XX市地铁XX号线工程供电系统初步设计及施工图设计投标文件.doc

XX市地铁XX号线工程供电系统初步设计及施工图设计投标文件目 录220第一章 工程概述11.1 XX市轨道交通规划总体概况11.2 XX地铁XX号线工程概况21.3 设计依据3第二章 供电系统方案研究重点及方法42.1 设计方案研究重点42.2 设计方案的研究方法7第三章 方案构思理念143.1 工程建设要求和特点分析143.2 供电系统设计理念与思路15第四章 主要设计原则及技术标准204.1 主要设计原则204.2 采用的主要技术规范244.3 采用的主要技术标准25第五章 供电系统265.1 供电系统的构成与功能265.2 轨道交通外部电源供电方式265.3 系统资源共享265.4 主变电所接线形式及运行方式285.5 中压网络构成方案的比选325.6 潮流计算355.7 牵引供电系统415.8 无功补偿545.9 谐波分析及计算585.10 需用功率及用电量62第六章 牵引降压混合变电所636.1 设计方案比选636.2 系统方案设计69第七章 降压变电所987.1 降压变电所的设计范围987.2 降压变电所的设计方案987.3 降压变电所动力变压器负荷分析101第八章 牵引网1058.1 牵引网系统设计范围1058.2 牵引网设计方案比选1058.3 正线刚性悬挂接触网设计方案研究重点1108.4 车场接触网设计方案研究重点1208.5 主要技术标准及参数125第九章 电力监控系统（SCADA）1329.1 设计方案比选1329.2 系统方案设计135第十章 动力照明系统的系统设计14910.1 设计范围14910.2 动力照明设计的特点和系统设计的必要性14910.3 动力照明系统设计的目标14910.4 动力照明系统设计的内容14910.5 动力照明系统设计的内容151第十一章 综合接地系统15311.1 设计要求15311.2 接地网的设置15311.3 接地干线敷设15311.4 强电系统接地15311.5 弱电系统接地15311.6 等电位连接15411.7大型综合交通枢纽综合接地及杂散电流防护统筹协调设计154第十二章 杂散电流防护15612.1 概述15612.2 城市轨道交通杂散电流腐蚀与防护156第十三章 供电车间16413.1概述16413.2设计范围16413.3供电设施的检修内容及技术要求16413.4方案比选16513.5供电车间的设计16613.6供电检修设施、设备资源共享方案17213.7主所管理和设备维修社会化建议17213.8提高供电设备维护管理水平建议173第十四章 设备选型及国产化分析17414.1 牵引变电所设备17414.2 降压变电所设备18314.3 接触网主要设备选型及国产化分析18414.4 杂散电流防护设备18714.5 电力监控设备18814.6 动力照明配电系统设备188第十五章 各专业间技术接口18916.1 概述18916.2 专业代码18916.3 供电系统接口189第十七章 环境保护及节能措施20117.1 节能方案20117.2 节能环保主要措施205第十八章 设计建议20818.1 车辆制动电阻设置方案的建议20818.2 牵引供电系统隐蔽工程的质量保证21018.3 接触网可靠性分析及解决方案21118.4 电能质量管理系统在城市轨道交通中的应用21318.5 电缆过轨设计21618.6 末端牵引所直流馈线设置21718.7 关于加快施工速度的建议21718.8 地下车站变电所整流变压器室运输门的设置建议21818.9 电力监控系统与通信设计界面的合理划分21818.10 配电变压器选用非晶合金变压器21918.11 车站公共区照明系统采用智能照明控制系统223第一章 工程概述1.1 XX市轨道交通规划总体概况XX市快速轨道交通线网规划中规划轨道交通线网总长400km，由“四横、四纵、两L、一弦线”共11条线组成。XX站、XX北站和新XX站都有三条线路经过，各新城与母城之间有两条以上的线路连接，通过两个 L线构成环线。线网基本覆盖城市大型客流集散点、主要客流走廊和大型居住区，具有良好可达性，中心区密度均匀，外围区留有弹性，有较高适应性和灵活性，有利于分期实施，XX市轨道交通线网规划参见表1.1-1及图1.1-1。表1.1-1 XX市轨道交通线网规划 序号线路名起点终点线路长度经过主要道路1一号线张士开发区东陵36km沈新路-建设大路-中华路-和睦路2二号线沈本新区桃仙机场42km黄河大街-北陵大街-青年大街3三号线张士开发区沈抚连接带33km细河路-砂阳路-热闹路-新立堡街4XX号线蒲河岛XX南站43km沈新路-北大营街-南京街-沈苏路5五号线大工业区浑南新区37km304 国道-北二路-文化路-祝科街6六号线平罗地区桑林子32km西江街长江街-朝阳街7七号线沙岭汽车城26km沈辽路-市府大路-东北大马路8八号线二台子浑南新城28km鸭绿江街-西顺城街-三好街-金阳大街9九号线崇山路沈抚连接带36km兴华大街-浑南三路-东部开发大道10十号线丁香湖地区苏家屯50km崇山路-滂江街-长青街11十一号线农业高新区沙岭44km蒲河大道-开发大道-西北联络线图1.1-1 XX市快速轨道交通线网规划1.2 XX地铁XX号线工程概况根据招标文件，XX市地铁XX号线是一条贯穿中心城区南北走向的线路，一期工程南起浑南新区哈大客专新XX站站，北至大东区朱尔屯水库南侧文东街站，线路全长29.56km，自南向北主要沿沈苏路、南京街、北站路、联合路、北大营街等道路敷设，途经浑南新区、和平区、沈河区、大东区四个行政区，主要连接了浑南新区、长白岛地区、砂山居住区、太原街商业区、XX北站商贸区、吉祥地区、北大营地区、望花居住区等客流集散点，并与多条轨道交通线路形成换乘中心。均为地下线路，设车站22座，其中换乘站9座，平均站间距约1.376km。在王士屯站引出出入线与榆树台停车场衔接。在文东街站引出出入线与朱尔屯车辆段衔接。1.2.1 主要设施分布（1）本次设计朱尔屯车辆段定位为XX号线的定修段，榆树台停车场为XX号线的停车场，XX号线车辆的厂架修任务由十号线桑林子车辆段与综合基地承担。（2）本线在榆树台新建XX号线控制中心一座，同时为XX地铁线网备用指挥中心预留面积（3）XX号线一期工程在沙岗子、上园设置2座66/35kV主所，沙岗子主所考虑为8号线预留供电条件，上园主所可考虑为10号线预留供电条件。1.2.2 设计年限与行车组织工程设计年限：初期2021年、近期2028年、远期2043年。车辆初、近、远期均采用B型车、6辆编组，列车运行最高速度80km/h，远期高峰小时行车间隔2min。本线初、近、远期采用大小交路运营的方式，远期高峰小时最大行车密度为30对/小时。1.2.3 车站表表1.2.3-1 全线各车站名称、站间距、车站型式及换乘关系表车站名称中心里程站间距及站型附 注新XX站AK0+408.5408.5岛式与规划地铁10号线换乘1661.05小羊安AK2+058岛式1349白塔堡AK3+407岛式1846王士屯AK5+253岛式榆树台停车场接轨站1527沈苏路AK6+780岛式975长白南AK7+755岛式与规划地铁9号线换乘1275长白岛AK9+030岛式1186长白北AK10+216岛式1829砂阳路AK12+045岛式与规划地铁3号线换乘1769南五马路AK13+814岛式与规划地铁5号线换乘999太原街AK14+813岛式与地铁1号线换乘1849市府大路AK16+662岛式与规划地铁7号线换乘900皇寺路AK17+562岛式1822.8XX北站AK19+384.8岛式与地铁2、6号线换乘1437.3XX大学AK20+824岛式与规划地铁8号线换乘1243吉祥站AK22+067岛式837北海街AK22+904岛式与规划地铁10号线换乘1537南卡门路AK24+441岛式940观泉路AK25+381岛式1600望花屯AK26+981岛式1130文贸路AK28+111岛式1184文东街AK29+295岛式朱尔屯车辆段接轨站265一期工AK29+560程终点图1.2.3-1 XX地铁XX号线线路走向示意图1.3 设计依据（1）XX市城市快速轨道交通建设规划（2011-2018）及批复意见（2）XX市地铁XX号线可行性研究报告（3）XX市地铁XX号线客流预测报告（4）XX市地铁XX号线工程总体设计（5）XX市地铁XX号线工程环境影响评估报告（6）XX市地铁XX号线工程岩土工程勘察报告（7）XX市地铁XX号线地质灾害危险性评估报告（8）XX地铁工程设计变更管理办法（9）招标人与总体总包设计单位提供的其他设计依据性文件和资料。第二章 供电系统方案研究重点及方法2.1 设计方案研究重点2.1.1 供电系统（1）主变电所资源共享城市轨道交通系统通常是在形成线网规模后，其交通功能才能得到充分发挥，因此，合理考虑线网之间的资源共享是非常必要的，通过对供电系统资源的合理分配和共享可以大幅度降低线网系统的工程投资和工程实施难度。本次研究以XX市规划和国土资源局编制的地铁线网变电所选址规划为基础，对XX号线主变电所资源共享方案进行研究，力求达到电力供电资源的合理利用、综合配置、资源共享、高效运用和保护环境的目的，并为主变压器容量的确定和分期实施提供必要的研究前提。（2）主变电所接线形式及供电系统运行方式主变电所接线形式与系统的运行方式紧密相关，并直接关系到供电系统设备容量的选择以及地铁线路投运后的运营维护，选择技术可靠、经济合理的主变电所的接线及运行方式，不但可以减少工程的初期投资，还有利于线路的运营管理，降低系统的运营费用。（3）中压供电网络的构成中压供电网络是地铁主变电所与直流牵引供电系统、动力照明用电系统连接的唯一电气通道，其投资巨大，网络接线形式的确定直接关系到交流供电系统的供电可靠性、供电质量以及工程的投资，因此应重点结合中压网络的接线形式、保护方案、电压损失、电能损耗、工程投资对环网的构成形式进行详细的分析研究。（4）供电系统的功率分布与系统容量的确定供电系统功率分布计算对所确定的供电系统方案进行计算验证，考察相关技术指标，修订方案中存在的问题。确定网络中各元件的功率和网络中各节点电压，为供电系统主要设备的选择提供依据，并最终确定供电系统容量。分析供电系统功率分布分析供电系统功率分布的情况，研究确定符合本系统特点的供电网络，确定系统容量，以降低系统的初期投资和日后的运营费用。（5）直流牵引供电系统方案的研究牵引变电所的分布方案，直接关系到牵引供电系统的供电可靠性、初期投资和日后的运营管理，是牵引供电系统研究的重要组成部分，重点应对牵引供电系统中的需用功率、能耗损失、负荷分布等进行详细的分析说明。（6）再生电能的吸收与利用目前城市轨道交通工程普遍采用具有再生制动功能的VVVF车辆，车辆制动时，所产生的再生电能部分将被线路上其它处于牵引状态下的车辆吸收，这对于减小对牵引变电所的功率需求，进而降低牵引整流机组的容量起着重要的作用,本次研究运用数理统计方法分析负荷变化的规律，并由此通过仿真计算求出再生电能的吸收率，用以调整整流机组的安装容量。（7）供电系统可靠性、安全性及可维护性分析系统的可靠性、安全性及可维护性是任何方案研究的最终落脚点，供电系统的可靠性、安全性分析就是对方案研究的成果进行科学的分析，评价其是否达到设计要求,是否满足安全、经济运行的需要。（8）谐波分析地铁牵引供电系统大量采用整流设备，同时，地铁动力照明系统中还有一些含有非线性用电设备，它们产生的高次谐波有可能会对电力系统产生不利影响，因此，有必要对谐波影响进行分析评价，以制定相关的防范和治理措施。2.1.2 变电所（1）所址选择和平面布置牵引变电所设备多，占地面积大，对设备运输通道等要求较多，因此变电所的选址和平面布置方案对整个车站的土建结构的影响都较大，合理选择变电所的位置，尽量标准化的平面布置形式，对方便施工和运营、节约工程投资都具有很重要的意义。在设计过程中，需要结合推荐的供电方案和工程的具体车站形式，对车站变电所的所址选择和布置方案从土建投资、设备运输、电缆敷设、运营维护等多方面进行综合论证，在便于电缆敷设、满足防火要求、便于巡视和检修的前提下，尽量缩小占地面积。（2）变电所继电保护配置与整定变电所继电保护方案的设计和配置是供电系统设计的重要部分，保护的合理配合和整定，对于保证继电保护的可靠性、选择性、速动性、灵敏性，提高供电系统运行的可靠性和安全性，保证人身和设备安全意义重大。另外，继电保护方案和系统一次接线方式密切相关，保护方案的优化也能够实现对一次系统接线的优化。（3）接触网隔离开关的闭锁联锁关系为满足改变牵引供电系统运行方式、以及检修维护等需要，接触网需要设置大量电动隔离开关。如牵引变电所直流馈线上网开关、越区供电开关、车辆段停车场的分场分束开关、联络支援开关等，将这些开关纳入电力监控，对于实现供电方式的灵活变换，并保证故障情况下能够尽快恢复供电具有重要意义。但由于电动隔离开关不能带电分合闸操作，为减少人员误操作可能带来的安全隐患，需要将各开关与其他相应的供电回路进行闭锁或联锁。由于直流牵引供电系统是双边、多边供电系统，闭锁联锁关系的逻辑和接线都比较复杂。（4）绝缘配合绝缘配合，就是综合考虑电气设备在供电系统中可能承受的各种电压（工作电压和过电压）、保护装置的特性和设备绝缘对各种作用电压的耐受特性，合理地确定设备必要的绝缘水平，以使设备的造价、维修费用和设备绝缘故障引起的事故损失最低，达到在经济上和安全运行上总体效益最高的目的。2.1.3 接触网（1）接触网悬挂受流特性分析良好的弓网关系是确保列车稳定可靠的受流的基本前提。电力机车是通过受电弓滑板与接触网导线间的滑动接触而获取电能的，当运动的受电弓通过相对静止的接触网时，接触网受到外力干扰，于是在受电弓和接触网两个系统间产生动态的相互作用，弓网系统产生特定形态的振动。当振动剧烈时，可以造成受电弓滑板与接触导线脱离接触，形成离线，产生电弧和火花，加速电器的绝缘损伤，对通信产生电磁干扰，更严重的是直接影响受流，甚至会造成供电瞬时中断，使列车丧失牵引力和制动力。所以接触网悬挂受流特性分析是保证机车良好运行的重点。（2）接触网出入段线方案设计为了满足出入段线的牵引供电能力，出入段线采用了双承双接的链型悬挂方式，在以往的设计当中，当正线支援车辆段的时候，如果链型悬挂没有深入到出入场线的咽喉区内，就会出现牵引供电的瓶颈问题。另外出入段线作为停车场与正线的连接纽带，需要作为一个重要的环节在设计方案中予以考虑，除了载流要求外，还对电分段的设计形式以及设计位置进行了研究。（3）接触导线选型接触网导线是与接触网系统与受电弓直接接触的部分，选择合适材质的接触网导线，对于增强受电弓的取流，减少维护，降低成本都具有重要意义。2.1.4 杂散电流防护重点研究杂散电流的排流方案、监测方案和参比电极的选择，以便于监测和减少杂散电流对结构钢筋的腐蚀程度。2.1.5 供电车间研究供电系统维护管理模式及维护检修设备配置，在满足地铁安全可靠运行的前提下，充分利用社会资源，简化供电系统运营维护的组织机构和生产管理人员。2.1.6 动力照明（1）降压变电所低压馈线容量倒配问题目前国内各城市轨道交通地铁线在项目进展后期都出现了变电所和下级配电箱进线开关容量倒配的问题，这类问题不解决，在运营过程中，时常出现动力照明低压配电系统越级跳闸的现象。（2）降压变电所动力变压器负荷分析目前国内各个地铁在运营时均存在了动力变压器容量过大问题，有些地铁车站变压器的负荷率竟不足10，这不仅增加了项目投资，而且造成电能的浪费，增加了运营成本。（3）低压配电系统的谐波治理与无功补偿谐波污染对低压配电系统的影响很大，主要有：造成配电系统的功率损耗增加、用电设备寿命缩短、接地保护功能失常、遥控功能失常、线路和设备过热等。引起变电站局部的并联或串联谐振，造成电压互感器灯设备损坏；造成变电站系统中的设备和元件产生附加的谐波损耗，引起电力变压器、电力电缆、电动机等设备发热，电容器损坏，并加速绝缘材料的老化；造成断路器电弧熄灭时间的延长，影响断路器的开断容器；造成电子元器件的继电保护或自动装置误动作；影响电子仪表和通信系统的正常工作，降低通信质量；增大附加磁场的干扰等。此外，一般地铁在变电所低压侧都进行集中的无功补偿，但实际运行中在轻载时不投入补偿电容器的情况下，由于大量电缆的使用，车站变电所功率因数已经达到了0.9以上，但在主变电所已成容性负载，造成无功倒送现象，其原因是在轻载时多数量大截面的中压环网电缆的敷设。2.1.7 综合接地系统地上建筑作为防雷建筑物，按常规将利用金属屋面或屋顶避雷带做接闪器、柱内钢筋做引下线并与接地装置联接。即结构与接地装置需要电气联接。地下主体作为地铁车站，地铁采用直流牵引，需要采取杂散电流腐蚀防护措施，按现行规范结构与接地装置应该是绝缘的。地上、地下结构是一体的，如果接地网与地下部分绝缘，也应与地上部分绝缘。但地上建筑的防雷装置与主体结构是连通的。采用综合接地，又不可避免地利用结构接地，与杂散电流腐蚀防护之间存在矛盾。主体结构已经不宜再作为杂散电流辅助收集网。2.2 设计方案的研究方法2.2.1 供电系统（1）主所的资源共享以XX市规划和国土资源局编制的地铁线网变电所选址规划为基础，对XX号线主变电所资源共享方案进行研究，在充分利用既有主所的基础上设置XX号线主所分布方案，并为相临线路提供共享条件。（2）供电系统功率分布的计算确定供电系统功率分布简图；绘制供电系统功率分布的电网等值电路；分析各个节点注入的负荷情况，归算节点的运算负荷，对网络元件及节点电压进行计算。（3）中压供电网络方案的研究方法确定中压网络接线形式及原则；制定中压供电网络接线方案，结合保护方案进行经济、技术比较。结合牵引供电计算和动力照明计算结果，进行中压供电网络的潮流计算；从技术、经济以及运营管理的角度对方案进行客观的分析，力求网络接线简洁、实用，并充分考虑运营管理模式，确定推荐方案。（4）直流牵引供电系统的研究方法对线路情况、机车参数、行车组织以及工程筹划等进行综合分析，确定牵引变电所分布原则、设备容量选择原则及计算边界条件；初步确立牵引供电系统的方案，通过平均运量法的计算和牵引供电仿真验证（基于运行图法的计算机模拟计算），计算出牵引供电网络中的各项电气参数。仿真工具德国的直流牵引供电系统技术目前处于国际领先水平，牵引供电系统的计算机仿真技术更是成熟完备，因此本次仿真计算采用了自德国引进的直流牵引供电仿真软件SINANET。该软件可以对直流牵引供电系统进行真实有效的动态模拟仿真，并已广泛应用于很多国家诸如德国、荷兰、匈牙利等国的城市轨道交通工程项目，工程的实际应用表明该软件是先进和可靠的，本仿真计算软件的设计流程如下：图2.2.1-1 仿真软件设计流程图（5）谐波分析分析谐波产生的原因；结合系统的运行方式，采用谐波分析软件，评估相关系统的谐波含量，并制定相关治理措施。（6）系统可靠性、安全性及可维护性从设计方案入手，结合安全可靠性分析理论，对供电系统的可靠性、安全性及可维护性进行详细分析。2.2.2 牵引变电所（1）所址选择和平面布置 根据具体车站情况，合理灵活选择所址针对不同车站的具体情况，研究变电所可能的各种选址方案，从土建投资、供电质量、电缆敷设、电缆投资、设备运输、巡视检修、设备更换等不同的角度，分析各选址方案的优缺点，选择性价比最优的选址方案。 综合考虑工程技术要求和当前生产厂家的制造能力，合理确定设备外形尺寸定期调研、多方多渠道了解当前生产厂家的制造能力，实时把握国内外地铁工程的新技术新要求，综合考虑实际工程的技术要求和当前生产厂家的制造能力，合理确定设备外形尺寸。以免在土建配合阶段，采用的设备尺寸过大，而增加土建投资；或尺寸过小，设备布置不能满足规范要求，影响运营后的操作维修。 根据具体设备房间情况，合理灵活布置设备多方学习调研，结合已施工的项目，总结各种情况下设备布置需注意的事项，以指导选择平面布置方案。根据不同设备房间情况，总结可能的设备布置方案。在工程中，根据具体情况，合理灵活选择布置方案。（2）变电所继电保护配置与整定对35kV进出线保护方案进行深入研究和比选，提出推荐方案。传统的35kV进出线保护采用光纤差动保护作为主保护，时限逐级配合的过电流保护作为备保护，实际应用中延时过长且逐级配合困难，并导致环网分区变电所数目不能过多。当供电方案采用大环网分区时，则不能同时满足“可靠性、选择性、速动性和灵敏性”的要求。我院结合城市轨道交通供电系统继电保护最新发展技术，对供电系统网络结构及系统短路特性、潮流特性进行深入研究，从多方面分析“纵差+过流保护”、“纵差+电流选跳保护”和“纵差+PLC编程的过流保护”3种方案的优缺点，推荐采用“纵差+PLC编程的过流保护”方案，利用综合测控装置的可编程功能，对保护动作制定一些实施准则，在保护配置以及硬件配置不变的情况下，既保留了传统纵差保护的优越性，又能实现过流保护的选择性跳闸。对直流设备框架泄漏保护进行深入分析，提出优化设置方案。直流设备框架保护动作后，影响范围大，本次研究深入分析各种框架泄漏故障，通过对供电系统网络构成、变电所运行方式及电力机车载流曲线进行深入研究，运用概率理论对系统故障进行分析，提出优化的框架保护设置方案，尽量减小框架保护跳闸的影响范围，降低中断供电影响行车的故障概率。（3）接触网隔离开关的闭锁联锁关系 根据各开关设备的带电关系确定操作逻辑首先，应认真研究各隔离开关的闭锁逻辑关系，逻辑关系除了需要考虑自身的安全闭锁，还应考虑到隔离开关之间的相互关系及操作顺序，避免闭锁后影响正常的操作。 根据工程具体情况确定闭锁措施隔开开关的闭锁尽量通过硬接线实现。接触网上网隔离开关、越区隔离开关通过与变电所直流馈线开关的联锁实现闭锁关系比较方便；区间岔线等处开关不便于敷设电缆时，可以考虑通过所内控制单元的软件实现闭锁关系；此外，还可以在隔离开关操作箱内增加检压装置，通过判断电压来实现闭锁。 强调在运营中照规操作供电操作规程对于开关的分合闸操作顺序有明确要求，在运营中应严格执行，避免由于误操作带来的重复操作，同时也为安全增加了保障， （4）绝缘配合1）问题的提出为保证电力设备的可靠运行，应避免停电事故的发生，而电力设备绝缘的击穿是造成停电事故的主要原因之一。绝缘水平取的过高，会使设备尺寸过大，投资过高；绝缘水平过低，会使设备在运行中故障率增加，导致停电损失及维护费过高。因此，合理的确定设备的绝缘水平，具有十分重要的意义。2）研究方法：将交流系统和直流系统分别分析在地铁供电系统中，既有交流配电设备，又有直流配电设备，其绝缘水平各不相同，在设计中应根据系统中可能出现的各种电压和保护装置的特性，合理确定设备的绝缘水平。确定电气设备承受的各种电压（工作电压和过电压）电气设备的绝缘水平就是设备绝缘所能耐受的试验电压，根据绝缘对不同作用电压的耐受能力的不同，耐受电压分为持续工频耐受电压、短时（1min）工频耐受电压、雷电冲击耐受电压。针对各种电压下的绝缘配合，采用合理的方法确定供电系统的绝缘水平。根据以上原则对地铁牵引供电系统的绝缘水平进行如下分析：A. 交流系统交流系统的设备绝缘配合应满足GB311.1高压输变电设备的绝缘配合的相关规定。系统绝缘水平系统标称电压：35 kV；系统最高电压：40.5 kV；短时工频耐受电压：85 kV；雷电冲击耐受电压：185 kV。一般原则设备在持续工频电压、暂时过电压和操作过电压下的相对地和相间绝缘性能，用短时工频和雷电冲击电压试验检验；在雷电过电压下，设备的相对地和相间绝缘性能用雷电冲击试验检验；设备的纵绝缘性能用短时工频电压和雷电冲击电压试验检验。持续工频电压和暂时过电压下的绝缘配合用短时工频耐受电压检验。雷电过电压下的绝缘配合相对地和相间绝缘：设备主回路中设置避雷器保护设备，其额定雷电冲击耐受电压应不低于避雷器的雷电冲击保护水平乘以配合因数Kc（Kc1.4）；纵绝缘：与相对地绝缘相同，隔离断口处的耐受电压可高于相应的相对地绝缘。操作过电压下的绝缘配合相对地和相间绝缘：设备的工频耐压应不低于设备上的统计操作过电压水平或避雷器的操作冲击保护水平乘以配合因数Kc（Kc1.15）；目前35kV设备的工频耐压均能达到此绝缘配合水平。纵绝缘：同相对地绝缘相同，隔离断口处的耐受电压可高于相应的相对地绝缘。交流系统设备的绝缘配合根据以上分析，交流系统设备的绝缘配合如下：雷电冲击耐压185Kv；避雷器残压120kV；B. 直流系统此前国标和IEC标准中关于1500V直流系统绝缘配合的规定还不够完善，产品制造和工程设计多参照IEC60664-1低压系统内设备的绝缘配合第一部分：原理、要求和试验和EN50124.12铁路系统绝缘配合关系，2011年1月中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局和中国国家标准化管理委员会共同发布了GB/T 25890.1-2010/IEC61992-1:2006轨道交通 地面装置 直流开关设备 第一部分：总则，规定了直流系统的绝缘水平。在额定绝缘电压大于2.3kV时，在有保护的情况下，例如隧道内或城市轨道交通工程，买卖双方可以协商确定采用OV3类绝缘，结合目前国际上直流开关柜、避雷器的生产水平和工程实践经验，本工程中，直流系统绝缘水平按如下考虑：系统绝缘水平系统标称电压：1.5kV；系统最高电压：1.8kV；短时工频耐受电压：6.9kV；雷电冲击耐受电压：8.3kV。持续工频电压和暂时过电压下的绝缘配合用短时工频耐受电压检验。雷电过电压下的绝缘配合额定雷电冲击耐受电压应不低于避雷器的雷电冲击保护水平乘以配合因数Kc。由于现阶段无明确规定，Kc的选用可参照交流系统，并适当放大裕度，设计中尽量选用残压水平低的避雷器。操作过电压下的绝缘配合根据1500V直流系统的运营经验和试验数据，回路中操作过低压一般不会超过系统最高电压的2倍，系统自身绝缘水平完全能承受。直流系统设备的绝缘配合根据以上分析，直流系统设备的绝缘配合如下：设备雷电冲击耐压：8.3kV设备短时工频耐压：6.9kV避雷器残压：4.8kV2.2.3 接触网系统（1）接触网悬挂受流特性分析我们根据弓网动力学原理并利用CATMOS软件进行二次开发，建立了适合城市轨道交通系统的受电弓与接触网振动模型，从而研究抑制弓网系统有害振动的方法，确保受电弓与接触网系统相互适应、合理匹配，为不同营运条件下的受电弓与接触网结构选型和参数设计提供理论指导。本模型采用弓网接触压力、离线率、接触导线抬升量、受电弓振幅、接触网弹性系数、接触导线波动传播速度和受电弓追随性等指标评价受流质量，并根据实际应用情况改进或调整系统设计。（2）接触网出入段线方案设计通过比选锚段关节和分段绝缘器两种电分段形式，确定出入段线处电分段的最佳形式。根据总体设计要求，与信号、防迷流专业统筹设计，来确定电分段的位置，满足接触网分段位置与信号机位置、防迷流单导位置三者保持一致的原则。（3）接触导线选型目前常用的接触线铜合金材料有铜银合金、铜锡合金、铜镁合金。通过重点比较铜银合金和铜锡合金接触线在材料的使用性能、工艺性能、经济合理性等方面的差异，选择适合本工程的接触网导线类型。2.2.4杂散电流防护分析杂散电流产生的原因，提出杂散电流的防护措施，从工程投资、防护效果、运营管理等方面进行综合比较，确定杂散电流排流方案；结合本次工程范围，从工程的衔接、便于综合调度管理、减少工程投资等方面，确定监测方案。结合具体工程的需要，从性能、运营维护等方面优化参比电极的选型。2.2.5 供电车间结合其它城市地铁的运营维护模式，结合供电系统维护工作的技术要求，确定供电系统维护管理模式及维护检修设备配置方案。2.2.6 动力照明（1）降压变电所低压馈线容量倒配问题容量匹配问题的本质还是反应了各级保护电器间必须具有选择性。低压配电线路发生短路、过负荷或接地故障时，既要保证可靠的分断故障电路，又要尽可能地缩小断电范围，减少必要的停电，即有选择性地分断，同时还应避免由于多级开关的选择性匹配造成电缆截面增大问题。这就要求合理设计低压配电系统，准确计算故障电流，恰当选择保护电器，正确整定保护电器的动作电流和动作时间，保证有选择性地切断故障电路。（2）降压变电所动力变压器负荷分析1）减少变压器的有功损耗变压器的有功损耗按下式计算：P=P0+2PK变压器的有功损耗：P 变压器的空载损耗：P0变压器的短路损耗：PK 变压器的负载率：P0作为变压器的空载损耗，是由铁芯涡流损耗及漏磁损耗组成，其值与铁芯材料及制造工艺有关，与负荷大小无关，所以选用变压器时应选择节能型变压器。PK是变压器额定负载传输的损耗，它取决于变压器绕组的电阻及流过绕组电流的大小，并与负荷率平方成正比。考虑综合初装费，变压器、高低压柜、土建投资及运行费用，又要使变压器在使用期内预留适当的余量，变压器最经济节能运行的负载率一般在75%-85%之间。所以在选择变压器容量时，应根据负荷情况，综合考虑投资和年运行费用，选取容量与电力负荷相适应的变压器，使其工作在高效低耗区内。2）合理选择变压器容量地铁中的负荷比较多，尤其是环控设备，不仅设备多容量大，而且不同的时间段、不同的季节，设备投入的差别也比较大，要控制变压器的容量就要充分考虑以上因素。研究环控工艺，合理选用需要系数和同时系数。根据不同的季节及运行工况，合理选择变压器，并充分考虑变压器过载能力。一般来说，地铁环控运行模式均分为空调季节、非空调季节、火灾、阻塞几种运行模式，每种运行模式设备投切是不一样的，非空调季节冷水机组是不投入运营的，隧道火灾、阻塞时隧道风机、排热风机将投入运行，但其投入时间短，要充分考虑设备运行的季节性及短时性去选择变压器容量。在限制车站降压变电所容量的同时，更需重视主变容量的选择。（3）低压配电系统的谐波治理与无功补偿对于地铁车站，谐波源比较复杂，如照明负荷、自动扶梯、UPS电源、小型信息显示屏等，负荷较小，用电点较多；冷水机组、大风机等变频启动设备，单个设备的用电量比较大，有的安装容量高达200kW以上，供电点单一，产生的谐波较大。针对以上特点，结合工程经验，对谐波治理采取综合治理的方案。变电所低压母线侧集中设置带调谐电抗器的电容器组+有源滤波器作为无功功率补偿及谐波治理装置。对于单个设备或放射式供电的设备组的安装容量大于100kW，采用有源波源器就近补偿，如大风机变频控制系统增加谐波抑制装置。2.2.7 综合接地系统针对上述地上与地下建筑结构一体化、综合接地与杂散电流矛盾的情况，我院拟借鉴北京南站、天津站等地铁工程中的成熟经验，在地铁新XX站站综合接地、防雷系统设计中采取以下处理方案：（1）接地网设置方案利用本工程的地下最底层桩基作为综合接地装置；根据需要，从底板结构钢筋引出若干强电保护接地总排、等电位接地总排。（2）防直击雷方案利用地面建筑金属屋面做接闪器，柱内钢筋做引下线，利用地下主体结构桩基作接地装置。为了乘客的安全，竖向钢柱在于顶板、底板焊接的同时，与结构中板钢筋也应可靠焊接。并在走行轨与接地装置间设置暂态等电位联结。地铁车站结构钢筋不再作为杂散电流辅助收集网。同时，对杂散电流防护设计采取以下几点措施：（1）地铁结构钢筋不再作为杂散电流辅助收集网，把本节点的结构段钢筋与相邻的隧道段钢筋进行电气断开。同时对本节点内的地铁结构段进行可靠的电气焊接，设置必要的杂散电流防护检测，其信号应传送至控制中心。（2）加强对结构连接缝的绝缘处理，各线分别把与本节点相邻的两个地铁结构段钢筋采用电缆进行电气跨接。结构连接缝处有止水带和聚硫密封膏等绝缘材料，与地铁各线连接的结构缝两侧不进行电气跨接就可以保证与地铁结构段良好的绝缘。（3）建立杂散电流收集网，将道床下钢筋作为杂散电流的收集网，同时采取必要措施，将流向本节点结构段钢筋的杂散电流减小到最低限度，并采取措施，防止相邻地铁结构段的杂散电流流向本节点的结构段。（4）加强走行轨与道床之间的绝缘，提高本节点内走行轨的对地过渡电阻。各线在本节点范围内增加橡胶减震垫，绝缘性能大幅提高。（5）应避免本节点引出的管线与其他结构段钢筋有电气联接。相邻结构段跨越本节点的管线应在本节点范围内绝缘安装。（6）加强对隧道环境的运营维护工作，保持隧道内干燥、清洁。第三章 方案构思理念本次研究主要设计思路为在总结我院设计已开通XX地铁1、2号线建设过程中经验、教训的基础上，结合地铁XX号线工程特点及建设背景，对XX号线供电系统特点进行分析，按照北、南两段分期实施的原则，确定适合XX号线的主要工程技术标准、系统设备配置、资源共享方案，提出本线重点研究内容、节能环保措施、合理化建议等内容，力求使本供电系统设计技术合理、标准适当、资源共享、投资渐进、工程进度稳步向前，供电系统安全可靠。3.1 工程建设要求和特点分析（1）对工程建设和运营的安全性、可靠性要求高地铁工程可以归属为大型公共交通项目，其自身建设规模和投资十分巨大，涉及行业面广，其今后的运营也与广大市民的出行安全、利益息息相关，社会关注度极高，一旦发生事故，影响较大，并存在很多不确定或无法预见的因素，因此，在地铁设计方案的制定和其工程实施过程中，对安全性、可靠性提出了很高的要求。（2）专业特点鲜明、工程综合面广、系统性强地铁工程由其建设规模和自身行业特点决定，是一种具有鲜明特点的公共交通项目，首先地铁本身是一种轨道交通工程，涉及到了很多特殊或特种专业，如车辆、轨道、信号系统、牵引供电系统、AFC、屏蔽门（或安全门）、地下土建工程（地下结构、隧道结构）、车辆基地（车辆段、停车场和综合维修基地）等；其次由于地铁又是一种公共交通工程，它的存在势必与其他公共交通工程（诸如国铁、地面公共交通等）紧密联系，相互补充，特别是地铁路网建设逐步展开后，这种关系将更加紧密，在处理换乘站和大型公交枢纽时，还要考虑地铁线路之间的配合协调，同时地铁工程自身专业系统繁多，在有限的空间进行系统协调，对工程的综合性要求也是很高的；再次由于地铁工程建设规模大涉及专业众多，要求专业配合协调紧密，应具备很强的系统性。（3）专业接口梳理与协调工作量大、计划管理、施工组织要求详实周密地铁作为综合性大型公共交通工程，涉及了众多专业和系统，各专业之间、各系统之间、各机电系统与土建工程之间、轨道交通与相关市政管理部门间（供电系统为与电力部门之间）互相关联，各种技术和建设管理接口错综复杂，因此，地铁建设接口梳理、协调的工作量很大，接口管理要求界面清晰、合理、全面。地铁建设周期长，工程实施过程漫长，通常各个建设阶段间隔时间较长，而有的时候又是交错进行，同时地铁参建单位多，工程实施条件相对苛刻受周边影响较大，施工场地和施工工期相互交错，因此，节点工期、计划进度控制要求严格，工程施工组织要求详实周密。（4）本工程项目特点分析XX地铁XX号线工程一期工程线路总长约29.56公里，共设车站22座、车辆段1座、停车场1座，其中换乘站9座，项目复杂程度较高。表3.1-1 本工程项目特点分析序号工程特点特点描述供电系统对工程特点的响应1XX地铁外围线路地铁1、2号线一期工程已经开通，XX号线为后续建设线路。主要技术标准尽量与1、2号线保持一致，维持系统的兼容及延续性。2地下车站多全线车站22座，全部为地下站。地下车站用房紧张，应充分考虑设备用房的优化。3换乘站多全线设置9座换乘车站。与换乘线接口衔接方案、系统运行方案、运营管理方案、项目实施界面应合理考虑。（5）对技术方案和设计工作要求的认识根据对XX地铁XX号线工程项目特点的认识，对本工程的技术方案和设计工作要求的认识如下表所示。表3.1-2序号设计理念认识设计工作总体构想1应用成熟可靠的技术主要系统和技术方案应结合XX地铁XX号线工程的项目特点，在综合考虑技术、经济、便于运营、便于实施的基础上，尽量考虑与1、2号线一致，保持系统的兼容及持续性。2充分利用国内已开通的类似项目的经验本工程各系统的技术方案、技术细节应在充分总结国内已开通的轨道交通工程的方案设计、设备招标、设计联络、施工、调试、与运营的交接等方面的经验基础上，合理完成各项设计工作。3保障安全、顺利实施的设计计划本工程的设计应在对工程的项目特点充分理解，在保证设计方案技术合理、安全可靠的基础上，借鉴类似轨道交通项目经验，制定适合本工程项目特点的设计计划，完成各项设计任务，为工程项目按计划实施和完成提供保障。4全面的、全过程的设计服务意识工程的实施基本是以设计成果为依据开展的，设计方作为设计成果的终身负责者，有义务为准确和更好地将设计成果在工程实施中落实和完成提供技术支持和服务。轨道交通作为综合性系统工程，工程具体实施包括设备和工程招标、设备制造、设备安装和调试、联调、运营交接等多个环节，每个环节均涉及到设计成果能否全面实施。本着设计为用户服务，设计为工程服务的工作理念，主动配合和提供技术服务于工程实施的各个环节和各个相关单位，为项目的顺利实施提供技术保障。3.2 供电系统设计理念与思路城市轨道交通是城市客运系统的重要组成部分，直接服务于大众，其安全性、可靠性以及运营服务水平与人民的切身利益息息相关。而城市轨道交通工程的建设又是技术复杂、耗资巨大的，是一项事关于社会大众出行安全的百年大计工程。因此，地铁工程的建设和设计，必须遵守“安全可靠、功能合理、技术先进、经济适用、以人为本”的设计原则，充分突出“科技地铁、绿色地铁、文化地铁”的建设理念，并遵循系统性、连续性和整体性的原则，必须以“乘客安全第一”为设计宗旨，在全面满足功能要求的前提下，尽量节省工程投资。（1）着重于系统安全性、可靠性和可维护性的理念城市轨道交通是城市客运的动脉，直接服务于大众，其安全性、便捷性与人民的切身利益息息相关。供电系统作为轨道交通运行的动力之源，其安全性、可靠性、可维护性是保证地铁列车安全可靠经济运营的基本要求和关键因素之一。因此设计一个合理、安全、可靠的供电系统，使地铁的各种设施发挥各自的功能和作用，保证地铁列车畅行无阻，安全迅速地输送旅客，是供电系统设计安全可靠性的整体目标。然而供电系统又是一个复杂的网络，它由主变电所、中压供电网络、牵引变电所、降压变电所、接触网、电力监控、杂散电流防护、综合接地网和动力照明供电等子系统构成，虽然各子系统都有自己的特点和重点，但都应满足基本的安全可靠性及良好的可维护性要求，即首先应保证各种工况下的供电质量；其次出现故障后应能迅速、准确切除故障，恢复供电能力；三是应有保证乘客和工作人员在正常和事故状态下人身安全的措施；四是应选用安全可靠便于维护的电气设备及具备在设备故障后能快速反应的维护手段。（2）超前规划、资源共享的理念1）外部电源的电压等级城市轨道交通供电系统采用集中供电方式时，要求从城市电力系统获取电源，市区常用主要电压等级有220kV 、66kV。外部电源的电压等级的确定，应满足轨道交通供电系统用电要求。220kV变电所的主变压器容量多在（2120MVA-3250MVA）之间，城市轨道交通供电系统变电所的主变压器容量多在（225MVA-363MVA）之间，在外部电源与系统的主变电所资源共享不超过3条线情况下，主变压器容量在263MVA左右，城市电网主变电所可以满足城轨需求。2）外部电源与系统的主变电所资源共享在城市轨道交通线网规划与具体线路工程可行性研究之间，有必要增加线网资源共享规划的阶段，从整体线网上进行系统研究，对线网的资源共享、信息互通、高效、节能等问题进行综合考虑，使其成果能够指导具体线路的可行性研究，保证线网的先进性、系统性和协调性，就供电系统而言应从外部电源与系统的主变电所资源共享、系统运行方式、线路之间的控制模式、统筹规划等方面作为重点。鉴于本工程的具体情况，XX市已经对城市轨道交通进行了主变电所资源共享研究专题，本次研究以XX市规划和国土资源局编制的地铁线网变电所选址规划为基础，对XX号线主变电所资源共享方案进行研究。（3）精细设计理念由于基础资料的限制以及地铁列车运行负荷的随机性和不确定性，以往轨道交通供电系统设计中的计算精确度较低，很多因素通常忽略或作为保险系数计入。这种方