毕业论文-地铁牵引降压混合变电所计

摘要牵引供电系统作为我国铁路电气化的重要组成部分，在地铁系统中起到动力供应、照明、通信等关键性的作用。牵引供电系统由牵引降压变电所、接触网、环网等部分组成。本次设计主要对牵引降压混合变电所的一次部分进行研究和设计。本设计以在苏州建造地铁牵引降压混合变电所的实习资料作为参考，通过对拟建变电所的负荷参数和线路系统等方向考虑，并通过对负荷资料的分析和安全、经济、可靠性的考虑，确定了变电所的电气主接线和所用电的主接线，然后通过负荷计算和供电区间确定了主变压器的台数、容量及型号。根据最大持续电流及短路计算的计算结果，对断路器、隔离开关、高压熔断器、母线、绝缘子、电压互感器、电流互感器等分别进行了选型和数量汇总。然后是对牵引降压混合变电所的接地系统、防雷系统和继电保护整定设计。最后是对拟建变电所的平面布置设计，从而完成了本次设计。关键词牵引供电变电所电气主接线变压器ABSTRACTPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEMINSUBWAYPROVIDESALLLOADSELECTRICENERGYEXCEPTELECTRICTRAIN,HASTHEVERYIMPORTANTFUNCTIONSTOSUBWAYSNORMALOPERATIONUNDERTHEBACKGROUNDOFACCELERATINGCONSTRUCTIONOFSUBWAYSENGINEERINGFORRESOLVINGTHEMASSTRANSITPROBLEMSINOURCOUNTRY,THERESEARCHONPROJECTDESIGNOFPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEMINSUBWAYISVERYIMPORTANTTHETHESISSTUDIESTHEPROBLEMOFSUBWAYSLOADCALCULATION,GIVESOUTSUGGESTIONVALUESOFSUBWAYSUNITTARGETANDDEMANDFACTORFORLOADCALCULATIONOFSUBWAYSPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEM,ANALYZESANDCOMPUTESTHEPROBLEMSCOMBININGWITHANEXAMPLESECONDLY,THISTHESISTHOROUGHLYSTUDIESTHECHARACTERISTICSOFSUBWAYSPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEM,PRODUCESTHEOVERALLPOWERDISTRIBUTIONPLANOFACTUALPROJECTBASEDONTHECHARACTERISTICSOFSUBWAYSPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEMANDEXTERNALPOWERPLANINCITY,THISARTICLEANALYZESTHEFUNCTIONSANDFORMATIONSOFTHEMEDIUMVOLTAGEPOWERDISTRIBUTIONNETWORKANDTHESUBSTATION,GIVESTHREEKINDSDESIGNPLANSRESPECTIVELYAFTERTHEN,THETHESISEXPLAINSLOADSDIVISIONASWELLASPOWERSUPPLYREQUEST,DISCUSSESTHEPRINCIPLESOFPOWERDISTRIBUTIONSYSTEMDESIGN,DESIGNOFDISTRIBUTIONLINE,CHOICESOFLOWVOLTAGEELECTRICAPPLIANCEANDTHEAPPLICATIONOFMICROCOMPUTERPROTECTIVEDEVICEOFELECTRICMOTORSKEYWORDDISTRIBUTIONSUBSTATIONPOWERTRANSFORMATION目录1绪论111课题的目的和意义112国内外研究现状113牵引降压混合变电所2131牵引变电所2132降压变电所414设计任务62变电所的设计方案721设计方案概述722设计方案选择7221牵引降压独立配电网络7222牵引降压混合配电网络823本章小结93负荷计算1031地铁负荷分类1032地铁负荷计算方法10321单位指标法11322需要系数法11323二项式系数法1233地铁变配电负荷计算13331动力负荷13332照明负荷16333综合计算负荷17334无功功率补偿1834本章小结194变压器的选择205变电所主接线设计226短路计算2461短路计算的必要性2462短路计算25621变压器等值电抗计算25622短路点的选择267电气设备的选择2871配电线路的选择2872断路器的选择30721高压侧断路器的选取30722低压侧断路器的选取3173隔离开关的选择32731高压侧进线侧隔离开关的选择3274电流互感器的选择33741高压侧电流互感器的选择34742低压侧电流互感器的选择3575电压互感器的选择36751高压侧电压互感器的选择3676熔断器的选择378防雷、接地、消防设施的设计3881防雷设计3882接地设计3983消防设施的设计409照明系统的设计4291地铁照明分类和设置4292地铁照明控制方式4393地铁照明灯具选用和布置4410结论46致谢47参考文献48附录1电气主接线图49附录2平面设计图501绪论11课题的目的和意义随着城市的发展，城市的交通压力越来越大，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。所以以公交为主体、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正在被诸多城市采用。而地铁作为城市交通的骨干渠道，自然越来越受到城市规划者的青睐。地下铁道简称地铁，它是一种不受地面道路状况和天气情况的影响，能够按照设计的能力正常运行，从而快速、安全、舒适地运送乘客的独立的有轨交通系统。地铁效率高、速度快、无污染，能够实现大运量的要求，具有良好的社会效益。1969年我国第一条地铁在北京正式通车。进入上世纪90年代中后期，随着国家经济和技术实力的增长，我国加快了城市轨道交通的建设步伐，北京、上海、天津、广州、深圳、南京、武汉、重庆、沈阳等各大城市纷纷开工建设多条地铁线路或轻轨线路，仅上海市的轨道交通规划就有17条线路，总里程达800多公里，地铁正日益成为人们日常生活出行中密不可分的一部分。地铁变电所作为地铁的心脏，为地铁系统提供动力、照明、通风、空调、排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。根据用电性质的不同，地铁供电系统可分为两部分由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主组成的动力照明供电系统。因此，地铁变电所的研究对于地铁的发展有着极其重要的意义。12国内外研究现状在国外,一些发达国家为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。国外的变电所设计做到了节约型，集约型，高效型。一些发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站功率损耗，提高变电所的可靠性、灵活性、经济性。在变电所设计上还是领先于我国。目前，我国针对地铁负荷计算的单位容量指标和需要系数还未颁布，往往需借鉴其它民用建筑（如写字楼、办公楼等）的指标和系数。因此，负荷计算的准确与否，是地铁变配电系统合理设计的前提，负荷计算已成为地铁变配电系统工程设计中遇的首要问题。现阶段我国主要是使用常规变电所。常规变电所即使用传统模式进行设计、建造和管理的变电所，主要为有人值班或驻所值班，有稳定的值班队伍。继电保护为电磁型，不具备四遥、远方操作功能，需要一支专业的运行与检修队伍和一整套相应的管理机构、制度进行管理，才可以满足安全运行的要求。我国的短期目标是既要充分利用原有设备，又要能够发展微机远动自动化系统；既要实现无人值守，又要满足安全经济运行的要求。13牵引降压混合变电所牵引降压混合变电所是由牵引变电所和降压变电所组成的。131牵引变电所牵引变电所是电力牵引的专用变电所。牵引变电所把区域电力系统送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电。（1）牵引变电所一次侧的供电方式牵引变电所一次侧（电源侧，通常为110KV或220KV）的供电方式，可分为一边供电边供电和环形供电。一边供电就是牵引变电所的电能由电力系统中一个方向的电厂送来。两边供电就是牵引变电所的电能由电力系统中两向的电厂送来。环形供电是指若干个发电厂、地区变电站通过高压输电线连接成环形的电力系统，牵引变电所处于环形电力系统的一个环路中。（2）牵引变电所向接触网的供电方式单线区段一边供电；两边供电。双线区段同相一边并联供电；同相一边分开供电；双边扭结供电。（3）电力牵引按牵引网供电电流的种类可分为三种电流制，即直流制、低频单相交流制和工频单相交流制。直流制即牵引网供电电流为直流的电力牵引电流制。电力系统将三相交流电送到牵引变电所一次侧，经过牵引变电所降压并整流变成直流电，再通过牵引网供给电力机车使用。直流制发展最早，目前有些国家的电气化铁路仍在应用。我国仅工矿、城市电车和地下铁道采用。牵引网电压有1200V，1500V，3000V和600V，750V等，后两种分别用于城市电车、地下铁道。直流制存在的主要问题是，直流牵引电动机额定电压受到换向条件的限制不能太高，即牵引网电压很难进一步提高，这就要求沿牵引网输送大量电流来供应电力机车。由于牵引电流增大，接触网导线截面要随着增大（一般得使用两根铜接触线和铜承力索），牵引网电压损失也相应增大，所以牵引变电所之间的距离要缩短，一般只有1530KM。牵引变电所的数量多，并且为完成整流任务而变得较复杂。由于这些缘故，许多国家已逐渐停止发展直流制。低频单相交流制即牵引网供电电流为低频单相交流的电力牵引电流制。这种电流制是继直流制之后出现的，牵引网供电电流频率为16HZ，牵引网电压为15KV或11KV，电力机车上采用交流整流子式牵引电动机。交流容易变压，因此，可以在牵引网中用高电压送电而在电力机车上降低电压，供应低电压的交流整流子式牵引电动机。低频单相交流制的出现，与力图提高牵引网电压以降低接触网中的有色金属用量有关。由于电力工业主要采用50HZ标准频率后，低频制电气化铁道或者须自建专用的低频率的发电厂，或者在牵引变电所变频后送人牵引网；这就变得复杂化，于是，其发展受到了限制。工频单相交流制即牵引网供电电流为工业频率单相交流的电力牵引电流制。它是在20世纪50年代中期法国电气化铁路应用整流式交流电力机车获得成功之后开始推广的。从那时以来，许多国家都相继采用。这种电流制在电力机车上降压后应用整流装置整流来供应直流牵引电动机。由于频率提高，牵引网阻抗加大，牵引网电压也相应提高。目前，较普遍应用的接触网额定电压是25KV。采用工频单相交流制的优点是，消除了低频单相交流制的两个主要缺点（与电力工业标准频率并行的非标准频率和构造复杂的交流整流子式牵引电动机）；牵引供电系统的结构和设备大为简化，牵引变电所只要选择适宜的牵引变压器，就可以完成降压、分相、供电的功能；接触网的额定电压较高，其中通过的电流相对较小，从而使接触网导线截面减小、结构简化；牵引变电所的间距延长、数量减少；工程投资和金属消耗量降低，电能损失和运营费用减少；电力机车采用直流串励牵引电动机，也远比交流整流子式牵引电动机牵引性能好，运行可靠。采用工频单相交流制的缺点是，对电力系统引起的抚恤电流分量和高次谐波含量增加以及功率因数降低；对沿电气化铁路架设的通信线有干扰。但是，经过技术方面和经济方面的综合分析比较，上述优点是主要的。因此，我国电气化铁路采用工频单相25KV交流制，但是地下铁道大多不采用。132降压变电所降压变电所一般的设置和形式有以下几种1一所型式车站只设一座降压变电所，位于重负荷一端。车站所有重要的一、二级负荷及容量较大的三级负荷均从所内以放射式供电。根据设计经验，标准的地下双层车站，降压变电所送出回路在8090个。除冷冻站以外，由于车站两端负荷一般分布较为均匀，故远离降压变电所一端的供电回路约占一半左右。降压变电所为一所型式的供电方案的优点整个车站的变配电设备集中设置在一处，减少了降压变电所的设备投资。设备用房数量少，降低了土建造价。降压变电所为一所型式的供电方案的缺点由于供电方案为放射式，势必造成供电距离大幅度增加，为保障线路电压损失限制在规定范围内，必须增大导线截面；同时低压线路的数量也大幅度增加，出现故障的机率增大，一定程度上降低了供电的质量及可靠性。因供电距离较长，单机大容量设备需要采用大截面电缆或密集型母线供电，而二者（尤其是密集型母线）价格高昂，会引起电力投资的显著增加。2一主所一跟随所型式在车站一端设一座主降压变电所，另一端设一座跟随式降压变电所（跟随所电源引自设在主降压变电所的高压开关室）。主所、跟随所的高压进线均为两路独立电源，引自不同的馈线回路，互不干扰，即为并列关系的两座降压变电所。因此，两者低压间亦不存在联系，各负担本端的负荷用电。降压变电所为一主所一跟随所型式供电方案的优点两所各负责本端的用电负荷，根本上解决了低压供电的电压损失问题，电缆截面及数量随之显著降低，供电方案较为合理。两所间采用高压联系，在供电质量、可靠性和安全性上有了根本提高，尤其突出体现在单机大容量设备的供电上。一主所一跟随所型式单台变压器容量一般为500、630、800KVA几种规格，较一所型式规格为1250、1600KVA的配电变压器，总安装容量变化不大，但单台安装容量降低了二至三个级别，其运转的经济性会大为提高。降压变电所为一主所一跟随所型式供电方案的缺点设置跟随所须增加高压柜、变压器及低压柜等设备，使整个降压变电所的投资有较大增加。因跟随所的设置，其房屋面积增加许多，加大了土建工程投资。3一所一室型式在车站一端设一座降压变电所，另一端设一座低压配电室。与一主所一跟随所型式不同的是，低压配电室替代了跟随所。以车站中心分界，降压变电所与低压配电室各负责本端的负荷供电（除单台容量较大的设备外）。低压配电室的电源引自降压变电所低压侧，因此两者的一、二级负荷母线为并列关系。降压变电所为一所一室型式的优点远离降压变电所端的大部分设备从低压配电室送出，供电负荷较一所型式有明显地降低，从而减少了贯穿车站低压电缆的数量。低压配电室配电负荷的供电距离相对减小，可在一定程度上减少故障的机率，提高供电的质量及可靠性。低压配电室房屋面积较跟随所型式相对减少，同时亦减少两面高压送出柜，一定程度上降低了设备投资和土建造价。降压变电所为一所一室型式的缺点由于低压配电室电源引入为04KV低压，不可避免地造成电压损失，从根本上未解决末端设备的电压损失问题。由于单机大容量设备还须从降压变电所直接供电，所以仍存在一所型式的供电可靠性差的缺陷。低压配电室引入为低压电源，为保障供电方案，进线必须采用大截面电缆或密集型母线，增加了工程造价。4综合分析比较综上所述，降压变电所的设计一般采用一所型式、一主所一跟随所型式或一所一室型式，其性能对比如表11所示。表11三种降压变电所性能对比型式供电质量供电灵活性低压电缆数量投资一所低低多低一主所一跟随所高高少高一所一室较高较高较少较高从技术角度而言，设置跟随所为最佳方案，它可以保障供电质量、提高供电可靠性、减少有色金属消耗和运营能耗。故选用一主所一跟随所方式。14设计任务本次设计主要对牵引降压混合变电所的一次部分进行研究和设计。通过对负荷资料的分析计算得到计算负荷；然后确定变压器的容量和台数，根据所算出的参数选择合适的变压器型号；然后进行电气主接线的设计；根据电气主接线进行短路计算得出各短路点的短路电流；根据短路电流等来选择一次设备；最后进行防雷、接地、消防等基础设施设计。2变电所的设计方案21设计方案概述地铁供电系统由外部电源、主变电所、牵引供电系统、变配电系统、电力监控系统（SCADA）组成。外部电源来自城市电网，大多采用集中式、分散式、混合式等形式，外部电源的电压等级通常为110KV或10KV。牵引供电系统由牵引变电所和接触网系统组成，牵引变电所一般每两座车站设置一座，向贯通地铁全线的接触网供电。变配电系统包括降压变电所与低压动力、照明配电系统和跟随变电所。降压变电所在规模较大的车站设置两座，规模较小的车站设置一座，向本站及其相临区间的动力照明负荷供电。地铁中压配电网络是通过中压电缆，纵向上把主变电所和牵引变电所、降压变电所连接起来，横向上把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来而形成的配电网络。中压配电网既为牵引变电所供电（即牵引配电网络），也为降压变电所供电（即降压配电网络）。降压配电网络的设计是地铁配电系统设计中比较重要的一环。22设计方案选择地铁的供电方式根据外部电源的不同可分为集中式、分散式、混合式等形式，由于本次设计以苏州轨道交通2号线延伸线作为参考，所以本次设计只考虑集中式供电方式。根据用电容量和线路长短，在地铁沿线设置专用的主变电所，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。主变电所应有两路独立的电源进线，进线电压一般为110KV，经降压后变成35可V或10KV，供给牵引变电所与降压变电所。集中式供电有利于地铁供电网形成独立系统，便于管理和运营。集中式供电方案下的中压配电网络可分为牵引降压独立配电网络和牵引降压混合配电网络两种形式。221牵引降压独立配电网络牵引降压独立配电网络即牵引配电网络和降压配电网络相互独立的中压网络形式。对于牵引降压独立网络，牵引配电网络和降压配电网络的电压等级不同，牵引配电网络电压为35KV，降压配电网络电压为10KV。全线的降压变电所被分成若干个分区，每个分区一般不超过3个车站；每一个分区均从主变电所的35/10KV变压器，就近引入两路10KV电源；每座降压变电所的两路电源分别由主变电所或相邻降压变电所10KV不同母线引入，接至两段母线，同时在降压变电所的每段母线设一路出线，向相邻降压变电所供电；在各分区设有网络开关，正常运行时该开关分断，形成10KV开口双环网供电形式。A牵引降压混合变电所C牵引降压混合变电所B降压变电所电源引自主变电所110/35（10）KV变压器图21牵引降压独立配电网络222牵引降压混合配电网络牵引降压混合配电网络是指牵引配电网络和降压配电网络共用一个网络的中压网络形式。当中压网络采用牵引降压混合配电网络时，在有牵引变电所的车站，可以把牵引变电所和降压变电所建成牵引降压混合变电所。牵引降压混合配电网络电压可以为35KV或10KV，因35KV输电容量大、距离长，故一般采用35KV级。全线的牵引降压混合变电所及降压变电所被分成若干个分区，每个分区一般不超过3个车站；每一个分区均从主变电所3510KV的不同母线就近引入两路3510KV电源，中压配电网络采用双环网接线方式；两个主变电所之间的分区间通过环网电缆联络。A降压变电所B降压变电所C降压变电所电源引自主变电所110/3510KV变压器图22牵引降压混合配电网络23本章小结配电网络的选择应结合轨道交通网和城市电网的具体情况进行综合考虑，由于本次设计是以苏州轨道交通2号线为参考，故采用牵引降压混合配电网络作为本次的设计方案。3负荷计算地铁变电所的实际负荷并不等于所有用电设备的额定功率总和。因为用电设备不可能全部同时工作，各台设备也不可能全部满负荷，每种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，地铁变电所电气系统设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓“等效”就是这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应和等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升和等效负荷产生的最大温升相等。按照等效负荷，从满足用电设备发热条件来选择各种用电设备，而计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。计算负荷必须确当，如果过小会引起变压器和线路过热，加速其绝缘损坏，过多损耗能量，增加电压损失从而破坏正常的运行条件，甚至引起线路失火，造成重大事故。如果计算负荷过大，则会造成变压器容量过剩，线路截面过大，开关整定电流过高，增加了工程投资，造成不必要的浪费。因此，要正确合理地对地铁的配电系统进行设计，负荷计算是至关重要的一环。31地铁负荷分类地铁动力、照明负荷按其重要性，分为一、二级及三级负荷。一级负荷由降压变电所I、II段母线各提供一路专用电源供电并在末端自切，以实现不间断供电，如BAS、FAS、AFC、通信、信号、屏蔽门、消防泵、喷淋泵、废水泵、直流盘、变电所所用电、消防联动的车站送、排风机、风阀等、消防电源、兼作紧急疏散的自动扶梯等。二级负荷由降压变电所I段或II段母线提供一路专用电源，在变电所处切换，必要时可以切除，如污水泵、雨水泵、普通风机、自动扶梯、直升电梯、正常照明、区间维修电源等。三级负荷由降压变电所三级负荷母线提供一路电源，当变电所只有一路电源时必须切除，如广告照明、冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、清洁设备、电热设备等。32地铁负荷计算方法在地铁变电所负荷计算常用的方法有三种，即单位指标法、需要系数法、二项式系数法。321单位指标法1单位指标法的计算公式单位指标法是以单位建筑面积负荷密度乘以建筑面积，其公式如下（31）10SJSKP式中，有功计算负荷，KW；JSP建筑单位面积负荷密度，；SK2MWS建筑面积，M2。在方案设计阶段多采用单位指标法。2各类建筑物的单位指标普通民用建筑如宾馆、商场、学校、住宅、办公楼等的单位指标可从现有的电气设计手册中查到，如表31所示。表31各类建筑物单位指标建筑类别单位（W/M2）建筑类别单位指标（W/M2）办公4080中小学1220公寓3050医院4070旅馆4070高校2040一般4080商业大中型70130展览馆5080体育4070演播室250500剧场5080汽车库518322需要系数法1需要系数法的计算公式需要系数法是用设备容量乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷4。其公式如下（32）ECJSPK式中，有功计算负荷，KW；JSP设备总容量，KW；E需要系数。CK需求系数和用电设备的工作性质、设备台数、设备功率及功能的充分利用有关。前三者是相对固定的因数，最后一个是不确定的因素。因此，在取值中包含一定份量的经验数据成分，各国的值不相同，即使在同一个国家的不同时期和地区，值也会有所变化。在施工设计阶段，大多采用需要系数法。如果用电设备台数较多，各台设备容量相差不多时，可以采用需要系数法，一般适用于干线、配电所的负荷计算。民用建筑的负荷大都采用需要系数法进行计算的，这种方法比较简便，所以应用广泛。2各类建筑物的需要系数一般民用建筑的需要系数一般可从现有的电气设计手册中查到，如表32所示。表32各类建筑物需要系数建筑类别需求系数建筑类别需求系数住宅0405医院055065办公0708高校0607商业0708综合楼06065体育06507餐饮08085剧场0607加工业04045323二项式系数法由于需要系数法没有考虑在同一组负荷中一些容量特别大的设备，所以对负荷计算是有影响的，不能满足大容量设备的需要，因此提出了二项式系数法。其公式如下（33）NCPBEJS式中，有功计算负荷，KW；JSP用电设备总容量，KW；EN台最大的设备容量之和，KW；、二项式系数。BC由于二项式系数法即考虑了设备组的平均负荷，又考虑了设备组中几台大容量设备运行时的附加负荷。所以此法只适用于设备台数较少而且容量相差较大的低压分支线及干线的负荷计算。由于需要系数法较为实用，只需要将用电设备按工作类别分组乘以相对应的需要系数即可直接得出计算结果，所以在动力、照明负荷计算中可以采用需要系数法确定变电所内动力变压器的容量。33地铁变配电负荷计算进行负荷计算时首先需要确定用电设备的容量，本设计参考苏州轨道交通2号线的某一车站的技术数据。331动力负荷根据专业系统，可以将动力用电设备划分为通风空调、给排水、消防、弱电、运输、安全防护和其它等七个负荷组成，如表33所示。各个设备负荷的需要系数参照民用建筑电气设计手册的值选取。表33各类动力设备容量序号设备名称总容量COSEK负荷类型1通风空调系统11876隧道风机44008075I排热风机15008075I回排风机7408075I小系统新风机11808075I小系统排风机46808075I组合空调机组8808075I空气处理机组2708075I冷水机组2800907III冷冻泵6008075III电动组合风阀100706I2给排水系统167冷却塔1908075III冷却泵3008075III废水泵5708075I污水泵1208075II雨水泵908075II电热开水器40107III3消防系统61消火栓泵1508075I喷淋泵3008075I气体灭火160808I4弱电系统105BAS、FAS100808IAFC200808I通信200808I续表33各类动力设备容量序号设备名称总容量COSEK负荷类型信号250808I公共无线300808I5运输系统1208自动扶梯1080506II直升电梯1280504II6安全防护系统48屏蔽门300706I门禁、卷帘门180806I7其他60检修6006035III负荷总计17494其中I类负荷11186其中II类负荷1418其中III类负荷489从表33可看出，由于变电所处于地下这一特殊性，为了给乘客提供较为舒适的乘车环境,地铁每个车站的通风空调设备数量比较多、容量比较大，其总容量占到地铁动力设备总容量的70左右，是最主要的负荷类型。动力负荷计算的方法（1）由于消防泵、喷淋泵、气体灭火等消防负荷远远小于火灾时予以切除的III类负荷，因此进行负荷计算时，可以不考虑消防负荷。（2）除消防负荷以外，对上表所列的其余六个负荷组按照需要系数法进行负荷计算；由于功率因素不完全相同，要分别按需要系数及计算出有功功率和无功功率，再相加求得计算视在功率。计算公式如下计算有功功率1EC1JSPK22J（34）NNECJS式中，通风空调系统等七个系统下的第一个用电设备有功负荷，KW；1JSP通风空调系统等七个系统下的第二个用电设备有功负荷，KW；2JS通风空调系统等七个系统下的第N个用电设备有功负荷，KW；NJS通风空调系统等七个系统下的第一个的需要系数；1CK通风空调系统等七个系统下的第二个的需要系数；2通风空调系统等七个系统下的第N个的需要系数；NC通风空调系统等七个系统下的第一个的设备总容量，KW；1EP通风空调系统等七个系统下的第二个的设备总容量，KW；2通风空调系统等七个系统下的第N个的设备总容量，KW。NE计算无功功率1JS1JTGPQ2J2JS（35）NNTGJSJS式中，通风空调系统等七个系统下的第一个的用电设备无功负荷，KVAR；1JSQ通风空调系统等七个系统下的第二个的用电无功负荷，KVAR；2JS通风空调系统等七个系统下的第N个的用电无功负荷，KVAR；3JS通风空调系统等七个系统下的第一个用电设备有功负荷，KW；1JSP通风空调系统等七个系统下的第二个用电设备有功负荷，KW；2JS通风空调系统等七个系统下的第N个用电设备有功负荷，KW；NJS通风空调系统等七个系统下的第一个用电设备阻抗角正切值；1TG通风空调系统等七个系统下的第二个用电设备阻抗角正切值。2通风空调系统等七个系统下的第N个用电设备阻抗角正切值。NT计算视在功率（36）212JS1JS2JS1JJSQPS式中，用电设备的总视在功率。JS计算综合功率因数（37）TGCOS2JS1JP式中，综合功率因数。COS根据以上各式得出以下结果，如表34所示。表34动力计算负荷序号设备名称总容量（KW）计算有功功率KWJSP计算无功功率KVARJSQ1通风空调系统1187687536072给排水系统16712347163消防系统61不计不计4弱电系统10584635运输系统120869912116安全防护系统482882657其他6021279负荷总计1749412024917其中I类负荷1118678996009II类负II类负荷48932681832视在功率1512综合功率因数0795332照明负荷地铁照明主要由站厅照明、站台照明、区间照明、事故照明和广告照明等组成，如表35所示。表35车站照明容量序号照明种类总容量（KW）COSCK负荷类型1站厅照明680951II2站台照明350951II3区间照明16091II4事故照明1811I5广告照明900951III负荷总计227其中I类负荷18续表35车站照明容量序号照明种类总容量（KW）COSCK负荷类型II类负荷119III类负荷90因为地铁处于地下环境，所有的照明必须全部启用，所以表35中需要系数均KC为1。根据式3437照明计算负荷，如表36所示。表36车站照明负荷序号照明种类总容量（KW）计算有功功率KWJSP计算无功功率KVARJSQ1站厅照明68682232站台照明35351153区间照明1616784事故照明181805广告照明9090296负荷总计227227712其中I类负荷18180II类负荷119119416III类负荷9090296视在功率2379综合功率因数0954333综合计算负荷根据以上计算的结果，可以计算出地铁车站的综合计算负荷，如表37所示。表37车站综合计算负荷序号负荷种类总容量计算有功功率KWJSP计算无功功率KVARJSQ1动力17494120249172照明227227712总计19764142949882其中I类负荷1136680796009II类负荷260820471745III类负荷57941682128视在功率17377综合功率因数0823334无功功率补偿由表33可以看出，地铁动力设备中有大量的风机、水泵、电梯等，这些设备的功率因数大都在08以下，因此导致整个配电系统的功率因数较低。功率因数的降低不仅会引起有功损耗，也会造成电压降落，影响供电质量。按国家供电规则要求，高压供电用户功率因数要求在09以上。因此，采用无功补偿、提高功率因数是必不可少的。一般在地铁降压变电所采用低压集中自动补偿方式，每段04KV母线上装设电容自动补偿装置，对系统进行无功功率补偿，使补偿后的功率因数大于09。无功补偿原理和无功补偿矢量图如图31、32所示。UIRLCI21CILII1U图31无功功率补偿原理图图32无功补偿矢量图补偿容量可按下式求得（38）21JSCTGPQ式中，补偿容量，KVAR；C有功功率之和，KW；JSP补偿前功率因数角正切值；1TG补偿后功率因数角正切值；2TG、均为已知，经计算300KVAR。JSP2T1TGCQ目前国内大多采用自愈式金属化全膜电容器代替旧式的油浸电容器，它具有体积小、重量轻、介质损耗低、安全性能高等优点，国产型号主要有BMMJ型，进口产品有ABB公司的CLMD型等。CLMD型电容器具有高容量和放电速度快的特点，单台容量可达83KVAR，放电速度可在断开电源一分钟后端电压下降到50V。34本章小结由于地铁变电所和普通的变电所负荷计算有所区别，所以本次设计是参照苏州地铁某变电所进行计算的。4变压器的选择我国地铁设计规定配电变压器的容量选择应满足一台配电变压器退出运行时，另一台配电变压器能负担供电范围内远期的一、二级负荷。因此地铁降压变电所应配备两台容量相等的配电变压器，按照供电范围内的一、二级计算负荷选择容量。在进行变压器容量计算时，还应考虑参差系数，计算公式如下（41）JSPJS（42）JJQ式中，变压器总的低压侧有功功率,KW；JSP变压器总的低压侧无功功率，KVAR；JQ一、二级计算有功功率之和，KW；JS一、二级计算无功功率之和，KVAR；J有功参差系数，085095；P无功参差系数，090097。Q这里取09，095，而、在表37中已经求出还应计入无PQJSPJSQJSQ功补偿容量，因此根据上式可以求得C9113KWJS4516KVARJS1017KVAJSS单台变压器运行时负载率100，因此选用标称容量S1250KVA的变压器，其负载率为81。上面选择变压器容量时未考虑三级负荷，因此还需根据三级负荷对变压器容量进行校验如下正常运行过程中，两台配电变压器同时运行，共同承担一、二、三级负荷。因此正常运行时配电变压器总容量为2500KVA，根据表47可知车站综合视在功率17377KVA，在不考虑参差系数的情况下，配电变压器负载率为70。因此无论在两台配电变压器同时运行，还是任意一台因故退出运行，均能够满足供电要求。单台变压器运行时负载率100，因此选用标称容量S1250KVA的变压器。地铁降压变电所配电变压器首选SC型环氧树脂干式变压器。它具有良好的电气和机械性能、较高的耐热等级，并且是一种安全可靠、环保节能型新产品，能适应多种恶劣环境。通过使用环氧树脂干式变压器可减少维护工作量和增强安全性，同时环氧树脂干式变压器较好的超铭牌运行能力和抗短路能力，将给安全供电带来可靠的保证。因此选择变压器型号为SC101250KVA/35KV/04KV型。5变电所主接线设计牵引变电所（含开闭所、降压变电所）的电气主结线，是由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。电气主结线反映了牵引变电所的基本结构和功能。在运行中，它能表明与高压电网连接方式、电能输送和分配的关系以及变电所一次设备的运行方式，成为实际运行操作的依据；在设计中，主结线的确定对变电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择等都有重大影响。此外，电气主结线对牵引供电系统运行的可靠性、电能质量、运行灵活性和经济性起着决定性作用。电气主接线应该满足以下要求首先应保证电力牵引负荷，运输用动力、信号负荷安全、可靠供电的需求和电能质量。主接线应在变压器接线方式、谐波无功补偿和调压方面采取有效的改善电压质量措施。还要具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。现代技术的自动装备和监控自动化系统的应用对提高主接线的运行灵活性和可靠性都是很有利的。应有较好的经济性，力求减少投资和运行费用。在可能和充分论证的条件下，可采取按远期规划设计主接线规模、分期实施投资、增加设备，达到最好的经济效益。接线应该尽量简洁明了，并有发展和扩建的余地。降压变电所一般设在车站的负荷中心，担负本车站和相邻区间的全部动力、照明用电供应。因为地铁动力、照明负荷大多为一、二级负荷，所以降压变电所必须按两路独立电源供电设计。各个降压变电所的两路电源分别由主变电所、电源开闭所或相邻变电所的35KV不同母线引入，接至两段母线。降压变电所35KV侧接线采用单母线分段，设置断路器。正常运行时，两路35KV进线电源分别向两段母线供电，断路器打开，两段母线分段运行；当一段母线进线电源失电时，进线断路器分闸，断路器自动合闸。35KV开关柜内设过电压保护。每段母线分别设一组电压互感器和避雷器，电压互感器用于母线电压测量和断路器检测电压自投，避雷器用于系统过电压保护。降压变电所设两台35KV/04KV配电变压器，分别来自不同35KV母线上，配电变压器容量按一、二级负荷备用容量考虑。低压母线为单母线分段运行方式，设开关，平时分段运行。当一台配电变压器退出运行时，可自动或手动投入开关，由另一台变压器提供全部一、二级负荷用电。进线开关、开关之间应实现互锁，保证在任何情况下三台开关不同时处于合闸状态（母线故障时不允许开关自动投入）。当任一进线电源故障导致开关跳闸或其中一台变压器检修时，另一台变压器只能提供全部一、二级负荷用电而必须切除三级负荷，否则会导致变压器超负荷运行而跳闸；因此，设置三级负荷总开关，将三级负荷均置于该开关下级，同时两台进线开关和三级负荷总开关之间实现联动，断开两段母线上的三级负荷总开关后，开关才能合闸。牵引变电所设两台35KV/1500V整流变压器，来自相同的35KV母线上，低压母线为单母线运行方式。其主接线图如下。图51电气主接线图6短路计算地铁供配电系统要求安全，可靠，不间断地供电，以保证地铁正常的运行，但是由于各种原因，系统难免出现故障，其中最严重的故障就是短路。所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的短接。61短路计算的必要性造成短路的原因主要有（1）电气设备存在隐患，如设备的绝缘材料自然老化，绝缘材料机械损伤，设备缺陷未被发现和消除，设计安装有误等。（2）运行，维护不当，如不遵守操作规程而发生误操作，技术水平低，管理不善等。（3）自然灾害，如雷电过电压击穿设备绝缘，特大风，冰雪，地震等引起的线路损坏，断线等。短路的危害由于短路后电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达到几万安甚至几十万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压降大幅度下降。所以短路的后果往往都是破坏性的。短路的危害（1）元件发热热量与电流的平方成正比，所以强大的短路电流将引起电机，电器及载流导体的发热。由于短路电流很大，即使流过的时间很短也会使这些元件引起不能允许的过热，而招致损坏。（2）短路电流引起很大的机械应力。电流流过导体时产生的机械应力与电流的平方成正比。在短路刚发生后，电流达到最大值（即所谓的冲击电流），这时机械应力最大。如果导体和它的固定支架不够坚韧，可能遭到破坏。（3）破坏电气设备正常运行。短路计算的目的（1）为了选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。（2）要合理地配置各种继电保护和自动装置并准确确定其参数，必须对电力网发生的各种短路进行计算和分析。（3）在设计和选择电力系统和电气主接线时，在比较各种不同的方案的接线图，确定是否采用限制短路电流的措施等，都要进行必要的短路计算。（4）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路时对用电客户工作的影响等。也包含一部分短路计算。（5）确定电力线路对通信线路的影响等。62短路计算短路电流的计算方法有欧姆法（又称有名单位制法），标么值法（又称相对单位制法）和短路容量法。欧姆法属于最基本的短路电流计算法，但标么值法在工程设计中应用广泛。其实短路计算是否合理，首先是看短路计算点选择是否合理。这涉及到短路计算的目的。用来选择校验电气设备的短路计算，其短路计算点应选择为使电气设备可能通过最大短路电流的地点，一般来讲，用来选择校验高压侧设备的短路计算，应选择高压母线为计算短路点。用来选择校验低压侧设备的短路计算，应选择低压母线为短路计算点。但如果线路装有限流电抗器（用来限制短路电流），则选择校验线路设备的短路计算点，应选在限流电抗器之后。由于用标么值法计算短路计算可以使计算简便，且结果明显，便于迅速及时地判断计算结果的正确性。所以本次设计采用标幺值法计算。621变压器等值电抗计算（1）35KV侧基准值,标幺值计算取100MVA37KV（规定B表示基准值、N表示额定值BS1BUNBU05194603751367311BNBBUIZKASI（2）04KV侧基准值,标幺值计算同样，取100MVA042KVBS2B9520476413503222BNBBUIZKASI622短路点的选择在正常接线方式下，通过电器设备的短路电流为最大的地点称为短路计算点，比较断路器的前后短路点的计算值，比较选取计算值最大处为实际每段线路上短路点。基于该原则选取短路点如下35KV线路上短路点为F3,F4，04KV线路上短路点为F1,F2。如图61所示。图61短路点标示图由于35KV侧架空线路长度为5KM，04KV侧电缆线路为2KM，则架空线路电抗值25401X电缆线路电抗值1682变压器的电抗值9530T1短路点的计算1FKAZUIBF351092465128012短路点的计算2FKAZUIBF25184960518402123短路点的计算3FKAZUIBF513920137234短路点的计算4FKAZUIBF51392013750424表61短路点电流汇总短路点F1F2F3F4短路电流135KA125KA135KA135KA7电气设备的选择导体和电器的选择设计、必须执行国家的有关技术、经济的政策，并应做到技术先进、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需求。（1）应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的需求，并考虑到远景发展需要。（2）按当地环境条件校核。（3）应力求技术先进和经济合理（4）选择异体时应尽量减少品种（5）扩建工程应尽量使新老电器型号一致（6）选用新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。（7）选择的高压电气设备应满足各项电气技术要求。（8）结构简单、体积小、质量轻，便于安装和检修。（9）在制造厂给定的技术条件下，能长期可靠地运行，有一定的机械寿命和电气寿命。71配电线路的选择由于地铁处于地下这一特殊环境，地铁普遍采用电缆进行配电。从降压变电所、电控室的低压开关柜到各动力设备配电室，一般采用电缆配电，从动力配电箱到动力设备可采用电缆或电线配电。根据配电系统要求（TNS系统）以及设备电源要求，一般用三五芯电缆或电线。配电线路选择要按以下要求241符合工作电压的要求。2选择导体截面，应符合下列要求线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求；按敷设方式及环境条件确定的导体载流量，不应小于计算电流；导体应满足动态稳定与热稳定的要求；导体最小截面应满足机械强度的要求，固定敷设的导线最小芯线截面应符合表71的规定。表71固定敷设的导线最小芯线截面最小芯线截面（MM2）敷设方式铜芯铝芯裸导线铺设于绝缘子上1010绝缘导线铺设与绝缘子上室内L2M室外L2M室内外2L6M6L16M16L25M1015254625254610绝缘导线穿管敷设1025绝缘导线槽板敷设1025绝缘导线线槽敷设07525塑料绝缘护套导线扎头直敷10253沿不同冷却条件的路径敷设线路时，当冷却条件最坏段的长度超过5M应按该段条件选择绝缘导线和电缆的截面，或只对该段采用大截面的绝缘导线和电缆。4线缆的允许载流量，应根据敷设处的环境温度进行校正，温度校正系数可按下式计算（71）210TK式中，温度校正系数；K导体最高允许工作温度，式中为常量；1T敷设处的环境温度；0导体载流量标准中所采用的环境温度，式中为常量。2T5PE线最小截面应符合如表72所示的规定。表72PE线最小截面相线截面面积S（MM2）PE线最小截面（MM2）S16MS16L35M16S35S26地铁车站采用的电缆要特别注意对电缆材料性能的要求，必须是低烟无卤电缆。低烟即要求燃烧时烟尘较小，其烟雾透光率达60以上；无卤即当发生火灾时，不产生有毒的酸性气体。72断路器的选择高压断路器是主系统的重要设备之一。它的主要功能是正常