成都地铁工程设计供电系统汇报.pptx

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1、成都地铁工程设计讲座成都地铁工程设计讲座2017年 5月 成都 汇报人：常新亮供电系统供电系统概述变电所选址和中压网络结构变电所选址和中压网络结构牵引牵引变电所及降压变电所及降压变电所变电所接触网接触网电力监控电力监控杂散电流杂散电流供电车间供电车间综合接地综合接地其他其他供电系统概述供电系统概述功能：满足供电安全、可靠、经济、合理安全、可靠、经济、合理的要求，为轨道交通系统的各种用电设备提供能源，确保列车和各机电设备系统的正常运行。地铁设计规范（地铁设计规范（GB50157-GB50157-20132013）“15.1.18“15.1.18 牵引网电压等级可分为直牵引网电压等级可分为直流流7

2、50V750V和直流和直流1500V1500V，牵引网馈电形式可，牵引网馈电形式可分为接触轨和架空接触网。分为接触轨和架空接触网。”地铁设计规范（地铁设计规范（GB50157-GB50157-20132013）“15.1.“15.1.26 26 低压配电电压应采用低压配电电压应采用220/380V220/380V。地铁用电设备牵引供电通风空调电扶梯等照明弱电系统其他地铁的电源从哪里来？地铁的电源从哪里来？成都电网500千伏变电站5座，220千伏变电站41座，110千伏变电站157座。(摘自国电成都公司网站)城市电网。城市电网。按照GB/T156-2007标准电压的规定，我国确定了750kV、5

3、00kV、330kV、220kV、110kV、35kV、10kV、6kV这几种标准电压等级。我国在不同的城市和地区也按照各地实际需求逐级建立了区域配电网络。供电系统概述供电系统概述集中式供电方式 从城市电网引入110kV电源，在主变电所经过110/35kV降压后，通过环网电缆供到该主所供电范围内的各个牵引变电所（将35kV转换成DC1500V）和降压变电所（将35kV转换成AC 380V）。分散式供电方式 在地铁沿线就近引入10kV电源，供到相邻的牵引变电所和降压变电所。供电系统概述供电系统概述目前国内大多数城市和成都轨道交通采用该方式。目前国内大多数城市和成都轨道交通采用该方式。集中供电方式

4、集中供电方式供电系统概述供电系统概述分散供电方式分散供电方式目前国内北京等少数城目前国内北京等少数城市市地铁和有轨电车线路地铁和有轨电车线路采采用分散式供电方式。用分散式供电方式。供电系统概述供电系统概述项目项目集中供电方式集中供电方式分散供电方式分散供电方式供电可靠性高。1、城市轨道交通供电系统有独立可靠的电源和专用110kV主变电所，受外界因素影响小。2、110kV电网为高压输电网，设备制造和运营管理标准高，故障率低。3、每座主变电所与城市电网仅有两处接口，系统接线简单，事故概率小。4、主变电所间和每座主变电所的两回进线电源间可以相互支援，故障情况下可通过倒闸操作恢复供电，故障影响小。较高

5、1、城市轨道交通供电系统电源来自35（10）kV电网，受外界因素影响大。2、35（10）kV电网直接向一般用户供电，故障率高。3、城市轨道交通供电系统与城市电网的接口多，倒闸操作复杂，事故概率大。供电质量相当对城市电网的影响1、110kV电网容量大，允许接入的整流负荷较大。整流负荷经两级变压器转换后，已经大大减少了对电网中其它用户的影响。2、若采取措施减小影响，需要投资较小。1、35（10）kV电网容量较小，整流产生的高次谐波直接进入35（10）kV用户网，对电网中其它用户的影响较大。2、若采取措施减小影响，需要投资较大。运营管理与城市电网的接口少、城市轨道交通内部供电自成系统，调度和运营管理

6、方便。与城市电网的接口多，调度和运营管理环节多，故障情况下的转电操作复杂。实施难易程度只涉及城市电网的几座220（110）kV变电站的增容改造，工程量小，涉及面小，外部电源建设相对容易。涉及到城市电网的数十座110或35（10）kV变电站的增容改造或新建，工程量大，涉及面大，外部电源建设相对困难。目前目前，成都地区普通地铁的供电系统采用，成都地区普通地铁的供电系统采用110/35kV110/35kV两级电压集中供电方两级电压集中供电方式，牵引供电系统和动力照明配电系统共用式，牵引供电系统和动力照明配电系统共用35kV35kV供电网络。供电网络。市市域快铁域快铁的供电系统采用的供电系统采用110

7、/110/2 25kV5kV两级电压集中供电方式，动力照明配两级电压集中供电方式，动力照明配电系统采用电系统采用110/110/3535/0.38/0.38kVkV供电方式。供电方式。供电系统概述供电系统概述供电系统概供电系统概述述-设计流程设计流程供电系统的构成：（1）外部电源（主变电站或开闭所）（2）供电系统中压网络（3）牵引和降压供电系统（4）接触网（5）电力监控（6）杂散电流腐蚀防护及综合接地（7）供电车间三三大大“专业专业”三三小小“专业专业”变电所选址和中压网络结构变电所选址和中压网络结构主变电所选址主变电所选址供电计算及牵引变电所供电计算及牵引变电所设置方案设置方案中压环网结构中

8、压环网结构变电所选址和中压网络结构变电所选址和中压网络结构（主变电所的系统构成不在本章节内容里介绍。）（主变电所的系统构成不在本章节内容里介绍。）主变电所主变电所A主变电所主变电所B110kV电源点电源点110kV电源点电源点110kV电源点电源点110kV电源点电源点降压变电所降压变电所牵引变电所牵引变电所39主变电站设置原则地铁线网和本工程的关联性，换乘站数量电源引入的便利性，主变电站至城市电网电源距离不能太远主变电站的位置条件尽可能靠近轨道交通线路地形条件，避免设在坍塌或高填土方地区维护管理和生活条件，避免设在空气污秽及土壤中电阻率过高和有剧烈震动的地区与城市规划相协调，应注意与外界的景

9、观协调。需综合考虑主变电站容量的选择。规划主变电站的顺序。先期实施的线路，对应的相关主变电站优先建设。主变电所设置原则主变电所设置原则要有地要有地要有电要有电离线路要离线路要近近线路线路输入：平纵断面资料输入：平纵断面资料；车辆车辆输入输入：A A、B B、C C型车型车、供电电压、动拖比、供电电压、动拖比、速度、速度、加速情况、加速情况、制动等。制动等。行车输入行车输入：行车对数、速度曲线、能耗、旅行速度等。：行车对数、速度曲线、能耗、旅行速度等。19 127 K16 920m 1120m K16+334 草场坡站 1305m 920m K15+414 南稍门站 300.0 3.0 200.

10、0 2.0 350.0 10.1 550.0 2.0 250.0 里 程 线 路 平 面 线 路 纵 断 面 电流 A 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 时间 s 60 50 40 30 20 10 0 km/h 速度 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 变电所选址和中压网络结构变电所选址和中压网络结构变电所选址和中压网络结构变电所选址和中压网络结构1、根据线路特点，选取基准车站作为起点，基准车站一般选取区间长度较长的车站，或者末端站。2、以基准车站为起点，选取可能设置牵引变电所的车站，进行排列组合。3、控制条件：(正常工况+

11、故障工况）1）最低网压应不小于1000V（GB5015715.1.19）2）钢轨电位不大于120V（GB5015715.7.16）4、满足控制条件下，选取牵引所设置少，牵引所布置均衡的方案。5、计算结果供电计算流程：供电计算流程：平均运量法平均运量法 运行图法运行图法1)1)牵牵引变电引变电所所布点布点.2)2)牵引网各导线截面。牵引网各导线截面。3)3)各各牵引变电所的整流机组牵引变电所的整流机组的容量的容量、钢钢轨的电位值。轨的电位值。4 4)环环网电缆的截网电缆的截面。面。5 5)牵引变电所的短牵引变电所的短路电流路电流值（值（最大、最最大、最小小）。）。6)6)牵引能耗及电能损失计牵引

12、能耗及电能损失计算。算。7)7)需需用功率及年用电用功率及年用电量。量。变电所选址和中压网络结构变电所选址和中压网络结构关于容量的那点关于容量的那点“小小”事事变电所选址和中压网络结构变电所选址和中压网络结构关于容量的那点关于容量的那点“小小”事事为什么主变压器要分阶段扩容？为什么主变压器要分阶段扩容？成都的电价计费：基础成都的电价计费：基础电费（电费（“座机费座机费”）+电度电价（使用电量）电度电价（使用电量）算笔账：基础电费多少钱算笔账：基础电费多少钱？成都市给地铁公司的基础电费是成都市给地铁公司的基础电费是39元元/kVA.月，月，如果一个主变电所的变压器近期容量如果一个主变电所的变压器

13、近期容量40MVA，远期系统容量为，远期系统容量为63MVA，相差，相差，23*1000*39*12/10000=1076.4万元万元/年，年，两台主变压器多少钱？（两台主变压器多少钱？（500600万元）万元）其其他原因：减少一次性投资，避免主变压器负载率过低；寿命与远期想匹配。他原因：减少一次性投资，避免主变压器负载率过低；寿命与远期想匹配。初初近近远期的设备配置标准远期的设备配置标准 除了主变压器根据供电计算，选择采用近期容量还是远期容量，其他的除了主变压器根据供电计算，选择采用近期容量还是远期容量，其他的线缆和设备（如线缆和设备（如110kV进线电缆、开关柜、进线电缆、开关柜、35kV

14、环网电缆、整流机组、环网电缆、整流机组、接触网线缆等等），均按照远期系统容量一次实施到位。接触网线缆等等），均按照远期系统容量一次实施到位。电度电价（中压环网结中压环网结构构-交交流系统图）流系统图）变电所选址和中压网络结构变电所选址和中压网络结构典型的集中配电方式典型的集中配电方式1）主接线2）房建布置3）继电保护配置继电保护配置牵引及降压变电所牵引及降压变电所牵牵引降压变引降压变电电所所-主接线型式主接线型式进线进线出线出线35kV三相母排三相母排2*整流机组整流机组配电变配电变1配电变配电变2DC1500V母排母排DC1500V开关柜开关柜上网隔离开关上网隔离开关接触网（轨）接触网（轨）

15、整整流机组的原理流机组的原理牵引变电牵引变电所所-主接线型式主接线型式两两套套牵牵引引整整流流机机组组接接于于同同一一段段35kV母母线线，两两台台整整流流变变压压器器二二次次侧侧输输出出电电压压相相位位角角相相差差15，并并联联运运行行构构成成等等效效24脉波整流。脉波整流。牵引变电所设牵引变电所设备平面布备平面布置置牵引变电牵引变电所所-房建布置房建布置35kV开关柜开关柜室室整流变整流变压器室压器室直流开直流开关柜室关柜室再生制再生制动室动室控制控制室室检修储藏检修储藏室室、电缆、电缆井等井等牵引变电牵引变电所所-对土建要求（挑重点）对土建要求（挑重点）空间要求、柜体间距电缆敷设要求消防

16、要求运输通道要求荷载要求装修要求照明要求通风要求通风要求其他要求其他要求确定系统方案确定设备数量设备尺寸采用包容设计，柜排列依据变电所设计规范设备尺寸采用包容设计，柜排列依据变电所设计规范设置电缆夹层，净高1.9m，设安全照明，防排水。耐火等级、疏散方式、防灾报警、气体灭火、双向开启防火门变电所设置在站台层，便于通过轨道运输，靠近轨旁侧采用可拆卸墙；设置在其他变电所设置在站台层，便于通过轨道运输，靠近轨旁侧采用可拆卸墙；设置在其他层时，应预留吊装孔。层时，应预留吊装孔。经验值，需要考虑设备运输时的动荷载。经验值，需要考虑设备运输时的动荷载。地面装修层厚度，地面采用耐磨水磨石。地面装修层厚度，地

17、面采用耐磨水磨石。参考参考建筑照明设计标准建筑照明设计标准GB50034提发热量及温湿度要求提发热量及温湿度要求设备房集中设置，设备上方无其他管线，不临靠水房，防鼠。设备房集中设置，设备上方无其他管线，不临靠水房，防鼠。地铁设计规范(GB50157-2013)20kV及以下变电所设计规范（GB50053-2013）3kV-110kV高压配电装置(GB50060-2008)变变电所内景图电所内景图牵引变电牵引变电所所-房建布置房建布置牵引变压器室牵引变压器室牵引变电牵引变电所所-房建布置房建布置牵引整流变压器和整流器柜（整流机组）牵引整流变压器和整流器柜（整流机组）35kV35kV开关柜室开关柜

18、室牵引变电牵引变电所所-房建布置房建布置35kV35kV交流开关柜交流开关柜牵引变电牵引变电所所-房建布置房建布置直流直流1500V1500V开关柜开关柜负极柜负极柜直流开关柜室直流开关柜室牵引变电牵引变电所所-房建布置房建布置控制室控制室控制信号屏控制信号屏+交流屏交流屏+直流屏直流屏+蓄电池柜蓄电池柜牵引变电所牵引变电所轨电位限制轨电位限制装置排流装置排流柜柜 排流柜排流柜 单向导通装置单向导通装置牵引变电所牵引变电所-保护配置保护配置作用：作用：继继电电保保护护装装置置是是在在供供电电系系统统中中用用来来对对电电气气一一次次系系统统进进行行监监视视、测测量量、控控制制和和保保护护，由由微

19、微机机系系统统、继继电电器器、电电源源系系统统等等组组成成的的一一套套专专门门的的自自动动装装置。置。要求：要求：可靠性可靠性、选择性、灵敏性、速动性、选择性、灵敏性、速动性牵引变电所牵引变电所-保护配置保护配置非电非电量保护量保护电量（电量（电流、电流、电压）保护电压）保护GB 50157 15.2.20 15.2.21 15.2.22 15.2.23GB50062GB14285接触网接触网4.1城轨接触网的类型第三轨供电方式架空刚性悬挂供电方式架空柔性悬挂供电方式主流主流对应的车辆对应的车辆型式型式接触网接触网4.1城轨接触网的类型跨座式单轨非主流非主流唐山磁悬浮列车广州APM五轨珠海地面

20、感应式有轨电车接触线接触线汇流排汇流排支撑结构支撑结构支持绝缘子支持绝缘子支持线夹支持线夹接触网接触网-刚性悬挂刚性悬挂汇流排终端中间接头刚柔过度元件接触网接触网-刚性悬挂刚性悬挂电分段&电分相电分段（用于直流牵引的普铁）1）绝缘锚段关节，用于牵引变电所馈线上网点；2）分段绝缘器，一般用于渡线处。电分相（用于AC25kV的大铁和市域铁路）1）采用两个绝缘锚段关节，形成中间一段中性段（无电区）；2）用两套分段绝缘器，也可以形成中间一段中性段（无电区）；接触网接触网-刚性悬挂刚性悬挂接触网接触网-柔性悬挂柔性悬挂承力索接触线吊弦架空地线辅助馈线定位装置腕臂支柱基础承力索承力索接触线接触线吊弦吊弦架

21、空地线架空地线支柱支柱腕臂腕臂定位装置定位装置接触网接触网-柔性悬挂柔性悬挂弓形腕臂悬挂弹性底座悬挂接触网-柔性悬挂安装方式地下车辆段高架变电所综合自动化（PSCADA）1)杂散电流（“迷流”）的产生杂散电流对金属结构的腐蚀有四个方面：钢轨、道床结构钢筋、隧道结构钢筋、地网及地铁外部其它公共设施杂散电流腐蚀防护堵堵排排测测采取采取“以堵为主，以排为辅，以堵为主，以排为辅，防堵结合，加强监测防堵结合，加强监测”的设计原则：的设计原则：杂散电流检测杂散电流检测加强金属构件腐蚀防护加强金属构件腐蚀防护限制杂散电流扩散限制杂散电流扩散从源头上减少杂散电流从源头上减少杂散电流杂散电流腐蚀防护GB5015

22、7-2013CJJ49-921）走行钢轨和）走行钢轨和DC1500V设备采用绝缘法安装。设备采用绝缘法安装。2）利用道床结构钢筋的可靠电气连接，形成杂散电流主收集监测网；）利用道床结构钢筋的可靠电气连接，形成杂散电流主收集监测网；3）利用地下车站、明挖（或矿山法）区间隧道及）利用地下车站、明挖（或矿山法）区间隧道及U型槽、桥梁结构钢筋的可靠电气连接，形成杂型槽、桥梁结构钢筋的可靠电气连接，形成杂散电流辅助监测网；散电流辅助监测网；4）在盾构区间采用隔离法对盾构管片结构钢筋进行防护。）在盾构区间采用隔离法对盾构管片结构钢筋进行防护。5）在正线牵引变电所附近设置道床结构钢筋排流端子，以便用排流电缆

23、将杂散电流主收集监测网）在正线牵引变电所附近设置道床结构钢筋排流端子，以便用排流电缆将杂散电流主收集监测网连接至牵引变电所内排流柜。连接至牵引变电所内排流柜。6）在正线牵引变电所内设置排流柜。排流柜应根据运营过程中对杂散电流腐蚀状况的监测结果判）在正线牵引变电所内设置排流柜。排流柜应根据运营过程中对杂散电流腐蚀状况的监测结果判断是否投入运行。断是否投入运行。7）在车站两端、地下区间联络通道及高架区间每隔）在车站两端、地下区间联络通道及高架区间每隔200m左右设置上、下行均流电缆；在设置牵左右设置上、下行均流电缆；在设置牵引变电所的车站一端不再设置均流电缆。在正线同一行的两根钢轨间每隔引变电所的

24、车站一端不再设置均流电缆。在正线同一行的两根钢轨间每隔200m左右也设置一处均左右也设置一处均流电缆。流电缆。8）车辆段（停车场）应根据接触网供电分段情况确定牵引回流回路，恰当的设置回流点和均流电）车辆段（停车场）应根据接触网供电分段情况确定牵引回流回路，恰当的设置回流点和均流电缆。缆。9）车辆段（停车场）线路与正线之间、车辆段（停车场）各电化线路的库内线路与库外线路之间）车辆段（停车场）线路与正线之间、车辆段（停车场）各电化线路的库内线路与库外线路之间应设置绝缘轨缝并装设单向导通装置。电化股道和非电化股道之间、电化股道尽头线与车挡设备应设置绝缘轨缝并装设单向导通装置。电化股道和非电化股道之间

25、、电化股道尽头线与车挡设备之间应设置绝缘轨缝。之间应设置绝缘轨缝。10）应设置完善的杂散电流监测系统。）应设置完善的杂散电流监测系统。杂散电流腐蚀防护主所110kV GIS40.5kV开关柜配电变400V开关柜整流变上网电缆及开关地铁控制中心复示终端1500V直 流开关柜架空接触网地下段钢性架空接触网供电维护机构的规划应立足于轨道交通线网规划的全局，实现维护资源的共享。考虑供电系统运行的重要性和接触网的无备用特性，应结合运营需求，适当考虑新型检测设备的概算，便于运营从周期修向状态修装换。供电车间供电车间防雷与综合接地变电所变电所35kV母线上设置避雷器，防止雷电过电压。地下整流器正、负母线间及

26、正母线对地间各设置一台避雷器，地面和高架牵引降压混合变电所负母线对地下整流器正、负母线间及正母线对地间各设置一台避雷器，地面和高架牵引降压混合变电所负母线对地间增设一台避雷器。地间增设一台避雷器。交、直流屏两段母线及重要出线回路分别设置一组浪涌保护装置。交、直流屏两段母线及重要出线回路分别设置一组浪涌保护装置。接触网接触网高架区段接触网兼做避雷线；架空地线通过放电间隙（地电位均衡器）接地，接触线通过避雷器接地；隧道口设置避雷器；地面（高架）区段接触网上网处设置避雷器。地下地下车站车站防雷防雷地下车站，地下车站，0.4kV开关柜进线柜、各弱电系统配电箱、出入口配电箱设置电涌保护器。开关柜进线柜、

27、各弱电系统配电箱、出入口配电箱设置电涌保护器。地面冷却塔厂家自带接闪杆，环控电控室设置冷却塔变频控制柜，柜内设置电涌保护器。地面冷却塔厂家自带接闪杆，环控电控室设置冷却塔变频控制柜，柜内设置电涌保护器。地面车站地面车站二级防雷建筑，利用金属屋面作接闪器，采用防雷接地系统。二级防雷建筑，利用金属屋面作接闪器，采用防雷接地系统。各级配电箱设浪涌保护器。各级配电箱设浪涌保护器。高架区间高架区间利用接触网架空地线作为避雷线，防止直击雷电对区间电气设备的影响。利用接触网架空地线作为避雷线，防止直击雷电对区间电气设备的影响。各级配电箱设置电涌保护器。各级配电箱设置电涌保护器。防雷与综合接地其他其他其他其他

28、分区一分区一分区二分区二分区三分区三分区四分区四分区五分区五分区六分区六分区一分区一分区二分区二分区三分区三分区四分区四其他其他-关于大小分区关于大小分区序号比较项目小分区大分区1灵活性在故障运行方式下，通过倒闸作业实现对全线的供电，灵活性好。同方案一2可靠性在各种运行方式下，均能向轨道交通供电，可靠性高。同方案一3继电保护配置可通过差动+过流保护来实现，后备保护（过流保护）时限配合易满足要求。继电保护可通过差动+数字通信电流保护来实现，4可实施性经验丰富，没有技术难度，可实施性好。电缆减少，更利于电缆布置和工程实施。5中压供电网络电压水平满足要求满足要求6电缆投资基准投资较少7对土建影响由于

29、主变电所向多条线的多个分区供电，在出口处，单个断面的电缆数量十分庞大，与土建配合困难。单个断面的电缆数量已经降至最低，对土建要求最低。8运营费用基准相对略少9维护管理基准相对方案一少10目前国内应用情况上海地铁，广州地铁2、3、4号线，南京地铁广州地铁6号线，最大分区为11座变电所；天津地铁6号线，最大分区为10座变电所其他其他-关关于大小分区于大小分区其他其他-关于再生制动关于再生制动机车吸机车吸收利用收利用将机械能转换为将机械能转换为电能返回到牵引电能返回到牵引网系统，由其它网系统，由其它机车吸收利用。机车吸收利用。车载电车载电阻消耗阻消耗通过车载电阻进通过车载电阻进行发热，转换为行发热，转换为热量后散发到地热量后散发到地铁隧道里。铁隧道里。闸瓦发闸瓦发热损耗热损耗电制动不能满足电制动不能满足机车制动要求时，机车制动要求时，通过空气制动、通过空气制动、闸瓦磨损消耗机闸瓦磨损消耗机车动能。车动能。机械能电能机械能热能机械能热能其他其他-关于再生制动关于再生制动p关于20kV中压环网p非磁性钢管p与车辆段综合管线的配合、信号机p关于站台板预留开孔的问题p关于轨道电连接其他其他谢谢！谢谢！