地铁牵引供电系统设计样本.doc

资料内容仅供您学习参考，如有不当之处，请联系改正或者删除。地铁牵引供电系统设计The Design of Subway Power Supply System 摘要牵引供电系统是城市轨道交通系统中最为重要的基础能源设施, 其功能是为轨道交通系统中的电力车辆供电, 确保轨道交通列车车辆的正常运行。经过对供电方案的比较, *地铁供电系统采用集中供电方式, 系统包含电业局地区变电所与轨道交通主变电所之间的输电线路、 轨道交通供电系统内部牵引降压输配电网络、 直流牵引供电网和车站低压配电网; 牵引供电系统由主变电所、 高压/中压供电网络、 牵引供电系统、 电力监控系统、 接触网系统、 杂散电流防护和接地系统、 供电车间等组成。轨道交通供电系统的主要功能如下: 接受、 分配电能: 主变电所的主变压器将110KV高压电变换成20KV中压电、 20KV供电网络将电能分配到每一个车站和车辆段内的牵引变电所和降压变电所。关键字: 集中供电方式 牵引变电所 DC1500V接触轨 20kV中压AbstractTraction power supply system of urban rail transit system is the most important basic energy facilities, its function is providing power for rail transit system, ensure the normal operation of rail transit vehicle. Through the comparison of the power supply scheme, shijiazhuang metro power system uses centralized power supply mode, system contains the transmission lines between area substation and rail traffic main substation, Traction step-down power transmission and distribution network of rail transport power supply system, DC traction supply network and station low voltage distribution network; tractive power supply system is composed of main substation, high-pressure/medium voltage power supply network, tractive power supply system, electric power monitoring and management system, overhead contact system, stray current protection and grounding system, Power supply workshop and so on. The main function of rail transport power supply system is in the below:Accept, distribution of the main substation power: main transformer will convert to a 20KV 110 kv high-voltage power supply network in 20KV piezoelectric, energy allocated to each station and maximize the traction substation and step-down in substation.Key words: entralized power supply system traction substation DC1500V contact rail 20kV medium voltage 目 录第1章 绪论41.1 供电系统的功能41.2 供电系统的构成51.3 供电系统电磁兼容6第2章 电源与主变电所72.1 电源72.2 主变电所92.3 中压供电网路10第3章 牵引供电系统113.1 牵引供电运行方式113.2 牵引供电系统保护143.3 牵引变电所183.4 牵引网21第4章 杂散电流224.1 概述224.2 杂散电流的产生234.3 杂散电流的防护23第5章 牵引供电计算245.1 概述245.2 平均运量法255.3 用平均运量法对罗家庄牵引变电所的计算25第6章 直流短路计算296.1 概述296.2 电路图法306.3 对罗家庄站两边的供电区间进行短路计算31第7章 结论33参考文献35谢辞错误! 未定义书签。附录36第1章 绪论1.1 供电系统的功能1.1.1 全方位的服务功能地铁供电系统是为地铁安全运营服务的, 保证地铁的所有电气用户安全、 可靠的用电是她的职责。在地铁这个庞大的用电群体中, 用电设备有不同的电压等级、 不同的电压制式, 既有固定的, 也有时刻在变化着的, 供电系统就是要满足这些不同用途的用电设备对电源的不同需求, 使地铁的每种用电设备都能发挥自己的功能和作用, 保证地铁安全可靠的运营。1.1.2 故障自救功能在系统中, 发生任何一种故障, 系统本身都应有备用措施, 以保证地铁的正常运行不受影响。双电源是构成地铁供电系统的主要原则, 主变电所、 牵引变电所和降压变电所为双电源、 双机组对动力照明的一、 二级负荷采用双电源、 双回路供电, 牵引网同一馈电区间采用双边供电方式, 当一座牵引变电所故障解列时, 靠两相邻变电所的过负荷能力对牵引网进行大双边供电, 保证列车能够正常运行不受影响。1.1.3 系统的自我保护功能 对牵引供电系统而言, 为保证旅客的安全, 保护的速动性是第一位的, 起保护的原则是”宁可误动作, 不可不动作”, 误动作能够用自动重合闸校正, 而保护不动作则很危险, 因为直流电弧在不切断电源时能够长时间维持, 从而威胁旅客安全。地铁供电系统中压交流侧保护, 应和城市电网的保护相配合和协调, 因此其保护的选择性也受到制约。1.1.4 防止误操作功能 系统中任何一个环节的操作都应有相应的联锁条件, 不允许因为误操作而导致发生故障。特别是各种隔离开关, 或手车式开关的隔离触头, 都不允许带负荷操作。防止误操作, 是使系统安全、 可靠的运行不可缺少的环节。1.1.5 方便灵活的调度功能 系统应能在控制中心进行集中控制、 监视和测量, 并能根据运行需要, 方便灵活的进行调度, 变更运行方式, 分配符合潮流, 是系统的运行更加经济合理。系统发生故障时, 电力调度能够对供电分区进行调度和调整, 以达到安全可靠、 经济运行的目的。1.1.6 完善的控制, 显示和计量功能系统应能进行就地和远动控制, 并能够方便地进行操作转换, 系统各环节的运行状态应有明显的显示。各种信号显示应准确, 事故信号、 预告信号分别显示。牵引用电和动力照明用电应分别计算, 以利于对用电指标进行考核与经济分析。1.1.7 电磁兼容功能 地铁是强电、 弱电多个系统共存的电磁环境, 为了使各种设备或系统在这个环境中能正常工作, 且不对该环境中其它设备、 装置或系统构成不能承受的电磁骚扰各种电器和电子设备的系统内部以及和其它系统之间的电磁兼容显得尤为重要。供电系统及其设备在地铁这个电磁环境中, 首先是作为电磁骚扰源存在的, 同时也是敏感设备。在地铁的电磁环境中, 供电系统与其它设备、 装置或系统应是电磁兼容的。在技术上应采取措施, 抑制骚扰源、 消除或减弱电磁耦合、 提高敏感设备的抗干扰能力, 以达到各系统的电磁兼容, 是地铁安全可靠地运行。1.2 供电系统的构成 地铁供电电源一般取自城市电网, 经过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换, 然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。根据用电性质的不同, 地铁供电系统可分为两部分: 由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主组成的动力照明供配电系统。1.2.1 牵引供电系统 牵引供电系统主要由主变电所、 牵引变电所、 接触网、 电力监控、 供电缆网等组成。提供地铁车辆的牵引动力电源, 专为电动车辆服务。1.2.2 供配电系统 动力照明供配电系统主要由降压变电所、 低压母线排、 配电设备、 线缆、 用电设备等组成。提供地铁机电设备动力电源和照明电源, 如车站和区间的动力、 照明及其它为地铁服务的自动化用电设施。1.3 供电系统电磁兼容在地铁这个电磁环境中, 应首先研究构成电磁兼容的三要素骚扰源、 耦合途径、 敏感设备。采取必要的措施, 以抑制骚扰源、 消除或减弱电磁耦合、 提高敏感设备的抗干扰能力。1.3.1 抑制骚扰源 供电系统不但是地铁的能源设施, 同时也是作为电磁干扰源而存在。牵引供电系统产生的谐波和杂散电流就属于地铁这个电磁环境中的骚扰源。(1)谐波抑制 谐波是牵引供电系统由交流变为脉动直流时必然要产生的高次交流成分, 交流成分的脉波数和大小与整流的脉波数有关。它所产生的谐波经过传导耦合对系统中的其它用电设备存在有害的影响。因此, 把这种危害降到能容忍的程度, 是牵引供电系统必须要解决的问题。增加整流的脉波数是非常有效的办法。当前国内地铁普遍采用等效24脉波整流来尽量减小对系统中其它用电设备的电磁骚扰。(2)杂散电流抑制 直流牵引网采用接触网正极送电, 走行轨负极回流, 随着列车的运行, 绝大部分回流电流沿着走行轨流回牵引变电所, 同时也不可避免的要从走行轨向地下泄漏电流。杂散电流的大小主要取决于走行轨的对地电位和走行轨对地过渡电阻的大小。相应的抑制杂散电流的措施主要有以下几项: 牵引供电系统采用双边供电方式; 上下行走行轨并联, 减小走行轨电阻; 走行轨绝缘安装; 道床的排水沟设在列车运行方向的右侧; 敷设杂散电流收集网。1.3.2 消除或减弱电磁耦合(1)屏蔽 屏蔽并接地是消除或减弱感应骚扰和辐射骚扰的唯一途径。供电系统的所有设备外壳均应采用封闭式金属铠装柜体, 并可靠接地。这样既能够防止外来的电磁干扰, 又能够使设备本身产生的电磁骚扰不向外辐射; 设备内部的电子器件及其连线和接头都应做好密闭和屏蔽; 控制用电缆采用屏蔽电缆, 其屏蔽层一点接地; 电力电缆采用钢带铠装绝缘外护套电缆, 钢带在变电所一点接地。(2) 电缆敷设尽可能加大不同电压等级电缆的间距, 减小辐射耦合和感应耦合; 强、 弱电电缆分侧敷设; 高压、 低压、 控制电缆分层敷设; 金属电缆托架应可靠接地。1.3.3 提高敏感设备的抗干扰能力(1)防雷 对于雷电现象, 供电系统属于敏感设备, 在技术上应严加防范。空旷地面高架桥设避雷线, 保护高架桥、 接触轨、 区间电缆。地面变电所的中压母线、 低压母线、 直流正负母线均设避雷器。(2)接地 变电所设综合接地装置, 需要接地的设备或系统分别用接地线引到接地母线上; 变电所接地电阻为0.5以下; 电力变压器中性点直接接地, 低压系统采用TN-S系统; 需要屏蔽的设备外壳及电缆屏蔽均需接地。第2章 电源与主变电所2.1 电源电源由城市电网引入, 地铁供电系统对于城市电网是用户, 对地铁的各类负荷又是电源。城市电网对地铁的供电方式主要有三种形式, 究竟采用哪种供电方式, 主要取决于城市电网的构成、 分布及电源的容量。2.1.1 集中供电方式集中供电方式是指城市电网( 一般是110kV或63kV电压等级) 向地铁的专用主变电所供电, 主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电, 地铁自身组成完整的供电网络系统。主变电所应有两路独立的电源。当前国内采用集中供电方供电的城市多为图2-1所示。 图2-1 集中供电方式举例2.1.2 分散式供电分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网( 一般是10kV电压等级) 分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。其前提条件是城市电网在地铁沿线有足够的变电站和备用容量, 并能满足地铁牵引供电的可靠性要求。如早期的北京地铁采取的就是这种供电方式。分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所皆能获得双路电源。分散式供电系统如图2-2所示。图2-2 分散供电方式举例 2.1.3 混合式供电 分散与集中相结合的供电方式是上述两种供电方式的结合, 可充分利用城市电网的资源, 节约投资, 但供电可靠性不如集中供电方式, 管理亦不够方便。混合式供电系统如图2-3所示。图2-3 混合供电方式举例2.1.4 *地铁一号线供电方式选择与分析 *地铁一号线选择集中供电方式。集中供电方式的优点主要有: 供电可靠性高, 可提高地铁供电的灵活性, 受外界因素影响较小。二号线是*市南北向交通的主动脉, 途径运河桥, 北国商城, 火车站等人流密集区对于供电可靠性的要求很高。主变电所采用110/20kV有载自动调压变压器, 并有专用供电回路, 供电质量好, 牵引整流负荷对城市电网的影响小。地铁供电可独立进行调度和运营管理, 检修维护工作相对独立方便。只涉及城市电网几个220kV变电站的增容改造, 工程量较小, 相对易于实现。二号线有相当路段途经市郊, 电力资源缺乏, 变电站较少, 采用集中供电方式避免修建过多地区变电站, 投资较少。2.2 主变电所主变电所的位置、 容量的确定, 应根据牵引供电系统计算和供配电系统计算结果确定, 最终应征得供电、 规划部门的确认。遵循靠近线路、 负荷平衡、 资源共享的原则, 达到节能的效果。主变电所位置的选择, 应按下述原则确定: 应尽量靠近铁路沿线、 接近负荷中心。各主变电所的负荷平衡, 并使其两侧的供电距离基本相等。靠近地铁站, 以缩短电缆通道的距离, 减少和城市地下管网的交叉和干扰, 具体位置应与城市供电部门和规划部门共同商讨。应考虑路网规划和其它地铁线路资源共享, 并预留电缆通道和容量。主变电所高压侧宜为內桥式接线, 设桥路开关, 如考虑经济因素, 也能够采用线路变压器组接线。中压侧单母线分段, 设分段开关, 失电压自投, 故障闭锁。桥路开关和分段开关正常处于断开状态。为减少占地面积, 主变电所应设计成室内式, 设两台主变压器和两台自用变压器。主变压器应按地铁远期最大运量设计。地铁用电已采取功率因数补偿措施, 主变电所无需设电容补偿装置, 根据需要可设置电能有源恢复系统, 以补偿50次以下谐波及补偿基波的容性或感性无功电流。主变电所按三级控制设计, 即就地、 距离和远动, 二次回路应与地铁牵引变电所相协调, 采用综合自动化系统。近期为有人值守, 条件成熟时也能够考虑无人值守。主变电所宜选用六氟化硫绝缘全封闭组合电器( GIS) , 以减少占地面积。主变电所的平面布置应紧凑, 便于设备运输、 安装和运行维护。从主变电所至地铁车站应设电缆通道, 电缆通道断面尺寸不小于2m2m。主变电所宜采用油浸风冷、 有载自动调压变压器。根据需要可为三绕组或双绕组结构。图2-4中, 两路高压电源, 两台主变压器能够是线路变压器组接线, 也能够内桥接线, 中压侧设接地变压器, 以限制接地短路电流。 图2-4 主变电所主接线主变电所属于一级负荷, 全线设2座以上主变电所时, 地铁有4路以上供电电源, 1座主变电所解列时, 相当于双路电源故障, 应引入应急电源, 其供电区是能够重新调度和划分的。2.3 中压供电网路2.3.1 中压供电网络的概念经过中压电缆, 纵向把上级主变电所和下级牵引变电所、 降压变电所连接起来, 横向把全线的各个牵引变电所、 降压变电所连接起来, 便形成了中压网络。根据网络功能的不同, 把为牵引变电所供电的中压网络, 称为牵引网络; 同样, 把为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。中压网络有两大属性: 一是电压等级, 二是构成形式。中压网络不是供电系统中独立的子系统, 可是它却是供电系统设计的核心内容。它的设计牵扯到外部电源方案、 主变电所的位置及数量、 牵引变电所及降压变电所的位置与数量、 牵引变电所与降压变电所的主接线等。2.3.2 中压供电网络的构成原则安全可靠, 经济合理, 满足供用电的要求。接线简单, 负荷平衡, 保护完善。环网供电, 调度方便, 误操作机会为零。各种变电所结为双电源, 主接线尽可能一致。2.3.3 中压供电网络的电压等级国内既有城市轨道交通的中亚供电网络采用的电压等级为10kV和35kV, 20kV电压等级的中压供电网络也在酝酿之中。不同电压等级的中压网络的特点(1)35kV中压网络, 国家标准电压级。输电容量较大、 距离较长; 设备来源国内; 设备体积较大, 占用变电所面积较大, 不利于减小车站体量; 设备价格适中; 国内没有环网开关, 因而不能用(相对于断路器柜)价格较便宜的环网开关, 构成接线与保护简单、 操作灵活的环网系统; 广州地铁、 上海地铁已经采用。 (2)20kV中压网络, 国际标准电压级。输电容量及距离适中, 比10kV系统大。设备完全实现国产化; 引进MG、 ALSTHOM等技术的开关设备, 体积较小, 占用变电所面积远小于国产35kV设备, 有利减小车站体量, 节省土建投资; 价格适中; 有环网单元, 能构成接线与保护简单、 操作灵活的环网系统; 国内地铁尚没有采用, 但国外地铁多有采用。(3)10kV中压网络, 国家标准电压级。输电容量较小、 距离较短; 设备来源国内; 设备体积适中; 设备价格较低; 环网开关技术成熟、 运营经验丰厚, 可用其构成保护简单、 操作灵活的环网系统; 国内外地铁广为采用。2.3.4 *地铁一号线中压供电网络的电压等级选择*地铁一号线选择20kV中压网络, 因为它的优点在于输送容量较大、 设备体积较小、 有环网开关、 可构成环网供电方式、 设备能够国产化且价格适中。而35kV中压网络设备需要进口, 且占地面积大; 10kV中压网络输电容量较小、 距离较短增加了变电所数量。第3章 牵引供电系统3.1 牵引供电运行方式 牵引供电系统由牵引变电所和牵引网两部分组成, 两者在运行中应相互协调、 统一调度。牵引供电系统根据需要能够有以下几种运行方式: 牵引变电所正常为双机组并列运行, 以构成等效24脉波整流。一台机组退出运行时也能够有条件地单机组运行。系统中允许几座牵引变电所解列退出运行, 条件是解列的变电所必须是只少相隔两座牵引变电所。牵引网正常实行双边供电, 当一座牵引变电所故障解列退出运行时, 应实行大双边供电。只有在末端牵引变电所故障解列时才采用单边供电, 如列车在牵引网末端起动时电压降超过允许值, 可经过横向电动隔离开关将上下行接触网并联, 以减小回路电阻, 降低电压损失。 3.1.1 牵引供电系统按双边供电设计 双边供电是指任何一个馈电区同时从两侧牵引变电所取得两路电源。地铁的牵引供电系统, 在正线的设计和运营中, 均应采用双边供电方式, 因为双边供电具有明显的有点。双边供电是设计必须满足的条件, 也是正常运营的首选方式, 单边供电不是设计的限制条件。即使在一座牵引变电所故障解列时, 也应采取技术措施实行大双边供电, 同时应自动完成双边联跳条件的转换, 这样能够减少牵引变电所数量, 既节省一欢建设投资, 叉减少运营费用, 同时减小列车起动时的电压损失, 降低功率损耗, 有利于列车运行, 而且不影响运送旅客的能力, 这对运营是非常有利的。双边供电示意图3-1所示, 走行轨对地电位分布如图3-2所示。 图3-1 双边供电示意图 图3-2 双边供电走行轨对地电位分布示意图双边供电比单边供电曲优点如下: 牵引网的平均电压损失, 双边供电是单边供电的1/3 1/4。平均电压损失是指列车在区间运行时的平均电压损失, 它对辅助电机的运转有意义。平均电压损失有两个分量组成, 即由指定列车本身所取电流在其受流器上引起的电压损失和同行其它列车电流在其受流器上造成的电压损失之和。列车带电运行时受流器上的电压损失, 双边供电是单边供电的1/31/4, 也有两个分量组成, 即由指定列车本身所取电流在其受流器上引起的电压损失和同行其它列车电流在其受流器上造成的电压损失之和。列车最大平均电压损失, 双边供电是单边供电的1/4。列车起动时最大电压损失, 双边供电是单边供电的1/4, 满足列车起动耐的最大电压损失要求, 是决定牵引变电所间距的必须满足的条件。单边供电列车起动时最大电压损失发生在供电区的终点, 双边供电列车起动时最大电压损失发生在供电区的中点。牵引网的功率损失, 双边供电是单边供电的1/3 1/4。牵引网中的功率损失等于牵引网中诸列车各自的电流与电压损失的乘积之和。双边供电时, 列车的再生能量能够被同行列车吸收, 当车流密度高时再生能量更易被同行列车利用; 而单边供电时, 再生能量被其它同行列车吸收的可能性极小。杂散电流值双边供电是单边供电的1/31/4。直流牵引网采用接触网正极送电, 走行轨负极回流, 随着列车的运行, 绝大部分回流电流沿着走行轨流回牵引变电所, 同时也不可避免地要从走行轨道中向地下( 道床、 结构钢筋) 泄漏电流( 杂散电流) 。杂散电流的大小主要由下列两个主要因素起作用: 走行轨对地电位的高低。走行轨对地过渡电阻的大小。当然, 走行轨对地电位越低、 走行轨对地的过渡电阻越高则杂散电流就越小。牵引供电系统在向列车供电的同时, 也在随列车的移动从走行轨向地下泄漏电流。采用双边供电方式是减小杂散电流最有效的措施。牵引网无论是正常运行方式还是事故状态( 一座牵引变电所解列) 时都应采用双边供电。走行轨对地电位双边供电是单边供电时的1/31/4, 在线路条件相同的情况下, 双边供电比单边供电时杂散电流要小34倍是显而易见的。3.1.2 大双边供电的两种方式鉴于双边供电比单边供电有很多优点, 系统中任何一座牵引变电所故障解列时, 也应采取技术措施, 实行大双边供电。实现大双边供电有以下两种方式: (1)利用解列的牵引变电所的直流母线构成大双边供电, 利用牵引变电所直流母线构成大双边供电的条件是: 牵引变电所只有两套整流机组退出运行。直流母线、 上下行4路馈线开关及其二次回路完好无损且能正常运行。(2)利用纵向电动隔离开关构成大双边供电, 当牵引变电所故障解列时, 利用电分段处的纵向电动隔离开关构成大双边供电, 使整座牵引变电所( 含隧道开关柜) 退出运行, 牵引网运行不受故障牵引变电所的影响。纵向电动隔离开关的用途有两个: 作为牵引变电所4路馈线开关的备用开关。作为牵引变电所的备用开关。3.1.3 牵引变电所的运行 因治理谐波的需要, 牵引变电所多采用双机组构成等效24脉波整流, 在一天的运行中, 除高峰小时以外的其它时间, 牵引变电所能够单机组运行, 但必须满足下列两个条件: 牵引负荷不能大于单机组允许的过负荷能力。单机组的12脉波整流所产生的谐波能与供电系统中的其它用户电磁兼容, 并满足谐波治理的规定。3.1.4 允许系统中任何一座牵引变电所故障解列当系统中任何相隔两座的牵引变电所故障解列时, 靠其相邻牵引变电所的过负荷能力, 应仍能保证列车的正常运行, 不影响运送旅客的能力。故障或退出运行的牵引变电所必须是相隔两座的牵引变电所。3.2 牵引供电系统保护3.2.1 概述 地铁供电系统可分为两个部分: 交流中压系统和直流牵引系统。这里主要对直流牵引系统的保护作介绍, 直流牵引供电系统的保护又可分为牵引整流机组保护和直流馈出保护。牵引供电系统保护的最大特点就是系统的”多电源”和保护的”多死区”。所谓多电源, 既当牵引网发生短路时, 并非仅双边供电两侧的牵引变电所向短路点供电, 而实际上是全线的牵引变电所皆经过牵引网向短路点供电, 只是距短路点近的牵引变电所供出的短路电流大、 距短路点远的变电所供出的短路电流小而已。所谓多死区, 是因牵引供电系统本身的特点和保护对象的特殊性而形成保护上的”死区”。任何保护的最基本要求就是当发生短路故障时, 首先要”切断电源”, 切断电源对直流系统至关重要, 因为直流一旦形成电弧, 如不断电则能够长时间维持。而”消除死区”是任何保护必须要做到的。针对这两点, 牵引供电系统除交流系统常见的保护外, 还采用了牵引变电所内部联跳、 牵引网双边联跳、 di/dtI等特殊保护措施, 这就能够完全满足牵引供电系统发生故障时及时切断电源、 消除死区的要求。 牵引供电系统之因此形成保护上的死区, 主要有两个原因: 地铁列车为多辆电动车组编组, 其起动电流大于牵引网最小短路电流, 只靠直流快速开关的大电流整定很难满足保护要求。 电动列车是随时在运动的, 其位置在不断地移动、 变化, 作为电动列车的远后备保护, 牵引变电所的保护应延伸至电动列车主回路末端。对直流牵引供电系统, 速动性能够看成和可靠性是同等重要的, 因此直流侧保护皆采用ms级的电器设备, 目的就是在直流短路电流上升过程中将其遮断, 不允许短路电流到达稳态值。至于选择性, 在直流牵引系统中则处于次要位置, 其保护的设置原则应当是”宁可误动作, 不可不动作”。3.2.2 牵引变电联跳当牵引变电所两台整流机组的直流( 或交流) 进线开关故障跳闸时, 同时联跳四路直流馈出开关, 称之为变电所联跳。牵引变电所联跳保护适用于以下两种情况: 牵引变电所的两套整流机组开关同时因故障跳闸。 牵引变电所任何一路直流馈出开关失灵拒动 牵引变电所联跳是解决牵引供电系统无远后备保护的唯一可靠的方法。设置牵引变电所联跳的根本原因就是因为牵引变电所的直流断路器失灵拒动时, 没有远后备保护, 因为地铁牵引供电系统短路的特点就是多电源、 多回路、 多参数。牵引变电所6台直流开关中任一台失灵拒动, 只跳其上级断路器是不能切断电源的, 还有五路开关向短路点供电, 因此, 解决牵引变电所直流断路器的远后备保护, 只有实现牵引变电所联跳。3.2.3 牵引变压器保护牵引变压器保护的设置和整定, 其原则是应当是根据牵引负荷的特点, 保证牵引整流机组的过负荷能力的充分利用, 以提高牵引变电所的效率, 其中压交流侧设置的保护有: 电流速断、 过电流保护、 过负荷信号、 温度信号。3.2.4 硅整流器保护硅整流器除其本身对硅元件的保护外, 在直流侧, 应设直流快速断路器, 从保护和实现自动化上都是非常有利的。断路器大电流瞬动整定值应躲开硅整流器过载能力300In按式Izd 3In整定。图3-3 牵引变电所联跳示意图3.2.5 直流正极接地保护当变电所发生直流接地时, 经过接地继电器动作而使开关跳闸。因为直流正极接地时, 其接地电流大小差别很大, 在地下车站的牵引变电所, 当直流正极接地时, 接地电流不受接地电阻大小的制约, 和短路电流一样, 能够使直流快速开关跳闸, 因此, 在地下牵引变电所, 直流正极接地保护是无用的; 而在地面的牵引变电所, 则接地电流的大小受接地电阻大小的制约, 短路电流不足以使直流快速开关跳闸。接地继电器的整定值为Izd30A。3.2.6 直流馈出保护直流馈出保护, 在牵引供电系统中是最重要的保护。因供电方式不同而形成保护上的不同的”死区”; 因供电的对象是随时变化并移动的负荷, 还需要在保护上进行配合, 这就形成了保护上特殊要求。直流馈出保护首先是以保障列车的正常运行、 保护旅客的人身安全为第一要素。 (1)死区的形成 死区的大小和供电方式、 供电距离、 保护措施有密切的关系, 采取适当的供电方式和保护装置, 死区是完全能够消除的。单边供电死区发生在末端。保护死区的大小, 取决于开关整定值的大小和供电距离的长短。单边供电时, 开关整定值越大, 死区越大; 供电距离越长, 死区也越大。大双边供电死区发生在线路中点附近。如果只靠开关的大电流速断保护, 死区会出现在两端变电所的附近, 这里所说大双边供电死区发生在中点是指馈出保护设置了双边联跳装置以后形成的死区。正常双边供电是不会形成死区的, 因为区间任何一点发生短路, 都能够使一端开关跳闸, 并使另一端开关联跳。而采用大双边供电时, 在供电区的中点附近会出现死区。列车主保护不能断弧形成的死区。这一死区发生在车上, 范围在整个供电区间都可能发生, 直接威胁旅客的生命安全, 非常可怕。变电所保护和地铁车辆的主保护相互配合的基本原则是: 地铁车辆主保护应当”自己保护自己”, 既地铁车辆在运行中无论在任何地点, 当车辆发生短路故障时, 其主保护应动作可靠, 不允许有拉弧现象, ”要动作就可靠切断电源, 不动作就拒动”。绝不允许出现开关即跳闸叉继续燃弧现象发生。这对旅客是非常危险的。牵引变电所馈出开关保护应当延伸至车上主回路, 作为车辆保护的后备。即电流增量保护整定躲过列车起动电流的上升率, 当列车主回路发生短路故障时保护应动作。(2)直流馈出保护大电流短路( 瞬动) 保护。这是直流快速开关自身的大电流整定, 主要是作为直流短路保护。它的整定值应躲开一列车的最大起动电流与区间的列车运行平均电流之和。双边联跳保护。双边联跳是解决死区保护的重要措施之一, 在正常双边供电情况下, 由于设置了双边联跳保护, 能够消除死区。但当大双边供电距离较长时, 在线路中点附近可能会出现死区, 因此进行大双边供电时, 牵引变电所的双边联跳装置应自动进行转换。电流增量保护。依据以下两个条件鉴别短路电流和列车起动电流的区别: 短路电流初始上升率di/dt大于列车起动电流上升率di/dt; 短路电流增量大于列车起动电流增量。自动重合闸装置。在直流馈出的保护中, 设置自动重合闸装置, 其目的就是矫正馈线快速开关的误动作或消除瞬时短路故障, 保证安全可靠地供电。开关失灵拒动保护。利用保护的短时限动作于跳闸, 长时限动作使牵引变电所内部联跳, 是切断故障点电源、 实现断路器失灵拒动保护的简易、 可行的办法。线路检测装置。在馈线开关合闸以前, 检测馈电线路是否有短路故障, 如检测结果有短路故障, 则馈线开关不能合闸, 只有检测馈出线路无短路故障时才允许馈线开关合闸。轨道电位限制器。为保证旅客在站台登车时的人身安全, 为防止走行轨出现不明原因的电位升高而安装轨道电位限制器。可整定为65V120V。3.2.7 牵引供电系统联跳保护所谓联跳, 就是一个开关事故跳闸后, 去强迫与其相关的所有开关跳闸。双边联跳是切断双边供电电源, 变电所联跳是切断流向短路点的所有电源, 联跳是解决牵引供电系统直流开关没有远后备保护的唯一可靠的办法。牵引供电系统联跳保护有以下5种: 牵引网正常双边联跳、 一路开关退出运行时仍实行双边联跳、 大双边联跳、 上下行牵引网并联时单边联跳、 牵引变电所联跳, 而后者就是从根本上解决牵引供电系统的直流开关没有远后备保护的问题。3.2.8 隔离开关的操作联锁 回路中必须是直流快速断路器处于分闸位置时隔离开关才能进行操作; 而整流器负极隔离开关则应和正极快速断路器相互联锁, 硅整流器正极断路器和负极隔离开关在操作程序上应有两个联锁条件: 只有负极隔离开关合闸后, 正极开关才能进行合闸操作; 只有正极开关处于分闸位置, 负极开关才能进行操作。3.3 牵引变电所 牵引变电所是牵引供电系统的核心, 它担负为电动列车供应直流电能, 它的站位设置、 容量大小, 需根据所采用的车辆型式、 车流密度、 列车编组经过牵引供电计算, 经多方案比选确定。牵引变电所有两种形式: 户内式变电所和户外式箱式变电所, 前者适宜地下线路, 后者适宜地面线路。3.3.1 主接线 牵引变电所主接线应力求简单可靠, 全线尽量一致, 便于运营管理。如果与降压变电所合建, 则中压交流侧需单母线分段, 设分段开关, 双路电源引入, 分列运行; 否则, 亦可为单母线, 双路电源一用一备。牵引变电所一般设两套牵引整流机组, 其容量按远期运量设计。牵引变压器的容量大小还应考虑便于地下运输和安装。牵引变电所主接线有两部分组成: 中压交流侧和牵引直流侧。(1)中压交流侧主接线 中压交流侧主接线有两种接线方式: 一种方式为两套整流机组接至两段母线上; 另一种方式为两套整流机组接至同一段母线上。两套整流机组分别接至中压两段母线, 有利于两路电源的负荷平衡。这样做是有条件的, 即牵引变电所两路中压电源电压需平衡或差别甚微, 如牵引变电所两路中压电源电压不平衡, 则会引起两套整流机组负荷不均衡, 有时差别比较大, 造成一套整流机组重载而另一套轻载。两套整流机组均接至同一段母线上, 这样做有利于两套整流机组负荷的平衡, 也有利于构成等效24脉波整流。城市电网的实际情况是很难保证两路中压电源电压平衡, 故在牵引变电所的主接线中, 一般将两套整流机组接至同一段母线上。交流侧主接线有4种接线方式。第一种为单母线分段, 两台牵引变压器分别接于两段母线, 这样接线的优点是两段母线负荷平衡, 缺点是如两路电源电压有差异, 容易使两台牵引变压器出力不均, 形成一台重载、 一台轻载, 况且不能构成等效24脉渡整流。第二种如图3-4所示, 为单母线分段, 两台牵引变压器接于同一段母线, 两台配电变压器分别接于两段母线上。这样接线的优点是两台牵引变压器出力平衡, 能够构成等效24脉波整流。第三种为单母线分段, 设三段母线, 电源母线可形成环网供电, 两台配电变压器分别接于两段电源母线上, 两台牵引变压器接于第三段母线上, 其双路电源一用一备, 自动切换。第四种为单母线不分段, 两台牵引变压器接于一段母线上, 其双路电源一用一备, 自动切换, 适用于单独建设牵引变电所或箱式变电所。以上牵引变电所的4种交流中压主接线, 根据不同的需求, 皆能够采用, 当前国内用的比较多的是第二种方案。鉴于以上对四种接线方式的分析, *地铁一号线采用第二种接线方式。 (2)牵引直流侧主接线 牵引直流侧主接线有两种方案: 一种是双母线系统方案, 另一种