城市轨道交通供电导论 教学课件 ppt 作者 李建民 第六章　城市轨道交通供电

第六章　城市轨道交通供电系统结构及其运行第一节　城市轨道交通供电系统结构与要求一、供电系统结构城市轨道交通供电系统主要由以下三部分构成：中压环网系统、牵引供电系统和低压供配电系统。中压环网系统：城市轨道交通电力能量来源于所在城市的国家电力系统，它直接取自城市或区域电力网。城市轨道交通电力网供电系统就是指国家电力网以何种方式向城市轨道交通供电，结构是如何构成的。因此，城市电网或区域电力网的结构必将对城市轨道交通供电系统起着决定作用。牵引供电系统：城市轨道交通供电系统的核心，负责向城市轨道交通车辆提供电能。主要作用是降压、整流和传输电能。低压供配电系统：负责向信号设备、照明、通风、排水、制冷设备馈送电能。主要作用是降压、分配和传输电能。一般而言，它主要是负责向安全、保障设备供电。二、供电系统具体要求1)供电系统应满足经济、可靠、接线简单、运营管理及维护方便的要求。2)目前，城市轨道交通供电系统一般采用集中供电，110/35kV两级电压供电方式。3)对于集中供电模式，主变电所应从市区电网引入两回路110kV独立电源供电，以保证供电可靠性和供电质量。4)主变电所110kV侧采用线路变压器组，也可采用内桥接线方式；主变电所35kV侧采用单母线分段接线。5)供电系统按远期高峰小时负荷设计，并预留一定裕度。二、供电系统具体要求6)供电系统应满足下列运行方式负荷的要求：①主变电所一台主变压器解列退出运行时，由另一台主变压器向该主变电所供电范围内的用电负荷供电，每台主变压器容量应满足该所供电区域高峰小时牵引负荷和动力照明一、二级负荷的需求。7)对于集中供电模式，不考虑在一座主变电所故障解列，同时35kV环网电缆故障的情况。8)正常运行方式下，系统的电能损失最小。9)牵引降压混合变电所或降压变电所正常时由两回路35kV电源供电，当任一回路35kV进线电缆故障或失压时，另一回路35kV电源向该所供电范围内一、二、三级负荷供电。二、供电系统具体要求10)根据车站和车辆段设备负荷分布情况，各设1～2座降压变电所，当设置两座降压变电所时，一所为35kV侧单母线分段接线方式，另一所为跟随式。11)牵引变电所设两套整流机组，两套机组并联运行构成等效24脉波整流对牵引网供电，以减少注入城市电网的谐波。12)全线任何顺序相邻的三座牵引变电所(线路端头两牵引变电所除外)，当中间一座牵引变电所故障时，其相邻的牵引变电所采取大双边供电方式，担负起该段的牵引供电负荷。13)牵引变电所供电效率不低于96%。14)接触网供电电压采用直流1500V或者750V，允许电压波动范围为1000～1800V或者500～900V。二、供电系统具体要求15)供电系统通过主变电所送入电力系统的谐波含量应满足国家的。16)各车站设置综合接地网，接地电阻不大于0.5Ω，根据各地的情况不一样，有时选0.8Ω，还有的选1.5Ω。17)当接地系统设计与杂散电流防护设计发生矛盾时，应优先考虑接地安全。18)继电保护装置应满足可靠性、速动性、选择性和灵敏性的要求。19)为保证旅客安全，每个车站应设钢轨电位限制装置。20)供电系统应尽可能采用优质的国产化设备，便于维护和管理。三、变电所主接线选择原则1.变电所主接线研究2.减少生产房屋面积的措施减少生产房屋的面积，不仅可以减少变电所房屋的投资，而且可以方便车站的建筑布置，减少环控负荷和照明负荷以及其他辅助设施的配置，意义重大，更重要的是可以减少一次性投资。3.继电保护的配置合理地设置继电保护可以提高供电系统的可靠性，提高运行的经济水平，方便于运行管理。4.绝缘配合及接地合理地设置过电压保护装置、正确选取各设备的绝缘水平，采用恰当的接地方法，能够确保人员和设备的安全，提高供电的可靠性，延长设备的使用寿命。三、变电所主接线选择原则5.无人值班的具体措施采取无人值班方式，研究无人值班的需求，完善无人值班的具体措施，是运营可靠的保证。在设备配置上，设计、建设阶段就要做充分的考虑。6.主要设备选择城市轨道交通供电设备的研究工作已开展多年，许多制造厂家积极参加轨道交通供电设备的研究与开发，可供选择的国产设备厂家很多，一大批成熟的国产设备陆续投入运营，多年实践证明国产设备可以满足轨道交通的运营要求。新建线路要立足选择国产设备，并着眼于设备的稳定可靠。四、变电所建设原则1.电源设置原则一般从最近的220kV变电站引入两路电源，而且要选择至少两个220kV变电站，主变电所110kV电源从两站引入比较理想。220kV变电站要具有足够的容量，最好预留110kV出线间隔，以满足城市轨道交通供电发展的需要。设计新的供电系统时，既要充分利用现有城市轨道交通供电资源；同时，还要兼顾城市轨道交通远期规划，以便提高整个城市轨道交通供电系统的效率。2.主变电所选址原则我国城市轨道交通供电系统多选择35kV等级环网供电，而考虑到35kV电缆末端的电压质量，35kV供电半径不宜过长，因此主变电所应尽可能处在供电线路的中间。同时，主变电所所址还应考虑使接入系统方案可行，尽量节省投资。四、变电所建设原则1)城市轨道交通供电系统一般采用集中供电方式，全线牵引、低压配电系统由110/35kV(/10kV)主变电所供电。2)新建主变电所应结合城市轨道交通网规划、城市电网发展规划及现有情况做统一规划、合理布局、分步实施。3)尽可能利用现有轨道交通主变电所，以实现主变电所资源共享，避免重复配置造成的浪费。3.牵引变电所选址原则牵引变电所的设置首先要满足供电质量的要求，GB10411—2005《城市轨道交通直流牵引供电系统》规定：牵引供电系统直流电压及波动范围应符合如下的标准：标称值1500V，最低值1000V，最高值1800V。第二节　电气主接线形式一、电气主接线及其要求1)因该类变电所一般设在地下(如上海地铁)或地面的城市闹市区街道两侧(轻轨系统)，受环境条件和空间的制约及安全保障的需要，其特殊性不同于一般的变电所。2)列车牵引、通信信号电源、站厅事故照明和必要的安全、环卫设施(通风、排水、防灾、消防和自动扶梯等)都属于一级负荷，它们对不间断供电的要求基本相同，因此必须综合考虑，不可偏颇，此外还有二、三级动力和照明负荷。一、电气主接线及其要求1.可靠性可靠性指保证在各种运行方式下，牵引负荷以及其他动力负荷供电的连续性，即保证不间断供电。牵引负荷是一级负荷，中断供电将造成重大的社会影响，对整个城市交通都会造成压力。因此连续的供电是对电气主接线的首要要求。不但如此，还要为用户提供符合要求的高质量的电能。除此之外，可靠性还体现在能够适应一定的环境变化，即要求在较恶劣的环境下，仍然能够正常工作。一、电气主接线及其要求2.灵活性灵活性指系统在故障或变电设备故障和检修时，能适应调度的要求，能够灵活、简便、迅速地改变运行方式，而且要使故障影响的范围最小。这就要求主接线力求简捷、明了，操作简便，避免误操作。除此之外，灵活性还体现在具有一定的适应发展的可能性，即要有一定预留。3.安全性电气主接线保证在进行操作时，工作人员和设备的安全以及能在安全的条件下进行维护和作业。当然也要保证进入变电所的非工作人员的安全。电气主接线的安全性是有等级的，首先保证工作人员的安全。这是最基本的要求。一、电气主接线及其要求4.经济性电气主接线的经济性主要取决于以下几个方面：一是母线的结构类型与组数；二是变压器的容量、结构形式和数量；三是高压断路器的数量；四是配电结构类型；五是占地面积等。设计时要进行综合考虑，以达到电气主接线的投资和运行费用的经济、合理。在确定主接线时，一般都要在满足安全可靠、运行灵活的前提下，尽量降低投资和运行费用。二、常用的主接线形式1.单母线不分段接线单母线不分段接线是比较简单的接线形式，如图6⁃1所示。电源回路和用电回路通过断路器和隔离开关分别与母线相连。根据电源的数量，该接线形式又分为双电源形式和单电源形式。单电源形式一般适用于10kV以下的一般用户。图6-1　单母线不分段接线二、常用的主接线形式2.单母线分段接线单母线分段接线是在克服单母线不分段接线工作不够可靠、灵活性较差的基础上，改进后而形成的一种接线方式，如图6⁃2所示。它又分为双电源单母线分段接线和单电源单母线分段接线。图6-2　单母线分段接线二、常用的主接线形式3.具有代旁路母线的单母线接线单母线分段接线虽能提高运行的可靠性和灵活性，但线路断路器检修或故障时，将使该回路停电。而实际运行中，断路器故障率高，检修频繁，是配电装置中的薄弱环节。为克服这一缺点，可采用具有代旁路母线的单母线接线，如图6⁃3所示。图6-3　代旁路母线的单母线接线二、常用的主接线形式4.双母线接线变电所设有两套母线，即工作母线和备用母线，两套母线通过母联断路器连接起来，这种接线方式称为双母线接线，如图6⁃􀰊4所示。每条电源线和馈线回路经断路器后用两只隔离开关分别与两条母线相连。正常运行时，1M、2M都是工作母线，并通过母联断路器MD（合闸）并联运行。图6-􀰊4　双母线接线二、常用的主接线形式5.线路变压器组接线图6-5　线路变压器组接线二、常用的主接线形式1)在正常情况下，两路电源线路各接一台变压器。2)当变压器负荷率较高时，T1或T2出现故障，或者线路发生故障，此时需要相邻的变电所联络转移部分重要负荷。3)当变压器负荷率较低时，T1或T2出现故障，或者线路发生故障，造成一台主变压器退出运行，此时仅仅需要对变电所二次侧的负荷进行转移，由另一台主变压器承担起本所全部负荷即可，对其他相邻的变电所没有影响。图6-􀰊6　内桥形接线二、常用的主接线形式6.桥形接线1)内桥形接线仅需3台断路器，且线路操作方便。2)在正常情况下，QDL断开，就变成线路变压器组接线方式。3)变压器故障和进行合、分操作时，影响其他回路，操作较为繁琐。图6-7　外桥形接线二、常用的主接线形式1)与内桥形接线一样，外桥形接线仅需3台断路器。2)在正常情况下，外桥形接线QDL断开，就变成线路变压器组接线方式。3)桥断路器检修时，两变压器需要解列运行。4)变压器故障和进行合、分操作时，不影响其他回路。第三节　中压环网系统结构及其运行一、中压环网系统概述1.系统结构该系统包括从上一级电源进线开始到各变电所进线之前的所有电气设备及线路，其核心是主变电所，此外就是负责向牵引系统和低压变配电系统供电的输电线路。图6-􀰊8　中压环网供电系统示意图——集中式+联合式+链式(又称双回路环网)一、中压环网系统概述图6-9　中压环网供电系统示意图——集中式+独立式+链式+T形连接一、中压环网系统概述2.主变电所的设置城市轨道交通外部供电系统采用110kV集中供电方式，并根据轨道交通整体规划进行供电网络优化和资源共享，其内部电网主要供牵引、低压配电系统等负荷。一般一条长的轨道交通线路，需配置两座110kV主变电站。1)位置：集中受电点的确定，也就是主变电所位置的确定，是一项非常重要的工作，对今后的线网、运营影响非常大。2)数量：设置几个主变电所以及与未来线路的关系，都必须综合考虑。3)容量大小：考虑不同时期的线网结构及运量。一、中压环网系统概述3.供电分区的设置中压环网供电系统要根据实际情况进行合理分区。并在分别来自两个电源的分区之间建立联络，35kV电源形成手拉手环网结构，提高了系统的可靠性。正常运行情况下，环网分段开关打开；当一个主变电站故障退出运行时，合上相应的环网分段开关，主变电站之间实现供电相互支援。二、城市轨道交通供电系统主变电所1.主变电所110kV进线模式(1)线路变压器组接线模式　该接线模式比较简单，如图6-10所示。(2)环入环出接线模式　该模式如图6-11所示，适用于中心城区两条线路交叉或接近处。图6-10　线路变压器组接线模式二、城市轨道交通供电系统主变电所图6-12　环入环出接线模式2二、城市轨道交通供电系统主变电所(3)双环网接线模式　该接线模式适用于中心城区多条线路交叉或接近，轨道交通用电负荷较集中的场所，如图6-13所示。图6-13　双环网接线模式二、城市轨道交通供电系统主变电所2.主变电所电气主接线及运行主变电所的作用是将城市电网的高压（110kV或220kV）电能降压后以相应的电压等级（35kV或10kV）分别供给牵引变电所和降压变电所。为保证供电的可靠性，一般设置两座或两座以上主变电所，主变电所由两路独立的电源进线供电，内部设置两台相同的主变压器。根据牵引负荷容量和动力负荷容量的大小不同，主变压器可采用三相三绕组的有载调压变压器，也可用双绕组的变压器。采用两台相同的主变压器可以使35kV电压和10kV电压来自不同的变压器。采用有载调压变压器，能够在电源进线电压波动时，维持二次电压在正常值范围内。图6-14　三绕组主变压器的主变电所典型电气主接线二、城市轨道交通供电系统主变电所图6-14　三绕组主变压器的主变电所典型电气主接线二、城市轨道交通供电系统主变电所图6-15　双绕组主变压器的主变电所典型电气主接线三、中压环网运行方式1.正常运行方式2.维护检修时的运行方式主变电站的一台主变压器检修时，切除该主变电站供电范围内的动力照明三级负荷，再切除要检修的主变压器，最后合上主变电站的35kV母联断路器，由另一台主变压器向该主变电站供电范围内的一、二级负荷供电。3.故障情况下的运行方式当一座主变电站出现故障退出运行时，环网分段开关闭合，切除故障所供电范围内的三级负荷，由相邻主变电站向故障主变电站供电范围内的一、二级负荷支援供电。第四节　牵引供电系统结构及其运行一、牵引供电系统概述该系统包括从上一级电源进线开始到接触线之间的所有电气设备及线路，其核心是牵引变电所，包括进线回路和馈出线回路。城市轨道交通牵引供电系统牵引变电所采用24脉波整流变压器，要求两台12脉波整流机组一次侧输入电源具有严格的一致性，如将两套整流机组分接不同的母线，电源的一致性得不到保证，电源相位差和电压差就会导致整流机组低压输出端电压相位角相差15°的要求得不到保证,并且使两套整流机组出力不均，严重时甚至使一套整流机组过载而受损。二、整流机组接线分析1.整流机组接入方式图6-16　整流机组断路器接入模式城市轨道交通牵引供电系统供电网如图6-9所示。由图可知整流机组挂接在35kV供电网上，35kV供电网能确保其供电的可靠与质量。接线形式一般有两种：母线分段和母线不分段。二、整流机组接线分析(1)断路器模式　该模式下，两套整流机组分别通过两台断路器与交流母线相连，如图6-16所示。(2)隔离开关模式图6-17　整流机组隔离开关接入模式二、整流机组接线分析2.整流机组的输出方案城市轨道交通直流牵引供电部分以整流机组的交流进线断路器、直流进线开关和直流馈线开关为界分成三个部分。(1)电动隔离开关模式　电动隔离开关模式如图6-18所示。图6-18　电动隔离开关模式二、整流机组接线分析(2)直流快速断路器模式　直流快速断路器模式如图6-19所示。图6-19　直流快速断路器模式三、牵引变电所典型接线模式1.独立牵引变电所典型接线模式牵引变电所的典型主接线如图6⁃20所示，两路35kV进线电源来自城市电网区域变电所或地铁主变电所，正常运行时，两路进线电源分别向所连接的35kV母线供电，母联断路器断开。当一路进线停电时，母联断路器合闸，由另一路进线向原供电区域内的负荷供电。图中，D101～104为交流断路器，GDL211～216为直流快速断路器，G2133～2134为电动隔离开关。图6-20　牵引变电所的典型主接线三、牵引变电所典型接线模式图6-21　直流1500V馈出线和接触线的供电电路三、牵引变电所典型接线模式2.牵引降压混合变电所在满足技术要求的前提下，牵引降压混合变电所和降压变电所的主接线力求简单、清晰、便于管理。牵引降压混合变电所的主接线由三部分组成：一是35kV母线及电源进出线，二是直流牵引供电，三是动力变压器。降压变电所的主接线由两部分组成：一是35kV电源进出线，二是动力变压器。根据环网接线方案和供电系统运行方式确定牵引降压混合变电所和降压变电所的35kV母线和电源进出线的接线形式。牵引降压混合变电所、降压变电所35kV侧采用单母线分段接线方式，两段母线间通过母联断路器互联。每段母线设置一路进线，并根据环网接线的要求在部分变电所的每段35kV母线设一路或多路出线，向相邻车站变电所供电。第五节　低压变配电系统结构及其运行一、低压变配电系统概述2.降压变电所1)根据负荷容量及土建布置方式在各车站、停车场、车辆段、控制中心分别设一座或多座双电源35/0.4kV变电所向动力照明负荷供电。2)每座35/0.4kV变电所内设两台35/0.4kV变压器，正常时分列运行，任何一台变压器故障退出后，另一台变压器均能承担本所供电范围内所有一、二级负荷的供电任务。3)各变电所均按无人值守方式设计。一、低压变配电系统概述2.降压变电所1)根据负荷容量及土建布置方式在各车站、停车场、车辆段、控制中心分别设一座或多座双电源35/0.4kV变电所向动力照明负荷供电。2)每座35/0.4kV变电所内设两台35/0.4kV变压器，正常时分列运行，任何一台变压器故障退出后，另一台变压器均能承担本所供电范围内所有一、二级负荷的供电任务。3)各变电所均按无人值守方式设计。4)根据车站、停车场、车辆段、控制中心的土建规模初步估算出降压变电所数量及变压器容量。一、低压变配电系统概述3.低压变配电系统(1)负荷分类1)通信系统、信号系统、自动售检票系统；电力监控系统、城市轨道交通综合监控系统、消防/楼宇自控系统；车站站台、站厅公共区照明；变电所自用电、事故及疏散指示照明、消防系统；兼作紧急疏散的自动扶梯、事故风机及风阀、排烟风机及风阀；防护门、屏蔽门、安全门、防淹门、废水泵、洞口雨水泵、区间主排水泵、露天出入口及敞开风口处的排水泵；区间电动阀、隧道风机、射流风机等负荷为一级负荷。2)地上站台站厅、设备管理用房内照明、空调设备；普通自动扶梯、电梯、普通风机、污水泵、区间维修电源等负荷为二级负荷。3)广告照明、清扫机械、维修电源、生活用电等为三级负荷。一、低压变配电系统概述4.配电原则1)通信系统(含外部通信、公安通信系统)、信号系统、自动售检票系统(AFC)、车控系统、导向标识系统、自动扶梯(电梯)、卷帘门、安全门或屏蔽门系统、区间动力及车站其他一级负荷(除通风空调系统)等用电设备从变电所0.4kV低压柜直接馈出供电。2)通风空调系统及设备：环控电控室低压开关柜一、二级负荷母线由变电所两段母线各引一路电源供电，两路电源自动切换，通风空调电控室低压开关柜三级负荷母线由变电所三级负荷母线提供一路电源。3)消防/楼宇自控系统及设备：通风空调电控室内的消防/楼宇自控控制柜由通风空调电控室低压开关柜一、二级负荷母线提供电源。4)给水排水系统：消防泵、区间排水泵、废水泵、敞口雨水泵等一级负荷设备，由变电所两段一、二级负荷母线上分别引一路独立电源末端自动切换供电。一、低压变配电系统概述5.照明配电原则照明分为工作照明、节电照明、应急照明、广告照明等。1)各层照明配电室负责本层的照明配电，车站两端照明配电室照明范围以车站中心为界,分别负责半个车站及车站两端半个区间的照明配电。2)照明配电采用放射式和树干式供电相结合的方式，采用TN-S接地形式。3)站台板下的电缆通道内及变电所电缆夹层均设安全照明，安全照明电源采用交流24V。4)广告照明采用专用回路供电，并采用单独计量。5)应急照明：地下站在配电室设EPS，在两路交流电源都失压时，由EPS蓄电池组提供直流电源经逆变后向应急照明提供380/220V交流电源。一、低压变配电系统概述6.区间动力照明配电原则1)区间动力照明设计范围为本车站与相邻两车站间各半个区间。2)区间隧道内均设有维修动力插座箱及工作照明和应急照明。3)维修动力插座箱电源均由变电所直接供电，由变电所控制。4)区间分工作照明和应急照明，两种照明相间布置。二、降压变电所1)降压变电所对供电电源的要求，应按一级负荷考虑，有环形电网或两路电源供电，进线电压侧采用单母线分段接线。2)低压配电系统采用380／220V电压、中性点直接接地的三相四线制。图6-22　低压配电系统示意图第六节　城市轨道交通供电系统谐波二、降压变电所谐波源于两个方面：一是电源中所含谐波的大小和种类；二是各类设备或系统产生的反馈注入系统中的谐波大小和种类。城市轨道交通牵引供电系统采用整流机组向电动车组提供直流电源，是主要的谐波源。而动力照明信号供电系统是第二大谐波源。可以这么说，对于35kV系统而言，其谐波属于内部谐波，由各牵引变电所和降压变电所注入交流系统35kV侧。35kV侧的各谐波又注入交流110kV系统，而对于110kV系统而言，则属于注入公共节点（PCC）的谐波，必须满足国家的标准。电力公司主要关注的是PCC处输出谐波的电压、电流等指标是否满足要求。必须注意，这里测量的是输出谐波，而PCC处的输入谐波则是电力公司必须治理的，否则也应该向用户做出补偿。一、谐波分布1.供电模式1的谐波分布供电模式1是牵引降压混合供电模式，该供电模式指的是动力系统和牵引系统共用一个变电所，接在相同的进线上。如图6⁃23所示，各自的变压器都连接在35kV馈线上。这种模式下其谐波源有如下特点：每个牵引变压、整流器相当于一个谐波源；每个动力系统上的非线性设备也相当于一个谐波源。图6⁃23中就有四个谐波源，这只是一个牵引降压混合变电所的谐波源情况。图6-23　城市轨道交通供电系统牵引、降压混合供电模式谐波源分布点画线—动力供电系统产生的谐波的流动方向　虚线—牵引供电系统产生的谐波的流动方向—牵引供电系统产生的谐波电流　—动力供电系统产生的谐波电流一、谐波分布1)牵引系统和动力系统的谐波相互影响，对电能质量和运行影响较大。2)注入国家电网电力系统的谐波是二者谐波的矢量之和。3)各自系统产生的谐波在35kV系统中会相互抵消一部分，这一点也要引起足够的重视。一、谐波分布2.供电模式2的谐波分布供电模式2是牵引、降压分立供电的模式，分立供电模式指的是动力系统和牵引系统分别建有各自的变电所。和上一种模式一样，其谐波源就是每个牵引变压、整流器以及每个动力系统上的非线性设备。1)牵引系统和动力系统谐波相互无影响。2)注入国家电网电力系统的谐波是二者谐波的矢量之和。一、谐波分布图6-24　城市轨道交通供电系统牵引降压分立供电模式谐波源分布二、谐波危害1)可能使电力系统的继电保护设备和自动装置产生误动或拒动，直接危及电网的安全运行；严重时造成系统崩溃、用户停电事故。2)使各种电气设备产生附加损耗和发热，使电动机产生机械振动及噪声。3)谐波电流在电网中流动，作为一种能量，最终要消耗在线路及各种电气设备上，从而增加损耗，影响电网及各种电气设备的经济运行。4)由于电网中谐波电流的存在，通过电磁感应、电容耦合以及电气传导等作用，会对周围的通信系统产生干扰，从而降低信号的传输质量。5)谐波会使电网中广泛使用的各种仪表，如电压表、电流表、有功及无功功率表、功率因数表、电能表等产生误差。6)增加电网中发生谐波谐振的可能，从而造成过电流或过电压引起的危险。三、城市轨道交通牵引供电系统谐波的种类分析1.城市轨道交通牵引供电系统谐波种类表6-1　理想状态下的特征谐波和实际状态下的特征谐波比较表6-2　实际6脉波系统中测得的不同负载状态下的谐波电流三、城市轨道交通牵引供电系统谐波的种类分析2.动力照明系统的谐波种类由于城市轨道交通供电系统含有大量的电力电子设备，它们不仅消耗大量的无功功率，同时也产生大量的谐波，如整流器；此外，系统中广泛应用的大量家用电器的电源，各种消防设备、环控设备、自动售检票系统的电源设备、变压器、荧光灯等，在工作过程中都会产生大量的谐波。这些谐波不仅会影响邻近其他设备的正常工作，也会对大电网造成影响，甚至直接影响牵引供电系统。四、城市轨道交通牵引供电系统各次谐波产生的原因分析1)交流侧电源电压不是纯正的正弦电压，存在谐波和不对称等因素。2)各相的交流侧阻抗不全相等。3)直流侧平均电流不恒定，而且容易受到负载的影响。4)三相的触发电路不对称，间隔不相等。5)设备设计与制造过程中存在的工程误差。五、谐波抑制方法1)城市轨道交通供电系统减少谐波影响的措施主要是采用高脉波数的整流机组以及三相整流变压器采用Y/D或D/Y联结。2)装设固定滤波器。3)安装有源谐波调节器(APF)设备。4)采取2)和3)结合的方法进行谐波治理。六、采取的具体措施图6-25　三相APF主电路六、采取的具体措施图6-26　-法谐波电流原理图第七节　交、直流自用电系统一、交流自用电系统交流自用电系统采用单母线分段接线，从低压室0.4kV的两段母线上分别引入两路电源到交流盘的两段母线上，作为交流自用电系统的进线电源。正常时两段母线均由一路电源供电，当一路电源失电时由另一路电源自动投入，以保证全所交流自用电的供电。进线设来电自复功能。交流自用电系统的重要信号通过直流系统的监控管理单元与变电所监控网络接口，送往控制信号盘上的上位监控单元。二、直流自用电系统直流自用电系统主要为变电所内的各种设备提供控制、操作、保护及事故照明电源，额定电压为110V。牵引降压混合变电所和降压变电所(不含跟随式降压变电所)内设置一套直流自用电系统，由低压柜提供两回0.4kV交流电源。直流自用电系统由充电模块(或充电机)、直流配电屏、蓄电池等构成。充电模块一般有两种：一种是相控电源，一种是高频开关电源。相控电源通过改变晶闸管整流的导通角，实现对蓄电池组充电电流的控制。其滤波电感工作在工频状态，充电过程常常存在着较大的电流纹波，影响电池组的寿命。电池出现老化或异常脱落时，相控电源难以稳压而失控，造成过电压和高纹波的输出。同时相控电源的效三、交、直流电源装置1.交流装置变电所用交流盘的主要技术参数及性能如下：交流输入电压为三相380×(1±20%)V；额定频率为50Hz；系统接地方式为TN⁃S；应能承受2．5kV，50Hz，1min的工频电压。2.直流装置直流装置包括直流充电器盘、蓄电池盘和馈电盘，其主要技术参数及性能如下：交流输入电压三相380×(1±20%)V；额定频率50Hz；直流额定输出电压为DC110×(1±10%)V；电压纹波系数＜0．1%；稳压精度≤0．5%；稳流精度≤1%；噪声≤50dB；综合效率≥90%；系统接地方式为TN⁃S。第八节　变电所及其设备一、变电所平面布置1.牵引变电所和动力照明变电所平面布置方案城市轨道交通牵引供电系统和动力、照明负荷配电系统的变电所，按其所在的空间位置分为地下和地上两种形态，对于这两种形态的变电所，有不同的设置方案。1)对于地下变电所，根据车站站台形式的不同,2)为了节约投资，减少占地面积，地面变电所考虑了两种布置方案：一、变电所平面布置2.设备平面布置原则1)设备平面布置首先考虑操作通道、检修维修通道、设备运输通道，其次要满足规程要求、运营巡视维护要求、电缆敷设路径顺畅要求。2)变电所各生产房屋的设置应满足不同种类设备分类布置的要求。3)各生产房屋的相对位置应符合变电所设备接线关系、电缆敷设路径顺畅、便于运行维护的要求，并应尽量减少电缆的投资。4)变电所各房屋的净高应满足所布置设备的安装、运营要求。5)变电所房屋应满足防火设计规范(GB50229—2006)的要求。6)设置两个牵引变压器室，分别放置一台牵引整流变压器。一、变电所平面布置7)设置一个高压室，布置交流35kV及直流1500V等高压开关设备；一个低压室，布置35/0.4kV动力变压器及0.4kV低压开关设备。8)设置一个控制室，布置控制信号盘、钢轨电位限制装置、交直流盘等设备。9)变电所内门的尺寸应满足设备运输及巡视的安全、便于运营维修的要求。10)牵引降压混合变电所下方按电缆夹层考虑，并适当留有入孔，便于电缆的检修。二、变电所的设备布置1.变电所内各设备间的相互关系1)35kV交流进、出线开关柜通过35kV交流电缆与主变电所或地区变电站以及相邻变电所连接，环网电缆在区间隧道内敷设。2)35kV交流馈线开关柜通过35kV交流电缆向本所整流变压器、动力变压器馈电，电缆敷设于变电所内。3)整流变压器低压侧通过电缆与整流器连接。4)动力变压器低压侧通过电缆与低压开关柜连接。5)整流器正极通过电缆与直流1500V进线开关柜相连，整流器负极通过电缆与负极柜相连。6)直流1500V馈线开关柜通过电缆与接触网电动隔离开关连接。7)负极柜通过电缆与回流箱连接。二、变电所的设备布置8)杂散电流收集网、车站主体结构钢筋及接地装置接地引出端子通过排流柜中不同的二极管回路与负极柜连接。9)控制信号盘负责监控35kV交流开关柜、整流变压器、整流器、动力变压器、直流1500V开关柜、负极柜、排流柜、轨电位柜、接触网电动隔离开关、0.4kV进线柜、0.4kV母联柜、三级负荷总开关及交直流盘。10)所内交流自用电屏,通过低压电缆向所内设备提供低压交流电源。11)所内直流自用电屏,通过低压电缆向所内设备提供控制和操作电源，并向所内提供事故照明电源。二、变电所的设备布置2.变电所内的设备布置1)控制信号盘、交流盘、直流盘以及蓄电池盘采用单列布置。2)35kV开关柜尽量采用单列布置。3)两台整流变压器分别置于两间整流变压器室。4)直流开关柜、整流器柜与负极柜、钢轨电位限制装置、排流柜布置在同一房间内。5)动力变压器与低压柜并列布置；两段母线的动力变压器与低压柜采用双排布置、单排布置或错开布置。6)电缆夹层内及进出变电所的电缆采用支架敷设方式，电缆转弯处满足电缆转弯半径的要求。7)根据规范及设备的条件考虑操作通道、检修维护通道、设备运输通道，各类设备间以及距墙边的最小净距见表6-3、表5-􀰊4、表6-5。二、变电所的设备布置表6-3　整流变压器和动力变压器的最小净距表6-􀰊4　交流开关柜和DC1500V设备的最小净距二、变电所的设备布置表6-5　低压柜和配电盘的最小净距三、变电所主要设备选择1.设备选型原则城市轨道交通供电系统设备选型一般遵循以下原则：1)同类设备形式力求一致，便于运营维护、管理。2)设备选择立足于国产化，所有设备皆需达到国内先进水平。3)选择安全、可靠、有成功运行、质量优良的产品。4)选择小型化的设备。5)主要设备须有经国家授权的相应归口试验，并有试验合格证明。6)所选电气设备必须节能、低噪声，对周围环境影响小。7)尽量选用免维护或少维护设备，尽量选用能在不停电状态下维护的设备。三、变电所主要设备选择2.主要设备的技术要求(1)环境条件1)环境温度：温度范围为-5～40℃。2)相对湿度：日平均值不大于95%，月平均值不大于90%(25℃)。3)海拔：按实际的海拔，一般不大于1000m。(2)整流变压器　整流变压器为户内干式环氧浇注无载调压变压器，能耐潮、防火，损耗小，噪声低，体积小。表6-􀰊6　整流变压器技术要求三、变电所主要设备选择(3)整流器　整流器采用两套12脉波硅二极管三相桥式整流器，两套12脉波整流机组并联运行构成等效24脉波整流电源，整流器有完整的控制信号装置并有独立的框架结构。表6-7　整流器技术要求三、变电所主要设备选择(4)动力变压器　采用干式变压器，联结组标号为DYn11，技术要求见表6-􀰊8。表6-􀰊8　动力变压器技术要求三、变电所主要设备选择表6-9　35kV交流开关柜技术要求(5)35kV交流开关柜　35kV交流开关柜采用户内SF6气体绝缘金属封闭式开关柜，开关选用真空断路器，技术要求见表6-9。三、变电所主要设备选择表6-10　1500V直流开关柜技术要求(7)交直流盘　直流装置采用高频开关电源，蓄电池选用免维护铅酸蓄电池。(6)1500V直流开关柜　1500V直流开关柜为直立式，面板无接线，符合IEC标准。四、变电所的生产房屋1.设计基本要求1)牵引降压混合变电所和降压变电所的房屋设计要结合车站的建筑布置，综合利用地下空间，布置要灵活、实用，不主张采用模块化的设计，尽量减少占用的面积和空间。2)各生产房屋采用集中布置，布置应紧凑、合理，在满足技术要求的同时，既要节约投资，又要便于运营管理。3)各生产房屋的相对位置满足所内设备的接线关系，符合电缆敷设路径顺畅及运行维护安全、便利的要求。4)车站牵引降压混合变电所和降压变电所应尽量设置在站台层。四、变电所的生产房屋2.减小生产房屋面积的措施减小变电所生产房屋的面积可以节约建设投资和运营费用。1)车站一般不设跟随式降压变电所。2)交流开关柜室尽量与直流室合并，控制室也可与交流开关柜室合并。3)减少低压室和环控电控室面积。4)由于设备房是根据设备的工艺要求设置的，各种用途的设备房的长、宽尺寸均有不同的要求。5)减小变电所生产房屋的面积还可以从加强变电所设计与车站建筑设计之间的配合着手。四、变电所的生产房屋3.生产房屋对建筑和消防的要求1)牵引降压混合变电所内设整流变压器室两间，开关室一间或分设为交流开关柜室和直流开关柜室各一间，低压室、控制室、检修室各一间；降压变电所内设交流开关柜室、低压室、控制室、检修室各一间。2)所内各个门的尺寸及设置位置满足设备安装运输及巡视安全要求，便于运营维护。3)房屋不宜靠近积水坑井，上方不应设置洗手间等经常积水设施，电缆夹层内不准设置积水坑。4)房屋的净高不低于表6-11的要求。四、变电所的生产房屋表6-11　生产房屋功能四、变电所的生产房屋5)房门和运输门洞。表6-12　房门的防火等级和尺寸四、变电所的生产房屋6)设备基础的预埋件高度适应车站装修层厚度的要求(常为100mm)。7)变电所房屋满足防火设计规范(GB50229—2006)的要求，并设计如下：①地下变电所变压器、控制室、开关室、低压室耐火等级按一级设计。8)整流变压器室尽量靠近车站的排风井，便于整流变压器室的排风散热。9)电缆夹层和电缆通道。五、生产房屋对通风空调和气体灭火的要求1)变电所内具有良好的通风散热和降温措施。表6-13　主要设备发热量2)变电所房屋满足防火设计规范的要求。3)变电所设置机械送、排风系统，对于整流变压器室和35kV开关柜室还应符合下列要求：①整流变压器发热量较大，若根据远期负荷计算的室内温度仍不能满足要求，则可适当增大整流变压器室的空间或采取其他降温措施。