城市轨道交通的外部供电系统-k中压网络

第二章城市轨道交通的外部供电系统

主变电所按其降压方式的不同可分为三级电压制供电方式主变电所和两级电压制供电方式的主变电所。110kV主变电所33kV110kV降压主变电所33kV10kV10kV牵引主变电所图2-6三级电压制集中供电方式结构示意图主变电所110kV110kV110kV主变电所主变电所10kV10kV10kV牵引、降压主变电所图2-7两级电压制集中供电方式结构示意图二、主变电所的主要设备主变电所中主要的电气设备是开关设备、主变压器、直流电源设备、自动监控设备。

1.主变压器主变压器是城轨交通主变电所中的最主要的电气设备，其作用是将从城网引入的高压电源转换成城轨牵引供电系统所需要的中压电源。目前，国内城市轨道交通主变电所均设置两台主变压器，互为备用。正常情况下，两台变压器并列运行，各负担50%的用电负荷。

每台变压器容量大约在20MVA～40MVA范围，当发生故障时，应满足如下条件：

1）当一台主变压器发生故障时，另一台主变压器应能满足该供电区域高峰小时牵引负荷和动力及照明一、二级负荷的供电。

2）当一座变电所因故解列时，剩余主变电所应能承担全线的动力和照明一、二级负荷及牵引负荷。为了减少城网电压波动和负荷变化对城轨中压系统的电压质量影响，主变压器多采用有载调压型电力变压器。有载调压开关具有就地、远方操作功能，安装在高压侧。由于油浸式变压器价格低，应用成熟，国内城轨供电系统主变电所中大多采用三相、自冷油浸式、有载调压变压器，主变压器一般采用Y,d接线，主要有110/35kV、110/33kV和110/10kV三种形式。图2-8变电所中的主变压器外形图

我国有关标准规定，主变压器的110kv侧应采取中性点直接接地方式。但实际运行中主变压器高压侧是否直接接地，则根据地区电网具体运行情况确定。有时一个主变电所的两台主变压器，其高压侧一台接地而另一台不接地。由于城轨供电系统中压网络的电容电流较大，因此其主变压器的中性点应经过消弧线圈接地或小电阻接地。对于采用Y,d接线的主变压器，当主变压器无中性点或中性点未引出时。应装设专用的接地变压器。接地变压器采用曲折形接法，并具有零序阻抗低，空载阻抗高，损失小的特性。主变压器一般有重瓦斯保护、差动保护和主变压器过流保护等。2.开关设备主变电所中的开关设备分为高压侧（110kv侧）开关设备和中压侧（35Kv或10kv侧）开关设备。它们都是通断电路的重要设备。110kv侧开关设备采用户内安装的110KV全封闭六氟化硫组合电器设备，SF6气体绝缘的金属封闭开关设备,简称GIS。图2-9主变电所中的开关设备

GIS是由各种开关电器：断路器GCB、隔离开关DS、接地开关ES、母线、现地汇控柜LCP以及电流互感器CT、电压互感器VT和避雷器LA等组成的电力设备,具有结构紧凑、抗污染能力强、运行安全、外型美观、设备占用空间小等特点。除母线为三相共箱式外，其余均为三相分箱式。110kv侧GIS一般采用FS6断路器、液压操作机构。中压侧电压为35kV的中压开关设备多采用GIS，，以减小变电所的土建规模，但均为三相分箱式，采用真空断路器，操作机构为弹簧储能式或液压弹簧式，采用三工位隔离开关和接地刀闸。中压侧电压为10kV的开关设备，则可采用空气绝缘的金属铠装开关柜，内部设有不同功能隔室，手车可为落地式或中置式。3.直流电源设备作用:为监控设备、车站应急照明及紧急疏散标志等提供不间断直流电源。线路正常时，直流电源设备为它的服务对象提供稳定的直流电源，并对蓄电池进行充电。故障时由蓄电池提供1～2小时的直流供电。图2-10主变电所中的直流电源设备4.自动监控设备自动监控设备用于对变电所电气设备的监测和控制，并能对其进行远程控制和数据采集。根据供电系统的运行状况，自动切换电气设备和设施故障自动切除，为城轨供电系统的安全、高效运行提供保障。

图2-11主变电所中的自动监控设备三、主变电所向牵引变电所供电的接线方式

供电系统的安全性、可靠性是城市轨道交通正常运行的重要保证。为此，牵引变电所均由两个独立的电源供电，考虑到地铁线路分布范围广，通常需要在沿线设置多个牵引变电所。向牵引变电所供电的接线方式有多种方式，现归纳成以下几种典型形式：

1.环形供电接线方式图2-12环形供电示意图图2-13双边供电示意图图中a-牵引变电所b-主变电所c-一路三相输电线d-轨道2.双边供电接线3.单边供电接线4.辐射形供电接线

图2-14单边供电示意图图2-15辐射形供电示意图图中a-牵引变电所b-主变电所c-一路三相输电线d-轨道图2-16上海地铁一号线供电系统接线图

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，其功能类似于电力系统中的输电线路。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：电压等级和构成形式。

一、中压供电网络的电压等级

1.国家中压配电现状及发展方向

我国现行中压配电标准电压等级有：66kV、35kV、10kV。

2.国内城市轨道交通中压网络现状及发展思路国内既有城市轨道交通的中压网络电压等级采用了35kV(若采用国外设备则是33kV)或10kV。近年已颁布的国家标准GB156—93中表明，20kV也是可使用的电压级。另外，已经完成送审稿的《地铁设计规范》中规定：地铁中压网络的电压等级可采用35kV(33kV)、20kV、10kV。3.不同电压等级的中压网络的特点及比较

序号项目35kv33kv20kv10kv1输电容量较大较大中小2输电距离较长较长中小3电能损耗小小较小大4设备价格高最高中低5设备国产化国产国外国产国产6设备体积及占地面积较大较小中小7环网柜情况无有有有8国内城市电网应用拟取消有有，很少广泛应用9城市轨道交通应用国内采用国内外采用国外采用国内外采用10适用标准国家标准国际标准国际标准国家、国际标准表2-1不同电压等级中压网络的综合比较

由于电费在地铁和城轨交通的运营成本中占很大比例，从长远的角度考虑，中压供电网络宜选择较高的电压等级，亦即35KV或20KV为优选方案。三、中压网络的构成

1.中压网络的构成原则

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)满足运行治理、倒闸操纵的要求；

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)供电分区应就近引进电源，必要时可从负荷中心处引进电源，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；

10)满足设备选型要求。

中压供电网络既可采用牵引和动力照明同用一个供电网络的方案，即牵引动力照明混合网络；也可以采用牵引和动力照明供电网络相对独立的两个供电网络方案，即牵引供电网络、动力照明供电网络。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。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。下面以集中式供电系统的中压网络为例，介绍中压网络的构成方式。（1）独立的牵引网络当中压网络为两个不同电压级时，35(33)kV牵引网络常用独立网络方式。独立的牵引网络常用接线方式有如图2-17所示A、B、C、D四种类型。图2-17