石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)1 田春苗

1、石家莊鐵道大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)Design of beijing 4th Subway Power Supply System 20132013 屆屆 電氣與電子工程電氣與電子工程 學(xué)院學(xué)院專專 業(yè)業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化電氣工程及其自動(dòng)化 學(xué)學(xué) 號(hào)號(hào) 2009317920093179 學(xué)生姓名學(xué)生姓名 田春苗田春苗 指導(dǎo)教師指導(dǎo)教師 劉靖納劉靖納 完成日期完成日期 20132013 年年 6 6 月日月日北京地鐵 4 號(hào)線牽引供電設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單畢業(yè)設(shè)計(jì)成績(jī)單學(xué)生姓名田春苗學(xué)號(hào)20093179班級(jí)電 0901-3專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化畢業(yè)設(shè)計(jì)題目北京地鐵 4 號(hào)線牽引供電設(shè)計(jì)指導(dǎo)教師姓名劉靖納指導(dǎo)教

2、師職稱講 師評(píng) 定 成 績(jī)指導(dǎo) 教師得分評(píng)閱人得分答辯小組組長(zhǎng)得分成績(jī)：院長(zhǎng)簽字：年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)畢業(yè)設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)題目北京地鐵 4 號(hào)線牽引供電設(shè)計(jì)學(xué)生姓名田春苗學(xué)號(hào)20093179班級(jí)電 0901-3專業(yè)電氣工程及其自動(dòng)化承擔(dān)指導(dǎo)任務(wù)單位電氣與電子工程學(xué)院導(dǎo)師姓名劉靖納導(dǎo)師職稱講師1、設(shè)計(jì)內(nèi)容按照實(shí)際要求完成對(duì)北京地鐵 4 號(hào)線牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。根據(jù)現(xiàn)實(shí)情況對(duì)電源與主變電所，牽引供電運(yùn)行方式，牽引供電系統(tǒng)保護(hù)，牽引變電所，接觸網(wǎng)進(jìn)行設(shè)計(jì)；對(duì)諧波處理，雜散電流的防護(hù)措施進(jìn)行分析比較；完成牽引供電的計(jì)算：分別利用平均運(yùn)量法完成負(fù)荷計(jì)算和直流短路計(jì)算。二、基本要求1.設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)字?jǐn)?shù)：1 萬(wàn)

3、字。2.設(shè)計(jì)圖紙：折合 0 號(hào)圖紙一張。3.外文翻譯：3000 字以上。三、主要技術(shù)指標(biāo)和設(shè)計(jì)任務(wù)1.符合地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范GB50157-922.符合供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50052-953.確定供電方案，完成負(fù)荷計(jì)算、阻抗計(jì)算及短路計(jì)算4.繪制北京地鐵 4 號(hào)線供電系統(tǒng)圖紙。5.編制設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)，計(jì)算說(shuō)明清晰完整，正確無(wú)誤。四、參考文獻(xiàn)五、進(jìn)度計(jì)劃第 1 周 第 2 周：收集資料，相關(guān)調(diào)研，確定論文方案，寫(xiě)開(kāi)題報(bào)告。第 3 周 第 6 周：負(fù)荷計(jì)算，短路計(jì)算，主接線設(shè)計(jì)，中期報(bào)告。第 7 周 第 13 周：完成設(shè)計(jì)，整理并撰寫(xiě)論文，繪制圖紙。第 14 周 第 16 周：修改論文，提請(qǐng)初審，準(zhǔn)備

4、畢業(yè)答辯。教研室主任簽字時(shí)間 年 月 日畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告題目北京地鐵 4 號(hào)線牽引供電設(shè)計(jì)學(xué)生姓名田春苗學(xué)號(hào)20093179班級(jí)電 0901-3專業(yè) 電氣工程及其自動(dòng)化一、研究背景以及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀交通運(yùn)輸是城市基本職能和物質(zhì)基礎(chǔ)的重要組成部分, 城市發(fā)展與城市交通運(yùn)輸具有相輔相成、相互制約的密切關(guān)系。交通運(yùn)輸決定了城市的形成和發(fā)展, 在城市形成之后, 則要求交通技術(shù)水平與城市發(fā)展相適應(yīng)。任何一 種交通工具的出現(xiàn)都有一定的社會(huì)背景, 是城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的結(jié)果, 并將隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展而不斷提高。目前，國(guó)際上技術(shù)比較成熟、已經(jīng)上線運(yùn)營(yíng)的城市軌道交通有地鐵、市郊鐵路、輕軌、單軌、導(dǎo)軌、

5、線性電機(jī)牽引的軌道交通及有軌電車等種類型。其中以市郊鐵路、地鐵、輕軌和有軌電車應(yīng)用最為廣泛，以線性電機(jī)牽引系統(tǒng)最有發(fā)展前途。城市軌道交通是一種容量較大、運(yùn)送速度較快的交通方式，可為乘客提供安全、快速、便捷、舒適的運(yùn)送服務(wù)。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)開(kāi)始進(jìn)入城市化和機(jī)動(dòng)化的加速發(fā)展階段。城市軌道交通以其大運(yùn)量、高效率、低污染等優(yōu)勢(shì)，迅速成為許多大城市解決交通問(wèn)題的首要選擇，并在我國(guó)形成以地鐵、城市快速鐵路、高架輕軌等為主的多元化發(fā)展趨勢(shì)。經(jīng)過(guò) 10 多年的發(fā)展，全國(guó)現(xiàn)已有 10 座城市 18 條線 425 公里軌道交通系統(tǒng)投入運(yùn)營(yíng)，而在上世紀(jì) 80 年代前，我國(guó)軌道交通只有北京的 40 公里地鐵。

6、供電系統(tǒng)是城市軌道交通的動(dòng)力源泉。沒(méi)有供電系統(tǒng)的可靠安全供電，就不可能有城市軌道交通的正常運(yùn)行。地鐵供電系統(tǒng)是為地鐵運(yùn)營(yíng)提供所需電能的重要系統(tǒng)。地鐵列車是電力牽引的電動(dòng)列車，其動(dòng)力就是電能。此外，為地鐵運(yùn)營(yíng)服務(wù)的輔助設(shè)施包括照明、通風(fēng)、空調(diào)、排水、通信、信號(hào)、防災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)扶梯等，也都依賴并消耗電能。在地鐵運(yùn)營(yíng)中，供電一旦中斷，將危及旅客生命安全并造成財(cái)產(chǎn)損失。因此，高度安全、可靠而又經(jīng)濟(jì)合理地供給電力是地鐵正常運(yùn)營(yíng)的重要保證和前提。二、主要工作以及采用的方法、手段按照地下鐵道設(shè)計(jì)規(guī)范GB50157-92,供配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)規(guī)范GB50052-95,10kV 及以下變電所設(shè)計(jì)規(guī)范GB50053-9

7、4 中的要求進(jìn)行本次設(shè)計(jì)。進(jìn)行地鐵牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)有以下幾個(gè)步驟:（1）對(duì)供電系統(tǒng)，包括牽引供電系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的功能有所了解，理解設(shè)計(jì)要求，為后續(xù)設(shè)計(jì)打好基礎(chǔ)。（2）分析電源系統(tǒng)的供電方式，結(jié)合實(shí)際情況擬定北京地鐵 4 號(hào)線供電方案。（3）根據(jù)中壓供電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成原則，及各種方式的優(yōu)缺點(diǎn)擬定北京地鐵 4 號(hào)線中壓供電網(wǎng)絡(luò)方案。（4）對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，其中包括牽引供電方式設(shè)計(jì)方案、牽引供電系統(tǒng)保護(hù)措施舉例、牽引變電所設(shè)置、牽引網(wǎng)、牽引供電系統(tǒng)的諧波治理方法分析、電能再生與雜散電流防護(hù)（5）進(jìn)行牽引供電計(jì)算，包括運(yùn)用平均運(yùn)量法進(jìn)行牽引符合計(jì)算和用電路圖發(fā)進(jìn)行直流系統(tǒng)短路計(jì)算三、設(shè)計(jì)原則及預(yù)期

8、達(dá)到的結(jié)果：（1）以安全、健康、環(huán)保和不影響其它公眾利益為設(shè)計(jì)的首要原則，盡可能提高四號(hào)線供電系統(tǒng)的安全性。（2）在確保安全的前提下，使供電系統(tǒng)可靠、經(jīng)濟(jì)、優(yōu)質(zhì)地運(yùn)行。地鐵供電按一級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，每個(gè)變電所有兩路電源。10kV 供電系統(tǒng)的可靠性達(dá)到 N2；正常供電時(shí)系統(tǒng)效率達(dá)到 90以上；電壓質(zhì)量符合要求，并力爭(zhēng)減少電磁干擾，電網(wǎng)諧波、雜散電流的危害。（3）供電能力滿足近遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)要求，并留有發(fā)展余地。牽引供電滿足遠(yuǎn)期列車 6 輛編組 2 分鐘運(yùn)行間隔，車輛為 VVVF 調(diào)速 B 型車，滿足遠(yuǎn)期運(yùn)營(yíng)要求，留有發(fā)展余地。 （4）電壓水平滿足使用要求，牽引網(wǎng)電壓在正常供電時(shí)維持在 500V900V，大雙

9、邊供電時(shí)在550V 以上的水平。（5）變電所盡可能與車站建筑物結(jié)合，在滿足各項(xiàng)供電要求的前提下，減少牽引變電所和降壓變電所的數(shù)量，以節(jié)約投資和運(yùn)行費(fèi)用。（6）采用整流和其它措施，使正常運(yùn)行方式時(shí)注入電網(wǎng)的諧波達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和供電部門(mén)要求。（7）牽引網(wǎng)采用 750V 接觸軌、正極供電、走行軌負(fù)極回流的供電方式，采取措施提高安全性和供電可靠性及減少電磁干擾。（8）雜散電流防護(hù)立足于以防為主，采取多項(xiàng)措施提高軌道絕緣電阻和減少回流電阻，同時(shí)做到以排為輔、防排結(jié)合、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)，將雜散電流防護(hù)措施落實(shí)到各專業(yè)設(shè)計(jì)中。（9）進(jìn)行牽引供電計(jì)算，為直流牽引供電系統(tǒng)設(shè)備選型及繼電保護(hù)整定打好基礎(chǔ)。指導(dǎo)教師簽字時(shí) 間

10、 年 月 日摘摘 要要牽引供電系統(tǒng)對(duì)地鐵的正常運(yùn)營(yíng)起至關(guān)重要的作用，為軌道交通系統(tǒng)中的電力車輛供電，確保軌道交通電動(dòng)列車的正常運(yùn)行。在我國(guó)加快地鐵工程建設(shè)，解決公共交通問(wèn)題的時(shí)代背景下，研究地鐵牽引供電系統(tǒng)的工程設(shè)計(jì)，具有十分重要的意義。通過(guò)對(duì)供電方案的比較，北京地鐵四號(hào)線供電系統(tǒng)采用：集中供電（開(kāi)閉所）方式；雙環(huán)網(wǎng)中壓供電網(wǎng)絡(luò)；雙邊供電及大雙邊供電的牽引供電方式；750V 接觸軌正極供電、走行軌負(fù)極回流的供電方式。結(jié)合實(shí)際分析，牽引供電系統(tǒng)采用：24 相整流機(jī)組從而有效抑制諧波；以防為主以排為輔、防排結(jié)合、加強(qiáng)監(jiān)測(cè)的雜散電流防護(hù)措施。對(duì)牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)進(jìn)行舉例分析。在設(shè)計(jì)最后進(jìn)行牽引供電

11、計(jì)算，包括運(yùn)用平均運(yùn)量法進(jìn)行牽引負(fù)荷計(jì)算和用電路圖發(fā)進(jìn)行直流系統(tǒng)短路計(jì)算。關(guān)鍵詞：集中供電方式 牽引變電所 DC750V 接觸軌 牽引負(fù)荷計(jì)算 直流短路計(jì)算AbstractTraction power supply system has the very important function to subways normal operation, It provides power for rail transit system, ensure the normal operation of rail transit electric train. Under the background

12、of accelerating construction of subways engineering for resolving the mass transit problems in our country, the research on project design of traction power supply system in subway is very important. Through the comparison of the power supply scheme, beijing 4th Subway power system uses centralized

13、power (switch station) supply mode; Double-loop network medium voltage power network; Traction power supply system of bilateral power and large bilateral power supply; 750V contact rail power supply anode power, running rail negative return. Combined with the practical analysis, traction power suppl

14、y system uses: 24 phase rectifier unit to effectively restrain the harmonic; Preventing to row, supplemented by combination of waterproofing and drainage, strengthening preventive measures for stray current monitoring. To analyze power system relay protection of traction. In the final design and cal

15、culation of traction power supply, including traction load calculation using average volume method and circuit for the DC system short circuit calculation using average volume method.Key words: Centralized power supply system Traction substation DC750V contact rail The traction load calculation DC s

16、hort-circuit calculation目目 錄錄第 1 章 概論.11.1 地鐵牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景和意義.11.2 供電系統(tǒng)的功能及要求.21.2.1 系統(tǒng)的總體功能.21.2.2 系統(tǒng)的基本要求.21.3 供電系統(tǒng)的構(gòu)成.31.3.1 牽引供電系統(tǒng).31.3.2 供配電系統(tǒng).31.3.3 中壓網(wǎng)環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng).3第 2 章 地鐵 4 號(hào)線供電方案.42.1 電源系統(tǒng).42.1.1 地鐵 4 號(hào)線供電方式.42.1.2 北京地鐵 4 號(hào)線供電方案.52.2 供電系統(tǒng)基本運(yùn)行方式.62.3 中壓供電網(wǎng)絡(luò).72.3.1 中壓供電網(wǎng)絡(luò)的概念.72.3.2 中壓供電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí).72.3

17、.4 北京地鐵 4 號(hào)線中壓供電網(wǎng)絡(luò)方案.8第 3 章 牽引供電系統(tǒng).93.1 牽引電壓制式及供電方式.93.1.1 牽引電壓制式.93.1.2 牽引供電運(yùn)行方式.93.1.3 牽引供電方式設(shè)計(jì)方案.103.1.3.1 牽引供電系統(tǒng)按雙邊供電設(shè)計(jì).103.1.3.2 大雙邊供電的兩種方式.113.2 牽引供電系統(tǒng)保護(hù).123.2.1 牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳保護(hù).133.2.2 直流饋線開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護(hù).143.2.3 直流饋線保護(hù).143.2.3.1.死區(qū)的形成.153.2.3.2 直流饋線保護(hù).163.2.4 牽引整流機(jī)組保護(hù).163.3 牽引變電所.173.3.1 牽引變電所設(shè)置.173.3.

18、2 主接線.183.3.2.1 中壓交流側(cè)主接線.183.3.2.2 牽引直流側(cè)主接線.193.3.3 地鐵四號(hào)線牽引變電所方案.193.4 地鐵 4 號(hào)線牽引網(wǎng)方案.213.4.1 牽引網(wǎng)的饋電方式.213.4.2 牽引網(wǎng)的回流方式.223.4.2.1 輔助回流線.223.4.2.2 斷電區(qū)的設(shè)置.223.4.3 接觸軌.233.5 牽引供電系統(tǒng)的諧波治理措施.243.5 電能再生吸收裝置.253.6 牽引供電系統(tǒng)雜散電流防護(hù).26第 4 章 牽引供電計(jì)算.274.1 牽引負(fù)荷的特點(diǎn).274.2 牽引供電計(jì)算方法簡(jiǎn)介.274.3 平均運(yùn)量法.284.3.1 計(jì)算條件.284.3.2 計(jì)算原理

19、.294.4 用平均運(yùn)量法對(duì)中共關(guān)村牽引變電所的計(jì)算.30第 5 章 直流系統(tǒng)短路計(jì)算.355.1 計(jì)算意義.355.2 電路圖法.355.3 兩座牽引變電所雙邊供電.365.4 對(duì)西單站兩邊的供電區(qū)間進(jìn)行短路計(jì)算.38第 6 章 主要結(jié)論及發(fā)展方向.416.1 主要結(jié)論.416.2 論文的不足之處及今后的研究方向.41參考文獻(xiàn).43致謝.44附錄.45附錄 A 英漢翻譯.45附錄 B 設(shè)計(jì)圖紙 .57第第 1 章章 概論概論1.1 地鐵牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的背景和意義進(jìn)入 21 世紀(jì)以來(lái)，隨著我國(guó)大城市交通問(wèn)題的不斷突出，優(yōu)先發(fā)展公共交通，大力發(fā)展城市軌道交通已成為城市交通發(fā)展的必然選擇。交通運(yùn)

20、輸是城市基本職能和物質(zhì)基礎(chǔ)的重要組成部分, 城市發(fā)展與城市交通運(yùn)輸具有相輔相成、相互制約的密切關(guān)系。交通運(yùn)輸決定了城市的形成和發(fā)展, 在城市形成之后, 則要求交通技術(shù)水平與城市發(fā)展相適應(yīng)。目前，我國(guó)城市軌道交通建設(shè)已進(jìn)入了大規(guī)模高速發(fā)展期，國(guó)內(nèi)現(xiàn)有 30 多個(gè)城市正在建設(shè)或規(guī)劃籌建城市軌道交通工程，北京、上海、廣州等特大城市正在逐步形成城市軌道交通網(wǎng)絡(luò)。十二五”時(shí)期是我國(guó)深化改革開(kāi)放、加快轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的攻堅(jiān)時(shí)期，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式將從投資拉動(dòng)向注重投資效益轉(zhuǎn)變，更加注重科學(xué)發(fā)展。構(gòu)建以軌道交通為骨干、道路公交為主體、多種交通方式協(xié)調(diào)發(fā)展的多層次、多功能、多類型的城市交通綜合體系，已納人許多城市

21、綜合交通規(guī)劃之中。地下鐵道，簡(jiǎn)稱地鐵，是線路的大部分建筑物在地下，作為大運(yùn)量軌道交通手段的城市高速鐵道的總稱，其非常適合于城市內(nèi)市區(qū)及老城區(qū)建設(shè)。其特點(diǎn)是在市內(nèi)地下通行，不占用地表及地上空間，運(yùn)營(yíng)干擾小，輸送能力大，每小時(shí)運(yùn)量達(dá)3000060000 人，但造價(jià)比較昂貴。1863 年，世界上最初的地鐵在倫敦開(kāi)通，全長(zhǎng)6km。1969 年 10 月，我國(guó)在北京建成了第一條地鐵，即北京地鐵第一期工程投入試運(yùn)營(yíng)，也是我國(guó)自行設(shè)計(jì)、建設(shè)的第一條地下鐵道。十二五期間北京地鐵運(yùn)營(yíng)總里程將由 392 公里達(dá) 600 公里以上，到 2020 年北京地鐵將建成 30 條線路總長(zhǎng) 1050公里，形成“中心城棋盤(pán)式+

22、新城放射式”的線網(wǎng)格局。同時(shí)，北京地鐵的滿載率和單車運(yùn)行均居世界第一。城市軌道交通供電系統(tǒng)，負(fù)責(zé)為電動(dòng)列車提供牽引電源和為各種運(yùn)營(yíng)設(shè)備提供動(dòng)力照明電源。沒(méi)有供電系統(tǒng)的可靠安全供電，就不可能有城市軌道交通的正常運(yùn)行。根據(jù)用電性質(zhì)的不同，地鐵供電系統(tǒng)可分為兩部分：由牽引變電所為主組成的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電所為主組成的動(dòng)力照明供電系統(tǒng)。地鐵列車是電力牽引的電動(dòng)列車，其動(dòng)力就是牽引供電系統(tǒng)提供的電能，在地鐵運(yùn)營(yíng)中，供電一旦中斷，將危及旅客生命安全并造成財(cái)產(chǎn)損失。因此，地鐵牽引供電系統(tǒng)的研究對(duì)于地鐵的發(fā)展有著極其重要的意義。 1.2 供電系統(tǒng)的功能及要求1.2.1 系統(tǒng)的總體功能地鐵供電系統(tǒng)應(yīng)具備安

23、全可靠、經(jīng)濟(jì)適用、調(diào)度方便的特點(diǎn)，其總體功能包括：供電服務(wù)功能、故障自救功能、自我保護(hù)功能、防誤操作功能、便于調(diào)度功能、控制、顯示和計(jì)量功能、電磁兼容功能。1.2.2 系統(tǒng)的基本要求地鐵供電系統(tǒng)應(yīng)滿足安全性、可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性的基本要求。地鐵四號(hào)線除安河橋北站、龍背村停車場(chǎng)和馬家堡車輛段外全線均為地下隧道和車站，電能傳輸是保證地下鐵道安全運(yùn)營(yíng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。運(yùn)轉(zhuǎn)良好的供電系統(tǒng)一方面可以保證地下鐵道內(nèi)電動(dòng)車輛暢通無(wú)阻；另一方面可以保證乘客在旅行中有良好的乘車環(huán)境和秩序。整個(gè)地鐵四號(hào)線是一個(gè)多層次的用電整體，用電設(shè)備有不同的電壓等級(jí)，不同的電壓制式；用電負(fù)荷有固定的容量，也有隨車輛運(yùn)動(dòng)而變

24、化的容量。供電系統(tǒng)就是要充分地滿足這些不同設(shè)備的用電需求，確保電源的供電容量、電壓質(zhì)量和功率因數(shù)。因此，供電系統(tǒng)是地鐵四號(hào)線需用能源的基礎(chǔ)設(shè)施之一。地鐵四號(hào)線供電系統(tǒng)，不論怎樣構(gòu)成，選用什么設(shè)備首先要考慮的是安全性和可靠性，雙電源是構(gòu)成供電系統(tǒng)的重要原則。牽引變電所和降壓變電所采用雙電源雙機(jī)組、牽引網(wǎng)雙邊供電；動(dòng)力照明中一級(jí)負(fù)荷采用雙電源。因此，不論發(fā)生任何一種故障，供電系統(tǒng)本身都具有備用措施，用以保證地鐵正常運(yùn)行不受影響。供電系統(tǒng)各級(jí)繼電保護(hù)應(yīng)具備完整的相互協(xié)調(diào)配合的保護(hù)措施，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，只切除故障部分的設(shè)備。系統(tǒng)中的各級(jí)保護(hù)應(yīng)滿足可靠性、速動(dòng)性、選擇性和靈敏性的要求。系統(tǒng)中任何一個(gè)環(huán)

25、節(jié)的操作都應(yīng)有相應(yīng)的聯(lián)鎖，不允許誤操作而導(dǎo)致發(fā)生故障。牽引變電所、降壓變電所采用全所綜合自動(dòng)化，通過(guò)遙控、遙測(cè)、遙信的 SCADA 系統(tǒng)，在控制中心內(nèi)實(shí)現(xiàn)全線集中控制、監(jiān)視測(cè)量，并具備根據(jù)運(yùn)行需要方便靈活地進(jìn)行電力調(diào)度。逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)部分現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)方運(yùn)行管理和變電設(shè)施無(wú)人值守的功能。低壓用電設(shè)備采用集中和就地控制相結(jié)合的控制方式，各種電量自動(dòng)采集，準(zhǔn)確顯示。為便于對(duì)用電指標(biāo)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析，牽引用電、低壓設(shè)備用電和照明用電分別計(jì)量。1.3 供電系統(tǒng)的構(gòu)成地鐵供電系統(tǒng)的電源一般取自國(guó)家電力供電系統(tǒng)，通過(guò)城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送或變換，然后以適當(dāng)?shù)碾妷旱燃?jí)供給地鐵各類設(shè)備。根據(jù)用電性

26、質(zhì)的不同，地鐵供電系統(tǒng)可分為三部分：由牽引變電所為主組成的牽引供電系統(tǒng)，以降壓變電所為主組成的動(dòng)力照明供配電系統(tǒng)和中壓環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)。1.3.1 牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)是地鐵供電系統(tǒng)的核心，它的主要功能是將交流電壓經(jīng)降壓整流變成直流 1500V（接觸網(wǎng)） ，750V（三軌） ，提供地鐵車輛的牽引動(dòng)力電源，專為電動(dòng)車輛服務(wù)。它包括牽引變電所與牽引網(wǎng)。牽引變電所可以分成正線牽引變電所、車輛段或停車場(chǎng)牽引變電所；正線牽引變電所又分為車站牽引變電所和區(qū)間牽引變電所。牽引變電所一般采用設(shè)備安裝在建筑物內(nèi)的形式，另外也有少量的箱牽引變電所。牽引網(wǎng)包括接觸網(wǎng)和回流網(wǎng)。接觸網(wǎng)有架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種懸掛方式。

27、1.3.2 供配電系統(tǒng)動(dòng)力照明供配電系統(tǒng)主要由降壓變電所、低壓母線排、配電設(shè)備、線纜、用電設(shè)備等組成。其功能是將交流中壓電壓降變成交流 220/380V 電壓，為地鐵機(jī)電設(shè)備提供動(dòng)力電源和照明電源，如車站和區(qū)間的動(dòng)力、照明及其他為地鐵服務(wù)的自動(dòng)化用電設(shè)施。1.3.3 中壓網(wǎng)環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)地鐵供電電源通常取自城市電網(wǎng)，通過(guò)城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和地鐵供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送或變換，然后以適當(dāng)?shù)碾妷旱燃?jí)供給地鐵各類設(shè)備。在中壓網(wǎng)環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)就是指國(guó)家電網(wǎng)向城市軌道交通系統(tǒng)供電的方式。因此城市電網(wǎng)或區(qū)域電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)對(duì)地鐵供電系統(tǒng)起著決定性作用。第第 2 章章 地鐵地鐵 4 號(hào)線供電方案號(hào)線供電方案2.1 電源系統(tǒng)

28、電源由城市電網(wǎng)引入，地鐵供電系統(tǒng)對(duì)于城市電網(wǎng)是特殊用戶，對(duì)地鐵的各類負(fù)荷又是電源。城市電網(wǎng)對(duì)地鐵的供電方式主要有集中供電、分散供電、混合供電三種形式，究竟采用哪種供電方式，主要取決于城市電網(wǎng)的構(gòu)成、分布及電源的容量。2.1.1 地鐵 4 號(hào)線供電方式集中供電方式是指由專門(mén)設(shè)置的主變電所集中為牽引變電所及降壓變電所供電的外部供電方式，如圖 2-1 所示。城市電網(wǎng)（通常是 110kV 或 63kV 電壓等級(jí)）向地鐵的專用主變電所供電，主變電所再向地鐵的牽引變電所和降壓變電所供電，地鐵自身組成完整的供電網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。主變電所應(yīng)有兩路獨(dú)立的電源。目前國(guó)內(nèi)采用集中供電方供電的城市較多。集中供電方式又分為電源

29、變電所和開(kāi)閉所兩種方式。電源變電所是將高壓或超高壓電源降壓為地鐵需要的中壓網(wǎng)絡(luò)電壓。建電源變電所有利于地鐵運(yùn)行管理和統(tǒng)一調(diào)度，地鐵可自行選擇適合地鐵需要的中壓網(wǎng)絡(luò)、電壓等級(jí)，而不受城市供電電壓等級(jí)的約束。另外，便于地鐵自行調(diào)整電壓水平和諧波治理，并能適應(yīng)今后電力行業(yè)改革的要求。建設(shè)電源變電所需加大投資，增加運(yùn)行管理費(fèi)用和管理難度，設(shè)備利用率較低。目前上海、廣州、重慶、天津、深圳、武漢等城市地鐵均采用此種供電方式。開(kāi)閉所是將城市配電電源集中分配給地鐵變電所的供電方式，不起降壓作用。它有利于地鐵運(yùn)行管理和統(tǒng)一調(diào)度，減少了投資和運(yùn)行管理費(fèi)用。但地鐵不能自行選擇中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)，不能調(diào)整中壓網(wǎng)絡(luò)和電壓

30、水平。目前北京地鐵中的八通線、圖 2-1 集中供電方式示意圖五號(hào)線、城市鐵路等線路采用的是此種方式，地鐵一號(hào)線、環(huán)線在 1998 年已將電源變電所改為開(kāi)閉所方式。地鐵四號(hào)線擬采用此種方式。2.1.2 北京地鐵 4 號(hào)線供電方案根據(jù)地鐵四號(hào)線線路條件，從城市電網(wǎng)中的地區(qū)變電所提供 10kV 電源，在地鐵四號(hào)線建八座開(kāi)閉所，具體方案如下：a.用戶用電性質(zhì)的認(rèn)定城市地下鐵道是城市的重要交通工具，一旦出現(xiàn)故障，勢(shì)必造成嚴(yán)重后果。因此，北京供電局將其列入重要用戶（一級(jí)負(fù)荷） 。b.供電電壓等級(jí)的確定根據(jù)北京供電局關(guān)于“將地鐵一期工程供電電壓由 35kV改為 10kV 供電的意見(jiàn)” ，考慮到北京市區(qū)己經(jīng)取

31、消 35kV 電壓的現(xiàn)狀，建議地鐵四號(hào)線供電電壓等級(jí)為 10kV。c.供電方案基本模式根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)的現(xiàn)狀、規(guī)劃方案和地鐵四號(hào)線的負(fù)荷分布，將其分為若干個(gè)供電區(qū)，每個(gè)區(qū)建設(shè)一座總配電室（開(kāi)閉所與站內(nèi)混合變電所或降壓變電所合建） ，由地區(qū) 110kV 變電站提供雙路 10kV 電源。電源電纜輸送，正常情況負(fù)載率為 50%；相鄰兩座總配電室之間敷設(shè)聯(lián)絡(luò)線，容量可以滿足兩端任一端全部負(fù)荷，以便在一個(gè)總配電室電源故障時(shí)承擔(dān)全部供電任務(wù)，不影響地鐵的正常運(yùn)行。d.供電可行性方案.馬家堡車輛段、公益西橋站、角門(mén)西站，擬由李窯 110kV 變電站提供雙路10kV 電源電纜線路，長(zhǎng)度約 2.6km 至公益西橋站

32、開(kāi)閉所，再由公益西橋站開(kāi)閉所引出雙路 10kV 電纜，長(zhǎng)度約 2.6km 至馬家堡車輛段變電所和角門(mén)西站變電所供電。.馬家堡站、北京南站，擬由開(kāi)陽(yáng)里 l10kV 變電站提供雙路 10kV 電纜線路，長(zhǎng)度約 l.7km 至馬家堡站開(kāi)閉所，再自馬家堡站開(kāi)閉所引出雙路 10kV 電纜，長(zhǎng)度1.8km，至北京南站變電所供電。.陶然亭站、菜市口站、宣武門(mén)站，擬由大柵欄 110kV 變電站提供雙路 10kV電纜線路，長(zhǎng)度約 1.2km,至菜市口站開(kāi)閉所，再自菜市口站開(kāi)閉所引出雙路 10kV電纜，長(zhǎng)度 2.6km，至宣武門(mén)站、陶然亭站變電所供電。.西單站、靈境胡同站、西四站，擬由西單 110kV 變電站提供

33、雙路 10kV 電纜線路，長(zhǎng)度約 0.7km 至西單站開(kāi)閉所，再自西單站開(kāi)閉所引出雙路 10kV 電纜，長(zhǎng)度2.3km，至靈境胡同站、西四站變電所供電。.平安里、新街口、西直門(mén)站、動(dòng)物園站，擬由新街口 110kV 變電站提供雙路10kV 電纜線路，長(zhǎng)度約 0.9km 至新街口站開(kāi)閉所，再自新街口站開(kāi)閉所引出雙路10kV 電纜，長(zhǎng)度 2.5km，分別至平安里站、西直門(mén)站、動(dòng)物園站變電所供電。.國(guó)家圖書(shū)館站、魏公村站、人民大學(xué)站，擬由動(dòng)物園 110kV 變電站提供雙路10kV 電纜線路，長(zhǎng)度約 0.4km 至國(guó)家圖書(shū)館站開(kāi)閉所，再自國(guó)家圖書(shū)館站開(kāi)閉所引出雙路 10kV 電纜，長(zhǎng)度 4.8km，至魏

34、公村站、人民大學(xué)站變電所供電。.黃莊站、中關(guān)村站、北京大學(xué)東門(mén)站、圓明園站，擬由蘇州街 110kV 變電站提供雙路 10kV 電纜線路，長(zhǎng)度約 1.3km 至中關(guān)村站開(kāi)閉所，再自中關(guān)村站開(kāi)閉所引出雙路 10kV 電纜，長(zhǎng)度 3.5km，至黃莊站、北京大學(xué)東門(mén)站、圓明園站變電所供電。.西苑站、北宮門(mén)站、安河橋北站及龍背村停車場(chǎng)，擬由青龍橋 110kV 變電站提供雙路 10kV 電纜線路，長(zhǎng)度約 l.6km 至安河橋北站開(kāi)閉所，再由安河橋北站開(kāi)閉所引出雙路 10kV 電纜，長(zhǎng)度約 3.5km，分別至西苑站、北宮門(mén)站變電所及龍背村停車場(chǎng)變電所供電。2.2 供電系統(tǒng)基本運(yùn)行方式(1)正常運(yùn)行方式供電系

35、統(tǒng)正常運(yùn)行的前提條件是保證所有地鐵車輛和電氣設(shè)備的用電要求。整個(gè)系統(tǒng)處在最經(jīng)濟(jì)、最合理的運(yùn)行狀態(tài)，各種消耗、損失最小，運(yùn)營(yíng)成本最低。各種供電設(shè)備都處在良好的運(yùn)行狀態(tài)，供電系統(tǒng)有相應(yīng)的備用能力。四號(hào)線的正常運(yùn)行方式是各變電所兩路進(jìn)線電源同時(shí)投入，兩臺(tái)牽引機(jī)組實(shí)行雙邊供電；兩臺(tái)動(dòng)力變壓器分段運(yùn)行。(2)正常運(yùn)行且有計(jì)劃的進(jìn)行設(shè)備檢修運(yùn)行方式供電系統(tǒng)的部分供電設(shè)備需要正常檢修、維護(hù)和保養(yǎng)。此時(shí)部分供電設(shè)備退出運(yùn)行，處在停電狀態(tài)，供電系統(tǒng)靠備用能力維持地鐵的正常運(yùn)行。如一路電源停用時(shí)由聯(lián)絡(luò)電源供電，一臺(tái)牽引機(jī)組或一路 750V 開(kāi)關(guān)停用時(shí)仍維持雙邊供電。一臺(tái)動(dòng)力變壓器停用由另一臺(tái)帶全站一、二級(jí)負(fù)荷。地

36、鐵四號(hào)線在 N-1 時(shí)，仍能滿足正常運(yùn)營(yíng)的各項(xiàng)要求。(3)電源故障狀態(tài)允許運(yùn)行方式電源故障狀態(tài)有多種方式，備用電源的設(shè)置滿足在下列四種狀態(tài)下都能保證地鐵的正常運(yùn)行。a.允許某個(gè) 10kV 開(kāi)閉所一路電源或兩路電源停電。b.牽引供電系統(tǒng)中任何一座牽引變電所故障解列時(shí)，由相鄰牽引變電所采用大雙邊供電方式仍能保證地鐵列車的正常運(yùn)行。c.一臺(tái) 750V 直流開(kāi)關(guān)退出運(yùn)行時(shí)，仍采用雙邊供電，不影響地鐵列車的正常運(yùn)行。d.降壓變電所一路電源停電或一臺(tái)電力變壓器解列時(shí)，不影響地鐵的正常運(yùn)營(yíng)。(4)應(yīng)急運(yùn)行方式當(dāng)發(fā)生局部地區(qū)性停電或設(shè)備出現(xiàn)二個(gè)以上故障時(shí)，可采用應(yīng)急方式。如 10kV試行“穿糖葫蘆”供電、由牽

37、引網(wǎng)單邊供電、車站設(shè)有事故電源等。這時(shí)個(gè)別車站可停用，只維持運(yùn)行。2.3 中壓供電網(wǎng)絡(luò)2.3.1 中壓供電網(wǎng)絡(luò)的概念通過(guò)中壓電纜，縱向把上級(jí)主變電所和下級(jí)牽引變電所、降壓變電所連接起來(lái)，橫向把全線的各個(gè)牽引變電所、降壓變電所連接起來(lái)，便形成了中壓網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)網(wǎng)絡(luò)功能的不同，把為牽引變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)，稱為牽引網(wǎng)絡(luò)；同樣，把為降壓變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)稱為動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)。中壓網(wǎng)絡(luò)不是供電系統(tǒng)中獨(dú)立的子系統(tǒng)，但是它卻是供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。涉及到外部電源方案、主變電所的位置及數(shù)量、牽引變電所及降壓變電所的位置與數(shù)量、牽引變電所與降壓變電所的主接線等。2.3.2 中壓供電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)國(guó)內(nèi)城市軌道交通

38、的中壓供電網(wǎng)絡(luò)采用的電壓等級(jí)為 10kV 和 35kV，20kV 電壓等級(jí)的中壓供電網(wǎng)絡(luò)也在醞釀之中。不同電壓等級(jí)的中壓網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn):(1)35kV 中壓網(wǎng)絡(luò)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電壓級(jí)。輸電容量較大、距離較長(zhǎng)；設(shè)備來(lái)源國(guó)內(nèi)；設(shè)備體積較大，占用變電所面積較大，不利于減小車站體量；設(shè)備價(jià)格適中；國(guó)內(nèi)沒(méi)有環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)，因而不能用(相對(duì)于斷路器柜)價(jià)格較便宜的環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)，構(gòu)成接線與保護(hù)簡(jiǎn)單、操作靈活的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)；廣州地鐵、上海地鐵已經(jīng)采用。(2)20kV 中壓網(wǎng)絡(luò)，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)電壓級(jí)。輸電容量及距離適中，比 10kV 系統(tǒng)大。設(shè)備完全實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化；引進(jìn) MG、ALSTHOM 等技術(shù)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，體積較小，占用變電所面積遠(yuǎn)小于國(guó)產(chǎn)

39、 35kV 設(shè)備，有利減小車站體量，節(jié)省土建投資；價(jià)格適中；有環(huán)網(wǎng)單元，能構(gòu)成接線與保護(hù)簡(jiǎn)單、操作靈活的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)；國(guó)內(nèi)地鐵尚沒(méi)有采用，但國(guó)外地鐵多有采用。(3)10kV 中壓網(wǎng)絡(luò)，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電壓級(jí)。輸電容量較小、距離較短；設(shè)備來(lái)源國(guó)內(nèi)；設(shè)備體積適中；設(shè)備價(jià)格較低；環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)技術(shù)成熟、運(yùn)營(yíng)經(jīng)驗(yàn)豐厚，可用其構(gòu)成保護(hù)簡(jiǎn)單、操作靈活的環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)；國(guó)內(nèi)外地鐵廣為采用。一般來(lái)說(shuō)，電壓越高，供電能力越大，供電距離越遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)性越好。對(duì)于地鐵來(lái)說(shuō)，它具有負(fù)荷分布成線條型、用電點(diǎn)(變電所)負(fù)荷量相對(duì)集中于車站的特點(diǎn)。提高中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級(jí)對(duì)于大運(yùn)量特別是超大運(yùn)量的地鐵系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，肯定是有利的。這不但是地鐵的發(fā)展趨勢(shì)，也是城

40、市供電部門(mén)發(fā)展的趨勢(shì)。北京地鐵 4 號(hào)線采用開(kāi)閉所供電方式，中壓網(wǎng)絡(luò)電壓也就由供電部門(mén)電壓等級(jí)而定。針對(duì)北京地鐵而言，10kV 電纜線路的供電距離以不超過(guò) 6km 為宜，最大不超過(guò) 8km。2.3.4 北京地鐵 4 號(hào)線中壓供電網(wǎng)絡(luò)方案中壓網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成主要有放射線、環(huán)網(wǎng)型、放射與環(huán)網(wǎng)相結(jié)合三種形式，根據(jù)實(shí)際情況為地鐵 4 號(hào)線擬定如下三種方案。方案一：中壓網(wǎng)絡(luò)為放射線加電源站間單環(huán)網(wǎng)。(1)這種供電方式電源點(diǎn)多，達(dá)到十六路。供電層次清楚，保護(hù)明確簡(jiǎn)單，便于操作管理。但其問(wèn)題有：開(kāi)閉所（總配電室）有四路電源，供電可靠性高，但各單獨(dú)的牽引和降壓變電所只有二路電源，而且又來(lái)自同一電源所，滿足不了 N-2

41、 的要求。(2)當(dāng)開(kāi)閉所一路電源故障或停用，由相鄰聯(lián)絡(luò)電源代替時(shí)，形成迂回供電，供電距離長(zhǎng)，供電電壓降過(guò)大。如動(dòng)物園至中關(guān)村相距 6.205km，當(dāng)一路電源停用，由聯(lián)絡(luò)電源供電時(shí)，至魏公村或人民大學(xué)站的供電距離在 9km 以上，超過(guò) 10kV 供電半徑不大于 8km 的要求。(3)電纜用量多，正線部分超過(guò) 85km，個(gè)別區(qū)間電纜將達(dá)到 7 根。方案二：參考國(guó)內(nèi)外多數(shù)地鐵的作法，考慮四號(hào)線開(kāi)閉所（總配電室）較多（8 個(gè)） ，牽引變電所較少（14 個(gè)）的特點(diǎn)，盡可能將開(kāi)閉所與牽引變電所合建，而降壓變電所 10kV 線路采用“T”型結(jié)線。全線建成八座開(kāi)閉、牽引、降壓混合變電所，六座牽引降壓混合變電所

42、和十座降壓變電所。這樣可簡(jiǎn)化降壓變電所的 10kV 結(jié)線（不用 10kV 開(kāi)關(guān)柜，改用環(huán)網(wǎng)開(kāi)關(guān)組合柜） ，電力自動(dòng)化和蓄電池等設(shè)備，形成雙環(huán)網(wǎng)結(jié)線。這種供電方式的優(yōu)點(diǎn)是：(1)供電可靠性高，對(duì)每一個(gè)牽引或降壓變電所均可提供四路電源。(2)全線電纜線路長(zhǎng) 58km，比方案一少 31km，每個(gè)區(qū)間只有二路電纜。(3)運(yùn)行方式多樣，在正常運(yùn)行方式下，和方案一幾乎無(wú)區(qū)別，相當(dāng)于放射性結(jié)線。在故障或檢修情況下，又可滿足 N-2 的要求，保證正常運(yùn)營(yíng)不受影響。(4)總投資少，不但 10kV 電纜少，而且降壓站設(shè)備和占地面積少。方案三：放射性加單環(huán)網(wǎng)結(jié)線從開(kāi)閉所到每個(gè)牽引或降壓變電所設(shè)一路或二路進(jìn)線電源，通

43、過(guò)聯(lián)絡(luò)使每個(gè)變電所（含開(kāi)閉所）獲得第三路電源，其可靠性滿足 N-2 的要求。電纜線路長(zhǎng) 53km，有一個(gè)區(qū)間有四路電纜，七個(gè)區(qū)間（兩個(gè)開(kāi)閉所間的供電分界點(diǎn)）只有一路電纜。在正常運(yùn)行方式下，一路供電電纜最多帶二個(gè)車站?？刹捎幂^簡(jiǎn)單的繼電保護(hù)。其投資少于方案一，多于方案二。綜合考慮上述三方案，方案二為最優(yōu)選擇。第第 3 章章 牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和牽引網(wǎng)構(gòu)成。牽引變電所將 10kV 交流電源降壓、整流為 750V 直流電源，然后經(jīng)直流斷路器向牽引網(wǎng)供電。牽引供電系統(tǒng)正常運(yùn)行方式為雙邊供電；當(dāng)牽引變電所因故障或檢修退出運(yùn)行時(shí)，可采用大雙邊供電；當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生故障或檢修時(shí)可采

44、用單邊供電。3.1 牽引電壓制式及供電方式3.1.1 牽引電壓制式牽引電壓制式主要是指電流制式、電壓等級(jí)和饋電方式，它制約著地鐵四號(hào)線牽引變電所的型式和規(guī)模。根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)地鐵直流牽引供電系統(tǒng) （GB10411-89） ，地鐵四號(hào)線牽引供電制式宜采用直流制。直流饋電具有易于控制、車輛起制動(dòng)平穩(wěn)、牽引接觸網(wǎng)簡(jiǎn)單、投資省和電壓質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)；但也存在電網(wǎng)諧波、電腐蝕和電磁干擾等難以解決的危害。目前世界上的地鐵均采用直流牽引供電，牽引電壓有多種，但主要是 DC750V 和 DC1500V 兩種。牽引網(wǎng)電壓等級(jí)越高，供電距離越大，一次投資及運(yùn)行費(fèi)用越低,還有利于雜散電流防護(hù)和提高電氣保護(hù)的可靠性。目前國(guó)內(nèi)

45、地鐵采用 DC1500V 的有北京、上海、廣州、深圳、南京、長(zhǎng)春、大連、天津?yàn)I海、重慶等線路。采用 DC750V 的有北京、天津、武漢等線路。地鐵四號(hào)線正線大部分為地下線路，為與現(xiàn)有的地鐵線路保持一致，牽引系統(tǒng)電壓采用 DC750V,電壓允許波動(dòng)最高值為 900V,最低值為 500V。3.1.2 牽引供電運(yùn)行方式牽引供電系統(tǒng)根據(jù)需要可以有以下幾種運(yùn)行方式：牽引變電所正常為雙機(jī)組并列運(yùn)行，以構(gòu)成等效 24 脈波整流。一臺(tái)機(jī)組退出運(yùn)行時(shí)也可以有條件地單機(jī)組運(yùn)行。系統(tǒng)中允許幾座牽引變電所解列退出運(yùn)行，條件是解列的變電所必須是至少相隔兩座牽引變電所。牽引網(wǎng)正常實(shí)行雙邊供電，當(dāng)一座牽引變電所故障解列退出

46、運(yùn)行時(shí)，應(yīng)實(shí)行大雙邊供電。只有在末端牽引變電所故障解列時(shí)才采用單邊供電，如列車在牽引網(wǎng)末端起動(dòng)時(shí)電壓降超過(guò)允許值，可通過(guò)橫向電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)將上下行接觸網(wǎng)并聯(lián)，以減小回路電阻，降低電壓損失。 3.1.3 牽引供電方式設(shè)計(jì)方案地鐵四號(hào)線牽引網(wǎng)運(yùn)營(yíng)方式在正常運(yùn)行時(shí)為雙邊供電，由相鄰兩牽引變電所向同一接觸軌送電。雙邊供電具有供電能力大、可靠性高、牽引網(wǎng)電壓質(zhì)量高、線路損耗電能少、雜散電流小、對(duì)電網(wǎng)諧波影響小等一系列優(yōu)點(diǎn)，因此應(yīng)盡可能采用雙邊供電。當(dāng)一臺(tái)牽引整流機(jī)組故障或饋出斷路器故障時(shí)，利用備用母線仍可保持雙邊供電；當(dāng)變電所停電檢修或存在故障時(shí)，仍可采用大雙邊供電方式。在正常維護(hù)、檢修時(shí)也可采用大雙邊供

47、電，這樣可以延長(zhǎng)檢修時(shí)間、提高工作效率、降低運(yùn)營(yíng)成本。大雙邊供電是利用接觸軌電分段處的縱向隔離開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的。當(dāng)接觸軌出現(xiàn)故障可采用單邊供電方式。雙邊供電時(shí)，允許變電所單機(jī)組運(yùn)行。大雙邊供電或單邊供電時(shí)要求變電所雙機(jī)組同時(shí)運(yùn)行。3.1.3.1 牽引供電系統(tǒng)按雙邊供電設(shè)計(jì)雙邊供電時(shí)電源來(lái)自電力系統(tǒng)的兩個(gè)牽引變電所。地鐵的牽引供電系統(tǒng)，在正線的設(shè)計(jì)和運(yùn)營(yíng)中，均應(yīng)采用雙邊供電方式，因?yàn)殡p邊供電具有明顯的優(yōu)點(diǎn)。雙邊供電是設(shè)計(jì)必須滿足的條件，也是正常運(yùn)營(yíng)的首選方式，單邊供電不是設(shè)計(jì)的限制條件。即使在一座牽引變電所故障解列時(shí)，也應(yīng)采取技術(shù)措施實(shí)行大雙邊供電，同時(shí)應(yīng)自動(dòng)完成雙邊聯(lián)跳條件的轉(zhuǎn)換，這樣可以減少牽引變

48、電所數(shù)量，既節(jié)省建設(shè)投資，叉減少運(yùn)營(yíng)費(fèi)用，同時(shí)減小列車起動(dòng)時(shí)的電壓損失，降低功率損耗，有利于列車運(yùn)行，并且不影響運(yùn)送旅客的能力，這對(duì)運(yùn)營(yíng)是非常有利的。雙邊供電示意圖 3-1 所示，走行軌對(duì)地電位分布如圖 3-2 所示。 實(shí)現(xiàn)雙邊供電起碼應(yīng)滿足兩個(gè)條件：兩相鄰牽引變電所需由同一電力系統(tǒng)供電，以確保有相同的頻率；兩相鄰牽引變電所的牽引端口應(yīng)同相，否則將造成異相短路。圖 3-1 雙邊供電示意圖圖 3-2 雙邊供電走行軌對(duì)地電位分布示意圖雙邊供電比單邊供電優(yōu)點(diǎn)如下：牽引網(wǎng)的平均電壓損失，雙邊供電是單邊供電的 1/31/4。平均電壓損失是指列車在區(qū)間運(yùn)行時(shí)的平均電壓損失，它對(duì)輔助電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)有意義。平均電

49、壓損失有兩個(gè)分量組成，即由指定列車本身所取電流在其受流器上引起的電壓損失和同行其他列車電流在其受流器上造成的電壓損失之和。列車帶電運(yùn)行時(shí)受流器上的電壓損失，雙邊供電是單邊供電的 1/31/4，也有兩個(gè)分量組成，即由指定列車本身所取電流在其受流器上引起的電壓損失和同行其他列車電流在其受流器上造成的電壓損失之和。列車最大平均電壓損失，雙邊供電是單邊供電的 1/4。列車起動(dòng)時(shí)最大電壓損失，雙邊供電是單邊供電的 1/4，滿足列車起動(dòng)耐的最大電壓損失要求，是決定牽引變電所間距的必須滿足的條件。單邊供電列車起動(dòng)時(shí)最大電壓損失發(fā)生在供電區(qū)的終點(diǎn)，雙邊供電列車起動(dòng)時(shí)最大電壓損失發(fā)生在供電區(qū)的中點(diǎn)。牽引網(wǎng)的功率

50、損失，雙邊供電是單邊供電的 1/31/4。牽引網(wǎng)中的功率損失等于牽引網(wǎng)中諸列車各自的電流與電壓損失的乘積之和。雙邊供電時(shí)，列車的再生能量可以被同行列車吸收，當(dāng)車流密度高時(shí)再生能量更易被同行列車?yán)?；而單邊供電時(shí)，再生能量被其他同行列車吸收的可能性極小。雜散電流值雙邊供電是單邊供電的 1/31/4。直流牽引網(wǎng)采用接觸網(wǎng)正極送電，走行軌負(fù)極回流，隨著列車的運(yùn)行，絕大部分回流電流沿著走行軌流回牽引變電所，同時(shí)也不可避免地要從走行軌道中向地下（道床、結(jié)構(gòu)鋼筋）泄漏電流（雜散電流） 。雜散電流的大小主要由下列兩個(gè)主要因素起作用：走行軌對(duì)地電位的高低。走行軌對(duì)地過(guò)渡電阻的大小。當(dāng)然，走行軌對(duì)地電位越低、走

51、行軌對(duì)地的過(guò)渡電阻越高則雜散電流就越小。牽引供電系統(tǒng)在向列車供電的同時(shí)，也在隨列車的移動(dòng)從走行軌向地下泄漏電流。采用雙邊供電方式是減小雜散電流最有效的措施。牽引網(wǎng)無(wú)論是正常運(yùn)行方式還是事故狀態(tài)（一座牽引變電所解列）時(shí)都應(yīng)采用雙邊供電。走行軌對(duì)地電位雙邊供電是單邊供電時(shí)的 1/31/4，在線路條件相同的情況下，雙邊供電比單邊供電時(shí)雜散電流要小 34 倍是顯而易見(jiàn)的。3.1.3.2 大雙邊供電的兩種方式鑒于雙邊供電比單邊供電有很多優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)中任何一座牽引變電所故障解列時(shí)，也應(yīng)采取技術(shù)措施，實(shí)行大雙邊供電。實(shí)現(xiàn)大雙邊供電有以下兩種方式：(1)利用解列的牽引變電所的直流母線構(gòu)成大雙邊供電（如圖 3-3

52、） ，其條件是：牽引變電所只有兩套整流機(jī)組退出運(yùn)行。直流母線、上下行 4 路饋線開(kāi)關(guān)及其二次回路完好無(wú)損且能正常運(yùn)行。(2)利用縱向電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)構(gòu)成大雙邊供電（如圖 3-4） ，當(dāng)牽引變電所故障解列時(shí)，利用電分段處的縱向電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)構(gòu)成大雙邊供電，使整座牽引變電所（含隧道開(kāi)關(guān)柜）退出運(yùn)行，牽引網(wǎng)運(yùn)行不受故障牽引變電所的影響?？v向電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的用途有兩個(gè)：作為牽引變電所 4 路饋線開(kāi)關(guān)的備用開(kāi)關(guān)。作為牽引變電所的備用開(kāi)關(guān)。3.2 牽引供電系統(tǒng)保護(hù)地鐵直流牽引供電系統(tǒng)的保護(hù),可以分為兩部分：牽引整流機(jī)組保護(hù)和直流饋線保護(hù)。牽引供電系統(tǒng)保護(hù)的最大特點(diǎn)就是系統(tǒng)的“多電源”和保護(hù)的“多死區(qū)” 。所謂多電

53、源, 既當(dāng)牽引網(wǎng)發(fā)生短路時(shí), 并非僅雙邊供電兩側(cè)的牽引變電所向短路點(diǎn)供電, 而是全線的牽引變電所皆通過(guò)牽引網(wǎng)向短路點(diǎn)供電。所謂多死區(qū), 是因牽引供電系統(tǒng)本身構(gòu)成的特點(diǎn)和保護(hù)對(duì)象的特殊性而形成保護(hù)上的“死區(qū)” 。任何保護(hù)的最基本要求就是當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí), 首先要迅速“切斷電源” 、 “消除死區(qū)”, 針對(duì)這兩點(diǎn), 牽引供電系統(tǒng)除交流系統(tǒng)常用的保護(hù)外, 還設(shè)置了牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳、牽引網(wǎng)雙邊聯(lián)跳、di/dt I 等特殊保護(hù)措施, 這就可以完全滿足牽引供電系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)切斷電源、消除死區(qū)的要求。牽引供電系統(tǒng)之所以形成保護(hù)上的死區(qū)，主要有兩個(gè)原因：地鐵列車為多輛電動(dòng)車組編組，其起動(dòng)電流大于牽引網(wǎng)最小短路

54、電流，只靠直流快速開(kāi)關(guān)的大電流整定很難滿足保護(hù)要求。電動(dòng)列車是隨時(shí)在運(yùn)動(dòng)的，其位置在不斷地移動(dòng)、變化，作為電動(dòng)列車的遠(yuǎn)后備保護(hù)，牽引變電所的保護(hù)應(yīng)延伸至電動(dòng)列車主回路末端。對(duì)任何供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)而言, 可靠性總是第一位的, 而對(duì)直流牽引供電系圖 3-3 直流母線構(gòu)成的大雙邊供電圖 3-4 縱向電動(dòng)隔離開(kāi)關(guān)的大雙邊供電統(tǒng), 速動(dòng)性可以看成和可靠性是同等重要的, 所以直流側(cè)保護(hù)皆采用毫秒級(jí)的電器保護(hù)設(shè)備, 如直流快速斷路器、保護(hù)等, 目的就是在直流短路電流上升過(guò)程/di dt I中將其遮斷, 不允許短路電流到達(dá)穩(wěn)態(tài)值。至于選擇性, 在直流牽引供電系統(tǒng)中則處于次要位置, 其保護(hù)的設(shè)置應(yīng)是“寧可誤動(dòng)

55、作, 不可不動(dòng)作” 。 誤動(dòng)作可以用自動(dòng)重合閘進(jìn)行矯正; 不動(dòng)作則很可怕, 因?yàn)闋恳╇娤到y(tǒng)短路時(shí)產(chǎn)生的直流電弧, 如不迅速切斷電源，電弧可以長(zhǎng)時(shí)間維持燃燒而不熄滅; 而交流電弧則不同, 其電壓可以過(guò)零而自動(dòng)熄滅。地鐵四號(hào)線 10kV 采用電流速斷，過(guò)電流（電壓閉鎖） 、10kV 接地、失壓保護(hù)和進(jìn)線失壓分段開(kāi)關(guān)自投裝置。如采用環(huán)網(wǎng)供電也可設(shè)線路縱差保護(hù)或其他保護(hù)。整流機(jī)組和動(dòng)力變壓器除電流保護(hù)外還設(shè)變壓器過(guò)溫、過(guò)負(fù)荷保護(hù)。直流饋出設(shè)電流速斷、電流增量、過(guò)電流延時(shí)、直流開(kāi)關(guān)柜框架漏電流、直流系統(tǒng)接地、軌電位限制、故障判斷、自動(dòng)重合閘以及各開(kāi)關(guān)間、開(kāi)關(guān)與整流機(jī)組間的聯(lián)跳和閉鎖等保護(hù)及裝置。10k

56、V、750V 以及 380V 主開(kāi)關(guān)的繼電保護(hù)及二次控制裝置均采用微機(jī)保護(hù)與智能化監(jiān)控裝置。3.2.1 牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳保護(hù) 牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳的定義：當(dāng)發(fā)生短路故障引起兩臺(tái)整流機(jī)組直流引入斷路器或交流斷路器同時(shí)跳閘時(shí)，應(yīng)迅速跳掉全部直流饋線斷路器，以及時(shí)切斷電源，圖見(jiàn)附錄 B-1。牽引變電所聯(lián)跳保護(hù)適用于以下兩種情況： 牽引變電所的兩套整流機(jī)組開(kāi)關(guān)同時(shí)因故障跳閘。 牽引變電所任何一路直流饋出開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)。 當(dāng)牽引變電所內(nèi)部發(fā)生短路時(shí)，如 k2 點(diǎn)短路，則流向短路點(diǎn)的短路電流有 6 路，兩臺(tái)整流機(jī)組 2 路:Ik1、Ik2；相鄰牽引變電所通過(guò) 4 路饋線開(kāi)關(guān)流向短路點(diǎn)的有 4路：Ik3、Ik

57、4、Ik5、Iky。若只跳掉兩臺(tái)整流機(jī)組的直流開(kāi)關(guān)或交流開(kāi)關(guān)是不夠的(只切斷 Ik1、Ik2)，相鄰牽引變電所仍會(huì)通過(guò)牽引網(wǎng)繼續(xù)向短路點(diǎn)供電(Ik3、Ik4、Ik5、Iky)，因此必須跳掉直流母線上所有開(kāi)關(guān)，以切斷電源，實(shí)現(xiàn)牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳。當(dāng)牽引變電所外部發(fā)生短路時(shí)，如果 k1 點(diǎn)短路，則流經(jīng) DS6 開(kāi)關(guān)的短路電流有 5 路，其中兩臺(tái)整流機(jī)組的短路電流有 2 路Ik1、Ik2，相鄰牽引變電所通過(guò) 3 路饋線流經(jīng) DS6 開(kāi)關(guān)的短路電流有 3 路Ik3、Ik4、Ik5。此時(shí)，若饋線開(kāi)關(guān) DS6 拒動(dòng)，而又沒(méi)有遠(yuǎn)后備保護(hù)，就只能通過(guò)牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳及時(shí)切斷電源。牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳的保護(hù)范圍

58、：無(wú)論是牽引變電所內(nèi)部短路還是外部短路，凡引起兩臺(tái)整流機(jī)組同時(shí)跳閘的故障均應(yīng)實(shí)行牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳。由附錄 B-1 可以看出，流經(jīng)饋線開(kāi)關(guān) DS6 的短路電流 IKZ 是由 IK1IK5，5 個(gè)短路電流組成的，這就說(shuō)明，如果饋線開(kāi)關(guān) DS6 失靈拒動(dòng)，要切斷短路點(diǎn)的電源，只跳掉 DS1、DS2 是不夠的，還要跳掉 DS3、DS4、DS5 等 5 路開(kāi)關(guān)，即必須跳掉牽引變電所直流母線上的所有開(kāi)關(guān)。牽引變電所內(nèi)部聯(lián)跳保護(hù)，就是為當(dāng)發(fā)生短路故障時(shí)，迅速切斷電源的一種保護(hù)措施。如發(fā)生一路饋線開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)或兩臺(tái)整流機(jī)組直流側(cè)兩路開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘(或兩路交流中壓開(kāi)關(guān)同時(shí)跳閘)，為迅速切斷電源，都必須實(shí)行變電所

59、內(nèi)部聯(lián)跳，既跳掉直流母線上的所有開(kāi)關(guān)，否則不能切斷電源，如附錄 B-1 所示。圖中 K1(牽引變電所外部短路)和 K2(牽引變電所內(nèi)部短路)點(diǎn)短路時(shí)，如果 DS1、DS2 兩臺(tái)直流斷路器或 DL1、DL2 兩臺(tái)交流斷路器同時(shí)動(dòng)作，則必須實(shí)行變電所內(nèi)部聯(lián)跳，跳掉所有直流饋線斷路器。即跳掉 DS3、DS4、DS5 等饋線開(kāi)關(guān)，否則不能切斷電源，相鄰牽引變電所繼續(xù)向短路點(diǎn)供電。3.2.2 直流饋線開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護(hù)目前國(guó)內(nèi)地鐵直流饋線開(kāi)關(guān)設(shè)置了多種保護(hù)和自動(dòng)裝置，這些都是必要的，但尚缺少一種重要的保護(hù)：開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)保護(hù)。當(dāng)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，開(kāi)關(guān)本身設(shè)置的所有保護(hù)均失效，而饋線開(kāi)關(guān)又沒(méi)有遠(yuǎn)后備保護(hù)，這是直

60、流饋線保護(hù)的“軟肋” 。眾所周知，從牽引變電所的主接線上看，直流饋線開(kāi)關(guān)沒(méi)有遠(yuǎn)后備保護(hù)設(shè)備，這是由地鐵供電網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成特點(diǎn)所決定的。在直流母線上共設(shè)置 6 路開(kāi)關(guān)、2 路直流引入開(kāi)關(guān)、4 路饋線開(kāi)關(guān)，見(jiàn)附錄 B -1。從電源角度講，每路饋線開(kāi)關(guān)的上一級(jí)有 5 路電源開(kāi)關(guān)，這和交流電路不一樣，交流電路上一級(jí)只有一路開(kāi)關(guān)，所以當(dāng)下一級(jí)開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)時(shí)，上一級(jí)開(kāi)關(guān)可以作為它的遠(yuǎn)后備保護(hù)。直流則不然，它的上級(jí) 5 路開(kāi)關(guān)都不是它的遠(yuǎn)后備保護(hù)設(shè)備。從附錄 B -1 中可以看出，當(dāng) K1 點(diǎn)發(fā)生短路時(shí)，如為變電所出口短路，饋線開(kāi)關(guān)失靈拒動(dòng)可能引起 2 路直流引入線開(kāi)關(guān)跳閘，引起變電所聯(lián)跳，及時(shí)切斷 5 路電源