2023年[城轨供电系统课程设计]城轨供电系统由哪些部分组成.docx

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1、2023年城轨供电系统课程设计城轨供电系统由哪些部分组成 课程名称：城轨供电系统 设计题目： 城轨供电系统方案设计 院 系：专 业：学 号：姓 名：指导老师： 西南交通高校峨眉校区 2023年 5月 19日 课 程 设 计 任 务 书 专 业 城轨供电 姓 名 学 号 开题日期：2023年4月7日 完成日期：2023年5月 19 日 题 目 城轨供电系统方案设计 一、设计的目的 是整个过程中关键的环节。通过本课程设计使学生加深对专业课程的理解，并能将专业学问融为一体，初步驾驭城市轨道交通供电系统工程设计过程，为以后设计、施工、运营、设备制造等相关领域的工作打下坚实的基础。 二、设计的内容及要求

2、 设计内容： （1）了解本设计的目标和意义； （2）驾驭城市轨道交通供电系统工程设计方法和思路； （3）完成主变电站及外部电源方案；（4）完成供电系统方案设计； （5）完成牵引变电所及降压变电所设置及容量选择；（6）完成供电分区划分及中压网络设置。 设计要求： （1）完成供电系统大图（含变电所设置及容量选择），要求手工图或CAD 图一份； （2）结合本课程理论，具体阐述设计思路。 三、指导老师评语 四、成 绩 指导老师签章) 年 月 日 摘要 城市轨道交通供电系统是从城市电网（110KV 或者220KV ）引入电源，经过降压、安排和整流，为列车及设备运行供应动力能源，一般包括高压供电源系统、牵

3、引供电系统和动力照明供电系统。明显，城市轨道交通供电系统在整个城市轨道交通系统中占有重要的地位。 本次城轨供电系统方案设计，主要包括主变电所的选址、外部电源方式选择、牵引变电所及降压变电所设置及容量选择、供电分区划分及中压网络设置。首先，计算相关数据，选择牵引变电所的位置及牵引降压、变压器的容量；其次，再对整条线路划分供电分区，计算主变电所容量；再次，对每个分区正常状况和非正常状况进行潮流分析；最终，画出整个供电系统的CAD 图。 本次课程设计，目的是加深对课本学问的理解，了解城轨供电系统的功能和组成，为后续课程及将来工作奠定必要的基础 关键词 供电系统 变电所 变压器 Abstract Ur

4、ban mass transit power supply system connects to urban power networks (110 KV or 220 KV).After step-down ，voltage sharing and rectification, this system supplies electrical energy for trains and other electric accessories. In general, this system is made up of three parts: high voltage power supply

5、system, tractive power supply system and low voltage power supply system. Obviously, it occupies an important position in the urban rail transit. The design of power supply system for urban rail transit includes: ascertain the location of the main transformer station，select the mode of the external

6、power source, choose appropriate location and capacity for the traction substation and step-down substation, divide the power supply zone and design the distribution network. At first, complete the calculation of the given data, and choose the right location and capacity for the substation and trans

7、former. Secondly, divide the whole line into several power supply zones, and calculate the capacity of the main transformer. Thirdly, complete the analysis of power flow for each zone in normal conditions and fault conditions. At last, complete a CAD graph of the whole power system. The design is ai

8、med at consolidating the knowledge of the textbook. At the same time it makes us have a better understanding of the urban mass transit power supply system, and it is also a necessary preparation for the coming courses and our work in the future. Key Words power supply system substation transformer 书

9、目 一、设计的目的和意义 . . 1 二、主变电站及外部电源方案 . 1 2.1主变电站方案 . 1 2.1.1主变电所的选址原则： . 1 2.1.2依据负荷特点确定主变电所沿线布置. 1 2.1.3依据电压损失要求确定主变电所数量. 1 2.1.4依据城市规划要求确定主变电所位置. 2 2.1.5本设计中主变电所选址 . 2 2.2外部电源方案 . 2 2.2.1集中式供电方式： . 3 2.2.2供电方式比较 . 3 2.2.3本设计中供电方式选择 . 3 三、供电系统方案设计 . . 3 四、牵引变电所及降压变电所设置及容量选择 . . 4 4.1牵引变电所 . 4 4.1.1单双边供

10、电 . 4 4.1.2单位指标法估算： . 5 4.1.3牵引变电所设置 . 6 4.1.4牵引供电计算结果统计 . 9 4.1.5牵引变电所容量选择 . 11 4.1.6 牵引变电所容量计算结果统计表 . 12 4.2降压变电所 . 12 4.2.1降压变电所配电变压器容量计算公式. 12 4.2.2本设计中低压配电资料 . 13 4.2.3低压配电计算 . 14 五、供电分区划分及中压网络设置 . . 16 1. 供电分区 . 16 5.1.1供电分区的划分 . 16 5.1.2主变电所容量计算 . 17 2. 中压网络 . 17 5.2.1中压网络 . 17 5.2.2潮流计算相关公式

11、. 17 5.2.3正常状况潮流分析 . 18 5.2.4非正常状况下潮流分析 . 19 六、供电系统大图 . 19 附1：原始资料 . 21 附2：低压配电资料 . 25 附3：牵引供电计算相关参数 . . 26 附4：潮流计算资料 . 27 参考文献： . 28 一、设计的目的和意义 城市轨道交通供电系统设计贯穿于地铁线路建设、运营维护的始终，是整个过程中关键的环节。通过本课程设计使学生加深对专业课程的理解，并能将专业学问融为一体，初步驾驭城市轨道交通供电系统工程设计过程，为以后设计、施工、运营、设备制造等相关领域的工作打下坚实的基础。 二、主变电站及外部电源方案 2.1主变电站方案 2.

12、1.1主变电所的选址原则： 靠近负荷中心，邻近城市轨道交通线路布置。 满意中压网络电缆压降要求。 满意城轨供电网络规划中主变电所资源共享要求。 与城市规划、城市电网规划相协调。 可独立设置，也可合建 便于电缆线路引入、引出。 便于设备运输。 留意选择相宜的环境，并考虑与四周设施的相互影响。 2.1.2依据负荷特点确定主变电所沿线布置 主变电所位置离城轨线路的距离一般限制在几百米范围内。实际工程中主所贴近线路布置。 2.1.3依据电压损失要求确定主变电所数量 主变电所数量取决于负荷分布及大小（负荷矩），即中压网络电缆的压降应满意设计要求。 地铁设计规范要求：供电系统的中压网络应按列车的远期通过实

13、力设计，对互为备用线路，一路退出运行另一路应担当其一、二级负荷的供电，线路末端电压损失不宜超过5%。对于国内城市轨道交通线路而言，一般设置两座主变电所，可满意供电质量的要求。 2.1.4依据城市规划要求确定主变电所位置 由主变电所数量初步确定大致位置。在沿线负荷匀称状况下，若设一座主所，则考虑布置在线路长度中心旁边；若设两座主所，则首选位置考虑在线路长度的1/4及3/4处。 随着大城市轨道交通建设的网络化发展，主变电所的位置应满意网络共享的要求。 2.1.5本设计中主变电所选址 依据以上选址原则和要求，加上已有线路的主变电所位置来看，七号线的主变电所不须要单独建设，可以和其他线路共用即可。共用

14、的主变电所分别为三号线的金山主所和一号线的兴业主所，其中汉溪长隆站从金山主所接线，新造站从兴业主所接线，其位置如下图2-1所示。从七号线线路远期全线来看，线路全长28.312km ，两主变电所的地理位置符合线路长度1/4和3/4的要求。这样一来，七号线不须要再花费大量工程去新建主变电所，节约了建设时间和资源。 图1-1 主变电所位置 2.2外部电源方案 城市轨道交通系统是一种特别的城市电网用户，呈线状分布，线路用电范围一般在1040km 之间。城市轨道交通系统的外部电源供电方式，依据公用电网构成 的不同特点，通常可采纳集中供电、分散供电和混合供电等不同方式。 2.2.1集中式供电方式： 主变电

15、所属专用变电所。 与城网接口少。 主变电所、牵引变电所、降压变电所均有两个独立的引入电源。 城轨供电系统相对独立，自成系统，便于运营管理。 2.2.2供电方式比较 集中供电方式和分散供电方式相比，有如下优点： 供电牢靠性更高； 供电质量更好； 对城市电网的影响小，且投资少； 运营管理更便利，线路的电能损耗小，运营成本低； 工程量小，涉及面小，建设相对简单。 2.2.3本设计中供电方式选择 综合以上优点考虑，在本设计中外部电源供电方式选择集中式供电方式。 采纳集中供电方式时，设置的主变电所从电力系统引入电源（110KV 或者其他电压等级），要求公用电网供应的电源点少，而且电压等级高，进线数量少，

16、电源牢靠性高，供电质量好，公用电网的改造工程量少，便于调度管理，便利运营维护。下图2 为集中供电方式连接方式。 图2-2 集中式供电方式 三、供电系统方案设计 本设计中，城市轨道交通供电系统外部电源供电方式为集中供电方式，其各个组成部分的关系如图3-1所示。 图3-1 供电系统结构 发电厂（站）是电能的生产者。发电厂一般与电力用户相距很远，必需将电压抬升，以削减线路的电压损失和能量损耗，因此要在发电厂的输出端接入升压变压器。我国运用最普遍的输电电压等级为110KV220KV。 一般将主变电所以上的部分成为外部公用电网，主变电所一下的部分称为城市轨道交通内部系统，内部系统与外部电网的接口在主变电

17、所处。内部系统是一个浩大的电力用户，其中牵引变电所、馈电线、接触网、走行轨道和回流线构成牵引供电系统；降压变电所为各车站、隧道、车辆段等的动力照明复合供应电能。 四、牵引变电所及降压变电所设置及容量选择 4.1牵引变电所 牵引变电所的功能是将引自城市电网或轨道交通供电系统内部的35KV 或10KV 电源降压、整流后，变成750V 或1500V 直流电源，再由牵引变电所内的直流配电装置将该直流电源送至区间接触网，供电动列车用电。 4.1.1单双边供电 单边供电仅是运行中一种可能采纳的临时供电方式，不是牵引供电计算的限制条件。双边供电是城市轨道交通最基本的供电方式，是设计遵循的前提，也是运营的首选

18、方案。 4.1.2单位指标法估算： 正线全长（由附1中的资料可得）： L = L i = 18.2 km 列车总重量（由附3中的数据可得）： G =297.44 t 正线线路总安装容量为： S = S d L = 6.5 297.44 18.2 = kVA G 35187 单位安装容量为： S km =S d G =6.5297.44=1933kVA/km 其中，Sd=(6.57)kVA/(tkm) 总牵引负荷为： P =S d G L =5.5G L =5.5320.8418.2=29774kW 单位牵引负荷为：（按高峰小时考虑） G P km = 5.5 = 5.5 297.44 = 16

19、36 kW/km 其中，牵引变压器利用率（取0.95） 直流功率换算为沟通视在功率的换算系数（取0.9） 牵引变电所容量 牵引供电系统采纳DC1500V 接触网受流方式，设牵引变电所平均间距为4 km，则牵引变电所数量为 n=L 18.2+1=+16l n 4座 每座牵引变电所的容量为： S 35187S n =5865n 6 单位年用电量： 单位能耗取0.06，列车重量297.44 t，按一天发车484列计，则 A = A G M T = 0.06 297.44 484 365 = 315 万kW h/km 线路全年用电量为 A =A L =34018.2=5733万 kW h 4.1.3牵

20、引变电所设置 1牵引变电所设置要求： (1).地铁设计规范（GB501572023）规定：直流1500 V牵引供电系统允许的电压波动范围为10001800 V。且应考查正常状况、任一中间牵引变电所解列、端头牵引变电所解列时，牵引网产生的最大压降是否满意要求。 (2).城市轨道交通直流牵引供电系统（GB104112023）规定：利用走行轨回流，且在最大负载时，轨上随意点对地电位差不应大于90 V。 2牵引变电所布点方法： 以线路末端车站设牵引变电所为基点进行布点, 即在本设计中首先设定A(广州新客站) 和J （新造站）为牵引变电所，然后从两端向中间推算其他变电所的位置。 相关计算： 整流机组输出

21、功率的均方根统计值： 整流机组在个区间平均功率： P = 3600 kW 其中，P 平均功率（kW ）； W 给电能耗(kWh) ； t 运行时分(s)。 整流机组有效电流: I=P/Uc 其中， Uc 牵引网额定电压 1.5 kV。 由附1-表3中数据可得： 表4-1 正常状况下各区间功率和区间平均电流 W t 双边供电状况下，区间能耗分别由相邻两牵引变电所供应，所以各牵引变电所整流机组输出功率的均方根统计值及整流机组有效电流如下表所示： 表4-3 正常状况下整流机组输出功率及有效电流 相邻所解列状况下整流机组输出功率均方根统计值与整流机组有效电流计算方法和正常状况类似，计算结果在表4-6牵

22、引供电结果统计表中给出。 (1)列车区间平均电流：（列车单位能耗法） I = 其中， A 列车单位能耗kWh/(tkm)；一般空调车取0.0650.07； G 列车质量（t ）；G=297.44 t； v 列车平均运行速度（km/h）；v=43km/h； Uc 牵引网额定电压（kV ）； Uc=1.5KV。 (2)区间平均列车数 单行区间平均列车数： A G v 0.065297.4443=554.23Uc 1.5 m = N t N L =T v 其中，N 列车对数（对/h）；N=30对/h； T 时间周期，常数（60 min）； t 列车区间走行时间（包括停站）（min ）； L 供电距离

23、（km ）； v 列车平均运行速度（km/h）。 (3)列车起动时最大电压损失 单边供电 u d max =I m ax L r +(m -1) I L r 2 其中， ax 列车起动电流（A ）； ax =6000 A； I m I m r 牵引网单位电阻（ /km）；r=0.0135/km； 。 I 列车平均电流（A ）双边供电 u s max = I m ax L r I L r +(m -1) 48 (4)牵引变电所馈线平均电流： 单边供电（故障状态下供电方式） I A =m I 双边供电（正常状况下供电方式） I A 1=I A 2= m I 2 (5)最大平均电压损失： 单边供电：

24、（最大平均电压损失发生在馈电区终点） u d max = I A L r 1 1+) 2m I A L r 1 (1+) 4m 双边供电：（最大平均电压损失发生在馈电线中点） u s max = (6)走行轨对地电位 走行轨电压损失阅历公式为 R Z u R Z +R J R Z r z 0.02k =0.597设 R Z +R J r z +r j 0.02+0.0135 u z = 其中，uz 走行轨电压损失（V ）； RZ 走行轨电阻（ ）；rz=0.020/km RJ 接触网电阻（ ）；rj=0.0135/km u 牵引网电压损失。 由以上公式可知，当牵引网电压损失值最大时（即umax

25、 ），即可求得走行轨最高电位uzmax 。 表4-5 牵引网最大电压损失和走行轨最高电位计算结果统计表 由上表可以看出，在正常状况高峰小时负荷和相邻所解列高峰小时负荷时，牵引网最大电压损失均500 V，走行轨最高电位均90 V，满意设计要求。所以以上牵引变电所设置是合理可行的。 4.1.4牵引供电计算结果统计 城轨供电系统方案设计 表4-6 牵引供电计算结果统计表 4.1.5牵引变电所容量选择 (1)列车区间断流系数： = I g I = 其中，t 列车区间运行时间（含停站时间）； tg 列车区间带电运行时间。 表4-7 列车区间断流系数 t t g 单边供电 (2)牵引变电所馈线有效电流：

26、I XA 2=I A 2(1+ 双边供电 1.15-1 ) m 1.331.15-1 ) m I XA 2=I A 2(1+ (3)牵引变电所母线有效电流 单边供电（A 、J 牵引变电所按单边供电计算） I X =双边供电 I X = (4)牵引变电所功率 P =K c K U c I X 其中，P -牵引变电所功率（KW ）； K c -牵引网损耗加大系数（一般取1.05）； ； K -列车自用电系数（一般取1.03） 。 U -牵引网额定电压（KV ） c (5)牵引变电所容量 S 1.1P 上式为牵引变电所容量供应依据，牵引变电所总功率应根据正常双边供电进行计算。 4.1.6 牵引变电所

27、容量计算结果统计表 表4-8 牵引变电所容量计算结果统计表 4.2降压变电所 降压变电所中将中压电能转换为低压电能，向车站、区间、车辆段（停车场）、限制中心全部低压用电负荷供应电源。一般每个车站设一座降压变电所，对于规模较大的车站和车辆段、停车场可依据详细状况增设跟随式降压变电所。 4.2.1降压变电所配电变压器容量计算公式 1. 计算负荷：（按须要系数法计算） 计算有功：Pjs=PNKc 其中，P N 设备有功容量（kW ）； Kc须要系数。 计算无功： Qjs=Pjstan 其中，P js 计算有功； 补偿前后功率因数角。 2. 无功补偿容量 Q C =P js (tan1tan 2) 其

28、中，Q C 补偿容量（kVar ）； Pjs 计算有功之和（kW ）； 1、 2补偿前后功率因数角。 3. 配电变压器容量计算 地铁设计规范（GB501572023）规定：配电变压器的容量选择应满意一台 配电变压器退出运行时，另一台配电变压器能负担供电范围内远期的一、二级负荷。降压变电所配置两台配电变压器，根据供电范围内一、二级计算负荷选择容量，并考虑参差系数。考虑参差系数后的变压器总的计算有功和总的计算无功由下式确定。 P js =p P js Q js =q Q js 其中，P js 变压器总的计算有功（kW ）； Qjs 变压器总的计算无功（kVar ）； p 有功参差系数，0.850.

29、95； q 无功参差系数，0.90.97。 所以，配电变压器的容量为： S =4.2.2本设计中低压配电资料 4.2.3低压配电计算 A. 动力计算负荷 按须要系数法进行计算可得动力计算负荷表如下表所示： 表4-10 动力计算负荷 B. 照明计算负荷 按须要系数法进行计算负荷如下表所示： 表4-11 照明计算负荷 C. 综合负荷 动力、照明负荷综合值如下表所示。 表4-12综合负荷 D. 无功补偿容量 由表-综合负荷可知，功率因数达不到0.9的要求，须要进行无功补偿， Q C =P js (tan1tan 2) =1004.9（tan(arccos 0.830)-tan(arccos 0.9)

30、） =188.6 kVar 所以，无功补偿容量QC=188.6 kVar。 E. 配电变压器计算容量 考虑无功补偿容量和参差系数后的配电变压器计算容量如下表所示。 F. 配电变压器选择 单台变压器运行时负载率 五、供电分区划分及中压网络设置 1. 供电分区 5.1.1供电分区的划分 本设计中，采纳集中供电方式，全线共设两个主变电所（E 和I ），6个牵引变电所，每个车站各一个降压变电所。其供电分区划分如下图5-1所示： 图中： 第一分区：A 、C 站牵引变电所及A 、B 、C 站的降压变电所； 其次分区：E 、G 站牵引变电所及D 、E 、F 、G 站的降压变电所； 第三分区： I、J 站牵引变电所，及H 、I 、J 站降压变电所。 图5-1 供电分区 5.1.2主变电所容量计算 主变电站变压器容量计算：（不考虑预留线路） 主变电所E ： S 1=44001+66001+160030.75=14600KVA S 2=660021+160040.75=18000 KVA S 1 =S 1+S 2=32600 KVA