（工商管理专业论文）GZ地铁中压供电网络研究.pdf

中文摘要 地铁作为大中城市交通疏解的主要手段，越来越受到政府及广大 市民的关注。而作为城市地铁运营的主要能源及核心技术，地铁供电 系统的可靠性也越来越引起业内人士的重视。 本文从g z 地铁线路规划网络的需求出发，通过对g z 地铁供电网络的接线形 式、供电可靠性等的分析，以及国内外地铁供电系统的应用实践，结合g z 地铁 3 3 k v 中压供电系统的现状，提出了目前运营的网络供电方案以及在目前运营基 础上的、在换乘站实现中压供电线路之间互相联络的改造方案。 技术经济分析的方法是解决工程实际问题的方法之一，本文通过技术经济分 析的方法，在技术上创造性地提出了利用地铁行车交路的分析方法解释地铁供电 用户的概念，并利用技术经济分析的方法对地铁中压供电系统的可靠性进行评 估，详细分析了g z 地铁中压供电网络的实施方案的可行性与经济性，得出了通 过对目前运营的供电系统进行技术改造，在技术上既可行又供电可靠性更高，在 经济上更优的结论。 关键词：地铁中压供电可靠性 a b s t r a c t a st h em o s t l ym e a n so fr e s o l v i n gt h eb i gc i t y st r a f f i cj a m ，m e t r o ，i s a t t e n t i o n e dm o r ea n dm o r e a n dt h em o s ti m p o r t a n tt e c h n i q u ea n d p o w e r ，m e t r op o w e rs u p p l ys y s t e m sd p e n d a b i l i t yi sr e g a r d e da st h ec o r e t h i sp a p e ra n a l y s e st h el a y o u to fg u a n g z h o um e q c r ol i n en e t w o r ka n dm i d d l e v o l t a g ep o w e rs u p p l yl i n e sd e p e n d a b i l i t ya n dt h ea c t u a l i t y ，s n dp u t sf o r w a r dt h e b e t t e r m e n tp r o j e c tt h a ti sb a s e do nt h ec u r r e n t l yc o n n e c t i o n a n dr e a l i z e st oc o n n e c t w i t he a c hm e t r ol i n e a tt h et r a n s f e r r i n g t h cm e t h o d so ft e c h n o l o g ya n de c o n o m i ca n a l y i n gi st h ew a yt os o l v et h e p r o j e c tp r o b l e m s t l l sp a p e rp a r t i c u l a r l ya n a l y s e st h en e wp r o j e c t sf e a s i b i l i t ya n d c c o n o m i z a f i o nt h r o u g ht l l et e c h n o l o g ya n de c o n o m i ca n a l y i n g a n da d v a n c e st h e m e t h o dt oe x p a i nt h ec u s t o m si np o w e rs u p p l yu s i n gt h em e t r ot r a v e l l i n gc r a n e l i n e s a tt h el a s t , t h i sp a p e rc o n c l u d e st h a tt h en e w si se x c e l l e n tr e l a t i v et ot h e a c t u a l i t y k e yw o r d s ： m e t r o ，m i d d l ev o l t a g e ，p o w e rs u p p l y ，d e p e n d a b i l i t y 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之外，论文中不包含其他人已经发表或 撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫鲞盘茔或其他教育机构的学位或证 书丽使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文作者签名：屯涉 签字日期：六一缛g 月声日 学位论文版权实用授权书 本学位论文作者完全了解盘鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。特 授权苤盗盘鲎可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索， 并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国 家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名：况芭_ 一名：浆， 签字日期：弼年8 月护日签字日期：秭年8 月矿1 日 第一章绪论 第一章绪论 1 1 项目研究的背景和现状 1 1 1 项目研究的背景 1 1 1 1 g z 城市社会经济发展概况 1 ) 概况 g z 是广东省省会，广东省政治、经济、科技、教育和文化的中心。g z 地处中国大陆南方、广东省的中南部、珠江三角洲的北缘，接近珠江流域 下游入海口。其范围是东经1 1 2 度5 7 分至1 1 4 度3 分，北纬2 2 度2 6 分至 2 3 度5 6 分。东连惠州市博罗、龙门两县，西邻佛山市的三水、南海和顺德 区，北靠清远市的市区和佛岗县及韶关市的新丰县，南接东莞市和中山市， 隔海与香港、澳门特别行政区相望。 g z 既是中国远洋航运的优良海港和珠江流域的进出口岸，又是京广、 广深、广茂和广梅汕铁路的交汇点和华南民用航空交通中心，与全国各地 的联系极为密切，素有中国“南大门”之称。 2 ) 行政区划 g z 辖十区二市，土地面积7 4 3 4 4 平方公里。根据g z 公安局调查的结果。 截至2 0 0 5 年1 1 月1 日，g z l 2 个区、县级市的常住总人口( 户籍和居住半年 以上) 为9 4 9 6 8 万人，来人口规模约为3 0 0 多万人。g z 行政区划及各区市 人口密度见图卜l 。 图卜1 ：g z 行政区划及各区人口密度( 2 0 0 2 年数据) 第一章绪论 3 ) 经济发展 2 0 0 5 年g z g d p 突破5 0 0 0 亿大关年增长1 3 。2 0 0 5 年，全市职工平均 工资为3 3 8 3 9 元，比上年增长9 1 。城市居民人均可支配收入为1 8 2 8 7 元， 增长8 3 。人均消费性支出1 4 4 6 8 元，增长l o 3 。农村居民人均纯收入 为7 0 8 0 元，增长6 9 。6 z 已成为国内g d p 总量超3 0 0 0 亿元的三大城市之 一。历年g z 国民经济主要指标见表1 - 1 及图1 - 2 。 表卜1g z 国民经济主要指标( 1 9 9 5 - - 2 0 0 2 年数据) 盥 0 2 年较 项目1 9 9 6 生2 0 0 0 年2 0 0 1 年2 0 0 2 焦 上年增 位 长( ) 一、年末总人万6 4 6 t7 l7 0 0 6 97 1 2 6 07 2 0 6 21 1 3 口 人1 2 4 3 o2 3 8 3 0 72 6 皓73 0 0 1 6 91 3 2 二、国内生产亿7 3 4 69 4 4 261 0 2 0 58 9 总值 一 兀 5 8 0 1 9 1 0 4 1 _ l l9 5 7 31 2 3 1 0 9l z 5 第产业亿5 8 9 4 21 2 4 7 5 41 1 3 6 51 6 6 8 5 5l4 1 第二产业 一 兀1 2 6 8 l1 6 3 0 511 7 5 0 69 1 第三产业亿1 7 挖53 0 鹋7 91 4 5 2 53 7 8 6 0 81 4 9 三、农业总产 一 兀1 0 3 1 71 9 0 9 192 5 1 0 哇1 3 4 值亿1 6 7 0 5 四、工业总产 一 兀3 3 9 3 1 值亿9 五、职工年平 一 兀2 2 1 4 1 均工资亿 一 兀 别 人 表卜1g z 历年国内生产总值变化 2 第一章绪论 国内生产总值( 亿元) 1 9 9 31 9 9 41 9 9 51 9 9 61 9 9 71 9 9 81 9 9 92 0 0 02 0 0 l2 0 0 2 1 1 1 2 轨道交通建设 图l 屯g z 历年国内生产总值变化 年份 随着g z 社会经济的不断发展，城市交通的压力越来越大，目前城市交 通存在诸如道路容量不足、交通结构不合理、中心区高峰小时机动车车速 较低、交通需求仍然有增无减等主要问题，g z 已经明确提出了逐步建立以 公交为主体、轨道交通为骨干，各种交通方式相结合的多层次、多功能、 多类型的城市交通综合体系，以地面路网和交通设施为基础，建设轨道交 通系统，高速公路系统、高架路系统合理衔接的立体交通网路城市交通发 展策略。 优先发展大运量轨道交通系统，强化区域间的高效联系，并以轨道交 通站点为核心，通过适于公交优先的道路系统，建立轨道交通与周边地区 常规公交的便捷换乘，大力发展区域组团的中心地带，同时将步行系统完 善导入，构筑沿轨道交通走廊发展的网状城市结构体系。 优先发展城市轨道交通线，建立以南北向轨道交通线为核心、市郊铁 路为辅助的便捷、高效都会区轨道交通网络。政府通过预先控制轨道交通 沿线的土地，以良好地基础设施带动沿线土地利用开发，并结合轨道交通 线路及站点建立“t o d ”( t r a n s i t - o r i e n t e dd e v e l o p m e n t ) 、“s o d ” ( s e r v i c e o r i e n t e dd e v e l o p m e n t ) 土地利用发展模式，围绕轨道交通站点 形成完善的公共交通社区。 根据g z 政府公布的资料，2 0 0 5 年，g z 城市建设继续保持快速稳定发 展，全年完成城建投资2 5 6 亿元。其中：城市轨道交通建设的投资达到7 0 多亿元，占总城建投资的2 7 3 。而这些才只是g z 在2 0 1 0 年前轨道交通投 3 7 一 虬1li蚕l曩鎏l翌j蓦；，liiliii；j o 一 1日阔旧阔且 2 0 _ f嫩冈旧旧阔阔且 4 一 呲冈闰日阔且 2； 上呲同日陪且 0 - |i l 冈旧阔口 9 _ f似同且凇同阔且绝图嚏匿蛾同盟 o 弘 撕 坫 5 第一章绪论 入的开始，至2 0 1 0 年，g z 轨道交通投入运营线路将达到2 5 5 公里，总投入 将达到1 0 0 0 多亿人民币，每年的投入大约是2 0 0 多亿人民币，可以说，到 2 0 1 0 年，g z 将建成以轨道交通为骨干，公共交通接驳为主体的都会区交通 运输格局，是g z 交通建设的基本思路。 因此，从这个角度考虑，g z 的轨道交通建设在g z 的市政建设中的举 足轻重的地位。 1 1 1 3 g z 地铁线网的发展概况 1 ) 线网概况 为了适应空间区域拓展的变化，2 0 0 0 年1 2 月，在g z 政府编制的 g z 城市建设总体发展战略规划纲要中，突破了以往传统的“云山珠水”格 局，提出“山、城、田、海”的城市发展新格局。重点提出了完善快速道 路与快速轨道为骨架的“双快”道路交通网，即形成一体化交通体系。 在过去的近二十年间，g z 的轨道线网规划已经历了四个阶段的规划和 调整，其规划成果较好地支持了地铁一号线、地铁二号线和地铁三号线的 建设。随着城市人口的增长和城市化进程的加快，轨道交通逐渐成为解决 城市交通问题的重要手段。为满足我市轨道交通近期建设和远期发展的需 要，应该对城市轨道交通线网规划进行调整、完善，进一步改善城市交通 状况，优化交通结构及方式，积极引导、推动和促进城市发展战略实施， 确立g z 在珠三角乃至华南地区的核心城市地位。遵照市政府的指示，在整 合以往轨道交通规划成果的基础上，结合新的发展情况，由g z 城市规划局、 g z 地下铁道总公司组织编制新一轮的g z 快速轨道交通线网规划共1 8 条线 总长度6 5 0 公里，其中城市轨道交通总里程6 1 0 公里，城际轨道交通总里 程4 0 公里。并要求到2 0 1 0 年，基本建成一号线、二号线( 嘉禾至石壁) 、 三号线( 新机场至番禺广场) 、四号线( 黄洲至黄阁) 、五号线( 浯口至文 园) 、六号线( 沙贝至燕塘) 、八号线( 琶洲塔至沙园) 、十四号线和广佛线。 其中g z 轨道交通建成共8 条线的主要部分2 4 0 公里，1 2 5 座车站。包括珠 三角城际轨道j “佛线2 0 1 0 年建成2 7 2 6 公里，1 4 6 座车站。目前已投入运 营的有一号线、二号线( 琶洲至三元里) ，正在建设之中的有三号线、四号 线、五号线和广佛线( 见图1 - 3 ) 。 4 第一章绪论 图1 - 3 ：g z 地铁线网规划图 2 ) g z 地铁2 0 0 5 年底在线运营线路介绍 截至2 0 0 5 年底，g z 地铁以及开通的线路包括g z 一号线( 西朗至g z 东 站) 、二号线( 三元里至万胜围) 、三号线首通段( g z 东站至客村) 、四号线 大学城专线段( 万胜围至新造) ，其中，g z 东站和体育西路站为一号线和三 号线的换乘站，公园前站为一号线和二号线的换乘站，客村站为二号线和 三号线的换乘站，万胜围站为二号线和四号线的换乘站。基本形成了十字 交叉以及环形的线路走向，具体见图卜4 。 第一章绪论 图卜4 g z 地铁2 0 0 5 年底在线运营线路 3 ) g z 地铁一号线 g z 地铁一号线全长1 8 4 公里，从西朗向北至中山七路。沿中山路向东 经公园前、东山口至体育西，然后转向北至g z 火车东站。全线共设1 6 座 车站，在坑口和西朗之间设有车辆段1 座、在公园前设置地铁控制中心1 座。地铁供电系统采用集中供电方式，共设2 座l l o k v 地铁主变电站，分 别设置在坑口和杨箕( 广和主变电站) 。中压供电网络采用3 3 k v 电压等级 双环网方式向车站牵引变电所和降压变电所供电。牵引系统采用直流1 5 0 0 v 供电制式，接触网采用双接触导线的柔性悬挂，列车最高运行速度8 0 公里 4 , 时。本条线路已于1 9 9 9 年6 月全线开通。 4 ) g z 地铁二号线 g z 地铁二号线从琶洲至三元里，线路长1 8 公里，于2 0 0 3 年7 月份首 期工程全线开通。其线路走向从琶洲岛的琶洲站沿新港东路向西经客村至 晓港，然后转向北，经公园前( 和一号线换乘) 、g z 火车站至三元里站。北 端从三元里至江夏还有4 个车站，线路长5 2 公里。二号线在磨碟沙附近 设置车辆段1 座。全线采用集中供电方式，共设2 座1l o k v 地铁主变电站， 分别设置在河南( 磨碟沙车辆段内) 和瑶台( 三元里站附近) 。中压供电网 络采用3 3 k v 电压等级双环网方式向车站牵引变电所和降压变电所供电。牵 引系统采用直流1 5 0 0 v 供电制式，正线接触网采用架宅“丌”型刚性悬挂， 列车最高运行速度为8 0 公里4 , 时。二号线首期工程还有4 个车站( 远景、 g z 体育馆、新市、江夏) 没有建成，初步设计将在2 0 0 4 年开始。 5 ) g z 地铁三号线 g z 三号线呈南北“y ”字型走向，分主线和支线，线路全长3 6 3 3 k m 。 6 第一章绪论 主线从g z 东站起向南经体育西路站( 和一号线换乘) 、客村站( 和二号线 换乘) 、沥活站至番禺广场，线路长2 8 7 公里。支线从天河客运站起向南 经华师向西在体育西路和主线汇合，线路长7 5 公里。全部为地下线路， 设1 8 座车站( 其中主线设1 3 座车站：支线设5 座车站) 。在线路中部的洛 溪岛设置车辆段l 座。全线新设置五山和榄塘2 座主变电站，另利用原二 号线河南主变电站预留的供电容量向三号线供电。供电方式与二号线相同， 采用集中供电方式，列车最高运行速度1 2 0 公里d , 时。本条线路现在正处 在旅工设计阶段，主变电站位置和容量已经确定，其中g z 东站客村段预 计于2 0 0 5 年1 2 月送电、全线预计于2 0 0 6 年6 月2 8 日送电。 6 ) g z 地铁四号线 四号线大学城专线由琶洲塔( 与二号线换乘站) 东侧规划千道与新港 路交叉附近的琶洲塔站向南，经黄埔涌、规划新浯南路、北山村、环城高 速公路南环段、仑头村后，在仑头海附近进入大学城规划轴线，并沿大学 城规划轴线过仑头海，经官洲岛，过官洲河，经新造小谷围岛，过新造海， 到达南岸的新造镇。大学城专线在小谷围与规划的七号线换乘，在兴业大 道以南设置车辆段l 座。整条线路新设置兴业1 座主变电站，另外从河南 主变电站“t ”接两回3 3 k v 电缆运行初期向大学城专线支援供电。牵引系 统采用直流1 5 0 0 v 供电制式，正线采用三轨接触授流、钢轨回流的方式， 列车最高运行速度9 0 公里d , 时。本条线路现在正处在施工设计阶段，主 变电站设置在车辆段附近的兴业，预计于2 0 0 5 年1 2 月2 8 日送电。四号线 新造至黄阁段线路全长2 6 4 7 k m ，设置5 座车站，已于2 0 0 4 年开工建设， 计划在2 0 0 6 年建成通车。四号线黄洲至琶洲塔段仅一个区间，线路长 2 1l k m ，设置l 座车站，计划于2 0 0 4 年开工建设，2 0 0 7 年建成通车( 见图 l 一5 ) 。 7 第一章绪论 图卜5 ：2 0 0 6 年底g z 地铁开通线路图 8 第一章绪论 1 1 2 项目研究的现状 1 1 2 1 地铁供电系统概述 电能是城市轨道车辆电力牵引系统必需的能源电动车辆以及为轨道 交通运营服务的机电设备，包括通风、空调、照明、通信、信号、给排水、 防灾报警、电梯、电动扶梯等也都依赖并消耗电能。在城市轨道交通远营 中，若供电一旦中断，不仅会造成城市轨道交通达输的瘫痪，而且还有可 能危及旅客生命安全，造成财产损失。因此高度安全、可靠而又经济合理 的供给电力是城市轨道交通正常远营的重要条件和保证。 城市轨道交通供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系 统和轨道交通供电系统实现输送或变换，最后以适当的电流形成( 直流电或 交流电) 和电压等级供给用电设备。城市电网一次电力系统由国家电力部门 建造与管理，它包括发电厂、传输线、区域变电所。发电厂是发出电能的 中心，般可分为火力发电厂、水力发电站和原子能核电站等。发电厂的 发电机发出的电能，要先经过升压变压器升高电压，然后以l l o k v 或2 2 0 k v 的高鹾，通过三相传输线输送到区域变电所。在区域变电所中，电能先经 过降压变压器降低电压等级( 如l o k v 或3 5 k v ) ，再经过三相输电线输送给本 区域内的牵引变电所和降压变电所，并再降为轨道交通所需的电压等级( 如 1 5 0 0 v 、3 8 0 v 等) 。因1 - - 6 为城市电网一次电力系统和地铁供电系统图。图 中虚线上部为城市电网一次电力系统，虚线下部为地铁供电系统。 城市轨道交通系统是一个重要用电部门它不同于一般工业和民用的 用电，为一级负荷。一级负荷规定由两路独立的电源供电当任何一路电 源发生故障中断供电时另一路应能保证一级负荷的全部用电。牵引变电 所的电源进线应来自两个区域变电所或区域变电所的两路独立电源，当一 路电源失压时，另一路电源自动投入，使牵引变电所从区域变电所不问断 地获得三相交流电。在城市轨道交通供电系统中，根据用电性质的不同可 分为两部分，即由牵引变电所为主的牵引供电系统和降压( 动力) 变电所为 主的动力供电系统。 9 第一章绪论 图i - 6 地铁牵引供电系统示意图 图1 7 地铁牵引供电系统示意图 以地铁为例，地铁牵引供电系统示意图如图卜7 所示，其各部分的名 称及功能简述如下： 牵引变电所：供给地铁一定区段内牵引电能的变电所。 接触网( 架空线或接触轨) ：经过电动列车的受电器向电动 列车供给电能的导电网。( 北京、天津地铁采用接触轨：上海地 铁采用架空接触嘲。) 锕孰 第一章绪论 回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所的导线。 馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线。 电分段：为便于检修和缩小事故范围，将接触网分成若干段称为电分 段。 轨道电路：利用走行轨作为牵引电流回流的电路。 一般将接触网、馈电线、轨道、回流线总称为牵引网。 牵引供电系统由牵引变电所和牵引网所组成，其中牵引变电所和接触 网是牵引供电系统的主要组成部分。 地铁动力照明供电系统尔意图如图6 _ _ 2 2 所示。各部分功能简述如下： 降压变电所：将三相电源迸线电压降压变为三相3 8 0 v 交流电，降压 变电所的主要用电设备是风机、水泵、照明、通信、信号、防灾报警设备 等。 配电所( 室) ：配电所( 室) 仅起到电能分配作用。降压变电所通过配电 所( 室) 将三相3 8 0 v 和单相2 2 0 v 交流电分别供给动力、照明设备各配电 所( 宝) 对本车站及其两例区间动力和照明等设备配电。 配电线路；配电所( 室) 与用电设备之间的导线。 在动力供电系统中，降压变电所一般每个车站设置一个，有时也可几 个车站合设一个；也可将降压( 动力) 变压器附设在某个牵引变电所之中， 构成牵引与动力混合变电所。 地铁车站及区间照明电源采用3 8 0 2 2 0 v 系统配电。正常时工作照明、 事故照明均由交流供电，当交流电源失去时，事故照明自动切换为蓄电池 供电，确保事故期间必要的紧急照明。 1 1 2 2 地铁高压系统 地铁高压供电系统一般是指地铁从地区电网电源点取得的电源所组成 的1 i o - 2 2 0 k v 网络系统，是地铁供电系统与地区电网供电系统的分界点。 由于地铁高压系统是从地区电网接线的，因此，对于地铁方面而言，高压 电网的网络接线形式与组网方案是没有主动性的，也就是说是完全被动的。 图l 一8 ，1 9 为g z 地铁供电局为地铁线网所设置的高压供电系统的变 电所设置图。 按照地铁建设的经验和常规方法，一般情况下，一般每条线路的高压 供电系统为两个布点，即两个1 i o k v 或2 2 0 k v 变电站。 城市轨道交通系统的高压供电系统也就是从外部电源方案，根据城市 电嗍构成的不同特点，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。 第一章绪论 ( 1 ) 确定外部电源方案的原则 城市轨道交通作为城市电网的特殊用户，一般用电范围多在l o k m 3 0 k m 之间。城市轨道交通系统的外部电源方案，主要有集中式、分散式、混合 式等不同形式。究竟采用何种方式，应通过计算确定需要负荷之后，根据 城市轨道交通路网规划、城市电网构成特点、工程实际情况综合分析确定。 ( 2 ) 集中式供电 在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路长短，建设专用的主变电 所，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。主变电所进线电 压一般为1l o k v ，经降压后变成3 5 k v 或l o k v ，供牵引变电所与降压变电所。 主变电所应有两路独立的进线电源。集中式供电，有利于城市轨道交通供 电形成独立体系，便于管理和运营。上海、6 z 、南京、香港、德黑兰地铁 等即为集中式供电方案。 ( 3 ) 分散式供电 根据城市轨道交通供电的需要，在地铁沿线直接由城市电网引入多路 电源，构成供电系统，称为分散式供电。这种供电方式一般为l o k v 电压级。 分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所均获得双路电源，要求城 市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。建设中的沈阳地铁、长 春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5 号线等即为分散 式供电方案。 ( 4 ) 混合式供电 将前两种供电方式结合起来，般以集中式供电为主，个别地段引入 城市电嘲电源作为集中式供电的补充，使供电系统更加完善和可靠。这种 方式称为混合式供电。北京地铁一线和环线、建设中的武汉轨道交通工程、 青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。 第一章绪论 图卜8g z 地铁供电局为地铁线网所设置的高压供电系统的变电所设置图 第一章绪论 l 一 图卜9 ：g z 地铁供电局为地铁线网所设置的高压供电系统的变电所设置图。 第一章绪论 1 1 2 3 地铁中压系统 1 ) 地铁中压系统概述 地铁中压供电系统是地铁供电网络的核心内容，是保证地铁供电可靠 性的关键因素，这是因为高压系统受地区供电系统控制，对于地铁而言是 不可控的，因此，当高压系统出现故障时，中压系统的网络可靠性就成了 地铁供电的关键因素，地铁的牵引供电和环控照明等用电也都是通过中压 系统来降压后供电的。 通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所、降压变电所连 接起来，横向把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来，便形成了中 压网络。 根据网络功能的不同，把为牵引变电所供电的中压网络，称为牵引网 络；同样，把为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。 中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。 中压网络不是供电系统中独立的子系统，但是它却是供电系统设计的核 心内容。它的设计牵扯到外部电源方案、主变电所的位置及数量、牵引变电 所及降压变电所的位置与数量、牵引变电所与降压变电所的主接线等。 2 ) 中压系统网络的特点 对于集中式外部电源方案，牵引网络和动力照明网络，可以采用相对 独立的形式，即牵引动力照明独立网络，也可以共用同一个中压网络，即 牵引动力照明混合网络。对于分散式外部电源方案，采用牵引动力照明混 合网络。 牵引动力照明独立网络的特点：牵引网络与动力照明网络，两者相对 独立、相互影响较小；3 5 ( 3 3 ) k v 较高的电压级与较重的牵引负载相适用， 而l o k v 较低的电压级则与较小的动力照明负荷相适用。 牵引动力照明混合网络的特点：供电系统的整体性比较好，设备布置 可以统筹考虑。 牵引网络与动力照明网络，可以采用同一个电压级，也可以采t i j 两个 不同电压级。 目前，我国城市轨道交通工程有的采用了牵引动力照明混合网络，有 的则采用了牵引动力照明独立网络：国外有的地铁采用了牵引动力照明独 立网络。 3 ) 中压网络的构成原则 第一章绪论 ( 1 ) 满足安全可靠的供电要求； ( 2 ) 满足潮流计算要求，即设备容量及电压降要满足要求： ( 3 ) 满足负荷分配平衡的要求； ( 4 ) 满足继电保护的要求； ( 5 ) 满足运行管理、倒闸操作的要求： ( 6 ) 每一个牵引变电所、降压变电所均应有两路电源； ( 7 ) 系统接线方式尽量简单； ( 8 ) 供电分区应就近引入电源，必要时可从负荷中心处引入电源，尽量避免 返送电； ( 9 ) 全线牵引变电所、降压变电所的主接线尽量一致； ( 1 0 ) 满足设备选型要求。 4 ) 集中式外部电源方案下的中压网络构成 3 5 ( 3 3 ) k v 牵引网络的接线方式 当中压网络为两个不同电压级时，3 5 ( 3 3 ) k v 牵引网络的常用接线方式， 如插图一所示。这些基本接线方式可以分成a 、b 、c 、d 四种类型( 见图1 - 1 0 ) 。 b 图卜1 0 ：3 5 ( 3 3 ) k v 牵引网络的接线方式 1 a 型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采 用断路器；牵引变电所的两路电源，来自于同一个主变电所的不同母线； 该类型接线适用于位于线路起始部分、线路终端部分、主变电所附近的牵 引变电所电源引入。 1 b 型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采 用断路器；两个牵引变电所为一组；这一组牵引变电所的两路电源，来自 于同一个主变电所的不同母线，每个牵引变电所均从主变电所接入一路主 电源，两个牵引变电所通过联络电缆实现电源互为备用；该类型接线适用 于位于线路起始部分、线路终端部分的牵引变电所电源引入。 l c 型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采 1 6 第一章绪论 用断路器；两个牵引变电所为一组；这一组牵引变电所的两路电源，来自 于不同的主变电所，左侧牵引变电所从左侧主变电所接入一路主电源，右 侧牵引变电所从右侧主变电所接入一路主电源，两个牵引变电所通过联络 电缆实现电源互为备用；该类型接线适用于位于两个主变电所之间的牵引 变电所电源引入。 l d 型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采 用断路器；牵引变电所的两路电源，来自于左右两侧不同的主变电所；该 类型接线适用于位于两个主变电所之间的牵引变电所电源引入。 l o k v 动力照明网络的接线方式 当中压网络为两个不同电压级时，l o k v 动力照明网络的基本接线方式， 如图卜1 1 所示。 图1 - 1 1 ：l o k v 动力照明网络的接线方式 全线的降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过3 个地下站；每一个供电分区均从主变电所( 或中心降压变电所) 的 3 5 ( 3 3 ) l o k v 主变压器，就近引入两路l o k v 电源；中压网络采用双线双环 网接线方式；相邻供电分区间通过环网电缆联络：降压变电所主接线采用 分段单母线形式；降压变电所进线开关采用断路器。该接线方式运行灵活。 3 5 ( 3 3 ) k v 牵引动力照明混合网络的接线方式 当中压网络采用一个电压级时，3 5 ( 3 3 ) k v 牵引动力照明混合网络的基 本接线方式，如图卜1 2 所示。 1 7 第一章绪论 图卜1 2 ：3 5 ( 3 3 ) k v 牵引动力照明混合网络的接线方式 在有牵引变电所的车站，牵引变电所与降压变电所合建成牵引降压混合 变电所，对大型地下车站，除牵引降压混合变电所或降压变电所外，还会 设置跟随式降压变电所。 全线的牵引降压混合变电所及降压变电所被分成若干个供电分区，每 个供电分区一般不超过3 个地下站；每一个供电分区均从主变电所的不同 母线就近引入两路3 5 ( 3 3 ) k v 电源；中压网络采用双线双环网接线方式，牵 引降压混合变电所、牵引变电所、降压变电所的环网进线开关均采用断路 器；两个主变电所之间的供电分区间通过环网电缆联络，其他供电分区间 可以不设联络电缆。牵引降压混合变电所、牵引变电所、降压变电所的主 接线，均采用分段单母线形式。 该接线方式运行灵活。3 5 ( 3 3 ) k v 牵引动力照明混合网络，因其输电容 量大、距离长，因而更适合于地下线路。 全线的牵引降压混合变电所及降压变电所被分成若干个供电分区，每 个供电分区一般不超过3 个车站；每一个供电分区均从主变电所的不同母 线就近引入两路l o k v 电源( 对于地面线路，供电分区的来自于主变电所的 两路l o k v 电源也可以从牵引变电所处引入，不一定就近引入) 。 牵引降压混合变电所、牵引变电所的丰接线均采用分段单母线形式。 地下降压变电所主接线可采用分段单母线形式，地面降压变电所主接线则 可以采用两段母线形式，同一工程的地下降压变电所与地面降压变电所主 接线，应尽量一致。地面降压变电所的配电变压器，也可以采用负荷开关 一熔断器组合电器保护。 中压网络采用双线双环网接线方式。牵引降压混合变电所、牵引变电 所的环网进线开关均采用断路器；地面降压变电所的环网进线开关可以采 用负荷开关，地面降压变电所的配电变压器，也可以采用负荷开关一熔断 第一章绪论 器组合电器保护。如果两个主变电所l o k v 母线间设有专门的联络电缆，那 么两个主变电所之间的供电分区间不必再设联络电缆；同一个主变电所供 电范围内的供电分区间可以不设联络电缆( 尤其是当这些供电分区分别只 有一个牵引变电所时) 该接线方式运行灵活。l o k v 牵引动力照明混合网络，因其输电容量小、 距离短，因而更适合于地面线路。 1 1 2 4 牵引供电系统 地铁牵引系统是从中压系统降压后直接对列车进行供电的电力系统， 地铁牵引供电系统示意图如图l 一7 所示，其各部分的名称及功能简述如下： 牵引变电所：供给地铁一定区段内牵引电能的变电所。 接触网( 架空线或接触轨) ：经过电动列车的受电器向电动列车供给电 能的导电网。( 北京、天津地铁采用接触轨；上海地铁采用架空接触网。) 回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所的导线。 馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线。 电分段：为便于检修和缩小事故范围，将接触网分成若干段称为电分 段。 轨道电路：利用走行轨作为牵引电流回流的电路。 一般将接触网、馈电线、轨道、回流线总称为牵引网。 牵引供电系统由牵引变电所和牵引网所组成，其中牵引变电所和接触 网是牵引供电系统的主要组成部分。 由于地铁供电的可靠性要求以及接触网的单一性( 没有后备) ，接触网一旦 停电，列车将停运，因此接触网的正常供电是双边供电，即相邻两个牵引 变电所同时向一个区间供电，如果一个牵引所因事故停电时，事故牵引所 相邻的两个牵引所越区构成大双边供电。 图卜1 3 为g z 地铁一号线供电系统示意图。 1 9 第一章绪论 一一： _啦 一一一 一帚一一- 一_ l 一 一 ， + 一 ” 1 一 - ， 。 。 o ：嚣 ；“ ? ：。 三 = 二? ：? i 鼍一 一 r l 卜l # lill毫；爹： 图卜1 3 g z 地铁一号线供电系统示意图 第一章绪论 1 2 项目研究的目的和意义 1 2 1 项目研究的目的 本项目是在g z 城市发展和城市轨道交通发展的前提下，基于轨道交通 线网规划、建设的现状提出来的，其研究的目的就是如何对目前地铁线网 的供电系统中压网络进行优化，保证地铁供电的可靠性。 1 2 2 项目研究的意义 本项目的研究将为目前g z 地铁线网供电系统的优化改造提出一个可行 的、技术经济较优的方案以保证目前在线运营的地铁线路可靠运营。同时， 本项目的研究将对今后建设中的地铁供电系统中压网络的设计、建设起到 参照意义。特别地，在目前全国各大城市建设地铁的高潮中，对地铁供电 系统的可靠性研究还是一个空白，本项日将为所有地铁的建设者提供一个 参考。 1 3 项目研究的技术路线 1 3 1 项目研究的基本思路 本项目从分析g z 地铁目前在线运营线路的供电系统中压网络入手，通 过对国内外地铁的比较，基于供电系统可靠性，从技术经济分析的角度， 对目前运营方案和改造方案进行对比，得出了改造方案优于目前运营方案 的结论。 第一章绪论 i 3 2 研究的技术路线( 见图i 1 4 ) 图1 1 4 ：技术路线图 第二章g z 地铁中压供电系统网络供电方案 第二章g z 地铁中压供电系统网络供电方案 2 1 6 z 地铁目前高压供电系统网络构成 截止2 0 0 0 5 年底，g z 地铁开通了1 、2 号线以及3 号线首通段以及4 号线大学城专线段，1 号线由坑口、广和两个l l o k v 变电站供电，二号线由 瑶台、河南两个l l o k v 变电站供电，三号线由l l o k v 河南变电站供电，四 号线由l l o k v 兴业、河南变电站供电，见图2 - 1 。 图2 - 1 截止2 0 0 0 5 年底，g z 地铁高压系统图 第二章g z 地铁中压供电系统网络供电方案 图2 2 ：1 i o k v 变电站内部接线图 值得特别说明的是，每条线的高压系统的网络之间是互相分离的，对 于地铁系统而言，不存在线间的互相支援和供电，而且，也是不可能更改 的。 第二章g z 地铁中压供电系统网络供电方案 2 2 6 z 地铁目前中压供电系统网络构成 目前，各条线的中压网络见图2 - 3 ：( 链接到c a d 图) 图2 - 3 中压系统网络图 由图可知，地铁中压网络是由两1 i o k v 变电站的3 3 k v 进行环网供电的。 每个牵引变电所都由两路3 3 k v 电源供电。 第二章6 z 地铁中压供电系统网络供电方案 2 3 电网网络供电方案 2 3 1 电网供电网络接线形式对电网网络接线的基本要求 1 对上级送电电网的远景发展规划和布局作详细了解，因为电源和电 网是一个互为条件、互为因果的整体，在考虑电网结构时要有超前观念。 2 电网要有稳定的可靠的供电能力，不仅能保证正常的供电，还要有 较强的接收外电能力，当网内电源发生事故停电时，能迅速从网外得到补 充电源。 3 结构合理，层次分明，正常运行时应尽量减少网上潮流，各级电压 网络接线应层次分明。 4 灵活、应变能力强，电网结构应具有足够的弹性，有足够的设备容 量，具备应付各种可能出现情况的应变能力。在制定各阶段网架方案时应 考虑前后阶段之间的相关性，即发展过程中的过渡方式。 2 3 2 电网网络接线方式 由于交通运输的重要性，所有轨道交通的牵引供电都属于电力部门供 电的一级负荷，即要确保向它供电的可靠性。为此，牵引变电所均由两个 独立的电源供电。又由于轨道交通线路分布范围较广，通常需要在轨道沿 线设置多个牵引变电所向它供电，再加上电源线路的具体分布情况不同， 因此，造成向牵引变电所供电的形式复杂多样，但可以将它妇纳成以下几 种典型的形式。 1 ) 环行供电接线( 图2 4 ) 图2 4 ：环行供电接线图 第二章g z 地铁中压供电系统网络供电方案 以下各图符号意义相同。 由两个或两个以上主降压变电站和所有的牵引变电所用输电线联成一 个环行。环行供电是很可靠的供电线路，因为在这种情况下，一路牺电线 和一个主降压变电站同时停止工作时，只要其母线仍保持通电，就不致中 断任何一个牵引变电所的正常供电。但其投资较大。 2 ) 双边供电接线( 图2 5 ) 图2 - - 5 ：双边供电接线图 由两个主降压变电站向沿线牵引变电所供电，通往牵引变电所的输电线 都经过其母线联接，为了增加供电的可靠性，用叔易输电线供电，而每路 按辅送功率计算。这种接线可靠性稍低于p 行供电。当引入线数目较多时开 关设备多，投资增加。 3 ) 单边供电接线( 图2 - _ 6 ) 图2 6 ：单边供电接线 第二章g z 地铁中压供电系统网络供电方案 当轨道沿线附近只有一例有电源时，则采用单边供电。单边供电较环 行供电和双边供电的可靠性差，为了提高可靠性，应用双回路输电线供电。 单边供电设备较少，投资也少些。 在双边供电和单边供电的情况下，每路输电线可以不必都进入所有的 牵引变电所，而是轮流地每隔一个进入一个，这样可以减少进线的数目而 降低变电所的投资。 4 ) 辐射形供电接线( 图2 - 吖) 图2 - - 7 辐射形供电接线 每个牵引变电所用两路独立输电线与主降压变电站联接。这种接线方 式适合于轨道线路成弧形的情况。这种接线简单，但当主降压变电所停电 时，将全线停电。 应当指出，实际情况常常是以上某些典型接线方式的综合。变配电接 线图的选择应该是这样的，当供电系统的一个元件故障损坏时，它应能自 动解列而不致破坏牵引供电。 下面以上海地铁一号线一期工程供电系统( 图2 - - 8 ) 为例，加以说明。 第二章g z 地铁中压供电系统网络供电方案 e 海地铁一号缦供电系统接线圈 图2 8 ：上海地铁一号线一期工程供电系统图 该供电系统接线图采用两个支校式主降压变电所，以双回路输电线向牵引 变电所和沿线车站区间用电的阵比变电所供电。土降压变电所为1 10k v 双回路进线，它以3 5 k v 双路输电线向沿线牵引变电所作双边或单边供电， 以iok v 双路输电线囱降压变电所供电，其供电接线方式分别为单边供电 或双“t ”形供电，“丁”形供电的特点是主降压变电站供电给其他降压变 电所的负荷电流不流入本降压变电所。 这种接线方式建设投资比较低，而供电可靠性却相当高，当轨道线路 延长时，可酌情在线路两端搭建主降压变电站，建设的灵活性较大。 5 ) 结论 环型供电网络具有可靠性高的优点。 第二章g z 地铁中压供电系统网络供电方案 2 4 香港地铁的中压供电系统 2 4 1 香港地铁1 9 9 0 年时的( m t r m a s st r a n s i t r a i1 w a y ) 概况 m t r 由香港地铁公司( m t r c m t r c o r p o r a t i o n ) 经营，目前m t r 共有三 条：观塘线、荃湾线、港岛线，总长4 3 2 k m ，其中地下隧道全长3 4 4 k m ， 架空或地面8 8 k m ；共设3 8 个车站，其中地下3 0 个，架空或地面8 个：全 线设荃湾、九龙湾、杏花村三个供列车停放和维修用的车场。每条线分别 在不同的时间建成通车，其中： 早期系统( 观塘一中环) 1 5 6 k r n ，1 9 8 0 2 1 2 建成通车； 荃湾支线( 荃湾一太子) 1 0 5 k t n 1 9 8 2 5 1 7 建成通车： 港岛线( 柴湾一上环) 1 2 5 k m ，1 9 8 6 5 2 3 建成通车： 这样，到1 9 8 9 年8 月5 日，东区海底隧道段4 6 k m 建成通车运营时， 总建造费用为2 6 0 亿港元。 香港地铁为目前世界上少数在经营上能赚取利润的地铁运输系统之 一。在中国，只有g z 地铁和香港地铁在经营上能赚取利润。 2 4 2 供电系统概貌 1 ) 电源 香港地铁供电系统的电源方案为集中供电方式，三条线共设4 座中心 变电所，每座中心变电所分别由香港的两家电力公司供应两路1 3 2 k v 交流 电源，经所内主变压器降压后供给牵引和动力照明负荷用电，其中牵引变 电所的原边电压为3 3 k v j 降压变电所的原边电压为l i k v ，牵引和降压两个 系统在3 3 k v 以下分开，成为两个彼此独立的系统。 四个中心变电所分别位于：葵芳、九龙