《上海市地铁10号线供电系统设计研究13000字（论文）》

上海市地铁10号线供电系统设计研究摘要随着上海现如今不断的发展，上海所承担的人口与交通压力也在日渐增加，城区堵车已经是常态，越来越多人选择公共交通出行，从而上海的城市轨道建设也进入快速发展的阶段，上海在地铁方面不断的在添加新线路来应对日益加剧的交通压力。就目前截止2021年，上海线路总长已达772km，车站数已达459座，并且还不断的在增加。而为了跟进如今的城市轨道交通，现在线路全面实现电气化智能化，各个地铁线路通过其供电系统给予动力。供电系统就好比地铁系统的血管，通过不断输送电力来提供地铁动力。上海地铁线路有十几条，互相之间的供电系统都有着不同的设计理解与建设原因。本次课题我将选择上海地铁10号线的电力系统设计，通过分析研究其背后的供电系统并结合查阅相关资料已达到对于10号线供电系统的设计研究。我将分析设计地铁10号线的供电设备的总体布局与规划，并详细展开分析研究其下属的变电所，接触网与地铁内其他电力设备等以及电气设备之间的工作原理，对于设备结合资料并做出自己的理解。关键词：地铁10号线电力系统设计变电所接触网目录第一章绪论 31.1地铁供电系统的介绍 51.1.1地铁供电系统的组成 51.1.2地铁供电系统的供电方式 5第二章10号线的供电系统相关介绍 62.1地铁10号线供电系统设计原则 62.2供电电源与变电所分布 72.2.1供电电源 72.2.2变电所分布位置 92.2.3供电系统中压网络 102.3供电系统的检测与运营 112.3.1供电系统在各种情况下的运行方式 112.3.2供电系统的保护、测量与监控 112.4供电系统的电压水平 13第三章10号线牵引降压变电所与接触网的介绍 133.1牵引变电所 133.1.1牵引变电所的作用与设计介绍 133.1.2牵引变电所的运行状态 143.1.3牵引变电所的控制保护装置 153.1.4牵引变电所站内用电 153.1.5牵引变电所内设备 163.2降压变电所 183.2.1降压变电所的作用与设计介绍 183.2.2降压变电所的运行状态 193.3接触网 193.3.1接触网的介绍与作用 193.3.210号线接触网设计方案 20第四章供电系统相关数据计算 21第五章区间动力照明、杂散电流防护与监控系统 235.1区间动力照明 235.2杂散电流防护系统 245.3电力监控系统 245.4工程设计与电气设备方面 25第六章毕业设计总结与未来期望 25参考文献 27第一章绪论全世界范围内，各个国家都在改进发展自身的城市轨道交通，特别在于人口密度较大的城市，城市自身交通压力十分巨大。在19世纪中叶的伦敦，那时候的伦敦正处于高速的发展，人口不断涌入城市，城市里各类商店、房屋、剧场等建筑拔地而起，随着建筑越来越多，房屋之间的间隙也越来越狭窄，狭窄的街道给交通也增加了不少的压力。为了解决这方面问题，1843年，在英国伦敦市，由英国人皮尔逊设计了历史上最早的一条城市地铁系统，并在后期几十年的建设与运营，地铁系统真正的初见规模。而当时由于技术的落后与电气尚未普及，有些地铁大多使用蒸汽机车牵引，但因为使用蒸汽在封闭空间会产生有毒有害气体，边逐渐发展使用电力取代，在随后的发展中，电力正式作为了地铁的驱动能源。中国在轨道交通方面大多接触甚晚，中国第一条铁路是在1909年正式完工的京张铁路，由詹天佑担任该铁路总工程师。建国后因为各国对于中国的技术封锁，中国在地铁方面却没任何基础，对于地铁方面没有任何概念，所以中国最早建成的地铁为北京地铁一号线，几乎是从零开始的，期间也经历了许多的挫折。进入21世纪后，中国经济科技的高速发展，中国地铁建设也越来越快，随之而来的配套设备也为重中之重，电力供电系统作为地铁的核心，也在高速发展。如今轨道交通的供电系统一般由主变电所、牵引供电系统（牵引变电所和牵引网）、中压变电所、动力照明供配电系统和站内供电系统。供电系统设计总体原则上需要自身满足一定的条件。首先供电系统自身需要足够安全、便捷、可控化。其次是供电系统在可靠的前提下，具有方便、简单、统一的系统接线模式，为后续的相关维护管理提供有利的条件。供电牵引系统的作用简单来说就是把国家电网里上万伏的电压通过降压到地铁所需的电压，最后通过接触网传输到地铁上。但在如何设计一套完整的地铁供电系统也是一个十分复杂与困难的问题，就上海而言，土地少，以及与其他地铁线路的交叉，需要做到变电所等设备的合理运用与布置。上海地铁10号线于2003年12月由上海市规划局批准其建设方案，并于2005年开始其设计与建设，该路线也串联起其他重点工程，使其相关区域注入新的活力，该路线也承受着十分巨大的客流压力，对于其供电系统设计也是一个巨大的挑战。1.1地铁供电系统的介绍1.1.1地铁供电系统的组成地铁的供电系统需要面对地铁运营时不断变换的地铁负荷，现如今地铁负荷也因为客流量不断增大，地铁负荷也在不断的加大，这需要地铁供电系统能够在时时刻刻能够面对不断变化的负荷，这对于供电系统来说是一个十分巨大的挑战，也需要地铁供电系统能够在这种情况下继续保持正常的效率和稳定性。其组成主要为主变电所、中压供电网络、牵引供电系统、动力照明供配电系统、电力监控系统及杂散电流防护系统，其中牵引供电系统可分为牵引网与牵引变电所两个部分，动力照明供配电系统分为降压变电所与动力照明。1.1.2地铁供电系统的供电方式地铁供电系统其主要分为外部供电与内部供电，外部主要为有三种，分别为分散供电、集中供电、混合供电，这三种供电方式每种都有着自己的优点和缺点，这需要在不同的情况下进行合理的配比与选择引用，才能满足所需的标准。内部供电也有两种供电方式，分别为第三轨供电和接触网供电，其中接触网供电有分柔性接触网和刚性接触网。集中供电方式：地铁主变电站将城市电网进入的高电压等级的电压（110kv）降压为中压等级（35kv），然后再供电给地铁牵引变电所和降压变电所，牵引变电所把中压等级的电压再次降压为直流电压而降压变电所则把电压降为380v，用于站内的电力使用。分散供电方式：通过城市电网将电源引入变电所，直接通过区域变电所给地铁牵引变电所和降压变电所供电。其成本相对较低，也能够对于城市电网的有效运用，从而维护与建设成本较低。混合供电方式：混合供电方式主要供电方式为集中供电，分散供电为辅。这种方式能够通过将两种供电混合运作，从而能够保留两种的优点，但也因为两种方式的混合，其运营也需要更多的难度。内部供电方式也有着许多的优点与缺点。接触网供电方式现在主要分为两种，柔性和刚性接触网，柔性接触网容易断，一旦发生事故，维修需要耽误很长时间，而刚性接触网一般没有断的，但因为刚性，其与受电弓接触，容易产生电弧，上面的碳粉也容易被刮下来，从而污染环境。第三轨供电方式电源主要在轨道上，可以在建设轨道时同时建设，工期更为方便，也更加美观。第二章10号线的供电系统相关介绍2.1地铁10号线供电系统设计原则上海地铁10号线供电系统采用的是集中供电与110kv/35kv二级降压供电方式，其供电系统容量也需要设计为大容量，需要大于高峰小时负荷设计，要留有一定空间。10号线共设计了两个110kv/35kv主变电所，每个主变电所里设有两台110kv/35kv主变压器,通过降压后的电压，向35kv/DC1500v牵引变电所和35kv/0.4kv降压变电所供电。降压变电所一般每个车站一个，当车站比较大的时候，需要按适当情况增加降压变电所。在给车厢供电方面车组使用的是DC1500V架空接触网受电方式，并且接触网上的最高最低电压需要满足GB50157—2003规定。牵引变电所的供电效率也不得少于96%，接触网供电效率不得少于85%。轨道交通供电系统总功率因数不低于0.9，是为了防止向系统反送无功。35kv系统使用的是小电阻接地系统，即在主变电所35kv的那一边，将接地变压器中性点和小电阻的接地连接。TN-S供电方式则用于低压0.4kv配电系统，正、负极不接地方式则用于1500V直流牵引系统。供电电缆截面也需要满足一定条件，系统中中压各个受电点的末端损失的电压需少于额定电压的5%。2.2供电电源与变电所分布2.2.1供电电源上海地铁10号线共设有两座110kv的主变电所，皆为地下式主变电所，因为变电所带有高压设备，需要建立在地下以保护安全，这两个主变电所分别是处在海伦路站的潥阳路主变电所与处于虹桥路站的凯旋路主变电所，地下变电所的主变压器和其他主要电气设备一般都安装于地下建筑内，地面只留少部分建筑设备，以达到安全与减少地面面积。其中潥阳路的主变电所所需的两路进线电源的两段母线分别叫做天潥1198以及天潥1199，是从虹口区的天宝220kv变电站引来的。凯旋路的主变电所所需的两路进线电源的两段母线分别叫做航凯1253以及航凯1256是从徐汇区的万行220kv变电站引来的。主变电站里大多设置两台主变压器，为110kv/35kv变压器，其中110kv那一边使用的线路变压器组接线，而35kv那一边则使用的是单分母的分段方式，每段母线各设置五回的用于出线的间隔，并多预留两回的间隔，为了防止线路故障等问题，两段母线之间还设置有母联断路器，在线路完全正常运行时会把母联断路器给打开。35kv那一边则是通过接地变压器，并去经过小电阻来接地，接地变压器的热稳定电流一般是为1000A、10s。而在当设备系统处于正常情况下，两台主变电器一般为分列运行。通过自身的35kv馈出断路器以及馈出电缆给自身所属的供电区域里的35kv/DC1500V牵引变电所和35kv/0.4kv降压变电所提供所需电力。2.2.2变电所分布位置在牵引变电所的位置、数量以及容量上。需要根据许多条件来进行研究，需要考虑许多因素，例如当地的所经过的电车数量、电车的不同型号以及电车自身所需要消耗的牵引供电的计算，只有通过各方面因素条件集合并加以优化选择，才能即能满足相关方所提出的条件，也能满足日后工程的进行。因此在地铁10号线的全线上共设置了13个AC35kv/DC1500kv的牵引变电所，分别处在全线上13个位置（虹桥火车站、虹桥1号航站楼、宋园路站、龙溪路站、上海图书馆站、老西门站、天潼路站、邮电新村站、国权路站、三门路站、新江湾城站、紫藤路站、吴中路停车场），每个车站里都会相对应的设置一个35kv/0.4kv的降压变电所，但其中五个站（吴中路停车站、龙溪路站、豫园站、四川北路站、同济大学站）因负荷情况便增加了一个跟随式的降压变电所。而三门路站、新江湾城及吴中路停车场因为降压变电所并未与牵引变电所共同建设，所以他的降压变电所是以跟随式降压变电所设置的。（见表2.2.2）表2.2.2序号车站牵引变电所降压变电所跟随式降压变电所1虹桥火车站√√2虹桥2号航站楼站√3虹桥1号航站楼站√√4上海动物园站√5龙溪路站√√√6水城路站√7伊犁路站√8宋园路站√√9虹桥路站√10交通大学站√11上海图书馆站√√12陕西南路站√13新天地站√14老西门站√√15豫园站√√16南京东路站√17天潼路站√√18四川北路站√√19海伦路站√20邮电新村站√√21四平路站√22同济大学站√√23国权路站√√24五角场站√25江湾体育场站√26三门路站√√27殷高东路站√28新江湾城站√√29龙柏新村站√30吴中路停车站√√√31紫藤路站√√32航中路站√2.2.3供电系统中压网络第一供电分区——龙柏新村站、吴中路停车场、紫藤路站、航中路站第二供电分区——虹桥火车站站、虹桥2号航站楼站、虹桥1号航站楼站第三供电分区——上海动物园站、龙溪路站、水城路站第四供电分区——伊犁路站、宋园路站、虹桥路站、交通大学站第五供电分区——上海图书馆站、陕西南路站、新天地站第六供电分区——老西门站、豫园站、南京东路站第七供电分区——天潼路站、四川北路站、海伦路站第八供电分区——邮电新村站、四平路站、同济大学站第九供电分区——国权路站、五角场站、江湾体育场站第十供电分区——三门路站、殷高东路站、新江湾城站2.3供电系统的检测与运营2.3.1供电系统在各种情况下的运行方式1.正常状态下：主变电所内的主变压器分别给各自所负责区域内的相关变电所提供牵引动力和照明负荷。并配有两回35kv电源提供供电。2.故障情况下：1）当一台变压器发生故障时，首先先切除故障变压器，切断由该变压器所提供的供电区域，由另一台主变压器负责提供电力，负责提供该区域内的负荷。2）当一个主变电所因为故障发生解列，并且在35kv母线及环线电缆没有问题的情况下，先去合上其位于老西门站的主变电所的联络断路器，并去切除整个一期工程的范围内各个变电所的三级负荷，通过另一个无故障的主变电所对一期工程内的一、二级负荷进行供电。3）当在牵引、降压变电所内的任何一回35kv的进线电源或者电缆发生故障，则需要先切断发生故障的电源，合上其母联分段断路器，让另一个电源进行供电。2.3.2供电系统的保护、测量与监控如今在变电所内使用的二次设备都是一体化的现代化的综合自动化系统，并采取分层分布式结构。在继电保护方面需要保护装置能够做到简单有用可靠，能够有效保护重要电力设备，各级保护也能够协调运作，一般继电保护采用微机型产品。在手动/自动装置的选择上也需要做到装置的简单有用与可靠，在系统发生故障的区段被切除后，能够尽可能快的恢复该系统的供电，所以在供电系统的主要部分都会设置相应的手动/自动装置。在测量、信号方面上，工作人员需要对变电所内0.4kv母线和其上级的所有电气设备的实时变化状态需要实时采集、储存与显示，并将所需的信号发送到电力调度中心。测量项目与测量对象如表2.3.2所示表2.3.2测量对象电流电压有功功率无功功率带MD有功电度无功电度功率因数主变电所110kv侧√√√√√√主变电所35kv侧√主变电所35kv馈线√主变电所35kv母联√主变电所35kv母线√35kv进、出线√35kv母线√35kv母联√35kv/0.4kv配电变压器√√√整流机组交流侧√√√直流侧√1500v进线1500v母线√1500v馈线√回流线√0.4kv进线√√0.4kv母线√电容器柜√轨电位限制装置√直流屏母线√2.4供电系统的电压水平需要考虑在当最严重的运行情况（一个主变电所解列）下进行校核，需要设计其能在预计下的高峰下的小时全线所有的设备负荷下供电网络末端电压水平，需要分别考虑以下两种情况（1）当凯旋路主变电所发生解列，从而由溧阳路主变电所承担全线的牵引及动力照明一、二级负荷。经过测量，从溧阳路主变电所到虹桥火车站牵引降压混合变电所35kv电缆电压的电压降：ΔU=4.29%（2）当溧阳路主变电所发生解列，从而由凯旋路主变电所承担全线的牵引及动力照明一、二级负荷。经过测量，从凯旋路主变电所到新江湾城牵引降压混合变电所35kv电缆电压的电压降：ΔU=4.37%第三章10号线牵引降压变电所与接触网的介绍3.1牵引变电所3.1.1牵引变电所的作用与设计介绍牵引变电所的主要作用将从主变电所所送过来的35kv的电流经过降压等处理从而可以安全可靠的向接触网或第三轨提供牵引直流电流。在牵引变电所的设计原则上首先需要能够满足其在供电系统中这一环的作用，能够安全有效的传输电力。牵引整流机组自身需要满足一定量的过负荷能力，安全方面需要安装继电保护装置，在系统出现问题时，能够及时有效的阻断故障区域，在故障区域排除风险后，能够再次快速的恢复。现如今牵引变电所大多使用无人值班，并使用人工智能化管理，能在面对危情时能够更加迅速高效的处理。3.1.2牵引变电所的运行状态首先牵引变电所的供电来自于两回从主变电所传过来的35kv进线电源，并设置了母联断路器，在正常情况下为断开。而在当任一一条35kv的电源进线出现故障或短路时，就会先对母联断路器进行人工/自动合闸操作，并由另一条母线对牵引变电所提供电力。待故障或短路被排除后，再断开母联断路器进行恢复。在供电所内运作正常时，两台整流机组会并联运行，并会打开接触网越区隔离开关，这时该牵引变压器就会与隔壁两相邻的牵引变电所能够双边供电，向行驶在负责的供电区域内的车厢提供电力。当在牵引变电所出现故障时也需要有一套合理完善的解决方案。在当一个整流机组发生故障时，由另一台整流机组负责该供电区域的全部负荷供电，但也需要在该整流机组在合理可控的负荷内才能继续运作。在当一整个牵引变电所发生故障时，则需要隔壁相邻的两座牵引变电所通过该变电所负责的区域内的接触网越区隔离开关或者该区域内的直流母线来恢复这个区域内的车厢用电。但当该区域内的接触网发生故障时，则需要立即快速的停止对牵引变电所对该区域内的接触网供电。车辆在位于吴中路停车场时，在正常状态下，车辆进入停车场后，先停车场内的接触网与车辆轨道上的正线接触网进行分断，是通过电动隔离开关来进行分断，在成功进行分断后，就由停车场负责的牵引变电所来进行对停车场内的车辆进行供电。而在当吴中路停车场的牵引变电所出现了解列的情况，就先需要连接上停车场内的接触网与外部正线的连接，然后再通过隔壁相邻的两座牵引变电所（紫藤路站与龙溪路站）来对停车场内的接触网进行供电。3.1.3牵引变电所的控制保护装置1）控制监控：整个牵引变电所内的控制、传输、显示都是由自动化系统自动完成与记录，并可实时由位于电力控制中心的调度系统所控制与监控。通过自动化智能化的监控系统能够快速的实时反应与预测问题的出现，并在尽可能快的情况下及时排除险情。在提醒方面能够根据情况的不同，以光声等不同形式提醒，变电所内的设备在控制方面也可分为三级控制，分别为远距离控制、所内集中控制与设备自身控制。在几种控制的配合下能够实现多种处理方案。2）保护装置：牵引变电所出现故障后若处理的不及时或者处理有问题，十分容易导致电气设备的损坏以及所车辆人员的危险。因此在牵引变电所内除了传统的微机过流过压保护的功能外，还能通过光纤模块，在发生故障后，保护装置之间能够互相产生信息交流，实现信息共享，以做到最快的处理故障区域，以及快速打开备用方案。3）自动装置：在变电所的35kv母联断路器以及0.4kv母联断路器处都有自动投入装置，并且其带有的自投功能可以在所内进行操作，也可以远程由控制中心进行远程控制与操作。并且在0.4kv处还带有自我恢复功能，在故障排除后，失电电源能够恢复正常的供电能力后，便可自动恢复运行，而母联则先处于热备用状态。变电所内的DC1500v处的馈线断路器处则需要安装一个能够自动重合闸的装置。3.1.4牵引变电所站内用电1）站内交流电使用：首先先需要从变电所内的低压母线段引出两路电源提供给交流屏使用，设置两路的目的也是为了防止电源一路出现问题后的备用，对于站内的交流电使用也需要设置相关的电力监控与采集装置，电源切换等功能。2）站内直流电使用：从交流屏内引出两路电源，提供给负责站内电力处理的直流装置，并也相应的增加相关的电力监控与采集装置，电源切换等功能。直流电系统还需要额外配置蓄电池、发电机等备用设备，蓄电池的容量也能满足在应急情况下的使用。站内的照明、检修配电箱等的电源都有直流自用电系统提供。3.1.5牵引变电所内设备1）互感器：互感器是一种电压、电流的变换设备，在实际的供电设备中有些参数与数据无法直接被读出与测量，因而就需要将高电压变为低电压，高电流变为低电流，从而用于继电保护和电气数据测量使用。互感器是将高电压，高电流的那一侧变成在二次侧符合规定标准的小电压和小电流。互感器的使用间接扩大了仪表的使用范围。互感器一般由电压互感器与电流互感器。2）避雷装置：避雷器可分为接闪器和避雷器，接闪器是用来直接接受雷电的金属物体，其金属杆也被称为避雷针，避雷针是一种十分有效用来避免雷电的方法。避雷线则是用来保护架空的电线以及暴露于外的配电设备免收雷电的直击的装备。避雷网一般用于房屋的边缘或者凸起的部件的安装。避雷器则多用于进线保护和绝缘能力比较弱的线路使用。3）高压开关设备：高压开关设备一般可分为四种类型，即为高压断路器、高压隔离开关、熔断器、高压负荷开关。高压断路器是一整个牵引变电所内高压电气设备中最重要的设备，也是保护一次电力系统中电路的关键设备。一般起着两个作用，一是控制、二是保护，保护是指在电力的设备及线路一旦出现问题或者故障，然后继电保护装置就会发出信号，断路器收到跳闸信号后就会启动，将故障部分从电网系统中快速隔离切除，从而让没有问题的部分正常运营。控制则是能将设备或者线路运行或者不运行。根据使用的不同介质，断路器也有分为油断路器、六氟化硫断路器和真空断路器，虽然油断路器结构简单并且价格低廉，但因为油在灭弧情况下容易碳化，从而导致后期整体工作量变大，从而逐渐被六氟化硫断路器以及真空断路器所代替，现如今地铁10号线都使用六氟化硫断路器。高压隔离开关一般是和断路器一起配合使用，但只能在断路器断开时才能使用。高压隔离开关是一种比较简单的设备，但并没有装有灭弧装置，因此在合闸下的情况只能通过额定的电流，但不能去切断负荷、短路电流。但分类方面分为无接地闸刀、一侧有接地闸刀、两侧有接地闸刀。根据操作的不同，可以分成四种，有手动式、电动式、液压式以及气动式。在使用顺序的上面，需要记住，在合闸时，先合上隔离开关，后合上断路器，而在分闸时，则先分开断路器，再分开隔离开关，这一系列的操作成为倒闸操作。所以为了安全上的考虑，就需要装一个连锁装置，因此在停电后首先先拉上线路上的侧隔离开关，而在后面的送电则合上母线那侧的隔离开关。熔断器：熔断器一般用于切断发生问题的故障区域来避免其余电气设备免遭损坏，它一般以串联的形式存在于电路中，一旦当电路发生故障（短路、过负荷）时，就会发生熔体熔断，从而维持电力其余设备正常工作。不过缺点也十分明显，首先该部件自身稳定性不太高，一旦熔断后需要重新换一个新的，因此增加了停电的时间。高压负荷开关：高压负荷开关一般与熔断器一起使用，类似于高压隔离开关，高压负荷开关有着简单的灭弧装置，因此负荷电流与过负荷电流被允许通过，但短路电流不能被隔离开，使用的方法一般是选择和熔断器串联使用。4）整流机组：整流机组内有变压器、整流器以及等效24脉波整流机组，变压器可分为升压变压器以及降压变压器，根据相数则可以分为单相变压器、三相变压器、多相变压器，根据圈形也可以分为单线圈变压器、双线圈变压器和三线圈变压器。变压器也有着油浸式、干式和充气式。整流器则用于改变电流的性质。等效24脉波整流机组目标是用于提高功率因素，从而降低网侧电压波形畸变和干扰，以及直流电压的纹波系统。3.2降压变电所3.2.1降压变电所的作用与设计介绍降压变电所的设计主要为低负荷服务，所以在建设初期，就先需要靠近低负荷区域。降压变电所将主变电所所传过来的35kv的高压电力进行降压成0.4kv的电流来提供给地铁车站内的照明通风及站内日常用电。因此在较为大型以及使用电量比较大的车站需要视情况增设跟随式降压变电所。而在有牵引变电所的车站，牵引变电所大多与降压变电所建立在一起，来省下一定的空间与费用。3.2.2降压变电所的运行状态降压变电所的主接线方面，其中35kv一侧使用的是为单母线断路器的分段形式，将从中压网络中引出两段母线，并通过将母线以环进环出的形式，从而构成环网系统。分别每个母线上接入一台配电变压器，两段母线上的设备都是为相同的，为了安全，母线上也会设置电压互感器以及避雷针。（跟随式降压变电所则使用了线路变压器的组接方法，并设置相应的断路器）而在0.4kv一侧使用的则为单母线的分段接线方法，在进线的一口还将设置浪涌保护器，防止过电压。在变电所正常运行的状态下，35kv一侧的母联断路器会处于分断的状态，而两段母线也处于分列运行的状态，当其中一条母线发生故障时，母联断路器会自动闭合，并由另一条无故障的一条母线进行供电。当0.4kv一侧正常运行时，0.4kv的I段=1\*ROMANI=2\*ROMANI段母线进线会正常给I段II段母线供电，而当其中某段发生故障，那么他的电源断路器就会自行启动断开并推出运行，切除其下级的负荷，并由正常的进线电源负责来给降压变电所内的一、二级负荷提供电力。3.3接触网3.3.1接触网的介绍与作用接触网作为给车厢供电的最后一环有着十分重要的作用，因此在选择与标准上十分需要考究，首先需要满足上海的气候条件，能满足在露天与地下隧道时不同情况下的运行，在设计接触网时也要避免外界的影响。接触网的主要作用是将从牵引变电所引来的电流提供给车厢使用，接触网自身能够承受持续高强度的电流负荷压力，车辆在高速行驶时，会产生高速的摩擦，这需要接触网在自身在选择上，更青睐于耐腐蚀、寿命长、结构稳固且各项指标达标的产品。并且在高速的摩擦中，依旧能够给车厢提供持续稳定的电流。接触网的悬挂类型：刚性接触网与柔性接触网刚性接触网：刚性接触网因为其耐磨损的特点，因此其维修周期长，使用寿命可达20年，在日常使用方面，不存在断裂、烧融的可能性，也不存在受电弓对其损伤。刚性悬挂及时发生故障也是为小范围故障，更加方便快捷处理。但也因为刚性接触网比较坚固，从而缺乏可调性，在刚性接触网自身发生损伤时，就难以恢复，从而影响后续的车辆的运营。在高速的摩擦下，受电弓容易损坏，上面的碳粉也容易损耗，并污染当地的环境。柔性接触网：柔性接触网具有弹性，在与车辆的受电弓高速摩擦接触中，能更好的吸收高速运动下带来的震动，也能使受电弓过渡平稳，电流质量更好。柔性接触网具有更大的弹性，但也更容易断裂，并且在断裂后的维修成本与花费时间相比较刚性接触网更为长。3.3.210号线接触网设计方案整体10号线的接触网使用的刚性接触网与柔性接触网相结合的设计思路线别悬挂类型导线组成地下段正线架空“”型刚性悬挂汇流排+单接触线+单架空地线渡线、存车线、折返线、联络线架空“”型刚性悬挂汇流排+单接触线+单架空地线吴中路停车场库线补偿简单悬挂单接触线+单架空地线其他补偿简单悬挂单接触线+补偿吊索+单架空地线第四章供电系统相关数据计算短路情况下的数据计算Z代表接触网或馈线的自阻抗Zm1-上行和其下行线行以及下行网与馈线之间的互阻抗Zm2-不同线同线路的接触网馈线间的互阻抗Zm3-不同线同线路的接触网线间的互阻抗l-短路点与牵路点之间的牵引距离(km)l'-短路点与相邻路点到相AT的距离(km)L'-与短路点相邻短路点AT的距离(km)L-供电电臂长度(km)D-横连连线间(km)变压器的过负荷能力计算，本计算先只针对于油浸式变压器。一般有两种计算方式来对变压器的绕组温度进行计算，为指数的方程法和微分的方程法，但对于我们所计算的牵引变压器，因为其过负荷的情况与指数方程式会更为贴近，因此在计算牵引变压器过负荷上，我们会更青睐于使用指数方程式油浸式变压器自然冷却稳态热点温度计算方法如下对应于负载系数K的温度增加值2)对应于负载系数K的温度减少值:三相对称短路计算公式第五章区间动力照明、杂散电流防护与监控系统5.1区间动力照明区间动力系统的电力一般来自于就近的降压变电所，一般以区间中心为中心线，左右两边分别交给左右两边相邻的车站降压变电所来提供电力，在电力方面的电压差值一般为5%的上下偏差。在风雨天，地铁站内需要做好防洪排涝的准备，因此区间内都会备用废水泵、雨水泵等设备，此类设备为一级设备，此类设备由降压变电所分两路提供电源，并末端为自动切断。区间的动力设备在不影响其他相关设备的运营下多数以直接启动为主。区间内照明系统工作原理与区间动力系统差不多，多数以区间中心为中心线，左右两边分别由左右的牵引变电所所提供电源，树干式主要为照明系统的结构，一般日常照明与应急照明使用的都是交流380v/220v的电，而那种用于疏散与指安全出口的灯则使用的是36v的安全电压。不过一般日常照明的电来自于降压变电所，而应急照明使用的是车站内备用的电源。5.2杂散电流防护系统在电力设备多的单位中杂散电流不可避免会出现，杂散电流可能会对设备与人员产生安全事故，因此针对杂散电流需要特定的防护。首先在钢轨上采用绝缘安装，在系统自身的回路系统中叶需要结合其他防护，并加强回流通路，并在杂散电流较多的地方，需要设置单向导通器，为的是防止杂散电流的继续扩散，在由金属设备靠近的地方需要做好绝缘措施，比如接地安全或选好绝缘材料，用来限制杂散电流向其他部分扩散。监控方面通过使用参比电极、智能传感器、数据处理单元等部件的组合来实时监控杂散电流的产生，一般安放在车站两端，假如区间过长也会看情况在区间之间设置一到两个监测点。并通过监控系统实时监控。5.3电力监控系统随着时代的进步，如今的牵引变电所与降压变电所越来越青睐于无人值班，主变电所这种重要的电气设备依旧为有人值班。在无人值班的变电所，由电力监控执行了以往有人值班时的所有操作。一般通过安装可改变方向，可拉远近的摄像头为主，也可以设置机器人，通过人为操控去实时监控设备上的数据。在有些变电所还可以通过的电气设备的全网一体化，将数据实时传输到远处的监控中心，在数据发生变化时提醒相关人员。电力调度控制中心可以实时对各个变电所进行遥控、指挥、测量等行为，在派出工作人员进行维修前，可以先进行网上的故障诊断与维修。对于电力监控系统上，也需要对于该系统的实时监控，确保是否正常工作，在装置自身发生故障时需要能够自我警报并故障定位，在数据上能够做到储存与记录，为日后检查数据提供资料。现在上海地铁10号线已使用相关的系统能够做到此事。通过全线全程设置了电力监控系统，在控制中心的工作人员能够实时查阅监控来自各车站、停车场以及变电所的数据，从而实时准确处理可能出现的问题。并在系统结构上采用层级式管理，在系统功能方面也采用了多种现代化的功能与运用。5.4工程设计与电气设备方面在前期工程进行时留下了为日后工程的扩建提供了实时的预留空间与面积方案。采购电气设备方面，在自身国产设备能够满足建设的需求的情况下，优先使用国产设备，以达到国产率的提高，接触网变压器等设备多以能够承受负载能力较强为主，容量也趋于偏大，但也要考虑经济环境空间等各类因素，从而使全线工程的合理可靠。最后在接触网刚性与柔性接触网互相过渡时能够更少减少影响，也提高安全与可靠性。参考文献[1]张秀芹.城网自动化对110kV变电所设计的新要求[J].河北农业大学学报,2002(S1):299-300[2]李泉源.城网改造110kV变电所设计思路[J].电力建设,2000(10):14-15+18.[3]上海市隧道工程轨道交通设计研究院编著上海市轨道交通10号线一期工程设计2014[4]禹中文.城网110kV变电所设计技术探讨[J].广西电力,2003(04):46-48.[5]郑同斌,吕春华,尚启光.城网110kv变电所设计思路[J].黑龙江科技信息,2007(23):48.[6]冯劲松．地铁供电系统外部电源供电方式的分析与比较［J］．智能城市，2019，511:82－83[7]柴段鲲．城市轨道交通直流供电系统故障建模与保护仿真系统开发［D］．北京交通大学，2017[8]陈欢.地铁供电系统的供电方式及其选择浅析[J].农家参谋，2018（6）：233[9]张永康.地铁供电系统外部电源供电方式的分析与比较[J].城市轨道交通研究，2005（6）：80-82.[10]王弼宁.地下铁道外部电源供电方式的分析比较[J].科技视界，2015（3）：279-280.[11]李群湛，贺建闽．牵引供电系统分析［M］．成都:西南交通大学出版社，2007[12]于松伟．城市轨道交通供电系统设计原理与应用［M］．成都:西南交通大学出版社，2008．[13]GB50157－2013地铁设计规范［S］．[14]刘维,陈亚慧.城市轨道交通牵引供电及电力技术探究[J].中小企业管理与科技,2020(15):166-167[15]孙磊地铁直流牵引供电系统车网保护配合研究[D].北京交通大学,2019[16]史明慧,张志学.交流牵引供电系统电能质量治理综述[J].大功率变流技术,2013(2):37-42[17]何常红,吴广宁,张雪原,樊春雷,叶强.世界高速电气化铁道电能质量现状及治理措施[J].电气化铁道,2008(1):1-5[18]陈开运.机车电气设备的发展方向[J].电力机车与城轨车辆,2006,29(5):41-43.[19]吴俊阳.输配电及用电工程线路安全运行问题[J].幸福生活指南,2020(24):0113-0113.[20]郭丰.电力监控系统网络安全加固技术探讨[J].网络安全技术与应用,2020(11):132-134.[21]中国城市轨道交通协会.中国城市轨道交通智慧城轨发展纲要[J].城市轨道交通,2020(4):8-23.[22]郑欣．上海轨道交通新建线路主变电所的资源优化共享［J］．城市轨道交通研究，2015(6):79[23]于松伟.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].成都：西南交通大学出版社，2008.[24]曾德容,何正友,于敏.地铁牵引变电所可靠性分析[J].铁道学报,2008,30(4):22-27[25]郭鑫鑫，李群湛，解绍锋，等.电气化铁路高压电缆牵引网电气特性研究[J].电力自动化设备，2015，35（12）：132-137[26]回文明.城市轨道交通供电技术[M].青岛：中国石油大学出版社，2016.[27]丁坚勇,温建民,李娟,张华志.建立城轨供电系统可靠性评估体系的探讨[J].中国铁路,2007(12):45-48.[28]A.Viehweider,G.Lauss,L.Felix,Stabilizationofpowerhardware-in-the-loopsimulationsofelectricenergysystems,Simul.Model.Pract.Theory19(7)(2011)1699–1708[29]C.Stackler,N.Evans,L.Bourserie,F.Wallart,F.Morel,P.Ladoux,25kV-50Hzrailwaypowersupplysystememulationforpower-hardware-in-the-looptestings,IETElectr.Syst.Transp.9(2)(2019)86–92.[30]A.Gonzalez-Gil,R.Palacin,P.Batty,Sustainableurbanrailsystems:Strategiesandtechnologiesforoptimalmanagementofregenerativebrakingenergy,EnergyConvers.Manage.75(2013)374–388.[31]H.Liu,M.Zhou,X.Guo,Z.Zhang,B.Ning,T.Tang,Timetableoptimizationforregenerativeenergyutilizationinsubwaysystems,IEEETrans.Intell.Transp.Syst.20(9)(2019)3247–3257.[32]F.Ciccar