城轨交通供电7.第3章--变电所--牵引变电所

城轨供电系统第3章变电所电气工程系黄小红,一.单双边供电问题概述采用双边供电方式地铁牵引网无论是正常运行还是非正常运行方式，都应采用双边供电或大双边供电。在供电距离相同的情况下，双边供电在电压损失、功率损失、减少杂散电流等方面都有明显优势。,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题概述单边供电场合车场线、停车线、检修线、试车线车辆少、车速慢、取流小不正常运行方式：终端牵引变电所故障解列或中间所一馈线开关故障退出运行。若因单边供电距离长，最大电压损失超过允许值，可在供电终端处将上、下行接触网并联。,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题概述牵引供电系统按双边供电设计单边供电仅是运行中一种可能采用的临时供电方式，不是牵引供电计算的限制条件。双边供电是城市轨道交通最基本的供电方式，是设计遵循的前提，也是运营首选方案。,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较牵引网平均电压损失单边供电：双边供电：,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较牵引网平均电压损失m=1，；m=2，；m，牵引网平均电压损失单边供电是双边供电的34倍。,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较列车给电运行时弓上电压损失平均值单边供电：双边供电：,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较列车给电运行时弓上电压损失平均值m=1，；m=2，；m，给电运行弓上电压损失单边供电是双边供电的34倍。,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较列车最大平均电压损失单边供电：最大平均电压损失发生在供电区终点双边供电：最大平均电压损失发生在供电区的中点,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较列车最大平均电压损失列车最大平均电压损失单边供电是双边供电的4倍。,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较列车起动时最大电压损失单边供电：最大电压损失发生在供电区终点双边供电：最大电压损失发生在供电区的中点,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较列车起动时最大电压损失列车起动最大电压损失单边供电是双边供电的4倍。,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较牵引网功率损失单边供电：双边供电：,3-2牵引变电所,kx2列车电流有效系数，kx2=1.15,一.单双边供电问题单双边供电比较牵引网功率损失m=1，；m=2，；m，牵引网功率损失单边供电是双边供电的34倍。,3-2牵引变电所,一.单双边供电问题单双边供电比较杂散电流（在杂散电流部分分析）杂散电流单边供电比双边供电大34倍。,3-2牵引变电所,一.牵引变电所设置牵引变电所的设置取决于牵引网电压等级、牵引网电压损失，同时应对杂散电流腐蚀防护、线路能耗、电缆敷设、土建造价及运营管理等统筹考虑。牵引变电所分布应尽量均匀，便于牵引整流机组规格统一、便于设备维护管理以及降低维护成本。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点安全性与可靠性是城市轨道交通的根本，为保障正常的运营和运输能力，当技术性能与经济指标发生矛盾时，优先考虑技术因素，并在此基础之上优化技术方案，力求技术方案具有整体合理性。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足直流牵引供电系统运行方式要求单牵引整流机组双边供电各牵引变电所设置一套整流机组，同一供电分区由相邻牵引变电所各经一路馈线同时馈电，要求牵引网电压质量较好且能耗较低。按照级重牵引负荷特性，牵引整流机组应具有150%过负荷、连续运行2小时的供电能力。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足直流牵引供电系统运行方式要求双牵引整流机组双边供电各牵引变电所的两套整流机组均投入运行，同一供电分区由相邻牵引变电所各经一路馈线同时馈电，要求牵引网电压质量好且能耗较低。一套牵引整流机组故障或检修退出运行时，变为12脉波整流，谐波含量增加。对于集中供电方式，谐波含量可控制在许可范围内，对于分散供电方式，需核算。若没有超标，可单套运行。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足直流牵引供电系统运行方式要求大双边供电当某个中间牵引变电所退出运行时，通过直流母线或纵向联络开关等方式实现越区供电，即大双边供电方式。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足直流牵引供电系统运行方式要求大双边供电利用解列牵引变电所的直流母线构成大双边供电注：容易扩大事故范围,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足直流牵引供电系统运行方式要求大双边供电利用纵向电动隔离开关构成大双边供电注：隔离开关不能带负荷运行，造成短时停电。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足直流牵引供电系统运行方式要求双牵引整流机组单边供电线路末端线路中间,3-2牵引变电所,线路末端,线路中间,二.牵引变电所设置布点满足牵引网电压损失允许值要求牵引电压波动范围,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足牵引网电压损失允许值要求牵引电压波动范围牵引网最大电压损失值是影响牵引变电所数量的关键因素，平均电压损失值对牵引网能耗影响较大。在牵引网回路阻抗一定的条件下，牵引变电所之间的距离主要由牵引网电压允许波动范围及允许载流量确定。无论正常双边供电、还是故障大双边供电，牵引网最大电压损失都不能超过允许值，以此确定牵引变电所供电分区长度。（单边供电应区别对待）,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足牵引网电压损失允许值要求牵引变电所布点方法以线路中间车站设牵引变电所为布点基点,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足牵引网电压损失允许值要求牵引变电所布点方法以线路中间车站设牵引变电所为布点基点考虑牵引所与车站相结合。研究线路中站间距最大的两个相邻车站，当站间距足够长，可将此两车站暂定为牵引所，计算双边供电最大电压损失，若在允许范围内，则确定为牵引所。以此牵引变电所为布置的基准点，向线路两端扩展，尽可能地结合车站设置。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足牵引网电压损失允许值要求牵引变电所布点方法以线路中间车站设牵引变电所为布点基点适用于各车站的站间距相差较大的线路。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足牵引网电压损失允许值要求牵引变电所布点方法以线路末端车站设牵引变电所为布点基点当线路末端牵引变电所退出时，由相邻牵引变电所实施单边供电，此时牵引网电压损失比较大；或将线路末端牵引网上下行并联运行，以减少牵引网回路电阻，改善牵引网电压质量。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足牵引网电压损失允许值要求牵引变电所布点方法以线路末端车站设牵引变电所为布点基点,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足牵引网电压损失允许值要求牵引变电所布点方法以线路末端车站设牵引变电所为布点基点考虑线路末端牵引变电所与车站相结合。要据牵引网最大电压损失允许值确定线路末端牵引变电所及相邻牵引所的位置，以此向线路中央靠拢。适用于各车站的站间距相差较小的线路。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点满足牵引网电压损失允许值要求牵引变电所布点方法合理设置区间牵引变电所对于地面线路，当因牵引变电所与车站结合造成牵引变电所退出时牵引网电损失超标，可适当考虑设置区间牵引变电所。对于地下线路，牵引变电所应与车站合建，不考虑设置区间牵引变电所。当地面条件具备，可适当考虑设置地面区间牵引所。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点兼顾杂散电流腐蚀防护需要直流牵引电流通过走行轨时，因走行轨存在内部电阻，在走行轨上产生纵向电位。电位的大小与直流牵引电流、走行轨单位电阻、供电分区长度有关。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点兼顾杂散电流腐蚀防护需要在同等条件下，牵引变电所的供电分区长度越短，走行轨上产生的纵向电位差越小，杂散电流泄漏则越少。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点兼顾线路能耗需要相同条件下，牵引变电所间距增大，牵引网能耗加大。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置布点关于布点的说明：日本铁道电气技术协规定，牵引变电所布点强调以下要素：防止电气腐蚀措施；检测馈电回路的故障并进行保护；确保列车运行所需电压；确保变电所用地条件。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置选址选址原则电源引入方便；尽可能靠近城市轨道交通线路；尽可能与降压变电所合建；土石方工程量较少，并避免设在坍塌或高填方地区；维护管理和生活条件方便；设备运输方便；同城市总体规划相协调。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置选址地下牵引变电所与车站主排水系统分设于车站两端；临近于供电分区较长的车站侧。设置于车站站台端部傍建于车站通风道设置于车站线路外侧,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置选址地面牵引变电所技术层面，所间距易做到均匀，电压质量在为改善；通风空调系统简化；不需设置气体自动灭火系统；利于设备抢修。经济层面，地面造价要低于地下工程；节省气体自动灭火系统和通风空调系统投资；中压电缆、直流电缆数量有所增加，但远低于土建造价。,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置选址地面牵引变电所有以下三种典型设置与车站结合独立与车站车辆段（停车场）,3-2牵引变电所,二.牵引变电所设置选址地下区间牵引变电所不提倡。区间风道外侧或盾构竖井（有条件）箱式牵引变电所技术成熟；体积小（占地为传统1/51/10、投资小、选址灵活）。运营初期，直流牵引供电系统需要一个稳定周期。其不具备值班人员就地监视、维修抢修条件，不利于运营管理。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线两套牵引整流机组分别接至两段母线在牵引变电所两段母线电压平衡或差别甚微情况下，两套牵引整流机组分别接至两段母线。实践证明，这种接线形式效果不理想，电源电压误差将导致牵引整流机组选择困难。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线两套牵引整流机组同接一段母线将两套牵引整流机组接在同一段中压母线上，构成等效24脉波，利于谐波治理。当一套牵引整流机组故障退出时，另一套牵引整流机组在过负荷允许的情况下，可以继续运行。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线单母线接线接线形式牵引变电所中压侧单母线不分段。母线引入两个电源，并根据实际条件和需要组建中压网络结构方案。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线单母线接线运行方式正常运行：一个进线电源供电，并向相邻牵引变电所供电。进线电源失电运行：当该进线电源失电退出后，经过解除相关联锁，出线电源可以自动转变成进线电源，同相邻变电所反向提供中压电源。母线故障运行：牵引变电所退出运行，由相邻牵引变电所实施大双边供电方式，但需要一定的切换操作时间。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线分段单母线接线接线形式牵引变电所中压侧采用单母线分段方式，设分段开关。正常运行时，两个独立进线电源同时供电，两段母线分列运行。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线分段单母线接线运行方式正常运行：两个独立进线电源同时供电，两段母线并列运行。进线电源失电运行：当一个进线电源失电退出，分段开关自动投入，由另一个进线电源向本牵引变电所的两段母线供电；当两个进线电源均失电退出，通过调度进行倒闸操作，由相邻变电所反向提供中压电源。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线分段单母线接线运行方式母线故障运行：当某一段母线退出时，闭锁分段开关自投功能，分段开关不投入运行，另一段母线继续运行。此时，若牵引整流机组在故障母线上，则整流机组退出运行，直流牵引系统通过内部操作实施大双边供电。当两段母线退出后，本牵引所退出运行。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线三段母线接线接线形式设两段进线电源母线和一段牵引整流机组工作母线。进线电源分别接至母线、段，整流机组接至段，母线段与、段分别用断路器分段，通过分段断路器进行两路电源进线的自动切换。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线三段母线接线运行方式正常运行：一台分段断路器合闸，另一台分闸，两路中压进线电源分列运行，两套牵引整流机组并联运行。进线电源失电运行：失电电源分段开关退出，另一台分段开关自动投入，维持两台整流机组并联运行。两路进线电源均失电，运行方式同分段单母线接线。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式中压主接线三段母线接线运行方式母线故障运行：母线或故障，并不影响整流机组运行；母线故障，两分段开关均跳闸，整流机组退出运行；母线和均故障，牵引变电所退出运行。直流牵引供电系统通过内部操作实施大双边供电。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线接线形式主要有四种常见接线形式：,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线A型单母线系统接线形式单母线系统，两路进线采用直流断路器，设置四路直流馈出线。牵引整流机组负极采用电动隔离开关。同一馈电区分段处上下行之间设纵向电动隔离开关。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线A型单母线系统运行方式正常运行：24脉波整流，双机组并列运行；直流进线开关、馈线开关、上网电动隔离开关均闭合，纵向电动隔离开关断开。该变电所与相邻变电所对同一供电分区实施正常双边供电。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线A型单母线系统运行方式单套整流机组退出运行：整流机组U1故障，进线开关QF1跳闸，QF3联动跳闸。馈线开关QF5、6、7、8及上网电动隔离开关均闭合，纵向电动隔离开关QS1、2断开。系12脉波正常双边供电。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线A型单母线系统运行方式两套整流机组退出运行：两套整流机组U1、U2均故障退出，进线开关QF1、QF2跳闸，QF3、QF4联动跳闸。控制中心对上传的保护信息进行判别，若非直流母线短路或框架保护动作，则QF5、6、7、8处于合闸，纵向隔离开关QS1、QS2处于分闸。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线A型单母线系统运行方式直流母线退出运行：为切除开关柜直流母线碰壳故障，设置框架泄漏电流保护。当开关柜直流母线发生故障，框架保护联跳全部馈线开关、两套整流机组进线开关、上下行相邻牵引所相应馈出开关（相邻所开关可人工合闸）。控制中心遥分上网隔离开关，遥合纵向电动隔离开关QS1、QS2，通过纵向隔离开关实施大双边供电。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线A型单母线系统运行方式单台馈线开关退出运行：单台馈线开关QF5退出时，QF5及其对应上网电动隔离开关断开，相关的纵向电动隔离开关QS1合闸。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线A型单母线系统运行方式电分段两侧上（下）行两台馈线开关退出运行：上行QF5、QF6退出，相应的上网隔离开关分闸，遥合QS1（满足合闸条件），构成大双边供电。下行QF7、QF8及相应的上网隔离开关处于合闸，QS2处于分闸；保持正常双边供电。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线B型单母线系统在A型单母线系统基础上，将进线直流断路器改为电动隔离开关。设备造价降低，但联锁关系变复杂。另外母线发生故障时，中压开关跳闸时间较长，一般为65毫秒，不利于母线故障迅速切除。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线C型双母线系统接线形式双母线系统，设有工作母线、备用母线和旁路开关。两路进线采用直流断路器，设置四路直流馈线，工作母线和备用母线之间设有备用直流开关。负极采用电动隔离开关。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线C型双母线系统运行方式正常运行：24脉波整流，双机组并列运行；直流进线开关、馈线开关、上网电动隔离开关均闭合；馈线开关柜旁路电动隔离开关及备用开关处于断开。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线C型双母线系统运行方式单套牵引整流机组退出运行：运行方式与A型单母线系统相同。退出的牵引机组对应的直流进线开关断开，馈线开关及上网开关均闭合。旁路开关及备用开关处于断开状态。系12脉波双边供电。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线C型双母线系统运行方式两套牵引整流机组退出运行：运行方式与A型单母线系统相同。直流进线开关QF1、2、3、4，旁路开关QS11、22、33、44，备用开关QF5均断开，馈线开关QF11、22、33、44合闸。,3-2牵引变电所,试说明此方式开关分合情况、倒闸操作顺序?,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线C型双母线系统运行方式直流母线退出运行：直流母线退出时的联跳、分闸方式和时序与A型单母线系统相同。在QF11、22、33、44分闸前提下，控制中心遥分上下行相邻牵引变电所同一馈电分区的馈线开关。然后，按顺序遥合本所旁路开关、上下行相邻牵引变电所同一馈电分区的馈线开关，通过旁路开关和备用母线构成大双边供电。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线C型双母线系统运行方式单台馈线开关退出运行：单台馈线开关QF11退出，由备用开关QF5通过与该馈线开关并联的旁路开关QS11代替馈线开关继续运行，实施正常双边供电。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线C型双母线系统运行方式电分段两侧上（下）行两台馈线开关退出运行：上行两台馈线开关QF11、QF22退出，可以通过相对应的旁路电动隔离开关和备用母线构成双边供电，与单台馈线开关QF11退出时运行方式相同。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线C型双母线系统运行方式馈线开关与备用开关同时退出运行：一台馈线开关QF11和备用开关QF5先后退出，对应的馈电分区可以通过旁路电动隔离开关和备用母线构成双边供电，也可以由相邻牵引变电所实施单边供电。其余馈线开关QF22、QF33、QF44保持正常双边供电。,3-2牵引变电所,试说明此方式开关分合情况、倒闸操作顺序?,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线D型双母线系统接线形式在C型双母线系统基础上，同一馈电区电分段处上下行增加了纵向电动隔离开关，能以此构成大双边供电。D型在牵引整流机组、直流进线、直流母线、直流馈线开关故障或检修退出时，均能实现不影响供电要求，系统运行可靠性高，但造价高，联锁复杂。,3-2牵引变电所,三.牵引变电所主接线及运行方式直流主接线D型双母线系统运行方式正常运行：与C型双母线相同，纵向电