城轨交通供电4第2章城轨供电原理---外部电源

1、峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系第第2章章 外部电源外部电源一一. 外部电源供电形式外部电源供电形式 集中式供电集中式供电、分散式供电、混合式供电、分散式供电、混合式供电主变电所主变电所主变电所主变电所110KV110KV35KV牵引、降压或混合所牵引、降压或混合所峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系一一. 外部电源供电形式外部电源供电形式 集中式供电集中式供电、分散式供电、混合式供电、分散式供电、混合式供电u主变电所属专用变电所。主变电所属专用变电所。u与城网接口少。与城网接口少。u主变电所、牵引变电所、降压变电所均有两个独立的引入主变电所、牵引变电所、降压变电所均有两个独立的引入电

2、源。电源。u城轨供电系统相对独立，自成系统，便于运营管理。城轨供电系统相对独立，自成系统，便于运营管理。上上 海、广州、南京、香港及新建大部分地铁均为集中供电海、广州、南京、香港及新建大部分地铁均为集中供电方案。方案。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系一一. 外部电源供电形式外部电源供电形式 集中式供电、集中式供电、分散式供电分散式供电、混合式供电、混合式供电开闭所开闭所10KV牵引、降压或混合所牵引、降压或混合所开闭所开闭所10KV开闭所开闭所开闭所开闭所10KV10KV10KV第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系一一. 外部电源

3、供电形式外部电源供电形式 集中式供电、集中式供电、分散式供电分散式供电、混合式供电、混合式供电u从城网分散引入多路中压电源，一般为从城网分散引入多路中压电源，一般为10KV10KV。u平均平均4 45 5个车站需引入两路电源，与城网接口多。个车站需引入两路电源，与城网接口多。u要求城网有足够的电源引入点和备用容量。要求城网有足够的电源引入点和备用容量。u两开闭所之间的供电分区通过双环网进行联络。两开闭所之间的供电分区通过双环网进行联络。u城轨供电系统与城网关系紧密，独立性差，运营管理相对城轨供电系统与城网关系紧密，独立性差，运营管理相对复杂。复杂。长春轻轨、大连快轨、北京地铁长春轻轨、大连快轨

4、、北京地铁4 4、5 5、9 9号线等为分散供电号线等为分散供电方案。方案。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系一一. 外部电源供电形式外部电源供电形式 集中式供电、分散式供电、集中式供电、分散式供电、混合式供电混合式供电以集中供电式为主，以分散式供电为辅的供电方式。以集中供电式为主，以分散式供电为辅的供电方式。一般地，集中供电方案中，在主变电所设置一定的情况下，一般地，集中供电方案中，在主变电所设置一定的情况下，如果线路末端中压网络压降不能满足要求时，从城网分散引如果线路末端中压网络压降不能满足要求时，从城网分散引入中压电源作为补充。入中压电源作为补充。举例：集

5、中式供电方案举例：集中式供电方案第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系二二. 外部电源比选外部电源比选考考虑虑因因素素工程条件工程条件根据沿线城网特点辨证看待集中式、根据沿线城网特点辨证看待集中式、分散式供电形式。分散式供电形式。工程方案工程方案运营管理运营管理工程投资工程投资供电质量、供电可靠性、中压网络、供电质量、供电可靠性、中压网络、对城网影响、资源共享、工程实践对城网影响、资源共享、工程实践集中式供电调度操作方便；电力部门集中式供电调度操作方便；电力部门与城市轨道交通产权划分明晰。与城市轨道交通产权划分明晰。集中式供电方案投资大；考虑主变电集中式供电方案投资

6、大；考虑主变电所网络资源共享有很大优势。所网络资源共享有很大优势。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理1. 谐波概念谐波概念n理想情况下，电力系统中电压电流均为正弦波。由于设理想情况下，电力系统中电压电流均为正弦波。由于设备和负荷的非线性特性，造成所加的电压与产生的电流备和负荷的非线性特性，造成所加的电压与产生的电流不成线性关系，出现波形畸变。不成线性关系，出现波形畸变。 n非线性设备或负荷在传递、变换、吸收系统发电机供给非线性设备或负荷在传递、变换、吸收系统发电机供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，的基波能量

7、的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，向系统倒送大量的高次谐波，使电力系统的正弦波形畸向系统倒送大量的高次谐波，使电力系统的正弦波形畸变，电能质量降低。变，电能质量降低。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理1. 谐波概念谐波概念（1 1）牵引供电系统谐波）牵引供电系统谐波 分为特征谐波和非特征谐波。分为特征谐波和非特征谐波。 特征谐波是指整流装置运行于理想条件下产生的谐波。特征谐波是指整流装置运行于理想条件下产生的谐波。 非特征谐波目前没有通用的表达工式，工程上采用实测。非特征谐波目前没有通用的表达工式，工程上采用实测。（2

8、2）动力照明系统谐波）动力照明系统谐波 主要谐波源：变频器、荧光灯、高压气体放电灯、计算主要谐波源：变频器、荧光灯、高压气体放电灯、计算机、软启动装置、电容器。机、软启动装置、电容器。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理1. 谐波概念谐波概念（3 3）谐波危害）谐波危害 谐波对供电线路产生了谐波对供电线路产生了 附加损耗；附加损耗； 谐波影响各种电气设备的正常工作；谐波影响各种电气设备的正常工作； 谐波使电网中的电容器产生谐振；谐波使电网中的电容器产生谐振； 谐波对附近的通信系统产生干扰。谐波对附近的通信系统产生干扰。（4 4）

9、国家标准）国家标准电能质量电能质量 公用电网谐波公用电网谐波 对用户注入公用电网的谐波电流允许值做了明确规定。对用户注入公用电网的谐波电流允许值做了明确规定。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理2. 谐波计算谐波计算（1 1）谐波术语）谐波术语 第第h h次谐波电压、谐波电流含有率次谐波电压、谐波电流含有率HRUHRUh h 、 HRIHRIh h 谐波电压、谐波电流含量谐波电压、谐波电流含量U UH H 、 I IHH1100%hhUHRUU1100%hhIHRII22()HhhUU22()HhhII第第2章章 外部电源外部电

10、源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理2. 谐波计算谐波计算（1 1）谐波术语）谐波术语 电压、电流总谐波畸变率电压、电流总谐波畸变率THDTHDu u 、 THDTHDi i1HuUTHDU1HiITHDI第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理2. 谐波计算谐波计算（2 2）牵引机组谐波次数）牵引机组谐波次数 特征谐波次数特征谐波次数 h=kph=kp1 1 式中，式中，hh谐波次数；谐波次数； p p 相数（脉波数）；相数（脉波数）； k 1k 1，2 2，3 3，正整数正整数 非特征谐波

11、次数非特征谐波次数 一般为一般为6 6脉波整流器特征谐波的脉波整流器特征谐波的10%10%15%15%。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理2. 谐波计算谐波计算（3 3）相关计算）相关计算 HRUHRUh h 与与I Ih h之关系之关系3100%10hhhNZ IHRUU3100%10NhhkU hIHRUS或（工程估算）或（工程估算）第第2章章 外部电源外部电源 式中，式中， 电网的标称电压（电网的标称电压（KVKV） 公共连接点的三相短路容量（公共连接点的三相短路容量（MVAMVA） 系统的第系统的第h h次谐波阻抗（次

12、谐波阻抗（）NUkShZ峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理2. 谐波计算谐波计算（3 3）相关计算）相关计算 同次谐波电流叠加同次谐波电流叠加第第2章章 外部电源外部电源221212hhhhhhIIIK I I 式中，式中， 谐波源谐波源1 1的第的第h h次谐波电流（次谐波电流（A A） 谐波源谐波源2 2的第的第h h次谐波电流（次谐波电流（A A） 计算系数计算系数1hI2hIhK峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理2. 谐波计算谐波计算（3 3）相关计算）相关计算 同次谐波电流叠加同次谐波电流叠加第第2章章

13、外部电源外部电源221212hhhhhhIIIK I IhKh35711139、13、偶次、偶次1.621.280.720.180.080计算系数的选取计算系数的选取峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理2. 谐波计算谐波计算（3 3）相关计算）相关计算 公共连接点处第公共连接点处第i i个用户第个用户第h h次谐波电流允许值次谐波电流允许值第第2章章 外部电源外部电源1ihihtSIIS 式中，式中， 第第i i个用户的用电协议容量个用户的用电协议容量 公共连接点的供电设备容量公共连接点的供电设备容量 相位叠加系数相位叠加系数iStS峨眉校区峨眉校区 电气

14、工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理2. 谐波计算谐波计算（3 3）相关计算）相关计算 公共连接点处第公共连接点处第i i个用户第个用户第h h次谐波电流允许值次谐波电流允许值第第2章章 外部电源外部电源1ihihtSIIS h35711139、13、偶次、偶次1.11.21.41.81.92相位叠加系数的选取相位叠加系数的选取峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理3. 谐波治理谐波治理（1 1）限制电网谐波）限制电网谐波 增加牵引整流机组的脉波数增加牵引整流机组的脉波数 安装滤波装置或谐波补偿装置安装滤波装置或谐波补偿装置 A. A. 无源

15、滤波装置无源滤波装置 B. B. 有源滤波装置有源滤波装置 C. C. 谐波补偿装置谐波补偿装置 第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系三三. 谐波分析及治理谐波分析及治理3. 谐波治理谐波治理（2 2）其它辅助措施）其它辅助措施 选用选用D D，Y11Y11接线组别的三相配电变压器接线组别的三相配电变压器 将产生谐波的供电线路和对谐波敏感的供电线路分开将产生谐波的供电线路和对谐波敏感的供电线路分开 第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无功功率补偿无功功率补偿1. 基本概念基本概念A.A. 无功功率概念无功功率概念第第2章章 外

16、部电源外部电源( )2cos()uu tUt( )2 cos()ii tIt()ui( )coscos(2)uip tuiUIUItcoscos(22)uUIUItcos 1 cos(22)sinsin(22)uuUItUItRpXpRjX+-u(t)i峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无功功率补偿无功功率补偿1. 基本概念基本概念A.A. 无功功率概念无功功率概念 无功功率：无功功率：p pX X最大值。具有电感和电容的交流电路中，最大值。具有电感和电容的交流电路中，电感的磁场或电容的电场在一个部分内从电源吸收能量，电感的磁场或电容的电场在一个部分内从电源吸收能量，另一部分时间内

17、将能量返回电源。在整个周期内平均功另一部分时间内将能量返回电源。在整个周期内平均功率为零，即不消耗能量。但能量是在电源和电感或电容率为零，即不消耗能量。但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的。能量交换的最大值定义为之间来回交换的。能量交换的最大值定义为QQ。第第2章章 外部电源外部电源( )cos 1 cos(22)up tUItsinsin(22)uUItRpXp峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无功功率补偿无功功率补偿1. 基本概念基本概念B.B. 无功功率来源无功功率来源n阻感负载：异步电动机、变压器、荧光灯。（阻感负载阻感负载：异步电动机、变压器、荧光灯。（阻感负载必须吸

18、收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。）所决定的。）n电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一定无功功率。电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一定无功功率。n电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率。（在工电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率。（在工作时基波电流滞后于电网电压。）另外，这些装置也会作时基波电流滞后于电网电压。）另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无功功率补偿无功功率补偿

19、1. 基本概念基本概念C.C. 无功功率危害无功功率危害n供电线路中增加了无功功率的有功损耗，导致变送电设供电线路中增加了无功功率的有功损耗，导致变送电设备、供电线路、用电设备发热程度加重。备、供电线路、用电设备发热程度加重。n无功电流在供电线路上产生的电压降，导致线路末端的无功电流在供电线路上产生的电压降，导致线路末端的输出电压降低，致使用电设备的实际输出功率降低。输出电压降低，致使用电设备的实际输出功率降低。n变送电设备的负荷容量一定，增加了无功容量变送电设备的负荷容量一定，增加了无功容量QQ，则有，则有功输出容量功输出容量P P降低。降低。n电网中的电流与电压的相位不同相，产生较为严重的

20、谐电网中的电流与电压的相位不同相，产生较为严重的谐波分量，导致供电网络电压不稳定和谐波干扰增大。波分量，导致供电网络电压不稳定和谐波干扰增大。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无功功率补偿无功功率补偿1. 基本概念基本概念D.D. 功率因数要求功率因数要求 电力部门对用户功率因数的一般要求为：高压供电用户，电力部门对用户功率因数的一般要求为：高压供电用户，其功率因数不小于其功率因数不小于0.90.9；低压供电用户，其功率因数不；低压供电用户，其功率因数不小于小于0.850.85。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无

21、功功率补偿无功功率补偿2. 无功补偿方式无功补偿方式A.A. 按补偿装置安装位置划分按补偿装置安装位置划分n就地补偿：将电容组与用电设备并接。就地补偿：将电容组与用电设备并接。n集中补偿：主变电所集中补偿、低压集中补偿集中补偿：主变电所集中补偿、低压集中补偿B.B. 按工艺划分按工艺划分n静态补偿：补偿装置一般由值班人员手工投入或退出。静态补偿：补偿装置一般由值班人员手工投入或退出。n动态补偿：自动检测，实时快速补偿。动态补偿：自动检测，实时快速补偿。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无功功率补偿无功功率补偿3. 并联电容器无功补偿并联电容器无功补偿A.

22、A. 原理原理第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无功功率补偿无功功率补偿3. 并联电容器无功补偿并联电容器无功补偿B.B. 集中和分组补偿容量集中和分组补偿容量第第2章章 外部电源外部电源12(tantan)CavCQK P3210CCQCU（星联每相容量）（星联每相容量）32103CCQCU（三角形联每相容量）（三角形联每相容量）峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无功功率补偿无功功率补偿3. 并联电容器无功补偿并联电容器无功补偿C.C. 就地补偿容量就地补偿容量 P32P32，由式（，由式（2 24242）（2 24545）确定。）确定。第第2章章 外部电源外部电源峨眉校区峨眉校区 电气工程系电气工程系四四. 无功功率补偿无功功率补偿4. 城轨无功补偿方案城轨无功补偿方案A.A. 配置原则配置原则n城轨供电系统消耗的无功功率主要为低压异步电动机和城轨供电系统消耗的无功功率主要为低压异步电动机和照明灯具。照明灯具。a)a)总体平衡与局部平衡相结合，以局部平衡为主。总体平衡与局部平衡相结合，以局部平衡为主。b)b)电力部门补