地铁牵引降压混合变电所毕业设计论文(编辑修改稿)

地铁牵引降压混合变电所毕业设计论文(编辑修改稿)内容摘要：

缘故，许多国家已逐渐停止发展直流制。 ② 低频单相交流制 即牵引网供电电流为低频单相交流的电力牵引电流制。 这种电流制是 继直流制之后出现的，牵引网供电电流频率为 16Hz，牵引网电压为 15kV 或 11kV，电力机车上采用交流整流子式牵引电动机。 交流容易变压，因此，可以在牵引网中用高电压送电．而在电力机车上降低电压，供应低电压的交流整流子式牵引电动机。 低频单相交流制的出现，与力图提高牵引网电压以降低接触网中的有色金属用量有关。 由于电力工业主要采用50Hz 标准频率后，低频制电气化铁道或者须自建专用的低频率的发电厂，或者在牵引变电所变频后送人牵引网；这就变得复杂化，于是，其发展受到了限制。 ③ 工频单相交流制 即牵引网供电电流为工业频 率单相交流的电力牵引电流制。 它是在 20世纪 50 年代中期法国电气化铁路应用整流式交流电力机车获得成功之后开始推广的。 从那时以来，许多国家都相继采用。 这种电流制在电力机车上降压后应用整流装置整流来供应直流牵引电动机。 由于频率提高，牵引网阻抗加大，牵引网电压也相应提高。 目前，较普遍应用的接触网额定电压是 25kV。 采用工频单相交流制的优点是，消除了低频单相交流制的两个主要缺点（与电力工业标准频率并行的非标准频率和构造复杂的交流整流子式牵引电动机）；牵引供电系统的结构和设备大为简化，牵引变电所只要选择适宜的牵引变压器 ，就可以完成降压、分相、供电的功能；接触网的额定电压较高，其中通过的电流相对较小，从而使接触网导线截面减小、结构简化；牵引变电所的间距延长、数量减少；工程投资和金属消耗量降低，电能损失和运营费用减少；电力机车采用直流串励牵引电动机，也远比交流整流子式牵引电动机牵引性能好，运行可靠。 采用工频单相交流制的缺点是，对电力系统引起的抚恤电流分量和高次谐波含量增加以及功率因数降低；对沿电气化铁路架设的通信线有干扰。 但是，经过技术方面和经济方面的综合分析比较，上河南理工大学毕业设计（论文）说明书 4 述优点是主要的。 因此，我国电气化铁路采用工频单相 25kV 交 流制，但是地下铁道大多不采用。 降压变电所 降压变电所一般的设置和形式有以下几种： (1) 一所型式 车站只设一座降压变电所，位于重负荷一端。 车站所有重要的一、二级负荷及容量较大的三级负荷均从所内以放射式供电。 根据设计经验，标准的地下双层车站，降压变电所送出回路在 80～ 90 个。 除冷冻站以外，由于车站两端负荷一般分布较为均匀，故远离降压变电所一端的供电回路约占一半左右。 ① 降压变电所为一所型式的供电方案的优点 整个车站的变配电设备集中设置在一处，减少了降压变电所的设备投资。 设备用房数量少，降低 了土建造价。 ② 降压变电所为一所型式的供电方案的缺点 由于供电方案为放射式，势必造成供电距离大幅度增加，为保障线路电压损失限制在规定范围内，必须增大导线截面；同时低压线路的数量也大幅度增加，出现故障的机率增大，一定程度上降低了供电的质量及可靠性。 因供电距离较长，单机大容量设备需要采用大截面电缆或密集型母线供电，而二者（尤其是密集型母线）价格高昂，会引起电力投资的显著增加。 (2) 一主所一跟随所型式 在车站一端设一座主降压变电所，另一端设一座跟随式降压变电所（跟随所电源引自设在主降压变电所的高压开关室）。 主所、跟随所的高压进线均为两路独立电源，引自不同的馈线回路，互不干扰，即为并列关系的两座降压变电所。 因此，两者低压间亦不存在联系，各负担本端的负荷用电。 ① 降压变电所为一主所一跟随所型式供电方案的优点 两所各负责本端的用电负荷，根本上解决了低压供电的电压损失问题，电缆截面及数量随之显著降低，供电方案较为合理。 两所间采用高压联系，在供电质量、可靠性和安全性上有了根本提高，尤其突出体现在单机大容量设备的供电上。 一主所一跟随所型式单台变压器容量一般为 500、 6 800kVA 几种规格，较一所型式规格为 1250、 1600kVA 的配电变压器，总安装容量变化不大，但单台安装容量降低了二至三个级别，其运转的经济性会大为提高。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 5 ②降压变电所为一主所一跟随所型式供电方案的缺点 设置跟随所须增加高压柜、变压器及低压柜等设备，使整个降压变电所的投资有较大增加。 因跟随所的设置，其房屋面积增加许多，加大了土建工程投资。 (3) 一所一室型式 在车站一端设一座降压变电所，另一端设一座低压配电室。 与一主所一跟随所型式不同的是，低压配电室替代了跟随所。 以车站中心分界，降压变电所与低压配电室各负责本端的负荷供电（除单台容量较大的设 备外）。 低压配电室的电源引自降压变电所低压侧，因此两者的一、二级负荷母线为并列关系。 ① 降压变电所为一所一室型式的优点 远离降压变电所端的大部分设备从低压配电室送出，供电负荷较一所型式有明显地降低，从而减少了贯穿车站低压电缆的数量。 低压配电室配电负荷的供电距离相对减小，可在一定程度上减少故障的机率，提高供电的质量及可靠性。 低压配电室房屋面积较跟随所型式相对减少，同时亦减少两面高压送出柜，一定程度上降低了设备投资和土建造价。 ② 降压变电所为一所一室型式的缺点 由于低压配电室电源引入为 低压，不 可避免地造成电压损失，从根本上未解决末端设备的电压损失问题。 由于单机大容量设备还须从降压变电所直接供电，所以仍存在一所型式的供电可靠性差的缺陷。 低压配电室引入为低压电源，为保障供电方案，进线必须采用大截面电缆或密集型母线，增加了工程造价。 (4) 综合分析比较 综上所述，降压变电所的设计一般采用一所型式、一主所一跟随所型式或一所一室型式，其性能对比如表 11 所示。 表 11 三种降压变电所性能对比 型式 供电质量 供电灵活性 低压电缆数量 投资 一所 低 低 多 低 一主所一跟随所 高 高 少 高 一所一室 较高 较高 较少 较高 从技术角度而言，设置跟随所为最佳方案，它可以保障供电质量、提高供电可靠 性、减少有色金属消耗和运营能耗。 故选用一主所一跟随所方式。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 6 设计任务 本次设计主要对牵引降压混合变电所的一次部分进行研究和设计。 通过对负荷资料的分析计算得到计算负荷；然后确定变压器的容量和台数，根据所算出的参数选择合适的变压器型号；然后进行电气主接线的设计；根据电气主接线进行短路计算得出各短路点的短路电流；根据短路电流等来选择一次设备；最后进行防雷、接地、消防等基础设施设计。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 7 2 变电所的设计方案 设计方案概述 地铁供电系统由外部电源、主变电所、牵引供电系统、变配电系统、电力监控系统（ SCADA）组成。 外部电源来自城市电网，大多采用集中式、分散式、混合式等形式，外部电源的电压等级通常为 110kV 或 10kV。 牵引供电系统由牵引变电所和接触网系统组成，牵引变电所一般每两座车站设置一座，向贯通地铁全线的接触网供电。 变配电系统包括降压变电所与低压动力、照明配电系统和跟随变电所。 降压变电所在规模较大的车站设置两座，规模较小的车站设置一座，向本站及其 相临区间的动力照明负荷供电。 地铁中压配电网络是通过中压电缆，纵向上把主变电所和牵引变电所、降压变电所连接起来，横向上把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来而形成的配电网络。 中压配电网既为牵引变电所供电（即牵引配电网络），也为降压变电所供电（即降压配电网络）。 降压配电网络的设计是地铁配电系统设计中比较重要的一环。 设计方案选择 地铁的供电方式根据外部电源的不同可分为集中式、分散式、混合式等形式，由于本次设计以苏州轨道交通 2号线延伸线作为参考，所以本次设计只考虑集中式供电方式。 根据用电容量和线 路长短，在地铁沿线设置专用的主变电所，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。 主变电所应有两路独立的电源进线，进线电压一般为110kV，经降压后变成 35 可 V或 10kV，供给牵引变电所与降压变电所。 集中式供电有利于地铁供电网形成独立系统，便于管理和运营。 集中式供电方案下的中压配电网络可分为牵引 — 降压独立配电网络和牵引 — 降压混合配电网络两种形式。 牵引 — 降压独立配电网络 牵引 — 降压独立配电网络即牵引配电网络和降压配电网络相互独立的中压网络形式。 对于牵引 — 降压独立网络，牵引配电网络和降压配电网络 的电压等级不同，牵引配电网络电压为 35kV，降压配电网络电压为 10kV。 全线的降压变电所被分成若干个分区，每个分区一般不超过 3 个车站；每一个分区均从主变电所的 35/10kV 变压器，就近引入两路 10kV 电源；每座降压变电所的两路电源分别由主变电所或相邻降压变电所 10kV 不同母线引入，接至两段母线，同时在降压河南理工大学毕业设计（论文）说明书 8 变电所的每段母线设一路出线，向相邻降压变电所供电；在各分区设有网络开关，正常运行时该开关分断，形成 10kV 开口双环网供电形式。 A 牵 引 降 压 混 合 变 电 所 C 牵 引 降 压 混 合 变 电 所B 降 压 变 电 所电 源 引 自 主 变 电 所1 1 0 / 3 5 （ 1 0 ） k V 变 压 器 图 21 牵引 — 降压独立配电网络 牵引 — 降压混合配电网络 牵引 — 降压混合配电网络是指牵引配电网络和降压配电网络共用一个网络的中压网络形式。 当中压网络采用牵引 — 降压混合配电网络时，在有牵引变电所的车站，可以把牵引变电所和降压变电所建成牵引 — 降压混合变电所。 牵引 — 降压混合配电网络电压可以为 35kV 或 10kV，因 35kV 输电容量大、距离长，故一般采用 35kV 级。 全线的牵引 — 降压混合变电所及降压变电所被分成若干个分区，每个分区一般不超过 3 个车站；每一个分区均从主变电所 35(10)kV 的不 同母线就近引入两路 35(10)kV 电源，中压配电网络采用双环网接线方式；两个主变电所之间的分区间通过环网电缆联络。 A 降 压 变 电 所B 降 压 变 电 所C 降 压 变 电 所电 源 引 自 主 变 电 所1 1 0 / 3 5 ( 1 0 k V ) 变 压 器 图 22 牵引 — 降压混合配电网络 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 9 本章小结 配电网络的选择应结合轨道交通网和城市电网的具体情况进行综合考虑，由于本次设计是以苏州轨道交通 2 号线为参考，故采用牵引降压混合配电网络作为本次的设计方案。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 10 3 负荷计算 地铁变电所的实际负荷并不等于所有用电设备的额定功率 总和。 因为用电设备不可能全部同时工作，各台设备也不可能全部满负荷，每种用电设备的功率因数也不可能完全相同。 因此，地铁变电所电气系统设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。 所谓 “等效” 就是这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应和等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升和等效负荷产生的最大温升相等。 按照等效负荷，从满足用电设备发热条件来选择各种用电设备，而计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。 计算负荷必须确当，如果过小会引起变压器和线路过热，加速其绝缘损坏，过多损耗能量，增加电压损失从而破坏正 常的运行条件，甚至引起线路失火，造成重大事故。 如果计算负荷过大，则会造成变压器容量过剩，线路截面过大，开关整定电流过高，增加了工程投资，造成不必要的浪费。 因此，要正确合理地对地铁的配电系统进行设计，负荷计算是至关重要的一环。 地铁负荷分类 地铁动力、照明负荷按其重要性，分为一、二级及三级负荷。 一级负荷由降压变电所 I、 II 段母线各提供一路专用电源供电并在末端自切，以实现不间断供电，如 BAS、 FAS、 AFC、通信、信号、屏蔽门、消防泵、喷淋泵、废水泵、直流盘、变电所所用电、消防联动的车站送、排风机、风 阀等、消防电源、兼作紧急疏散的自动扶梯等。 二级负荷由降压变电所 I段或 II 段母线提供一路专用电源，在变电所处切换，必要时可以切除，如污水泵、雨水泵、普通风机、自动扶梯、直升电梯、正常照明、区间维修电源等。 三级负荷由降压变电所三级负荷母线提供一路电源，当变电所只有一路电源时必须切除，如广告照明、冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、清洁设备、电热设备等。 地铁负荷计算方法 在地铁变电所负荷计算常用的方法有三种，即单位指标法、需要系数法、二项式系数法。 河南理工大学毕业设计（论文）说明书 11 单位指标法 (1) 单位指标法的计算 公式 单位指标法是以单位建筑面积负荷密度乘以建筑面积，其公式如下： 1000SSjs  KP （ 31） 式中， jsP — 有功计算负荷， kW； SK — 建筑单位面积负荷密度， 2mW ； S— 建筑面积， m2。 在方案设计阶段多采用单位指标法。 (2) 各类建筑物的单位指标 普通民用建。