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1、第六章城市軌道交通供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運行 主編 李建民 第 一 節(jié) 城 市 軌 道 交 通 供 電 系統(tǒng) 結(jié) 構(gòu) 與 要 求 一、供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 城市軌道交通供電系統(tǒng)主要由以下三部分構(gòu)成：中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)和低壓供配電系統(tǒng)。 中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)：城市軌道交通電力能量來源于所在城市的國家電力系統(tǒng)，它直接取自城市或區(qū)域電力網(wǎng)。城市軌道交通電力網(wǎng)供電系統(tǒng)就是指國家電力網(wǎng)以何種方式向城市軌道交通供電，結(jié)構(gòu)是如何構(gòu)成的。因此，城市電網(wǎng)或區(qū)域電力網(wǎng)的結(jié)構(gòu)必將對城市軌道交通供電系統(tǒng)起著決定作用。 牽引供電系統(tǒng)：城市軌道交通供電系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)向城市軌道交通車輛提供電能。主要作用是降壓、整流和傳輸電能。 低壓供

2、配電系統(tǒng)：負(fù)責(zé)向信號設(shè)備、照明、通風(fēng)、排水、制冷設(shè)備饋送電能。主要作用是降壓、分配和傳輸電能。一般而言，它主要是負(fù)責(zé)向安全、保障設(shè)備供電。 二、供電系統(tǒng)具體要求1)供電系統(tǒng)應(yīng)滿足經(jīng)濟、可靠、接線簡單、運營管理及維護(hù)方便的要求。2)目前，城市軌道交通供電系統(tǒng)一般采用集中供電，110/35kV兩級電壓供電方式。3)對于集中供電模式，主變電所應(yīng)從市區(qū)電網(wǎng)引入兩回路110kV獨立電源供電，以保證供電可靠性和供電質(zhì)量。4)主變電所110kV側(cè)采用線路變壓器組，也可采用內(nèi)橋接線方式；主變電所35kV側(cè)采用單母線分段接線。5)供電系統(tǒng)按遠(yuǎn)期高峰小時負(fù)荷設(shè)計，并預(yù)留一定裕度。 二、供電系統(tǒng)具體要求6)供電系統(tǒng)

3、應(yīng)滿足下列運行方式負(fù)荷的要求： 主變電所一臺主變壓器解列退出運行時，由另一臺主變壓器向該主變電所供電范圍內(nèi)的用電負(fù)荷供電，每臺主變壓器容量應(yīng)滿足該所供電區(qū)域高峰小時牽引負(fù)荷和動力照明一、二級負(fù)荷的需求。7)對于集中供電模式，不考慮在一座主變電所故障解列，同時35kV環(huán)網(wǎng)電纜故障的情況。8)正常運行方式下，系統(tǒng)的電能損失最小。9)牽引降壓混合變電所或降壓變電所正常時由兩回路35kV電源供電，當(dāng)任一回路35kV進(jìn)線電纜故障或失壓時，另一回路35kV電源向該所供電范圍內(nèi)一、二、三級負(fù)荷供電。 二、供電系統(tǒng)具體要求10)根據(jù)車站和車輛段設(shè)備負(fù)荷分布情況，各設(shè)12座降壓變電所，當(dāng)設(shè)置兩座降壓變電所時，一

4、所為35kV側(cè)單母線分段接線方式，另一所為跟隨式。11)牽引變電所設(shè)兩套整流機組，兩套機組并聯(lián)運行構(gòu)成等效24脈波整流對牽引網(wǎng)供電，以減少注入城市電網(wǎng)的諧波。12)全線任何順序相鄰的三座牽引變電所(線路端頭兩牽引變電所除外)，當(dāng)中間一座牽引變電所故障時，其相鄰的牽引變電所采取大雙邊供電方式，擔(dān)負(fù)起該段的牽引供電負(fù)荷。13)牽引變電所供電效率不低于96%。14)接觸網(wǎng)供電電壓采用直流1500V或者750V，允許電壓波動范圍為 10001800V或者500900V。 二、供電系統(tǒng)具體要求15)供電系統(tǒng)通過主變電所送入電力系統(tǒng)的諧波含量應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。16)各車站設(shè)置綜合接地網(wǎng)，接地電阻不大于

5、0.5，根據(jù)各地的情況不一樣，有時選0.8，還有的選1.5。17)當(dāng)接地系統(tǒng)設(shè)計與雜散電流防護(hù)設(shè)計發(fā)生矛盾時，應(yīng)優(yōu)先考慮接地安全。18)繼電保護(hù)裝置應(yīng)滿足可靠性、速動性、選擇性和靈敏性的要求。19)為保證旅客安全，每個車站應(yīng)設(shè)鋼軌電位限制裝置。20)供電系統(tǒng)應(yīng)盡可能采用優(yōu)質(zhì)的國產(chǎn)化設(shè)備，便于維護(hù)和管理。 三、變電所主接線選擇原則1.變電所主接線方案研究2.減少生產(chǎn)房屋面積的措施 減少生產(chǎn)房屋的面積，不僅可以減少變電所房屋的投資，而且可以方便車站的建筑布置，減少環(huán)控負(fù)荷和照明負(fù)荷以及其他輔助設(shè)施的配置，意義重大，更重要的是可以減少一次性投資。3.繼電保護(hù)的配置 合理地設(shè)置繼電保護(hù)可以提高供電系統(tǒng)

6、的可靠性，提高運行的經(jīng)濟水平，方便于運行管理。4.絕緣配合及接地 合理地設(shè)置過電壓保護(hù)裝置、正確選取各設(shè)備的絕緣水 平，采用恰當(dāng)?shù)慕拥胤椒ǎ軌虼_保人員和設(shè)備的安全，提高供電的可靠性，延長設(shè)備的使用壽命。 四、變電所建設(shè)原則1.電源設(shè)置原則 一般從最近的220kV變電站引入兩路電源，而且要選擇至少兩個220kV變電站，主變電所110kV電源從兩站引入比較理想。220kV變電站要具有足夠的容量，最好預(yù)留110kV出線間隔，以滿足城市軌道交通供電發(fā)展的需要。設(shè)計新的供電系統(tǒng)時，既要充分利用現(xiàn)有城市軌道交通供電資源；同時，還要兼顧城市軌道交通遠(yuǎn)期規(guī)劃，以便提高整個城市軌道交通供電系統(tǒng)的效率。2.主變

7、電所選址原則 我國城市軌道交通供電系統(tǒng)多選擇35kV等級環(huán)網(wǎng)供電，而考慮到35kV電纜末端的電壓質(zhì)量，35kV供電半徑不宜過長，因此主 變電所應(yīng)盡可能處在供電線路的中間。同時，主變電所所址還應(yīng)考慮使接入系統(tǒng)方案可行，盡量節(jié)省投資。 四、變電所建設(shè)原則1) 城市軌道交通供電系統(tǒng)一般采用集中供電方式，全線牽引、低壓配電系統(tǒng)由110/35kV(/10kV)主變電所供電。2)新建主變電所應(yīng)結(jié)合城市軌道交通網(wǎng)規(guī)劃、城市電網(wǎng)發(fā)展規(guī)劃及現(xiàn)有情況做統(tǒng)一規(guī)劃、合理布局、分步實施。3)盡可能利用現(xiàn)有軌道交通主變電所，以實現(xiàn)主變電所資源共享，避免重復(fù)配置造成的浪費。3.牽引變電所選址原則 牽引變電所的設(shè)置首先要滿足

8、供電質(zhì)量的要求，GB 104112005城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)規(guī)定：牽引供電系統(tǒng)直流電壓及波動范圍應(yīng)符合如下的標(biāo)準(zhǔn)：標(biāo)稱值1500V，最低值1000V， 最高值1800V。 第二節(jié)電氣主接線形式 一、電氣主接線及其要求 1)因該類變電所一般設(shè)在地下(如上海地鐵)或地面的城市鬧市區(qū)街道兩側(cè)(輕軌系統(tǒng))，受環(huán)境條件和空間的制約及安全保障的需要，其特殊性不同于一般的變電所。 2)列車牽引、通信信號電源、站廳事故照明和必要的安全、環(huán)衛(wèi)設(shè)施(通風(fēng)、排水、防災(zāi)、消防和自動扶梯等 )都屬于一級負(fù)荷，它們對不間斷供電的要求基本相同，因此必須綜合考慮，不可偏頗，此外還有二、三級動力和照明負(fù)荷。 一、電氣主

9、接線及其要求1.可靠性 可靠性指保證在各種運行方式下，牽引負(fù)荷以及其他動力負(fù)荷供電的連續(xù)性，即保證不間斷供電。牽引負(fù)荷是一級負(fù)荷，中斷供電將造成重大的社會影響，對整個城市交通都會造成壓力。因此連續(xù)的供電是對電氣主接線的首要要求。不但如此，還要為用戶提供符合要求的高質(zhì)量的電能。除此之外，可靠性還體現(xiàn)在能夠適應(yīng)一定的環(huán)境變化，即要求在較惡劣的環(huán)境下，仍然能夠正常工作。 一、電氣主接線及其要求2.靈活性 靈活性指系統(tǒng)在故障或變電設(shè)備故障和檢修時，能適應(yīng)調(diào)度的要求，能夠靈活、簡便、迅速地改變運行方式，而且要使故障影響的范圍最小。這就要求主接線力求簡捷、明了，操作簡便，避免誤操作。除此之外，靈活性還體現(xiàn)

10、在具有一定的適應(yīng)發(fā)展的可能性，即要有一定預(yù)留。3.安全性 電氣主接線保證在進(jìn)行操作時，工作人員和設(shè)備的安全以及能在安全的條件下進(jìn)行維護(hù)和作業(yè)。當(dāng)然也要保證進(jìn)入變電所的非工作人員的安全。電氣主接線的安全性是有等級的，首先保證工 作人員的安全。這是最基本的要求。 一、電氣主接線及其要求4.經(jīng)濟性 電氣主接線的經(jīng)濟性主要取決于以下幾個方面：一是母線的結(jié)構(gòu)類型與組數(shù)；二是變壓器的容量、結(jié)構(gòu)形式和數(shù)量；三是高壓斷路器的數(shù)量；四是配電結(jié)構(gòu)類型；五是占地面積等。設(shè)計時要進(jìn)行綜合考慮，以達(dá)到電氣主接線的投資和運行費用的經(jīng)濟、合理。在確定主接線時，一般都要在滿足安全可靠、運行靈活的前提下，盡量降低投資和運行費用

11、。 二、常用的主接線形式1.單母線不分段接線 單母線不分段接線是比較簡單的接線形式，如圖6 1所示。電源回路和用電回路通過斷路器和隔離開關(guān)分別與母線相連。根據(jù)電源的數(shù)量，該接線形式又分為雙電源形式和單電源形式。單電源形式一般適用于10kV以下的一般用戶。 圖6-1單母線不分段接線 二、常用的主接線形式2.單母線分段接線 單母線分段接線是在克服單母線不分段接線工作不夠可靠、靈活性較差的基礎(chǔ)上，改進(jìn)后而形成的一種接線方式，如圖62所示。它又分為雙電源單母線分段接線和單電源單母線分段接線。 圖6-2單母線分段接線 二、常用的主接線形式3.具有代旁路母線的單母線接線 單母線分段接線雖能提高運行的可靠性

12、和靈活性，但線路斷路器檢修或故障時，將使該回路停電。而實際運行中，斷路器故障率高，檢修頻繁，是配電裝置中的薄弱環(huán)節(jié)。為克服這一缺點，可采用具有代旁路母線的單母線接線，如圖6 3所示。 圖6-3代旁路母線的單母線接線 二、常用的主接線形式4.雙母線接線 變電所設(shè)有兩套母線，即工作母線和備用母線，兩套母線通過母聯(lián)斷路器連接起來，這種接線方式稱為雙母線接線，如圖64所示。每條電源線和饋線回路經(jīng)斷路器后用兩只隔離開關(guān)分別與兩條母線相連。正常運行時，1M、2M都是工作母線，并通過母聯(lián)斷路器MD（合閘）并聯(lián)運行。 圖6- 4雙母線接線 二、常用的主接線形式5.線路變壓器組接線 圖6-5線路變壓器組接線 二

13、、常用的主接線形式 1)在正常情況下，兩路電源線路各接一臺變壓器。 2)當(dāng)變壓器負(fù)荷率較高時，T1或T2出現(xiàn)故障，或者線路發(fā)生故障，此時需要相鄰的變電所聯(lián)絡(luò)轉(zhuǎn)移部分重要負(fù)荷。 3)當(dāng)變壓器負(fù)荷率較低時，T1或T2出現(xiàn)故障，或者線路發(fā)生故障，造成一臺主變壓器退出運行，此時僅僅需要對變電所二次側(cè)的負(fù)荷進(jìn)行轉(zhuǎn)移，由另一臺主變壓器承擔(dān)起本所全部負(fù)荷即可，對其他相鄰 的變電所沒有影響。圖6- 6內(nèi)橋形接線 二、常用的主接線形式6.橋形接線1)內(nèi)橋形接線僅需3臺斷路器，且線路操作方便。2)在正常情況下，QDL斷開，就變成線路變壓器組接線方式。3)變壓器故障和進(jìn)行合、分操作時，影響其他回路，操作較為繁瑣。

14、圖6-7外橋形接線 二、常用的主接線形式1)與內(nèi)橋形接線一樣，外橋形接線僅需3臺斷路器。2)在正常情況下，外橋形接線QDL斷開，就變成線路變壓器組接線方式。3)橋斷路器檢修時，兩變壓器需要解列運行。4)變壓器故障和進(jìn)行合、分操作時，不影響其他回路。 第三節(jié)中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運行 一、中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)概述1.系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 該系統(tǒng)包括從上一級電源進(jìn)線開始到各變電所進(jìn)線之前的所有電氣設(shè)備及線路，其核心是主變電所，此外就是負(fù)責(zé)向牽引系統(tǒng)和低壓變配電系統(tǒng)供電的輸電線路。 圖6- 8中壓環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)示意圖集中式+聯(lián)合式+鏈?zhǔn)?又稱雙回路環(huán)網(wǎng)) 一、中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)概述 圖6-9中壓環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)示意圖集中式+獨立式+

15、鏈?zhǔn)?T形連接 一、中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)概述2.主變電所的設(shè)置 城市軌道交通外部供電系統(tǒng)采用110kV集中供電方式，并根據(jù)軌道交通整體規(guī)劃進(jìn)行供電網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化和資源共享，其內(nèi)部電網(wǎng)主要供牽引、低壓配電系統(tǒng)等負(fù)荷。一般一條長的軌道交通線路，需配置兩座110kV主變電站。 1)位置：集中受電點的確定，也就是主變電所位置的確定，是一項非常重要的工作，對今后的線網(wǎng)、運營影響非常大。 2)數(shù)量：設(shè)置幾個主變電所以及與未來線路的關(guān)系，都必須綜合考慮。 3)容量大?。嚎紤]不同時期的線網(wǎng)結(jié)構(gòu)及運量。 一、中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)概述3.供電分區(qū)的設(shè)置 中壓環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)要根據(jù)實際情況進(jìn)行合理分區(qū)。并在分別來自兩個電源的分區(qū)之間建立聯(lián)絡(luò)

16、，35kV電源形成手拉手環(huán)網(wǎng)結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)的可靠性。正常運行情況下，環(huán)網(wǎng)分段開關(guān)打開；當(dāng)一個主變電站故障退出運行時，合上相應(yīng)的環(huán)網(wǎng)分段開關(guān)，主變電站之間實現(xiàn)供電相互支援。 二、城市軌道交通供電系統(tǒng)主變電所1.主變電所110kV進(jìn)線模式(1) 線路變壓器組接線模式該接線模式比較簡單，如圖6-10所示。(2)環(huán)入環(huán)出接線模式該模式如圖6-11所示，適用于中心城區(qū)兩條線路交叉或接近處。 圖6-10線路變壓器組接線模式 二、城市軌道交通供電系統(tǒng)主變電所 圖6-12環(huán)入環(huán)出接線模式2 二、城市軌道交通供電系統(tǒng)主變電所(3)雙環(huán)網(wǎng)接線模式該接線模式適用于中心城區(qū)多條線路交叉或接近，軌道交通用電負(fù)荷較集中

17、的場所，如圖6-13所示。 圖6-13雙環(huán)網(wǎng)接線模式 二、城市軌道交通供電系統(tǒng)主變電所2.主變電所電氣主接線及運行 主變電所的作用是將城市電網(wǎng)的高壓（110kV或220kV）電能降壓后以相應(yīng)的電壓等級（35kV或10kV）分別供給牽引變電所和降壓變電所。為保證供電的可靠性，一般設(shè)置兩座或兩座以上主變電所，主變電所由兩路獨立的電源進(jìn)線供電，內(nèi)部設(shè)置兩臺相同的主變壓器。根據(jù)牽引負(fù)荷容量和動力負(fù)荷容量的大小不同，主變壓器可采用三相三繞組的有載調(diào)壓變壓器，也可用雙繞組的變壓器。采用兩臺相同的主變壓器可以使35kV電壓和10kV電壓來自不同的變壓器。采用有載調(diào)壓變壓器，能夠在電源進(jìn)線電壓波動時，維持二次

18、電壓在正常值范圍內(nèi)。 圖6-14三繞組主變壓器的主變電所典型電氣主接線 二、城市軌道交通供電系統(tǒng)主變電所圖6-14三繞組主變壓器的主變電所典型電氣主接線 二、城市軌道交通供電系統(tǒng)主變電所 圖6-15雙繞組主變壓器的主變電所典型電氣主接線 三、中壓環(huán)網(wǎng)運行方式1.正常運行方式2.維護(hù)檢修時的運行方式 主變電站的一臺主變壓器檢修時，切除該主變電站供電范圍內(nèi)的動力照明三級負(fù)荷，再切除要檢修的主變壓器，最后合上主變電站的35kV母聯(lián)斷路器，由另一臺主變壓器向該主變電站供電范圍內(nèi)的一、二級負(fù)荷供電。3.故障情況下的運行方式 當(dāng)一座主變電站出現(xiàn)故障退出運行時，環(huán)網(wǎng)分段開關(guān)閉合，切除故障所供電范圍內(nèi)的三級負(fù)

19、荷，由相鄰主變電站向故障主變電站供電范圍內(nèi)的一、二級負(fù)荷支援供電。 第四節(jié)牽引供電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運行 一、牽引供電系統(tǒng)概述 該系統(tǒng)包括從上一級電源進(jìn)線開始到接觸線之間的所有電氣設(shè)備及線路，其核心是牽引變電所，包括進(jìn)線回路和饋出線回路。 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)牽引變電所采用24脈波整流變壓器，要求兩臺12脈波整流機組一次側(cè)輸入電源具有嚴(yán)格的一致性，如將兩套整流機組分接不同的母線，電源的一致性得不到保證，電源相位差和電壓差就會導(dǎo)致整流機組低壓輸出端電壓相位角相差15的要求得不到保證,并且使兩套整流機組出力不均，嚴(yán)重時甚至使一套整流機組過載而受損。 二、整流機組接線分析1.整流機組接入方式 圖6-1

20、6整流機組斷路器接入模式 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)供電網(wǎng)如圖6-9所示。由圖可知整流機組掛接在35kV供電網(wǎng)上，35kV供電網(wǎng)能確保其供電的可靠與質(zhì)量。接線形式一般有兩種：母線分段和母線不分段。 二、整流機組接線分析(1)斷路器模式該模式下，兩套整流機組分別通過兩臺斷路器與交流母線相連，如圖6-16所示。(2)隔離開關(guān)模式 圖6-17整流機組隔離開關(guān)接入模式 二、整流機組接線分析2.整流機組的輸出方案 城市軌道交通直流牽引供電部分以整流機組的交流進(jìn)線斷路器、直流進(jìn)線開關(guān)和直流饋線開關(guān)為界分成三個部分。(1)電動隔離開關(guān)模式電動隔離開關(guān)模式如圖6-18所示。 圖6-18電動隔離開關(guān)模式 二、整流

21、機組接線分析(2)直流快速斷路器模式直流快速斷路器模式如圖6-19所示。 圖6-19直流快速斷路器模式 三、牽引變電所典型接線模式1.獨立牽引變電所典型接線模式 牽引變電所的典型主接線如圖6 20所示，兩路35kV進(jìn)線電源來自城市電網(wǎng)區(qū)域變電所或地鐵主變電所，正常運行時，兩路進(jìn)線電源分別向所連接的35kV母線供電，母聯(lián)斷路器斷開。當(dāng)一路進(jìn)線停電時，母聯(lián)斷路器合閘，由另一路進(jìn)線向原供電區(qū)域內(nèi)的負(fù)荷供電。圖中，D101104為交流斷路器，GDL211216 為直流快速斷路器，G21332134為電動隔離開關(guān)。圖6-20牽引變電所的典型主接線 三、牽引變電所典型接線模式 圖6-21 直流1500V饋

22、出線和接觸線的供電電路 三、牽引變電所典型接線模式2.牽引降壓混合變電所 在滿足技術(shù)要求的前提下，牽引降壓混合變電所和降壓變電所的主接線力求簡單、清晰、便于管理。牽引降壓混合變電所的主接線由三部分組成：一是35kV母線及電源進(jìn)出線，二是直流牽引供電，三是動力變壓器。降壓變電所的主接線由兩部分組成：一是35kV電源進(jìn)出線，二是動力變壓器。根據(jù)環(huán)網(wǎng)接線方案和供電系統(tǒng)運行方式確定牽引降壓混合變電所和降壓變電所的35kV母線和電源進(jìn)出線的接線形式。牽引降壓混合變電所、降壓變電所35kV側(cè)采用單母線分段接線方式，兩段母線間通過母聯(lián)斷路器互聯(lián)。每段母線設(shè)置一路進(jìn)線，并根據(jù)環(huán)網(wǎng)接線的要求在部分變電所的每段3

23、5kV母線設(shè)一 路或多路出線，向相鄰車站變電所供電。 第五節(jié)低壓變配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及其運行 一、低壓變配電系統(tǒng)概述2.降壓變電所 1)根據(jù)負(fù)荷容量及土建布置方式在各車站、停車場、車輛段、控制中心分別設(shè)一座或多座雙電源35/0.4kV變電所向動力照明負(fù)荷供電。 2)每座35/0.4kV變電所內(nèi)設(shè)兩臺35/0.4kV變壓器，正常時分列運行，任何一臺變壓器故障退出后，另一臺變壓器均能承擔(dān)本所供電范圍內(nèi)所有一、二級負(fù)荷的供電任務(wù)。 3)各變電所均按無人值守方式設(shè)計。 一、低壓變配電系統(tǒng)概述2.降壓變電所 1)根據(jù)負(fù)荷容量及土建布置方式在各車站、停車場、車輛段、控制中心分別設(shè)一座或多座雙電源35/0.4kV

24、變電所向動力照明負(fù)荷供電。 2)每座35/0.4kV變電所內(nèi)設(shè)兩臺35/0.4kV變壓器，正常時分列運行，任何一臺變壓器故障退出后，另一臺變壓器均能承擔(dān)本所供電范圍內(nèi)所有一、二級負(fù)荷的供電任務(wù)。 3)各變電所均按無人值守方式設(shè)計。 4)根據(jù)車站、停車場、車輛段、控制中心的土建規(guī)模初步估算出降壓變電所數(shù) 量及變壓器容量。 一、低壓變配電系統(tǒng)概述3.低壓變配電系統(tǒng)(1)負(fù)荷分類 1)通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)；電力監(jiān)控系統(tǒng)、城市軌道交通綜合監(jiān)控系統(tǒng)、消防/樓宇自控系統(tǒng)；車站站臺、站廳公共區(qū)照明；變電所自用電、事故及疏散指示照明、消防系統(tǒng)；兼作緊急疏散的自動扶梯、事故風(fēng)機及風(fēng)閥、排煙風(fēng)機及風(fēng)

25、閥；防護(hù)門、屏蔽門、安全門、防淹門、廢水泵、洞口雨水泵、區(qū)間主排水泵、露天出入口及敞開風(fēng)口處的排水泵；區(qū)間電動閥、隧道風(fēng)機、射流風(fēng)機等負(fù)荷為一級負(fù)荷。 2)地上站臺站廳、設(shè)備管理用房內(nèi)照明、空調(diào)設(shè)備；普通自動扶梯、電梯、普通 風(fēng)機、污水泵、區(qū)間維修電源等負(fù)荷為二級負(fù)荷。 3)廣告照明、清掃機械、維修電源、生活用電等為三級負(fù)荷。 一、低壓變配電系統(tǒng)概述4.配電原則 1)通信系統(tǒng)(含外部通信、公安通信系統(tǒng))、信號系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)(AFC)、車控系統(tǒng)、導(dǎo)向標(biāo)識系統(tǒng)、自動扶梯(電梯)、卷簾門、安全門或屏蔽門系統(tǒng)、區(qū)間動力及車站其他一級負(fù)荷(除通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng))等用電設(shè)備從變電所0.4kV低壓柜直接饋出

26、供電。 2)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)及設(shè)備：環(huán)控電控室低壓開關(guān)柜一、二級負(fù)荷母線由變電所兩段母線各引一路電源供電，兩路電源自動切換，通風(fēng)空調(diào)電控室低壓開關(guān)柜三級負(fù)荷母線由變電所三級負(fù)荷母線提供一路電源。 3)消防/樓宇自控系統(tǒng)及設(shè)備：通風(fēng)空調(diào)電控室內(nèi)的消防/樓宇自控控制柜由通風(fēng)空調(diào)電控室低壓開關(guān)柜一、二級負(fù)荷母線提供電源。 4)給水排水系統(tǒng)：消防泵、區(qū)間排水泵、廢水泵、敞口雨水泵等一級負(fù)荷設(shè)備，由變電所兩段一、二級負(fù)荷母線上分別引一路獨立電源末端自動切換供電。 一、低壓變配電系統(tǒng)概述6.區(qū)間動力照明配電原則1)區(qū)間動力照明設(shè)計范圍為本車站與相鄰兩車站間各半個區(qū)間。2)區(qū)間隧道內(nèi)均設(shè)有維修動力插座箱及工作照

27、明和應(yīng)急照明。3)維修動力插座箱電源均由變電所直接供電，由變電所控制。4)區(qū)間分工作照明和應(yīng)急照明，兩種照明相間布置。 二、降壓變電所1)降壓變電所對供電電源的要求，應(yīng)按一級負(fù)荷考慮，有環(huán)形電網(wǎng)或兩路電源供電，進(jìn)線電壓側(cè)采用單母線分段接線。2)低壓配電系統(tǒng)采用 380220 V電壓、中性點直接接地的三相四線制。 圖6-22低壓配電系統(tǒng)示意圖 第六節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)諧波 一、諧波分布1.供電模式1的諧波分布 供電模式1是牽引降壓混合供電模式，該供電模式指的是動力系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)共用一個變電所，接在相同的進(jìn)線上。如圖623所示，各自的變壓器都連接在35kV饋線上。這種模式下其諧波源有如下特點：每

28、個牽引變壓、整流器相當(dāng)于一個諧波源；每個動力系統(tǒng)上的非線性設(shè)備也相當(dāng)于一個諧波源。圖6 23中就有四個諧波源，這只是一個牽引降壓混合變電所的諧波源情況。 圖6-23城市軌道交通供電系統(tǒng)牽引、降壓混合供電模式諧波源分布點畫線動力供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波的流動方向虛線牽引供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波的流動方向 牽引供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流 動力供電系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波電流 一、諧波分布1)牽引系統(tǒng)和動力系統(tǒng)的諧波相互影響，對電能質(zhì)量和運行影響較大。2)注入國家電網(wǎng)電力系統(tǒng)的諧波是二者諧波的矢量之和。3)各自系統(tǒng)產(chǎn)生的諧波在35kV系統(tǒng)中會相互抵消一部分，這一點也要引起足夠的重視。 一、諧波分布2.供電模式2的諧波分布 供

29、電模式2是牽引、降壓分立供電的模式，分立供電模式指的是動力系統(tǒng)和牽引系統(tǒng)分別建有各自的變電所。和上一種模式一樣，其諧波源就是每個牽引變壓、整流器以及每個動力系統(tǒng)上的非線性設(shè)備。1)牽引系統(tǒng)和動力系統(tǒng)諧波相互無影響。2)注入國家電網(wǎng)電力系統(tǒng)的諧波是二者諧波的矢量之和。 一、諧波分布 圖6-24城市軌道交通供電系統(tǒng)牽引降壓分立供電模式諧波源分布 二、諧波危害 1)可能使電力系統(tǒng)的繼電保護(hù)設(shè)備和自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動，直接危及電網(wǎng)的安全運行；嚴(yán)重時造成系統(tǒng)崩潰、用戶停電事故。 2)使各種電氣設(shè)備產(chǎn)生附加損耗和發(fā)熱，使電動機產(chǎn)生機械振動及噪聲。 3)諧波電流在電網(wǎng)中流動，作為一種能量，最終要消耗在線路

30、及各種電氣設(shè)備上，從而增加損耗，影響電網(wǎng)及各種電氣設(shè)備的經(jīng)濟運行。 4)由于電網(wǎng)中諧波電流的存在，通過電磁感應(yīng)、電容耦合以及電氣傳導(dǎo)等作用，會對周圍的通信系統(tǒng)產(chǎn)生干擾，從而降低信號的傳輸質(zhì)量。 5)諧波會使電網(wǎng)中廣泛使用的各種儀表，如電壓表、電流表、有功及無功功率 表、功率因數(shù)表、電能表等產(chǎn)生誤差。 6)增加電網(wǎng)中發(fā)生諧波諧振的可能，從而造成過電流或過電壓引起的危險。 三、城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)諧波的種類分析1.城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)諧波種類表6-1理想狀態(tài)下的特征諧波和實際狀態(tài)下的特征諧波比較表6-2實際6脈波系統(tǒng)中測得的不同負(fù)載狀態(tài)下的諧波電流 三、城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)諧波的種類分

31、析2.動力照明系統(tǒng)的諧波種類 由于城市軌道交通供電系統(tǒng)含有大量的電力電子設(shè)備，它們不僅消耗大量的無功功率，同時也產(chǎn)生大量的諧波，如整流器；此外，系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用的大量家用電器的電源，各種消防設(shè)備、環(huán)控設(shè)備、自動售檢票系統(tǒng)的電源設(shè)備、變壓器、熒光燈等，在工作過程中都會產(chǎn)生大量的諧波。這些諧波不僅會影響鄰近其他設(shè)備的正常工作，也會對大電網(wǎng)造成影響，甚至直接影響牽引供電系統(tǒng)。 四、城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)各次諧波產(chǎn)生的原因分析1)交流側(cè)電源電壓不是純正的正弦電壓，存在諧波和不對稱等因素。2)各相的交流側(cè)阻抗不全相等。3)直流側(cè)平均電流不恒定，而且容易受到負(fù)載的影響。4)三相的觸發(fā)電路不對稱，間隔不相等

32、。5)設(shè)備設(shè)計與制造過程中存在的工程誤差。 五、諧波抑制方法1)城市軌道交通供電系統(tǒng)減少諧波影響的措施主要是采用高脈波數(shù)的整流機組以及三相整流變壓器采用Y/D或D/Y聯(lián)結(jié)。2)裝設(shè)固定濾波器。3)安裝有源諧波調(diào)節(jié)器(APF)設(shè)備。4)采取2)和3)結(jié)合的方法進(jìn)行諧波治理。 六、采取的具體措施 圖6-25三相APF主電路 六、采取的具體措施 圖6-26 -法檢測諧波電流原理圖 第七節(jié)交、直流自用電系統(tǒng) 一、交流自用電系統(tǒng) 交流自用電系統(tǒng)采用單母線分段接線，從低壓室0.4kV的兩段母線上分別引入兩路電源到交流盤的兩段母線上，作為交流自用電系統(tǒng)的進(jìn)線電源。 正常時兩段母線均由一路電源供電，當(dāng)一路電源

33、失電時由另一路電源自動投入，以保證全所交流自用電的供電。進(jìn)線設(shè)來電自復(fù)功能。 交流自用電系統(tǒng)的重要信號通過直流系統(tǒng)的監(jiān)控管理單元與變電所監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)接口，送往控制信號盤上的上位監(jiān)控單元。 二、直流自用電系統(tǒng) 直流自用電系統(tǒng)主要為變電所內(nèi)的各種設(shè)備提供控制、操作、保護(hù)及事故照明電源，額定電壓為110V。 牽引降壓混合變電所和降壓變電所(不含跟隨式降壓變電所)內(nèi)設(shè)置一套直流自用電系統(tǒng)，由低壓柜提供兩回0.4kV交流電源。 直流自用電系統(tǒng)由充電模塊(或充電機)、直流配電屏、蓄電池等構(gòu)成。充電模塊一般有兩種：一種是相控電源，一種是高頻開關(guān)電源。 相控電源通過改變晶閘管整流的導(dǎo)通角，實現(xiàn)對蓄電池組充電電流的

34、控制。其濾波電感工作在工頻狀態(tài)，充電過程常常存在著較大的電流紋波，影響電池組的壽命。電池出現(xiàn)老化或異常脫落時， 相控電源難以穩(wěn)壓而失控，造成過電壓和高紋波的輸出。同時相控電源的效 第八節(jié)變電所及其設(shè)備 一、變電所平面布置1.牽引變電所和動力照明變電所平面布置方案 城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)和動力、照明負(fù)荷配電系統(tǒng)的變電所，按其所在的空間位置分為地下和地上兩種形態(tài)，對于這兩種形態(tài)的變電所，有不同的設(shè)置方案。1)對于地下變電所，根據(jù)車站站臺形式的不同,2)為了節(jié)約投資，減少占地面積，地面變電所考慮了兩種布置方案： 一、變電所平面布置2.設(shè)備平面布置原則1)設(shè)備平面布置首先考慮操作通道、檢修維修通道、

35、設(shè)備運輸通道，其次要滿足規(guī)程要求、運營巡視維護(hù)要求、電纜敷設(shè)路徑順暢要求。2)變電所各生產(chǎn)房屋的設(shè)置應(yīng)滿足不同種類設(shè)備分類布置的要求。3)各生產(chǎn)房屋的相對位置應(yīng)符合變電所設(shè)備接線關(guān)系、電纜敷設(shè)路徑順暢、便于運行維護(hù)的要求，并應(yīng)盡量減少電纜的投資。4)變電所各房屋的凈高應(yīng)滿足所布置設(shè)備的安裝、運營要求。5)變電所房屋應(yīng)滿足防火設(shè)計規(guī)范(GB 502292006)的要求。 6)設(shè)置兩個牽引變壓器室，分別放置一臺牽引整流變壓器。 一、變電所平面布置7)設(shè)置一個高壓室，布置交流35kV及直流1500V等高壓開關(guān)設(shè)備；一個低壓室，布置35/0.4kV動力變壓器及0.4kV低壓開關(guān)設(shè)備。8)設(shè)置一個控制室

36、，布置控制信號盤、鋼軌電位限制裝置、交直流盤等設(shè)備。9)變電所內(nèi)門的尺寸應(yīng)滿足設(shè)備運輸及巡視的安全、便于運營維修的要求。10)牽引降壓混合變電所下方按電纜夾層考慮，并適當(dāng)留有入孔，便于電纜的檢修。 二、變電所的設(shè)備布置1.變電所內(nèi)各設(shè)備間的相互關(guān)系1)35kV交流進(jìn)、出線開關(guān)柜通過35kV交流電纜與主變電所或地區(qū)變電站以及相鄰變電所連接，環(huán)網(wǎng)電纜在區(qū)間隧道內(nèi)敷設(shè)。2)35kV交流饋線開關(guān)柜通過35kV交流電纜向本所整流變壓器、動力變壓器饋電，電纜敷設(shè)于變電所內(nèi)。3)整流變壓器低壓側(cè)通過電纜與整流器連接。4)動力變壓器低壓側(cè)通過電纜與低壓開關(guān)柜連接。5)整流器正極通過電纜與直流 1500V進(jìn)線開

37、關(guān)柜相連，整流器負(fù)極通過電纜與負(fù)極柜相連。6)直流1500V饋線開關(guān)柜通過電纜與接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)連接。 7)負(fù)極柜通過電纜與回流箱連接。 二、變電所的設(shè)備布置8)雜散電流收集網(wǎng)、車站主體結(jié)構(gòu)鋼筋及接地裝置接地引出端子通過排流柜中不同的二極管回路與負(fù)極柜連接。9)控制信號盤負(fù)責(zé)監(jiān)控35kV交流開關(guān)柜、整流變壓器、整流器、動力變壓器、直流1500V開關(guān)柜、負(fù)極柜、排流柜、軌電位柜、接觸網(wǎng)電動隔離開關(guān)、0.4kV進(jìn)線柜、0.4kV母聯(lián)柜、三級負(fù)荷總開關(guān)及交直流盤。10)所內(nèi)交流自用電屏,通過低壓電纜向所內(nèi)設(shè)備提供低壓交流電源。11)所內(nèi)直流自用電屏,通過低壓電纜向所內(nèi)設(shè)備提供控制和操作電源，并向所

38、內(nèi)提供事故照明電源。 二、變電所的設(shè)備布置2.變電所內(nèi)的設(shè)備布置1)控制信號盤、交流盤、直流盤以及蓄電池盤采用單列布置。2)35kV開關(guān)柜盡量采用單列布置。3)兩臺整流變壓器分別置于兩間整流變壓器室。4)直流開關(guān)柜、整流器柜與負(fù)極柜、鋼軌電位限制裝置、排流柜布置在同一房間內(nèi)。5)動力變壓器與低壓柜并列布置；兩段母線的動力變壓器與低壓柜采用雙排布置、單排布置或錯開布置。6)電纜夾層內(nèi)及進(jìn)出變電所的電纜采用支架敷設(shè)方式，電纜轉(zhuǎn)彎處滿足電纜轉(zhuǎn)彎半徑 的要求。7)根據(jù)規(guī)范及設(shè)備的條件考慮操作通道、檢修維護(hù)通道、設(shè)備運輸通道，各類設(shè)備間以及距墻邊的最小凈距見表6-3、表5- 4、表6-5。 三、變電所主

39、要設(shè)備選擇1.設(shè)備選型原則城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)備選型一般遵循以下原則：1)同類設(shè)備形式力求一致，便于運營維護(hù)、管理。2)設(shè)備選擇立足于國產(chǎn)化，所有設(shè)備皆需達(dá)到國內(nèi)先進(jìn)水平。3)選擇安全、可靠、有成功運行經(jīng)驗、質(zhì)量優(yōu)良的產(chǎn)品。4)選擇小型化的設(shè)備。5)主要設(shè)備須有經(jīng)國家授權(quán)的相應(yīng)歸口試驗，并有試驗合格證明。6)所選電氣設(shè)備必須節(jié)能、低噪聲，對周圍環(huán)境影響小。7)盡量選用免維護(hù)或少維護(hù)設(shè)備，盡量選用能在不停電狀態(tài)下維護(hù)的設(shè)備。 三、變電所主要設(shè)備選擇2.主要設(shè)備的技術(shù)要求(1)環(huán)境條件1)環(huán)境溫度：溫度范圍為-540。2)相對濕度：日平均值不大于95%，月平均值不大于90%(25 )。3)海拔：

40、按實際的海拔，一般不大于1000m。(2)整流變壓器整流變壓器為戶內(nèi)干式環(huán)氧澆注無載調(diào)壓變壓器，能耐潮、防火，損耗小，噪聲低，體積小。 表6- 6整流變壓器技術(shù)要求 三、變電所主要設(shè)備選擇(3)整流器整流器采用兩套12脈波硅二極管三相橋式整流器， 兩套12脈波整流機組并聯(lián)運行構(gòu)成等效24脈波整流電源，整流器有完整的控制信號裝置并有獨立的框架結(jié)構(gòu)。表6-7整流器技術(shù)要求 三、變電所主要設(shè)備選擇(4)動力變壓器采用干式變壓器，聯(lián)結(jié)組標(biāo)號為DYn11，技術(shù)要求見表6- 8。表6- 8動力變壓器技術(shù)要求 三、變電所主要設(shè)備選擇表6-935kV交流開關(guān)柜技術(shù)要求(5)35kV交流開關(guān)柜35kV交流開關(guān)柜

41、采用戶內(nèi)SF6氣體絕緣金屬封閉式開關(guān)柜，開關(guān)選用真空斷路器，技術(shù)要求見表6-9。 三、變電所主要設(shè)備選擇表6-101500V直流開關(guān)柜技術(shù)要求(7)交直流盤直流裝置采用高頻開關(guān)電源，蓄電池選用免維護(hù)鉛酸 蓄電池。(6)1500V直流開關(guān)柜1500V直流開關(guān)柜為直立式，面板無接線，符合IEC標(biāo)準(zhǔn)。 四、變電所的生產(chǎn)房屋1.設(shè)計基本要求1)牽引降壓混合變電所和降壓變電所的房屋設(shè)計要結(jié)合車站的建筑布置，綜合利用地下空間，布置要靈活、實用，不主張采用模塊化的設(shè)計，盡量減少占用的面積和空間。2)各生產(chǎn)房屋采用集中布置，布置應(yīng)緊湊、合理，在滿足技術(shù)要求的同時，既要節(jié)約投資，又要便于運營管理。3)各生產(chǎn)房屋

42、的相對位置滿足所內(nèi)設(shè)備的接線關(guān)系，符合電纜敷設(shè)路徑順暢及運行維護(hù)安全、便利的要求。4)車站牽引降壓混合變電所和降壓變電所應(yīng)盡量設(shè)置在站臺層。 四、變電所的生產(chǎn)房屋2.減小生產(chǎn)房屋面積的措施減小變電所生產(chǎn)房屋的面積可以節(jié)約建設(shè)投資和運營費用。1)車站一般不設(shè)跟隨式降壓變電所。2)交流開關(guān)柜室盡量與直流室合并，控制室也可與交流開關(guān)柜室合并。3)減少低壓室和環(huán)控電控室面積。4)由于設(shè)備房是根據(jù)設(shè)備的工藝要求設(shè)置的，各種用途的設(shè)備房的長、寬尺寸均有不同的要求。5)減小變電所生產(chǎn)房屋的面積還可以從加強變電所設(shè)計與車站建筑設(shè)計之間的配合著手。 四、變電所的生產(chǎn)房屋3.生產(chǎn)房屋對建筑和消防的要求 1)牽引降

43、壓混合變電所內(nèi)設(shè)整流變壓器室兩間，開關(guān)室一間或分設(shè)為交流開關(guān)柜室和直流開關(guān)柜室各一間，低壓室、控制室、檢修室各一間；降壓變電所內(nèi)設(shè)交流開關(guān)柜室、低壓室、控制室、檢修室各一間。 2)所內(nèi)各個門的尺寸及設(shè)置位置滿足設(shè)備安裝運輸及巡視安全要求，便于運營維護(hù)。 3)房屋不宜靠近積水坑井，上方不應(yīng)設(shè)置洗手間等經(jīng)常積水設(shè)施，電纜夾層內(nèi)不準(zhǔn)設(shè)置積水坑。 4)房屋的凈高不低于表6-11的要求。 四、變電所的生產(chǎn)房屋表6-11生產(chǎn)房屋功能 四、變電所的生產(chǎn)房屋6)設(shè)備基礎(chǔ)的預(yù)埋件高度適應(yīng)車站裝修層厚度的要求(常為100mm)。7)變電所房屋滿足防火設(shè)計規(guī)范(GB 502292006)的要求，并設(shè)計如下： 地下變電所變壓器、控制室、開關(guān)室、低壓室耐火等級按一級設(shè)計。 8)整流變壓器室盡量靠近車站的排風(fēng)井，便于整流變壓器室的排風(fēng)散熱。9)電纜夾層和電纜通道。 五、生產(chǎn)房屋對通風(fēng)空調(diào)和氣體滅火的要求1)變電所內(nèi)具有良好的通風(fēng)散熱和降溫措施。表6-13主要設(shè)備發(fā)熱量 2)變電所房屋滿足防火設(shè)計規(guī)范的要求。3)變電所設(shè)置機械送、排風(fēng)系統(tǒng)，對于整流變壓器室和35kV開關(guān)柜室還應(yīng)符合下列要求： 整流變壓器發(fā)熱量較大，若根據(jù)遠(yuǎn)期負(fù)荷計算的室內(nèi)溫度仍不能滿足要求，則可適當(dāng)增大整流變壓器室的空間或采取其他降溫措施。