城市轨道交通,供电系统讲义.docx

城市轨道交通,供电系统讲义其次章城市轨道交通供电系统描述l 第一节供电系统得组成与功能l 地铁供电系统就是为地铁运营供应所需电能得系统,它不仅为地铁电动列车供应牵引用电,而且还为地铁运营服务得其它设施供应电能,如照明、通风、空调、给排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。l 地铁供电系统一般包括外部电源、主变电所(或电源开闭所)、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统。其中,牵引供电系统包括牵引变电所与牵引网,动力照明供电系统包括降压变电所与动力照明配电系统。幻灯片 26 l 地铁系统就是一个重要得用电负荷。按规定应为一级负荷,即应由两路电源供电, 当任何一路电源发生故障中断供电时,另一路应能保证地铁重要负荷得全部用电须要。在地铁供电系统中牵引用电负荷为一级负荷,而动力照明等用电负荷依据它们得实际状况可分为一级、二级或三级负荷。地铁外部电源供电方案,可依据实际状况不同分为集中供电方式、分散供电方式与混合供电方式。幻灯片 27 其次节变电所得分类l 地铁供电系统中一般设置三类变电所,即主变电所(分散式供电方式为电源开闭所)、降压变电所及牵引降压混合变电所。l 主变电所就是指采纳集中供电方式时,接受城市电网 35kV 及以上电压等级得电源,经其降压后以中压供应牵引变电所与降压变电所得一种地铁变电所。l 降压变电所从主变电所(电源开闭所)获得电能并降压变成低压沟通电。幻灯片 28 l 牵引变电所从主变电所(电源开闭所)获得电能,经过降压与整流变成电动列车牵引所须要得直流电。l 主变电所:专为城市轨道交通系统供应能源得枢纽。l 牵引变电所:为列车供应适应得电源。l 降压变电所(配电变电所):为车站、隧道动力照明负荷供应电源。幻灯片 29 第四节供电系统主要运行方式l 110kV 系统运行方式 l 1、1正常运行方式 l 变电所 10kV 母联开关与开闭所间联络开关均处于打开状态,每座变电所由 2 回电源供电,两段 10kV 母线分列运行。变电所由开闭所按不同得供电分区供电。1、2 其它运行方式 1、2、1 故障或检修运行方式 开闭所一回10kV外电源退出时得运行方式时,合上开闭所母联开关,由另一回10kV外电源向该开闭所供电范围内全部变电所供电。非开闭所一回10kV进线电源退出运行时,合上该变电所母联开关,由另一回10kV进线电源向该变电所供电。幻灯片 35 1、2、2 应急运行方式 当一座开闭所得 2 回外电源均退出运行时,合上开闭所间联络开关,由相邻开闭所支援供电。支援供电时保证不使两个开闭所电源连通,并且支援范围不越过退出运行得供电分区。幻灯片 362 DC750V 系统运行方式 2、1 正常运行方式 正极进线开关及其电动隔离开关、馈线开关、上网电动隔离开关、负极电动隔离开关合闸,使正极接触轨与负极走行轨带电。备用馈线柜开关及馈线开关旁路电动隔离开关、越区电动隔离开关分闸。相邻两变电所构成双边供电。幻灯片 37 l 2、2 其它运行方式 l 方式一:同一牵引变电所内得两套牵引整流机组,一套退出运行,另一套接着运行。l 方式二:某一馈线开关退出运行,由备用馈线开关代替其向接触轨供电。l 方式三:当一个牵引变电所退出运行,其供电区段由相邻牵引变电所单边或大双边供电。幻灯片 38 第三章所内典型设备简介第一节V 10kV 中压开关柜及爱护1、10kV 开关柜 10kV 开关柜主要有环网进出线柜、外电源进出线柜(开闭所)、馈线柜、母联柜、母联提升柜、PT 柜等组成。10kV 开关柜一般有断路器室、低压室、电缆室、母线室、柜顶小母线室及线路 PT 室(主要用于环网进出线柜,用于安装测量线路电压得电压互感器)组成。幻灯片 39 l 开关柜内各隔离室均采纳由开关柜顶部泄压。在柜体得顶部装有可翻转得活门,一侧用合页固定死另一侧用塑料螺栓固定。当发生内部燃弧故障时,通过排放热气到柜体外部,防止隔室里气压过大,消退对操作人员得危害。l 环网进出线柜、外电源进出线柜(开闭所)、馈线柜、母联柜内主要有断路器、带电显示器、母线、爱护单元等组成。主要就是带负荷分断一次回路。当系统存在故障时,由爱护单元发出指令,使其断开一次回路,削减故障对设备危害及事故得发生。幻灯片 40 l 成套 10kV 开关柜一般将母线安装在断路器柜内,电缆室内线缆设计为下进上出,母联提升柜主要用于对成排开关柜母线提升用,一般不对其进行操作,柜内没有断路器,不能带负荷分断,因此它与母联柜之间存在连锁关系。l PT 柜内主要有电压互感器、带电显示器、母线等组成,主要用于测量 10kV 系统得母线电压,将电压量经电压测量回路将得到得电量传给爱护单元。幻灯片 41 l 为了平安与便于操作,开关柜不同元件之间设有必要得联锁装置: l 只有当断路器小车处于断开位置时,才能操作接地开关。l 只有当断路器处于分闸状态,接地开关断开,高压室门关闭得状况下,断路器小车才可能移动。l 只有在断路器分闸状态,才能将断路器小车推入至工作位或试验位。l 防止断路器合闸位置时抽出手车。l 在断路器手车摇入、摇出得过程中,断路器将始终锁定在分闸状态。幻灯片 42 l 只有在接地开关闭合时,才能打开电缆室得前门。l 只有在手车锁定在隔离位置时,才能够闭合接地开关。l 只有在电缆室前门就位得状况下,才能分开接地开关。l 只有在手车锁定在隔离位置时,才能够打开高压室前门。l 断路器手车前部面板上设有紧急机械分闸按钮,并可运用挂锁锁定。2、10kV 开关柜爱护配置见下表: 幻灯片 43 序号 被爱护单元名称 配置爱护名称 主要爱护功能 备注 1 10kV 开闭所进线开关柜 F650 1、过流（带低电压闭锁）2、零序电流爱护 3、失压爱护2 10kV 环网进出线开关柜 L30 1、光纤差动爱护 2、后备过流爱护F650 1、过流（带低电压闭锁）2、差动故障后备过流 3、零序过流一段爱护 4、零序过流二段告警 5、断路器失灵爱护 3 10kV 开闭所母联开关柜 F650 1、过流一段爱护 2、过流二段爱护 3、断路器失灵爱护 4、母联自动投入功能 5、合环爱护4 10kV 非开闭所母联开关柜 F650 1、过流一段爱护 2、过流二段爱护 3、断路器失灵爱护 4、母联自动投入功能5 10kV 馈线开关柜：接整流机组 F650 1、电流速断爱护 2、过电流爱护 3、过负荷爱护 4、零序电流爱护 5、零压告警 6、变压器温度爱护(变压器内部) 7、整流器内部爱护(整流器内部) 变压器温度爱护、整流器二极管爱护均为接收外部接点信号 6 10kV 馈线开关柜：接配电变压器 F650 1、电流速断爱护 2、过电流爱护 3、过负荷爱护 4、零序电流爱护 5、零序电流二段告警 变压器温度爱护为接收外部接点信号 幻灯片 44 其次节V DC750V 开关柜l 直流开关柜与地之间安装绝缘板,柜体得固定采纳绝缘螺栓,保证安装后绝缘电阻值在500V 时不小于 2MΩ。直流开关柜包括进线柜、馈线柜(含备用柜、制动电阻馈线柜)、负极柜,且均为户内安装。幻灯片 45 l 1 进线柜 l 进线柜在直流牵引供电系统中也称为正极柜(或总闸柜),在整流柜与直流母线之间起隔离作用,就是安装于整流器正极与 750V 正极母线间得开关设备;柜内主要有分流器、变速器、电动隔离开关、微机爱护单元、直流快速断路器等设备构成。l 2 馈线柜 l 馈线柜安装于正极母线与接触网上网点之间,其内配置正极母线,直流快速断路器手车,及相关限制爱护单元。幻灯片 46 l 3 电阻柜 l 电阻柜主要安装于正极母线与再生制动设备之间,其内主要元器件与馈线柜一样。l 4 负极柜 负极柜安装于 750V 负极母线与钢轨之间,柜内装有两台电动隔离开关,牵引变电所内得低阻抗框架泄漏爱护装置装于负极柜内。框架泄漏爱护由一个电流元件与一个电压元件组成,当电压元件动作时,只联跳本站 10kV 机组断路器、750V 进线直流断路器、馈线断路器共 8 个开关,不联跳邻站;而当电流元件启动时,联跳本站 10kV 机组断路器、750V 进线直流断路器、馈线断路器,并且联跳邻站对应馈线断路器共 12 个开关。幻灯片 47 l 5 边柜 l 边柜内设有中心限制单元,用于上网隔离开关得监控,以及采集直流开关柜中爱护装置得全部信息并上传。柜体设有用于限制上网隔离开关得按钮、指示灯、远方/就地转换开关,以及用于双边联跳继电器,并供应足够得端子排用于采集与限制直流开关柜整个系统得各种信号。l 6 钢轨电位限制装置 l 在直流牵引系统中,由于操作电流与短路电流得存在,可能会引起回流回路与大地间产生超出平安许可得接触电压。这时,就须要在回流回路与大地间装配一套钢轨电位限制装置,以限制走行轨得电位,避开超出平安许可得接触电压得发生。幻灯片 48 当发生超出平安许可得接触电压时,钢轨电位限制器就将钢轨与大地短接,从而保证人员与设施得平安。钢轨电位限制装置一般与 750V 框架爱护协作运用,机车启动及运行时,可能引起轨地之间得电位上升,此时钢轨电位限制装置与框架爱护单元得电压检测元件均启动,但由于直流系统得正常运行状况,框架爱护不动作,故应就是框架爱护电压检测元件得动作时间整定值比钢轨电位限制装置得动作整定值长。幻灯片 49 第三节低压 0 0 、V 4kV 开关柜l 1 系统运行方式 l 1、1 正常运行模式 l 正常工作时,两路 10kV 电源经配电变压器降压后,分别向两段 400V 母线供电,400V 母线为单母线分段运行,并担当车站及区间动力照明得全部用电负荷。幻灯片 50 l 1、2 非正常运行模式 l 当一路电源失压时,延时跳闸,自动/手动切除两段母线上得三级负荷,母联开关合闸,由另一路进线担当全站全部得一、二级负荷;当失压电源复原供电后,断开母联开关,母线分段运行,返回正常运行模式。l 1、3 火灾运行模式 l 当发生火灾时, FAS 系统发出指令,由设于断路器处得分励脱扣器切除火灾区域内全部非消防电源。当 FAS 系统确认灾情处理完毕后,发出解除指令,由人工复原火灾区域得正常供电。幻灯片 51 l 2 开关柜描述 l 0、4kV 开关柜有进线柜、馈线柜、母联柜、电容柜组成。l 进线柜、母联柜内主要有抽出式断路器构成,断路器有三个明显得位置:连接位置、试验位置、分别位置,各个位置有明显得文字符号标识。馈线柜内一般采纳塑壳断路器,开关柜面板上设置测量表计,测量馈出回路各种电量。电容柜内得主要作用时补偿供电系统得补偿无功功率,提高功率因数,降低功率损耗与电能损耗等。幻灯片 52第四节再生制动装置l 制动能量消耗装置由制动限制柜与制动电阻柜构成,采纳多相不重 IGBT 斩波器与汲取电阻协作得恒压汲取方式,当车辆再生电制动且制动能量不能被其它车辆或用电设备消耗时,制动能量消耗装置消耗该部分得能量,依据汲取功率得大小及直流母线电压得改变状况自动调整斩波器得导通比,从而变更汲取功率,通过对网压进行恒压闭环限制,维持线网电压恒定。当车辆处于启动、加速、惰行、停站或线网无车辆运行时,装置不投入工作。幻灯片 53 l 当处于再生制动状况得列车回馈出去得电流不能完全被其她车辆与本车得用电设备所汲取时,能量消耗装置马上投入工作,汲取掉多余得回馈电流,使车辆再生电流持续稳定,最大限度得发挥电制动功能。幻灯片 54 第五节整流机组及配电 变压器l 1 整流机组 l 单台变压器为六相十二脉波整流变压器,两台变压器并联运行构成等效二十四脉波整流变压器。每个牵引变电所内并联运行得两台整流变压器一次侧绕组分别移相7、5°与7、5°,并能实现互换,使任何两台同容量整流变压器二次侧电压相角差 15°,通过整流器获得 24 脉波整流。幻灯片 55 为了构成 24 脉波整流得两台变压器具有互换性,整流精度更高,每台整流变压器得二次绕组有一个星形绕组与一个三角形绕组,分别向两个三相整流桥供电。因为整流变压器二次侧星形绕组与三角形绕组相对应得线电压相位错开 30°,于就是可以得到 12 脉波整流电路。每个牵引变电所内并联运行得两台牵引变压器,联结组别为 Dd0y11 与 Dd2y1,当供应两台 12 脉波整流器得整流变压器高压网侧并联得绕组分别采纳±7、5°外延三角形联接时,可使两台整流变压器阀侧输出电压得相角差为 15°通过整流器获得等效 24 脉波直流。如下图所示: 幻灯片 56 幻灯片 57 l 联锁 l 防止误入带电间隔及误操作得发生装置。变压器门体设电磁锁与变压器 10kV 断路器闭锁。每个门上装一套,保证当 10kV 断路器分闸后,对应变压器门才可以打开,变压器门打开得状况下,10kV 断路器不能合闸。幻灯片 58 l 分接开关(分接片) l 整流变压器采纳无励磁调压,原边分接抽头得分接范围:±2×2、5%。 幻灯片 59 l 2 整流器 l 单台整流器由二个三相 6 脉波全波整流桥组成,其中一个整流桥接至整流变压器二次侧Y 型绕组,二脉波整流。在每座牵引变电所内两套整流机组并联运行构成等效二十四脉波整流。幻灯片 60幻灯片 61 l 3 配电变压器l 北京地铁 15 号线采纳 SCB10 系列浇注式树脂绝缘干式电力变压器: l 电压等级为 10kV/0、4kV; l 调压范围:±2×2、5%; l 绝缘电阻为: l 高压线圈低压线圈 ≥500MΩ l 高压线圈地≥500MΩ l 低压线圈地≥400MΩ。幻灯片 62 l 系统运行方式 l 正常运行方式: l 两台配电变压器分列运行,向整个车站及相邻半个区间得一、二、三级低压负荷供电。l 其她运行方式: l 当一台配电变压器因故障退出运行时,切除三级负荷,AC 0、4kV 母联自投,由另一台配电变压器向全站及相邻半个区间得一、二级低压负荷供电。l 联锁 l 变压器门体设电磁锁与变压器 10kV 断路器闭锁。保证当 10kV 断路器分闸后,对应变压器门才可以打开,变压器门打开得状况下,10kV 断路器不能合闸。幻灯片 63 第六节变电所交直流电源装置变电所内交直流屏由沟通输入配电部分、整流部分、降压部分、直流输出馈电部分、监控部分以及绝缘监测部分组成。主要对变电所内设备得限制系统、信号系统、继电爱护、自动装置、智能测量装置供应 AC220V 或 DC220V 操作电源,北京地铁 15 号线变电所内交直流屏分为A 型屏与 B 型屏两种。A 型沟通屏主要用于区间变电所、车辆段变电所、停车场变电所。沟通屏本体所需得协助电源为沟通,取自本沟通屏。B 型电源屏主要用于正线各车站。B 型电源屏柜体为 1 面,由沟通配电、直流配电及监控装置组成,直流电源有站内电源整合专业供应,经过 B 型电源屏直流配电系统给所内设备供电。幻灯片 64 A 型交直流屏原理图 幻灯片 65 B 型屏沟通配电部分工作原理框图幻灯片 66 B 型直流输出馈电部分工作原理框图 幻灯片 67 第七节杂散电流监测及防护系统l 1 杂散电流产生缘由 l 机车所需电流由牵引变电所供应,通过接触网/轨向机车送电,并利用走行轨把牵引电流返回牵引变电所。由于钢轨很难做到完全对地绝缘,所以牵引电流并非全部由钢轨流回牵引变电所,而就是有一部分通过钢轨与大地之间得绝缘不良点流经大地流向大地低电位处,再由大地流回钢轨并返回牵引变电所,从而形成没有任何规律得杂散电流。如下图所示,I1 与 I2 分别为一个供电区间两个牵引变电所向机车供应得电流,I3 与 I4 分别为通过走行轨向两个牵引变电所回流得电流,I5 与 I6 分别为泄漏到地下得杂散电流。幻灯片 68 幻灯片 69 l 2 杂散电流得危害 l 引起地铁旁边建筑物结构钢筋、金属管线腐蚀。l 使某些地铁设备无法正常工作。杂散电流若流入电气接地装置,将引起过高得接地电位,使某些设备无法正常工作,甚至会危及人身平安。l 给地铁得平安运营带来不利影响。若走行轨局部或整体对地得绝缘变差,则对大地得泄漏电流增大,地下杂散电流增大,会使钢轨电位发生改变,进而引起钢轨与框架之间得电位差发生改变,可能引起牵引变电所得框架爱护动作l 危及地铁乘客得平安。幻灯片 70 l 3 排流柜 l 排流柜安装于牵引变电所内,一端接负极柜内得直流负母排,另一端接隧道结构钢筋(或高架桥梁结构钢筋)、整体道床结构钢筋、牵引变电所得地母排。使结构钢筋中得杂散电流单方向回流到牵引变电所内得负极柜,防止杂散电流对结构钢筋得腐蚀。幻灯片 71 l 4 单向导通装置 l 在地铁轨道系统中,车辆段须要设置绝缘接头,其目得就是为了尽量减小杂散电流并缩小杂散电流影响得范围,从而减小杂散电流对结构钢筋得腐蚀。而在采纳绝缘接头得钢轨部位,有机车运行时,为保证回流电流得正常流淌,必需采纳单向导通装置,并接于轨道设置得绝缘结处,用于连接绝缘接头两端得钢轨,使钢轨中电流只能向正线回流,而向车辆段截止。其内除设置二极管支路外,还设有隔离开关与消弧装置,隔离开关用于特别运营方式下,将绝缘结两端回流轨干脆电气连接;消弧装置用于车辆再生制动导致单向导通装置旁边回流轨电位上升时,该装置电气导通,降低走行轨电位,限制绝缘结两端放电与保证回流轨旁边人员得平安。幻灯片 72 幻灯片 73 第八节电源整合系统电源整合系统主要由沟通输入、沟通配电、充电机、直流馈电单元、监控单元、微机绝缘监测仪、蓄电池等组成。北京地铁 15 号线采纳电源整合系统,其目得就就是为了对站内各电源系统得蓄电池、装置进行硬件整合与集中布置,便于电源系统得统一维护与管理。通过集中布置削减设备用房面积,降低车站土建工程造价。通过硬件整合削减设备重复配置.实现资源共享节约设备投资,其原理图如下所示。幻灯片 74 幻灯片 75 第九节综合自动化系统A (SCADA 系统) )变电所自动化系统采纳集中管理、分散布置得模式,分层、分布式系统结构。系统由站内管理层、数据通信层、基础设备层组成。系统以供电设备为对象,通过所内网络将所内得 10kV、0、4kV 沟通爱护测控单元、750V 直流爱护测控单元、交直流电源系统监控单元、变压器与整流器监控单元、排流柜(含杂散电流监测装置)、等间隔层设备连接起来,通过具有牢靠性高、实时性强得通信限制器构成稳定、牢靠得变电所自动化系统。幻灯片 76 SCADA 系统得构成 错误! 未找到引用源。