第六章城市軌道交通供電系統(tǒng)結構及其運行 主編 李建民第一節(jié)城市軌道交通供電系統(tǒng)結構與要求一、供電系統(tǒng)結構 城市軌道交通供電系統(tǒng)主要由以下三部分構成：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，結構是如何構成的。因此，城市電網(wǎng)或區(qū)域電力網(wǎng)的結構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，負責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。 低壓供配電系統(tǒng)：負責向信號設備、照明、通風、排水、制冷設備饋送電能。主要作用是降壓、分配和傳輸電能。一般而言，它主要是負責向安全、保障設備供電。二、供電系統(tǒng)具體要求1)供電系統(tǒng)應滿足經(jīng)濟、可靠、接線簡單、運營管理及維護方便的要求。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量。4)主變電所110kV側采用線路變壓器組，也可采用內橋接線方式；主變電所35kV側采用單母線分段接線。5)供電系統(tǒng)按遠期高峰小時負荷設計，并預留一定裕度。二、供電系統(tǒng)具體要求6)供電系統(tǒng)應滿足下列運行方式負荷的要求： 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的用電負荷供電，每臺主變壓器容量應滿足該所供電區(qū)域高峰小時牽引負荷和動力照明一、二級負荷的需求。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，當任一回路35kV進線電纜故障或失壓時，另一回路35kV電源向該所供電范圍內一、二、三級負荷供電。二、供電系統(tǒng)具體要求10)根據(jù)車站和車輛段設備負荷分布情況，各設12座降壓變電所，當設置兩座降壓變電所時，一所為35kV側單母線分段接線方式，另一所為跟隨式。11)牽引變電所設兩套整流機組，兩套機組并聯(lián)運行構成等效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，擔負起該段的牽引供電負荷。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)的諧波含量應滿足國家標準的規(guī)定。16)各車站設置綜合接地網(wǎng)，接地電阻不大于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)當接地系統(tǒng)設計與雜散電流防護設計發(fā)生矛盾時，應優(yōu)先考慮接地安全。18)繼電保護裝置應滿足可靠性、速動性、選擇性和靈敏性的要求。19)為保證旅客安全，每個車站應設鋼軌電位限制裝置。20)供電系統(tǒng)應盡可能采用優(yōu)質的國產(chǎn)化設備，便于維護和管理。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)控負荷和照明負荷以及其他輔助設施的配置，意義重大，更重要的是可以減少一次性投資。3.繼電保護的配置 合理地設置繼電保護可以提高供電系統(tǒng)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 合理地設置過電壓保護裝置、正確選取各設備的絕緣水平，采用恰當?shù)慕拥胤椒?，能夠確保人員和設備的安全，提高供電的可靠性，延長設備的使用壽命。四、變電所建設原則1.電源設置原則 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，最好預留110kV出線間隔，以滿足城市軌道交通供電發(fā)展的需要。設計新的供電系統(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電纜末端的電壓質量，35kV供電半徑不宜過長，因此主變電所應盡可能處在供電線路的中間。同時，主變電所所址還應考慮使接入系統(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)新建主變電所應結合城市軌道交通網(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，避免重復配置造成的浪費。3.牽引變電所選址原則 牽引變電所的設置首先要滿足供電質量的要求，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符合如下的標準：標稱值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在地下(如上海地鐵)或地面的城市鬧市區(qū)街道兩側(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)設施(通風、排水、防災、消防和自動扶梯等 )都屬于一級負荷，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、三級動力和照明負荷。一、電氣主接線及其要求1.可靠性 可靠性指保證在各種運行方式下，牽引負荷以及其他動力負荷供電的連續(xù)性，即保證不間斷供電。牽引負荷是一級負荷，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量的電能。除此之外，可靠性還體現(xiàn)在能夠適應一定的環(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)在故障或變電設備故障和檢修時，能適應調度的要求，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)在具有一定的適應發(fā)展的可能性，即要有一定預留。3.安全性 電氣主接線保證在進行操作時，工作人員和設備的安全以及能在安全的條件下進行維護和作業(yè)。當然也要保證進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：一是母線的結構類型與組數(shù)；二是變壓器的容量、結構形式和數(shù)量；三是高壓斷路器的數(shù)量；四是配電結構類型；五是占地面積等。設計時要進行綜合考慮，以達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。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、靈活性較差的基礎上，改進后而形成的一種接線方式，如圖6 2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、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)當變壓器負荷率較高時，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)絡轉移部分重要負荷。 3)當變壓器負荷率較低時，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的負荷進行轉移，由另一臺主變壓器承擔起本所全部負荷即可，對其他相鄰的變電所沒有影響。圖6-6內橋形接線二、常用的主接線形式6.橋形接線1)內橋形接線僅需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)變壓器故障和進行合、分操作時，影響其他回路，操作較為繁瑣。圖6-7外橋形接線二、常用的主接線形式1)與內橋形接線一樣，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)結構及其運行一、中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)概述1.系統(tǒng)結構 該系統(tǒng)包括從上一級電源進線開始到各變電所進線之前的所有電氣設備及線路，其核心是主變電所，此外就是負責向牽引系統(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+鏈式(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+鏈式+T形連接一、中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)概述2.主變電所的設置 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)劃進行供電網(wǎng)絡優(yōu)化和資源共享，其內部電網(wǎng)主要供牽引、低壓配電系統(tǒng)等負荷。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：設置幾個主變電所以及與未來線路的關系，都必須綜合考慮。 3)容量大?。嚎紤]不同時期的線網(wǎng)結構及運量。一、中壓環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)概述3.供電分區(qū)的設置 中壓環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)要根據(jù)實際情況進行合理分區(qū)。并在分別來自兩個電源的分區(qū)之間建立聯(lián)絡，35kV電源形成手拉手環(huán)網(wǎng)結構，提高了系統(tǒng)的可靠性。正常運行情況下，環(huán)網(wǎng)分段開關打開；當一個主變電站故障退出運行時，合上相應的環(huán)網(wǎng)分段開關，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，軌道交通用電負荷較集中的場所，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線供電，內部設置兩臺相同的主變壓器。根據(jù)牽引負荷容量和動力負荷容量的大小不同，主變壓器可采用三相三繞組的有載調壓變壓器，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。采用有載調壓變壓器，能夠在電源進線電壓波動時，維持二次電壓在正常值范圍內。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的動力照明三級負荷，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的一、二級負荷供電。3.故障情況下的運行方式 當一座主變電站出現(xiàn)故障退出運行時，環(huán)網(wǎng)分段開關閉合，切除故障所供電范圍內的三級負荷，由相鄰主變電站向故障主變電站供電范圍內的一、二級負荷支援供電。第四節(jié)牽引供電系統(tǒng)結構及其運行一、牽引供電系統(tǒng)概述 該系統(tǒng)包括從上一級電源進線開始到接觸線之間的所有電氣設備及線路，其核心是牽引變電所，包括進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輸入電源具有嚴格的一致性，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6-16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)隔離開關模式圖6-17整流機組隔離開關接入模式二、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線斷路器、直流進線開關和直流饋線開關為界分成三個部分。(1)電動隔離開關模式電動隔離開關模式如圖6-18所示。圖6-18電動隔離開關模式二、整流機組接線分析(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，兩路進線電源分別向所連接的35kV母線供電，母聯(lián)斷路器斷開。當一路進線停電時，母聯(lián)斷路器合閘，由另一路進線向原供電區(qū)域內的負荷供電。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。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母線和電源進出線的接線形式。牽引降壓混合變電所、降壓變電所35kV側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)。每段母線設置一路進線，并根據(jù)環(huán)網(wǎng)接線的要求在部分變電所的每段35kV母線設一路或多路出線，向相鄰車站變電所供電。第五節(jié)低壓變配電系統(tǒng)結構及其運行一、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、控制中心分別設一座或多座雙電源35/0.4kV變電所向動力照明負荷供電。 2)每座35/0.4kV變電所內設兩臺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本所供電范圍內所有一、二級負荷的供電任務。 3)各變電所均按無人值守方式設計。一、低壓變配電系統(tǒng)概述2.降壓變電所 1)根據(jù)負荷容量及土建布置方式在各車站、停車場、車輛段、控制中心分別設一座或多座雙電源35/0.4kV變電所向動力照明負荷供電。 2)每座35/0.4kV變電所內設兩臺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本所供電范圍內所有一、二級負荷的供電任務。 3)各變電所均按無人值守方式設計。 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、事故風機及風閥、排煙風機及風閥；防護門、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口處的排水泵；區(qū)間電動閥、隧道風機、射流風機等負荷為一級負荷。 2)地上站臺站廳、設備管理用房內照明、空調設備；普通自動扶梯、電梯、普通風機、污水泵、區(qū)間維修電源等負荷為二級負荷。 3)廣告照明、清掃機械、維修電源、生活用電等為三級負荷。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)、導向標識系統(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荷(除通風空調系統(tǒng))等用電設備從變電所0.4kV低壓柜直接饋出供電。 2)通風空調系統(tǒng)及設備：環(huán)控電控室低壓開關柜一、二級負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，通風空調電控室低壓開關柜三級負荷母線由變電所三級負荷母線提供一路電源。 3)消防/樓宇自控系統(tǒng)及設備：通風空調電控室內的消防/樓宇自控控制柜由通風空調電控室低壓開關柜一、二級負荷母線提供電源。 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荷設備，由變電所兩段一、二級負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)間隧道內均設有維修動力插座箱及工作照明和應急照明。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，應按一級負荷考慮，有環(huán)形電網(wǎng)或兩路電源供電，進線電壓側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，接在相同的進線上。如圖6 23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：每個牽引變壓、整流器相當于一個諧波源；每個動力系統(tǒng)上的非線性設備也相當于一個諧波源。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)的繼電保護設備和自動裝置產(chǎn)生誤動或拒動，直接危及電網(wǎng)的安全運行；嚴重時造成系統(tǒng)崩潰、用戶停電事故。 2)使各種電氣設備產(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，最終要消耗在線路及各種電氣設備上，從而增加損耗，影響電網(wǎng)及各種電氣設備的經(jīng)濟運行。 4)由于電網(wǎng)中諧波電流的存在，通過電磁感應、電容耦合以及電氣傳導等作用，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)中廣泛應用的大量家用電器的電源，各種消防設備、環(huán)控設備、自動售檢票系統(tǒng)的電源設備、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)各相的交流側阻抗不全相等。3)直流側平均電流不恒定，而且容易受到負載的影響。4)三相的觸發(fā)電路不對稱，間隔不相等。5)設備設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。2)裝設固定濾波器。3)安裝有源諧波調節(jié)器(APF)設備。4)采取2)和3)結合的方法進行諧波治理。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)的進線電源。 正常時兩段母線均由一路電源供電，當一路電源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。進線設來電自復功能。 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)主要為變電所內的各種設備提供控制、操作、保護及事故照明電源，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)內設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、蓄電池等構成。充電模塊一般有兩種：一種是相控電源，一種是高頻開關電源。 相控電源通過改變晶閘管整流的導通角，實現(xiàn)對蓄電池組充電電流的控制。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.設備平面布置原則1)設備平面布置首先考慮操作通道、檢修維修通道、設備運輸通道，其次要滿足規(guī)程要求、運營巡視維護要求、電纜敷設路徑順暢要求。2)變電所各生產(chǎn)房屋的設置應滿足不同種類設備分類布置的要求。3)各生產(chǎn)房屋的相對位置應符合變電所設備接線關系、電纜敷設路徑順暢、便于運行維護的要求，并應盡量減少電纜的投資。4)變電所各房屋的凈高應滿足所布置設備的安裝、運營要求。5)變電所房屋應滿足防火設計規(guī)范(GB 502292006)的要求。6)設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)設置一個高壓室，布置交流35kV及直流1500V等高壓開關設備；一個低壓室，布置35/0.4kV動力變壓器及0.4kV低壓開關設備。8)設置一個控制室，布置控制信號盤、鋼軌電位限制裝置、交直流盤等設備。9)變電所內門的尺寸應滿足設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，并適當留有入孔，便于電纜的檢修。二、變電所的設備布置1.變電所內各設備間的相互關系1)35kV交流進、出線開關柜通過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)間隧道內敷設。2)35kV交流饋線開關柜通過35kV交流電纜向本所整流變壓器、動力變壓器饋電，電纜敷設于變電所內。3)整流變壓器低壓側通過電纜與整流器連接。4)動力變壓器低壓側通過電纜與低壓開關柜連接。5)整流器正極通過電纜與直流 1500V進線開關柜相連，整流器負極通過電纜與負極柜相連。6)直流1500V饋線開關柜通過電纜與接觸網(wǎng)電動隔離開關連接。7)負極柜通過電纜與回流箱連接。二、變電所的設備布置8)雜散電流收集網(wǎng)、車站主體結構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極柜連接。9)控制信號盤負責監(jiān)控35kV交流開關柜、整流變壓器、整流器、動力變壓器、直流1500V開關柜、負極柜、排流柜、軌電位柜、接觸網(wǎng)電動隔離開關、0.4kV進線柜、0.4kV母聯(lián)柜、三級負荷總開關及交直流盤。10)所內交流自用電屏,通過低壓電纜向所內設備提供低壓交流電源。11)所內直流自用電屏,通過低壓電纜向所內設備提供控制和操作電源，并向所內提供事故照明電源。二、變電所的設備布置2.變電所內的設備布置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)直流開關柜、整流器柜與負極柜、鋼軌電位限制裝置、排流柜布置在同一房間內。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)電纜夾層內及進出變電所的電纜采用支架敷設方式，電纜轉彎處滿足電纜轉彎半徑的要求。7)根據(jù)規(guī)范及設備的條件考慮操作通道、檢修維護通道、設備運輸通道，各類設備間以及距墻邊的最小凈距見表6-3、表5-4、表6-5。三、變電所主要設備選擇1.設備選型原則城市軌道交通供電系統(tǒng)設備選型一般遵循以下原則：1)同類設備形式力求一致，便于運營維護、管理。2)設備選擇立足于國產(chǎn)化，所有設備皆需達到國內先進水平。3)選擇安全、可靠、有成功運行經(jīng)驗、質量優(yōu)良的產(chǎn)品。4)選擇小型化的設備。5)主要設備須有經(jīng)國家授權的相應歸口試驗，并有試驗合格證明。6)所選電氣設備必須節(jié)能、低噪聲，對周圍環(huán)境影響小。7)盡量選用免維護或少維護設備，盡量選用能在不停電狀態(tài)下維護的設備。三、變電所主要設備選擇2.主要設備的技術要求(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：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干式環(huán)氧澆注無載調壓變壓器，能耐潮、防火，損耗小，噪聲低，體積小。表6-6整流變壓器技術要求三、變電所主要設備選擇(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構。表6-7整流器技術要求三、變電所主要設備選擇(4)動力變壓器采用干式變壓器，聯(lián)結組標號為DYn11，技術要求見表6-8。表6-8動力變壓器技術要求三、變電所主要設備選擇表6-935kV交流開關柜技術要求(5)35kV交流開關柜35kV交流開關柜采用戶內SF6氣體絕緣金屬封閉式開關柜，開關選用真空斷路器，技術要求見表6-9。三、變電所主要設備選擇表6-101500V直流開關柜技術要求(7)交直流盤直流裝置采用高頻開關電源，蓄電池選用免維護鉛酸蓄電池。(6)1500V直流開關柜1500V直流開關柜為直立式，面板無接線，符合IEC標準。四、變電所的生產(chǎn)房屋1.設計基本要求1)牽引降壓混合變電所和降壓變電所的房屋設計要結合車站的建筑布置，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，布置應緊湊、合理，在滿足技術要求的同時，既要節(jié)約投資，又要便于運營管理。3)各生產(chǎn)房屋的相對位置滿足所內設備的接線關系，符合電纜敷設路徑順暢及運行維護安全、便利的要求。4)車站牽引降壓混合變電所和降壓變電所應盡量設置在站臺層。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)約建設投資和運營費用。1)車站一般不設跟隨式降壓變電所。2)交流開關柜室盡量與直流室合并，控制室也可與交流開關柜室合并。3)減少低壓室和環(huán)控電控室面積。4)由于設備房是根據(jù)設備的工藝要求設置的，各種用途的設備房的長、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計與車站建筑設計之間的配合著手。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)牽引降壓混合變電所內設整流變壓器室兩間，開關室一間或分設為交流開關柜室和直流開關柜室各一間，低壓室、控制室、檢修室各一間；降壓變電所內設交流開關柜室、低壓室、控制室、檢修室各一間。 2)所內各個門的尺寸及設置位置滿足設備安裝運輸及巡視安全要求，便于運營維護。 3)房屋不宜靠近積水坑井，上方不應設置洗手間等經(jīng)常積水設施，電纜夾層內不準設置積水坑。 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)設備基礎的預埋件高度適應車站裝修層厚度的要求(常為100mm)。7)變電所房屋滿足防火設計規(guī)范(GB 502292006)的要求，并設計如下： 地下變電所變壓器、控制室、開關室、低壓室耐火等級按一級設計。 8)整流變壓器室盡量靠近車站的排風井，便于整流變壓器室的排風散熱。9)電纜夾層和電纜通道。五、生產(chǎn)房屋對通風空調和氣體滅火的要求1)變電所內具有良好的通風散熱和降溫措施。表6-13主要設備發(fā)熱量2)變電所房屋滿足防火設計規(guī)范的要求。3)變電所設置機械送、排風系統(tǒng)，對于整流變壓器室和35kV開關柜室還應符合下列要求： 整流變壓器發(fā)熱量較大，若根據(jù)遠期負荷計算的室內溫度仍不能滿足要求，則可適當增大整流變壓器室的空間或采取其他降溫措施。