城市軌道交通的外部供電系統(tǒng)-k中壓網(wǎng)絡(luò)

第二章城市軌道交通的外部供電系統(tǒng)

主變電所按其降壓方式的不同可分為三級(jí)電壓制供電方式主變電所和兩級(jí)電壓制供電方式的主變電所。110kV主變電所33kV110kV降壓主變電所33kV10kV10kV牽引主變電所圖2-6三級(jí)電壓制集中供電方式結(jié)構(gòu)示意圖主變電所110kV110kV110kV主變電所主變電所10kV10kV10kV牽引、降壓主變電所圖2-7兩級(jí)電壓制集中供電方式結(jié)構(gòu)示意圖二、主變電所的主要設(shè)備主變電所中主要的電氣設(shè)備是開關(guān)設(shè)備、主變壓器、直流電源設(shè)備、自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備。

1.主變壓器主變壓器是城軌交通主變電所中的最主要的電氣設(shè)備，其作用是將從城網(wǎng)引入的高壓電源轉(zhuǎn)換成城軌牽引供電系統(tǒng)所需要的中壓電源。目前，國(guó)內(nèi)城市軌道交通主變電所均設(shè)置兩臺(tái)主變壓器，互為備用。正常情況下，兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，各負(fù)擔(dān)50%的用電負(fù)荷。

每臺(tái)變壓器容量大約在20MVA～40MVA范圍，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)滿足如下條件：

1）當(dāng)一臺(tái)主變壓器發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)主變壓器應(yīng)能滿足該供電區(qū)域高峰小時(shí)牽引負(fù)荷和動(dòng)力及照明一、二級(jí)負(fù)荷的供電。

2）當(dāng)一座變電所因故解列時(shí)，剩余主變電所應(yīng)能承擔(dān)全線的動(dòng)力和照明一、二級(jí)負(fù)荷及牽引負(fù)荷。為了減少城網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)荷變化對(duì)城軌中壓系統(tǒng)的電壓質(zhì)量影響，主變壓器多采用有載調(diào)壓型電力變壓器。有載調(diào)壓開關(guān)具有就地、遠(yuǎn)方操作功能，安裝在高壓側(cè)。由于油浸式變壓器價(jià)格低，應(yīng)用成熟，國(guó)內(nèi)城軌供電系統(tǒng)主變電所中大多采用三相、自冷油浸式、有載調(diào)壓變壓器，主變壓器一般采用Y,d接線，主要有110/35kV、110/33kV和110/10kV三種形式。圖2-8變電所中的主變壓器外形圖

我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，主變壓器的110kv側(cè)應(yīng)采取中性點(diǎn)直接接地方式。但實(shí)際運(yùn)行中主變壓器高壓側(cè)是否直接接地，則根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)具體運(yùn)行情況確定。有時(shí)一個(gè)主變電所的兩臺(tái)主變壓器，其高壓側(cè)一臺(tái)接地而另一臺(tái)不接地。由于城軌供電系統(tǒng)中壓網(wǎng)絡(luò)的電容電流較大，因此其主變壓器的中性點(diǎn)應(yīng)經(jīng)過消弧線圈接地或小電阻接地。對(duì)于采用Y,d接線的主變壓器，當(dāng)主變壓器無中性點(diǎn)或中性點(diǎn)未引出時(shí)。應(yīng)裝設(shè)專用的接地變壓器。接地變壓器采用曲折形接法，并具有零序阻抗低，空載阻抗高，損失小的特性。主變壓器一般有重瓦斯保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)和主變壓器過流保護(hù)等。2.開關(guān)設(shè)備主變電所中的開關(guān)設(shè)備分為高壓側(cè)（110kv側(cè)）開關(guān)設(shè)備和中壓側(cè)（35Kv或10kv側(cè)）開關(guān)設(shè)備。它們都是通斷電路的重要設(shè)備。110kv側(cè)開關(guān)設(shè)備采用戶內(nèi)安裝的110KV全封閉六氟化硫組合電器設(shè)備，SF6氣體絕緣的金屬封閉開關(guān)設(shè)備,簡(jiǎn)稱GIS。圖2-9主變電所中的開關(guān)設(shè)備

GIS是由各種開關(guān)電器：斷路器GCB、隔離開關(guān)DS、接地開關(guān)ES、母線、現(xiàn)地匯控柜LCP以及電流互感器CT、電壓互感器VT和避雷器LA等組成的電力設(shè)備,具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗污染能力強(qiáng)、運(yùn)行安全、外型美觀、設(shè)備占用空間小等特點(diǎn)。除母線為三相共箱式外，其余均為三相分箱式。110kv側(cè)GIS一般采用FS6斷路器、液壓操作機(jī)構(gòu)。中壓側(cè)電壓為35kV的中壓開關(guān)設(shè)備多采用GIS，，以減小變電所的土建規(guī)模，但均為三相分箱式，采用真空斷路器，操作機(jī)構(gòu)為彈簧儲(chǔ)能式或液壓彈簧式，采用三工位隔離開關(guān)和接地刀閘。中壓側(cè)電壓為10kV的開關(guān)設(shè)備，則可采用空氣絕緣的金屬鎧裝開關(guān)柜，內(nèi)部設(shè)有不同功能隔室，手車可為落地式或中置式。3.直流電源設(shè)備作用:為監(jiān)控設(shè)備、車站應(yīng)急照明及緊急疏散標(biāo)志等提供不間斷直流電源。線路正常時(shí)，直流電源設(shè)備為它的服務(wù)對(duì)象提供穩(wěn)定的直流電源，并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。故障時(shí)由蓄電池提供1～2小時(shí)的直流供電。圖2-10主變電所中的直流電源設(shè)備4.自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備用于對(duì)變電所電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制，并能對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集。根據(jù)供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，自動(dòng)切換電氣設(shè)備和設(shè)施故障自動(dòng)切除，為城軌供電系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行提供保障。

圖2-11主變電所中的自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備三、主變電所向牽引變電所供電的接線方式

供電系統(tǒng)的安全性、可靠性是城市軌道交通正常運(yùn)行的重要保證。為此，牽引變電所均由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電，考慮到地鐵線路分布范圍廣，通常需要在沿線設(shè)置多個(gè)牽引變電所。向牽引變電所供電的接線方式有多種方式，現(xiàn)歸納成以下幾種典型形式：

1.環(huán)形供電接線方式圖2-12環(huán)形供電示意圖圖2-13雙邊供電示意圖圖中a-牽引變電所b-主變電所c-一路三相輸電線d-軌道2.雙邊供電接線3.單邊供電接線4.輻射形供電接線

圖2-14單邊供電示意圖圖2-15輻射形供電示意圖圖中a-牽引變電所b-主變電所c-一路三相輸電線d-軌道圖2-16上海地鐵一號(hào)線供電系統(tǒng)接線圖

通過中壓電纜，縱向把上級(jí)主變電所和下級(jí)牽引變電所、降壓變電所連接起來，橫向把全線的各個(gè)牽引變電所、降壓變電所連接起來，便形成了中壓網(wǎng)絡(luò)，其功能類似于電力系統(tǒng)中的輸電線路。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能的不同，把為牽引變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)，稱為牽引網(wǎng)絡(luò)；同樣，把為降壓變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)稱為動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)。中壓網(wǎng)絡(luò)有兩大屬性：電壓等級(jí)和構(gòu)成形式。

一、中壓供電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)

1.國(guó)家中壓配電現(xiàn)狀及發(fā)展方向

我國(guó)現(xiàn)行中壓配電標(biāo)準(zhǔn)電壓等級(jí)有：66kV、35kV、10kV。

2.國(guó)內(nèi)城市軌道交通中壓網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及發(fā)展思路國(guó)內(nèi)既有城市軌道交通的中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)采用了35kV(若采用國(guó)外設(shè)備則是33kV)或10kV。近年已頒布的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB156—93中表明，20kV也是可使用的電壓級(jí)。另外，已經(jīng)完成送審稿的《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》中規(guī)定：地鐵中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)可采用35kV(33kV)、20kV、10kV。3.不同電壓等級(jí)的中壓網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及比較

序號(hào)項(xiàng)目35kv33kv20kv10kv1輸電容量較大較大中小2輸電距離較長(zhǎng)較長(zhǎng)中小3電能損耗小小較小大4設(shè)備價(jià)格高最高中低5設(shè)備國(guó)產(chǎn)化國(guó)產(chǎn)國(guó)外國(guó)產(chǎn)國(guó)產(chǎn)6設(shè)備體積及占地面積較大較小中小7環(huán)網(wǎng)柜情況無有有有8國(guó)內(nèi)城市電網(wǎng)應(yīng)用擬取消有有，很少?gòu)V泛應(yīng)用9城市軌道交通應(yīng)用國(guó)內(nèi)采用國(guó)內(nèi)外采用國(guó)外采用國(guó)內(nèi)外采用10適用標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)國(guó)家、國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)表2-1不同電壓等級(jí)中壓網(wǎng)絡(luò)的綜合比較

由于電費(fèi)在地鐵和城軌交通的運(yùn)營(yíng)成本中占很大比例，從長(zhǎng)遠(yuǎn)的角度考慮，中壓供電網(wǎng)絡(luò)宜選擇較高的電壓等級(jí)，亦即35KV或20KV為優(yōu)選方案。三、中壓網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成

1.中壓網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成原則

1)滿足安全可靠的供電要求；

2)滿足潮流計(jì)算要求，即設(shè)備容量及電壓降要滿足要求；

3)滿足負(fù)荷分配平衡的要求；

4)滿足繼電保護(hù)的要求；

5)滿足運(yùn)行治理、倒閘操縱的要求；

6)每一個(gè)牽引變電所、降壓變電所均應(yīng)有兩路電源；

7)系統(tǒng)接線方式盡量簡(jiǎn)單；

8)供電分區(qū)應(yīng)就近引進(jìn)電源，必要時(shí)可從負(fù)荷中心處引進(jìn)電源，盡量避免返送電；

9)全線牽引變電所、降壓變電所的主接線盡量一致；

10)滿足設(shè)備選型要求。

中壓供電網(wǎng)絡(luò)既可采用牽引和動(dòng)力照明同用一個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)的方案，即牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)；也可以采用牽引和動(dòng)力照明供電網(wǎng)絡(luò)相對(duì)獨(dú)立的兩個(gè)供電網(wǎng)絡(luò)方案，即牽引供電網(wǎng)絡(luò)、動(dòng)力照明供電網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于集中式外部電源方案，牽引網(wǎng)絡(luò)和動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)，可以采用相對(duì)獨(dú)立的形式，即牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)，也可以共用同一個(gè)中壓網(wǎng)絡(luò)，即牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)。對(duì)于分散式外部電源方案，采用牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)。目前，我國(guó)城市軌道交通工程有的采用了牽引動(dòng)力照明混合網(wǎng)絡(luò)，有的則采用了牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)；國(guó)外有的地鐵采用了牽引動(dòng)力照明獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)。下面以集中式供電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)絡(luò)為例，介紹中壓網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成方式。（1）獨(dú)立的牽引網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)為兩個(gè)不同電壓級(jí)時(shí)，35(33)kV牽引網(wǎng)絡(luò)常用獨(dú)立網(wǎng)絡(luò)方式。獨(dú)立的牽引網(wǎng)絡(luò)常用接線方式有如圖2-17所示A、B、C、D四種類型。圖2-17