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電壓制供電方式主變電所和兩級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)對象提供穩(wěn)定的直流電源，并對蓄電池進(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)備用于對變電所電氣設(shè)備的監(jiān)測和控制，并能對其進(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上海地鐵一號線供電系統(tǒng)接線圖

通過中壓電纜，縱向把上級主變電所和下級牽引變電所、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：電壓等級和構(gòu)成形式。

一、中壓供電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級

1.國家中壓配電現(xiàn)狀及發(fā)展方向

我國現(xiàn)行中壓配電標(biāo)準(zhǔn)電壓等級有：66kV、35kV、10kV。

2.國內(nèi)城市軌道交通中壓網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)狀及發(fā)展思路國內(nèi)既有城市軌道交通的中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級采用了35kV(若采用國外設(shè)備則是33kV)或10kV。近年已頒布的國家標(biāo)準(zhǔn)GB156—93中表明，20kV也是可使用的電壓級。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)的電壓等級可采用35kV(33kV)、20kV、10kV。3.不同電壓等級的中壓網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)及比較

序號項(xiàng)目35kv33kv20kv10kv1輸電容量較大較大中小2輸電距離較長較長中小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)備國產(chǎn)化國產(chǎn)國外國產(chǎn)國產(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國內(nèi)城市電網(wǎng)應(yīng)用擬取消有有，很少廣泛應(yīng)用9城市軌道交通應(yīng)用國內(nèi)采用國內(nèi)外采用國外采用國內(nèi)外采用10適用標(biāo)準(zhǔn)國家標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)國際標(biāo)準(zhǔn)國家、國際標(biāo)準(zhǔn)表2-1不同電壓等級中壓網(wǎng)絡(luò)的綜合比較

由于電費(fèi)在地鐵和城軌交通的運(yùn)營成本中占很大比例，從長遠(yuǎn)的角度考慮，中壓供電網(wǎng)絡(luò)宜選擇較高的電壓等級，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