城市轨道交通单端供电系统

1、城市轨道交通单端供电系统 学 院：电气学院 专 业：电气工程及其自动化 指导教师：王致杰 班 级：BG1102 姓 名： 学 号 设计时间：2014.12小组成员及分工： 组 长： 文献检索：文档编辑：目录一·绪论二·城市轨道交通供电系统1. 城市轨道交通供电系统的发展2. 城市轨道交通供电系统的构成3. 城市轨道交通供电系统的基本原理三·计算1. 负荷计算2. 短路计算四·器件选择五·小结绪论随着我们国民经济迅速发展和城市交通量的增长，城市轨道交通作为一种新的交通运输工具在我国运用越来越广泛。未来数年将是轨道交通发展的黄金时期。而对轨道交通系

2、统供电的研究，国内正处于初步摸索阶段。城市轨道交通供电系统是城市铁路运输的重要组成部分，其可靠，安全是城市轨道交通系统运行的保证。对供电系统进行设计，优化设计方案，提高设计效率，节省工程投资，减少运营成本，是供电系统的一种高效的设计方案，是供电系统理论和实践相结合的发展方向。我国越来越多的城市修建城市轨道交通，城市轨道交通供电系统显示必要性与重要性。国外城市轨道交通由于发展历程较长，各方面研究相对较为成熟，电力牵引用于轨道交通系统已有100多年的历史，随着经济和科学技术的不断发展，用于轨道交通的电力牵引方式有许多不同的制式出现。这里所说的制式是指供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流和电

3、压制式，如直流制或交流制、电压等级、交流制中的频率(工频或低频)以及交流制中是单相或三相等。牵引对列车也有要求，大致分为三种，启动加速性能。要求启动加速力大而且平稳，即恒定的大的启动力矩，便于列车快速平稳启动。动力设备容最利用。对列车的主要动力设备牵引电动机的基本性能要求为：列车轻载时，运行速度可以高一些，而列车重载时运行速度可以低一些。这样无论列车重载或轻载都可以达到牵引电动机容量的充分利用，因为列车的牵引力运行速度的乘积为其功率容量，这时近于常数调速性能，列车运输，特别是旅客运输，要求有不同的运行速度，即调速。在调述过程中既要达到变速，还要尽可能经济、=要有太大的能量损耗，同时还希望容易实

4、现调速。城市轨道交通供电系统1. 城市轨道交通供电系统的发展我国的地铁建于1965年，目前，我国已经建成地铁的城市有北京，天津，上海，广州，香港等。从20世纪50年代，我国开始筹建地铁，规划了北京地铁网络。当时的地铁系统注重人防功能。20世纪80年代至90年代，我国开始在上海，北京，天津城市建设地铁。进入20世纪90年代，我国开始进入地铁建设高潮阶段。2. 城市轨道交通供电系统的构成 城市轨道交通供电系统负责提供车辆和供电设备的动力电源，一般包括两大部分，一部分为高压供电系统，即城市电网；另一部分为城市轨道交通内部供电系统，城市轨道交通作为城市电网的一个用户，一般都直接从城市电网取得电能，无需

5、单独建立电厂。城市电网对轨道交通供电的供电方式有三种；集中供电，分散供电以及混合供电。城市轨道交通内部供电系统由牵引供电系统和照明供电系统构成。牵引供电系统中的牵引变电所将三相高压电流变成是和电动车辆应用的低压直流电。馈电线再讲牵引变电所的直流电送到接触网，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能。动力照明系统提供车站和区间各类照明，扶梯，风机，水泵动力机械设备电源和通信，信号，自动化等设备电源，它由降压变电所和动力照明配电线路组成。城市轨道交通供电系统组成如图由图中可以看出，城市电网对城市轨道交通主变电所供电，主变电所将高压电变成低压电传送给牵引变电所，在通过整流器件整流成低压直流电

6、通过馈线输送给轨道列车。我们此次课程设计主要对主变电所到牵引变电所这一块进行研究分析。3. 城市轨道交通供电系统的基本原理本次课设是对5号线的单端供电进行研究，本组成员通过实地考察和查阅资料得知5号线列车直流牵引电压为1500v，额定总功率为5000kw。我们参考了1号线上海体育馆站的牵引系统，绘制出5号线牵引供电系统图。从图上我们可以看到从变电所传输的110kv电压由两条母线传送给牵引变电所。分别每条母线都经过115kv/33kv变压器，将110kv高压电变成30kv左右的中压电，再将30kv中压电分流给牵引变压器，分别每条母线分给4个，1个主线路，3个备用。30kv中压分流后经由33kv/

7、10kv变压器转化为10kv低压通过分流输送给11个站，最后通过站间变压整流器将10kv电压降压整流成1500v直流牵引电供列车使用。下图是接线图为了使设计的图投入实际应用，我们还设计了设备布置图，用于在实际施工中方便布置器件。根据城市轨道交通的系统图，接线图和设备布置图，我们可以完整的将5号线轨道交通供电系统模拟出来并且投入到实际运用中。计算城市轨道交通列车牵引电压单端通常为1500v直流电，牵引变电所消耗总的功率大约为5000kw。1. 负荷计算由实际可得变压器的功率因数，总线路损耗为5%，要求额定总功率为5000KW，则实际用功率5250KW，为防止紧急超载用电，每个主线用3000KW，

8、则定总变电所功率为6000KW（可承受5000kw），主变侧电压为110KV，分为两个主线供电，主变电所变压器用115/33KV。115/33kv变压器一次测：，其中，二次侧电流115/33kv二次侧电流分流成五路，一路接地保护，另四路接牵变分流后电流即33/10kv牵变一次侧分路后功率二次侧分配到每个站台，分别每个母线给六个站台供电，再由站间变压器10/1.2kv将10kv电压降压再经整流二四项整流成直流2. 短路计算由于短路中三相短路最为严重，破坏性最强，则只计算三相短路，用欧姆法计算三相短路电流，断路器电压是短路电压的1.5倍，此电压为短路电压，主变压器，牵引变压器，站间变压器均外壳接地

9、，即单相接地，由于是高压电路，则忽略不计，则 - 短路计算点平均额定电压，比同级电压高5% - 短路电路阻抗 - 短路电路电阻 - 短路电路阻抗根据国家电网专用技术规范标准，可得变压器115/33KV的短路阻抗为10.5，变压器33/10KV短路阻抗为17.5，变压器10/1.2KV短路阻抗为6.5变压器一次侧 断路器：则断路器的型号为：KW200/7，空气户外型额定电压200KV，额定电流7KA隔离开关的型号为：GW200/7，户外式隔离开关额定电压200KV，额定电流7KA接地开关的型号为：JN200/7，户内式接地开关额定电压200KV，额定电流7KA变压器二次侧分路前断路器：则断路器的

10、型号为：ZN50/2，户内真空型额定电压为50KV，额定电流为2KA变压器二次侧分路后即变一次侧断路器：则断路器的型号为：ZN50/2，户内真空型额定电压为50KV，额定电流为2KA变压器二次侧断路器：则断路器的型号为：LN20/0.5，户内SF6型额定电压20KV，额定电流500A接地开关的型号为：JN20/0.5，户内式接地开关额定电压20KV，额定电流500A变压器二次侧分流后即站间变压器一次侧断路器的型号为：LN20/1，户内SF6型额定电压20KV，额定电流1KA接地开关的型号为：JN20/1，户内式接地开关额定电压20KV，额定电流1KA器件选择1. 断路器1.1断路器介绍断路器（

11、英文名称：circuit-breaker，circuit breaker）是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能关合、在规定的时间内承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。 断路器按其使用范围分为高压断路器，和低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kV以上的称为高压电器。在现代社会，无论是工业、农业、交通运输、国防、文教卫生、金融

12、、商业、旅游服务和人民生活等领域都离不开电。电的产生、输送、使用中，配电是一个极其重要的环节。配电系统包括变压器和各种高低压电器设备，低压断路器则是一种使用量大面广的电器。1.2断路器选择QF1，QF2用于保护城市电网至115/33kv变压器处线路为断路器型KW200/7，空气户外型额定电压200KV，额定电流7KA选择空气断路器的理由：SF6断路器怕水，不宜用于户外，真空断路器不能承受110KV高压。QF3，QF4用于保护115/33kv变压器二次侧分流段线路为断路器型ZN50/2，户内真空型额定电压为50KV，额定电流为2KAQF5，QF6，QF7，QF8用于保护33/10kv变压器一次侧

13、线路为断路器型 ZN50/2，户内真空型额定电压为50KV，额定电流为2KAQF12，QF13用于保护33/10kv变压器二次侧至分流段线路为断路器型LN20/0.5，户内SF6型额定电压20KV，额定电流500AQF14，QF15，QF16，QF17，QF18，QF19，QF20，QF21，QF22，QF23，QF24，QF25，QF26用于保护各站间变压器为断路器型LN20/1，户内SF6型额定电压20KV，额定电流1KA2. 开关2.1开关介绍开关的词语解释为开启和关闭。它还是指一个可以使电路开路、使电流中断或使其流到其他电路的电子元件。最常见的开关是让人操作的机电设备，其中有一个或数个

14、电子接点。接点的“闭合”（closed）表示电子接点导通，允许电流流过；开关的“开路”（open）表示电子接点不导通形成开路，不允许电流流过。最简单的开关有二片名叫“触点”的金属，二触点接触时使电流形成回 路，二触点不接触时电流开路。选用接点金属时需考虑其对抗腐蚀的程度，因为大多数金属氧化后会形成绝缘的氧化物，使接点无法正常工作。选用接点金属也需考虑其电导率、硬度、机械强度、成本及是否有毒等因素。有时会在接点上电镀抗腐蚀金属。一般会镀在接点的接触面，以避免因氧化物而影响其性能。有时接触面也会使用非金属的导电材料，如导电塑胶。开关中除了接点之外，也会有可动件使接点导通或不导通，开关可依

15、可动件的不同为分为杠杆开关（Toggle switch）、按键开关、船型开关（Rocker switch）等，而可动件也可以是其他型式的机械连杆。2.2开关选择QS1，QS2为隔离开关可通断城市电网对轨道交通输电GW200/7，户外式隔离开关额定电压200KV，额定电流7KA变压器外壳接地，即单相接地，QS3，QS4为接地开关，用于保护主变压器115/33kv型号为JN200/7，户内式接地开关额定电压200KV，额定电流7KAQS5，QS6为接地开关，用于保护牵引变压器33/10kv型号为JN20/0.5，户内式接地开关额定电压20KV，额定电流500AQS7,QS8，QS9，QS10，QS

16、11，QS12，QS13，QS14，QS15，QS16，QS17，QS18，QS19为接地开关，用于保护站间变压器型号为JN20/1，户内式接地开关额定电压20KV，额定电流1KA3. 电缆3.1电缆介绍电缆(electric cable)通常是由几根或几组导线（每组至少两根）围绕一根中心绞合而成，其形状类似绳索，同时外层覆盖高度绝缘层。通常是由几根或几组导线（每组至少两根）绞合而成的类似绳索的电缆,每组导线之间相互绝缘,并常围绕着一根中心扭成，整个外面包有高度绝缘的覆盖层。电缆具有内通电，外绝缘的特征。电线电缆的型号组成与顺序如下：1:类别、用途2:导体3:绝缘4:内护层5:结构特征6:外护

17、层或派生-7:使用特征1-5项和第7项用拼音字母表示，高分子材料用英文名的第一位字母表示，每项可以是1-2个字母；第6项是1-3个数字。常用代码用途代码不标为电力电缆，K-(控制缆)，P-(信号缆)；导体材料代码不标为铜（也可以标为CU），L-(铝)；内护层代码Q-(铅包)，L-(铝包)，H-(橡套)，V-(聚氯乙烯护套), 内护套一般不标识；外护层代码V-(聚氯乙烯)，Y-(聚乙烯电力电缆)；派生代码D-(不滴流)，P-(干绝缘)；特殊产品代码TH-(湿热带)，TA-(干热带)，ZR-(阻燃)，NH-(耐火)，WDZ-(低烟无卤、企业标准)。3.2电缆选择115/33kv 一次侧选

18、择CYZQ型号电缆，电压等级110750，允许最高工作温度8085115/33kv二次侧（33kv/10kv一次侧）选择ZLL型号电缆，电压等级135，允许最高工作温度8033kv/10kv二次侧选择ZZL型号电缆，电压等级135，允许最高工作温度80整流器至接触网选择VLV型号电缆，电压等级110，允许最高工作温度654. 整流器4.1整流器介绍整流器（英文：rectifier）是把交流电转换成直流电的装置，可用于供电装置及侦测无线电信号等。整流器可以由真空管，引燃管，固态矽半导体二极管，汞弧等制成。相反，一套把直流电转换成交流电的装置，则称为“逆变器” （inverter）。整流器是一个整

19、流装置，简单的说就是将交流（AC）转化为直流（DC）的装置。它有两个主要功能：第一，将交流电（AC）变成直流电(DC)，经滤波后供给负载，或者供给逆变器；第二，给蓄电池提供充电电压。因此，它同时又起到一个充电器的作用。整流器的主要应用是把交流电源转为直流电源。 由于所有的电子设备都需要使用直流，但电力公司的供电是交流，因此除非使用电池，否则所有电子设备的电源供应器内部都少不了整流器。至于把直流电源的电压进行转换则复杂得多。 直流-直流转换的一种方法是首先将电源转换为交流（使用一种称为反用换流器的设备），然后使用变压器改变该交流电压，最后再整流回直流电源。整流器还用在调幅(AM)无线电信号的检波

20、。 信号在检波前可能会先经增幅(把信号的振幅放大)，如果未经增幅，则必须使用非常低电压降的二极管。 使用整流器作解调时必须小心地搭配电容器和负载电阻。 电容太小则高频成分传出过多，太大则将抑制讯号。整流装置也用于提供电焊时所需固定极性的电压。 这种电路的输出电流有时需要控制，此时会以可控硅(一种晶闸管)替换桥式整流中的二极管，并以相位控制触发的方式调整其电压输出。晶闸管也用于各级铁路机车系统中，以实现牵引马达的微调。 可关断晶闸管(GTO)则可用于从直流电源产生交流，例如在 列车上使用此方式提供三相牵引马达所需的电源。4.2整流器选择 目前城市轨道交通系统中运用的整流器大致分为两种十二项脉波整流器和二十四相脉波整流器，此次课程设计我们选用的是二十四相脉波整流器，其交流与直流电压比为1:1.4   24脉波整流机组的主电路原理图如图3-1所示。整流机组主要有两台12脉波轴向双分裂式牵引整流变压器和四组全波整