòu)造，由中央監(jiān)控中心主站系統(tǒng)、車站變電所子站系統(tǒng)、車輛段隔離開關(guān)監(jiān)控系統(tǒng)以及車站內(nèi)的根底設(shè)備、接觸網(wǎng)設(shè)備及通信單元組成。主變電所、牽引變電所和動力照明變電所的信息經(jīng)過信息終端和通道接入電力監(jiān)控系統(tǒng)中，通過地鐵通信系統(tǒng)形成一個完整的系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造。由于計算機控制技術(shù)的普及，一些城市的軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)正在將電力監(jiān)控系統(tǒng)納入其中。**市軌道交通1號線一期工程設(shè)置一套電力監(jiān)控系統(tǒng)，用于對全線的供電系統(tǒng)主要設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)視控制。電力監(jiān)控系統(tǒng)由控制中心的電力調(diào)度系統(tǒng)、變電所綜合自動化系統(tǒng)及聯(lián)系兩者間的通道三局部組成，其中控制中心的電力調(diào)度系統(tǒng)作為一個子系統(tǒng)納入綜合監(jiān)控系統(tǒng)〔ISCS〕，變電所綜合自動化系統(tǒng)則設(shè)置在全線的主變電站、牽引降壓混合變電所、降壓變電所內(nèi)。跟隨所不單獨設(shè)變電所綜合自動化系統(tǒng)，納入為其供電的主變電站、牽引降壓混合變電所或降壓變電所內(nèi)。圖5工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場總線相結(jié)合模式示意圖**軌道交通1號線二次保護自動控制系統(tǒng)采用總線與星型結(jié)合的網(wǎng)絡(luò)拓撲構(gòu)造。對采用現(xiàn)場總線傳輸?shù)拈g隔層設(shè)備，首先按設(shè)備類型在開關(guān)柜內(nèi)部組成總線拓撲，然后與主監(jiān)控單元連接。對采用工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)拈g隔層設(shè)備，在各類開關(guān)柜內(nèi)分別設(shè)置以太網(wǎng)交換機，各間隔層設(shè)備以交換機為中央節(jié)點，構(gòu)成星形拓撲，然后通過交換機的上連口與安裝于控制信號盤內(nèi)的交換機通信。5防止雜散電流設(shè)施設(shè)備城市軌道交通的供電模式是通過設(shè)置在沿線的直流牽引變電所以架空接觸線或第三軌的形式向列車饋送電能，并利用走行軌作為回流線路進展回流。一般情況下，走行軌本身具有電阻且對地無法做到完全絕緣，因此，一局部電流經(jīng)走行軌泄漏到大地，這局部泄漏電流稱為"雜散電流〞，又稱"迷流〞，見圖6。圖6雜散電流腐蝕原理迷流產(chǎn)生原因是運行車輛下方的回流導致鋼軌(地)電位與相鄰牽引變電所的鋼軌(地)電位形成電位差，使局部電流通過"捷徑〞回到變電所。**軌道交通1號線防止迷流采取"以堵為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強監(jiān)測〞的綜合防護措施。堵：隔離、控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進入1號線的主體構(gòu)造、設(shè)備、金屬管線及其他的相關(guān)設(shè)施。排：通過雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回牽引變電所的電氣通路，以限制雜散電流繼續(xù)向1號線系統(tǒng)以外泄漏，減少雜散電流對金屬管線及金屬構(gòu)件的腐蝕。測：設(shè)計完備的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)，監(jiān)視、測量雜散電流的大小，為運營維護提供依據(jù)。**軌道交通1號線防止雜散電流具體措施如下：(1)減少回流鋼軌縱向電阻，降低鋼軌電位和提高回流軌對地過渡電阻，確保暢通的牽引回流系統(tǒng)，隔離和控制所有的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進入地鐵的主體構(gòu)造、設(shè)備及相關(guān)設(shè)施。(2)在回流鋼軌的整體道床中設(shè)置雜散電流收集網(wǎng)，通過雜散電流的收集和排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回變電所負極的金屬通路，減少雜散電流向外泄漏。(3)測量雜散電流的大小，為運營維護提供依據(jù)，從而設(shè)計完備的雜散電流檢測系統(tǒng)。(4)當監(jiān)測電流超過一定限值時，啟動排流裝置，將金屬構(gòu)造中的雜散電流人為地回流到鋼軌或變電所負極。(5)設(shè)置與大地絕緣的獨立回流軌。同時，針對特殊區(qū)段，設(shè)置了特殊防護方案，也簡介如下：軌道交通1號線一期工程盾構(gòu)區(qū)間隧道構(gòu)造鋼筋采用隔離法進展防護。隔離法充分利用了盾構(gòu)管片的構(gòu)造及安裝特點。由于盾構(gòu)隧道是由縱向1.2m長的管片構(gòu)成，盾構(gòu)管片間存在用于防水的橡膠墊圈，且盾構(gòu)管片內(nèi)部構(gòu)造鋼筋同管片之間的連接螺栓通過素混凝土隔離，這樣客觀上隔斷了盾構(gòu)管片的相互連接，使得1.2m長的管片內(nèi)鋼筋所收集的雜散電流數(shù)量非常小，從而實現(xiàn)盾構(gòu)管片內(nèi)部構(gòu)造鋼筋的鈍化腐蝕狀態(tài)，到達防護目的。車輛段和停車場通過恰當設(shè)置回流點和均流電纜，長度較長的庫外電化線路回流電纜多點并聯(lián)，降低回路電阻，確保牽引回流