《城市轨道交通变电所运行与维护》 课件 项目5任务3 城市轨道交通牵引变电所电气主接线的识图分析与设备认知

项目5

变电所电气主接线的识图分析与设备认知

任务3牵引变电所电气主接线的识图分析与设备认知【任务描述】两人一组，分组识读典型的牵引变电所电气主接线图，分析牵引变电所正常和非正常运行方式，对照电气主接线图，认识牵引变电所主要的一次设备。01牵引变电所总体认识牵引变电所总体认识城市轨道交通牵引变电所的功能是将城市电网区域变电所或城市轨道交通主变电所送来的三相交流35kV或10kV电压经过降压整流变换成直流1500V或750V电压供给电力机车。因此，其主接线包括中压侧交流35kV或10kV接线、整流机组接线、直流侧1500V或750V接线三部分。牵引变电所核心部件是整流机组。牵引变电所的数量、容量和设置的距离是根据牵引供电计算的结果,经过经济技术比较后确定，一般设置在沿线若干车站及车辆段附近。牵引变电所按其所需容量设置两组整流机组并列运行，沿线任一牵引变电所发生故障，由两侧相邻的牵引变电所承担其供电任务。02中压侧交流35kV或10kV接线形式1.中压网络通过中压电缆，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，横向把全线各个牵引变电所、降压变电所连接起来，便形成了中压网络，类似于输电线路的功能。根据中压网络功能的不同，分为两类。一类是为牵引变电所供电的中压网络，称为牵引网络；另一类是为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。1.中压网络根据牵引网络和动力照明网络是否共用同一个中压供电网络，中压网络又分为两种。一种是独立的牵引网络与独立的动力照明网络，指的是牵引和动力照明供电网络相对独立，不共用同一个中压网络，可采用不同的或相同的中压电压等级；1.中压网络另一种是牵引动力照明混合网络，指的是牵引和动力照明网络共用同一个中压网络，采用同一中压电压等级。对于集中式供电方式，可以采用独立的牵引网络与独立的动力照明网络，也可以采用牵引动力照明混合网络。对于分散式供电方式，通常采用牵引动力照明混合网络。2.中压网络接线形式（1）独立牵引网络的接线方式对于图5-17（a），主接线采用了单母线接线，两个独立进线电源来自于主变电所，互为备用，牵引变电所母线的进线和出线均采用了断路器，用于控制电流的通断和故障保护。正常工作时，一路电源工作，另一路备用。当工作电源（如QF1所在回路）故障时，由继电保护带动QF1自动跳闸切除故障，备用电源回路断路器QF2由备用电源自动投入装置带动自动合闸，保障该牵引变电所正常供电。2.中压网络接线形式（1）独立牵引网络的接线方式对于图5-17（b），两个相邻的牵引变电所构成一组，每个牵引变电所主接线均采用了单母线接线，这一组牵引变电所的两个独立电源来自于主变电所，每一个牵引变电所均从主变电所接入一路主电源，两个牵引变电所通过联络电缆实现电源互为备用，联络电缆上装有断路器QF3和QF4。正常工作时，QF1、QF2闭合，分别供两个牵引变电所；联络电缆上的QF3、QF4为备用电源断路器，二者有一个闭合（设QF3闭合）。当QF1因进线电源失压由继电保护带动自动跳闸时，QF4自动合闸，由另一路电源进线经QF2、QF4、QF3供两个牵引变电所。2.中压网络接线形式（2）独立动力照明网络的接线方式将全线的降压变电所分为若干个供电分区，每个降压变电所从主变电所或相邻降压变电所的不同母线引入两个独立的电源，中压侧采用单母线断路器分段接线，设置两台动力变压器，分别对称地接在中压侧左右两段母线上。相邻供电分区通过环网电缆联络，形成双环网接线方式。2.中压网络接线形式（3）牵引动力照明混合网络的接线方式当牵引网络与动力照明网络采用同一个电压等级时，可以采用牵引动力照明混合网络，图中包含两个牵引降压混合所和一个独立的降压变电所。将全线分为若干个供电分区，每个牵引降压混合所或降压变电所从主变电所或相邻变电所的不同母线引入两个独立的电源，中压侧采用单母线断路器分段接线，牵引降压混合所中两台整流机组接在同一段中压母线上，而两台动力变压器，分别对称地接在中压侧左右两段母线上并列运行。相邻供电分区通过环网电缆联络，形成双环网接线方式。03整流机组常用接线方式整流机组常用接线方式整流机组是城市轨道交通牵引变电所最重要的设备。城市轨道交通供电系统中的牵引整流机组通常采用等效24脉波整流电路，它是由两个12脉波整流电路并联运行构成，所以需要两套牵引整流机组，每一套整流机组包含整流变压器和整流器。1.单母线不分段接线对于独立的牵引变电所，中压侧常采用单母线不分段接线方式，两套整流机组接在母线上。接线简单，经济性好，但可靠性较低。2.单母线分段接线对于牵引降压混合变电所，中压侧常采用单母线分段接线方式，广泛采用了两套牵引整流机组接在同一段母线的形式。这样，两套整流机组进线的中压母线电压相同，能够平衡两套整流机组的输出负荷，有利于谐波治理。若两套整流机组分别接至左右两侧中压母线，则当两侧中压母线因电网波动电压不相同时，两套整流机组输出负荷不均衡，效果不理想。正常运行时，两套12脉波整流机组同时并联运行，构成等效24脉波整流。当一套整流机组因故障退出时，另一套整流机组在过负荷和谐波允许的情况下，可以继续运行。04直流侧常用电气主接线形式直流侧常用电气主接线形式直流馈出侧1500V或750V常采用单母线接线方式。在图5-21（a）中，直流侧采用了单母线接线。设置一条正母线，一条负母线。结构特点如下：1）两路进线采用直流快速断路器，用于控制正母线直流电流的通断和故障保护；2）设置四路直流馈出线，分别馈出至接触网（轨）的上下行，每一路直流馈出线上采用了一组开关电器，由断路器和电动隔离开关构成；直流侧常用电气主接线形式3）整流机组负极采用电动隔离开关，便于实现综合自动化；4）直流馈线侧没有备用断路器，在上下行同一馈电区电分段处分别设置纵向电动隔离开关，使馈出线断路器可互为备用，当牵引变电所故障退出运行时能够实现大双边供电。直流侧常用电气主接线形式这种接线方式运行可靠性高，经济性好，因此在城市轨道交通供电系统中广泛采用。图5-21（b）接线方式在（a）基础上，将直流进线侧断路器改为电动隔离开关，其他完全相同。由于进线侧采用电动隔离开关，设备价格变低，经济性好，但直流母线故障时，只能由中压侧交流断路器进行故障保护，跳闸时间较长，性能变差。05典型的牵引变电所电气主接线识图及运行方式分析（1）中压35kV交流进线侧中压35kV电源进线侧采用了单母线接线，1#和2#整流机组通过121和123手车式断路器接于母线并联运行。整流机组进线上装有电流互感器和避雷器，避雷器用于防止雷击引起的过电压。（2）整流机组该牵引变电所整流机组的功能是将三相交流35kV电压变换为直流1500V为电力机车供电，由两套12脉波整流机组同时并联运行，构成等效24脉波整流。1.牵引变电所电气主接线结构（3）直流馈线侧牵引变电所直流馈线侧采用了单母线接线方式。两组直流进线柜中的手车式断路器201和202将电能输送至直流1500V正母线；两组负极柜连接于整流机组负极与负母线之间，柜内装设隔离开关2011、2021。牵引变电所直流侧有4路馈出线，每路馈出线装设直流快速断路器和电动隔离开关，由4组直流馈线柜211、212、213、214和4组隔离开关柜2111、2121、2131、2141分别送至上下行线的接触网。设置纵向电动隔离开关2113和2124，使馈出线211和213可互为备用，馈出线212和214可互为备用，同时能够实现大双边供电。2.运行方式（1）牵引变电所正常运行方式牵引变电所正常运行时，中压35kV侧两路断路器121和123同时闭合，两套整流机组并联运行同时供电。在牵引所直流侧，直流负极柜隔离开关2011、2021闭合，进线柜断路器201和202闭合，直流馈线侧四路同时并列运行，2111、211、2112、212、2113、213、2114、214闭合，纵向电动隔离开关2113和2124断开。因直流负极柜中的隔离开关2011、2021与直流进线柜断路器201、202及中压交流开关柜断路器121、123存在闭锁关系，只有当中压交流开关柜断路器分闸且直流进线断路器处于分闸状态，直流牵引系统无故障，自检通过时，对应的负极柜隔离开关才允许操作。（2）牵引变电所非正常运行方式当其中一套整流机组发生故障退出运行时，由另一套整流机组独立向负荷供电，此时为12脉波整流。直流馈线侧其中一路馈出线故障时纵向电动隔离开关合闸。例如断路器211故障检修时，由断路器213、隔离开关2131经2113向左右两侧的接触网供电。当两台馈出线断路器例如211和213同时故障或检修时，闭合纵向电动隔离开关2113可以构成大双边供电。当整座牵引变电所故障退出运行时，也可以利用纵向电动隔离开关实现大双边供电。06牵引变电所主要一次设备认知牵引变电所主要一次设备认知牵引变电所一次设备主要由中压交流开关柜、整流机组、直流进出线柜、负极柜、排流柜、钢轨电位限制装置等组成。1.中压交流开关柜中压交流开关柜构造和使用方法与主变电所中压交流开关柜相同，对应图5-22中的121、123。中压侧电压为35kV时，常采用GIS开关柜；电压为10kV时，常采用空气绝缘的金属铠装开关柜。2.整流机组牵引变电所的核心部件是整流机组，它由整流变压器（RT1、RT2）和整流器（R1、R2）组成。整流变压器一般采用户内环氧树脂浇注干式变压器，无载调压。3.直流开关柜1）进线柜：进线柜（正极柜）外观如图。进线柜有两个，对应图5-22中的201和202，用于实现整流机组向直流正极母线的电能传输、控制和保护。2）负极柜：对应图5-22中的2011和2021。3）馈线柜：对应图5-22中的211、212、213、214，用于实现直流母线向接触网馈电的控制和保护。4.排流柜排流柜核心设备是二极管，当排流网中杂散电流过大，二极管导通，通过排流柜直接排入负极。5.钢轨电位限制装置钢轨电位限制装置是将钢轨的电位限制在预定的人身安全范围内，对应图5-22中的OVPD。在钢轨对地电位超过规定值时，可将钢轨和变电所接地母排连接起来，防止人身安全遭受威胁。6．逆变回馈型再生制动能量吸收装置（部分牵引变电所装设）城市轨道交通列车广泛使用了电制动技术，一种是将制动时的动能转化为电能后再将电能送回电网，称为再生制动；另一种是将制动产生的能