城軌供電系統(tǒng)課程設(shè)計(jì)

PAGE課程名稱：城軌供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)題目：城軌供電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)院系：電氣工程系專業(yè)：城軌供電學(xué)號(hào)：2姓名：指導(dǎo)教師：西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)2015年6月20日課程設(shè)計(jì)任務(wù)書專業(yè)城規(guī)供電姓名學(xué)號(hào)開題日期：2015年5月1日完成日期：2015年6月日題目城軌供電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)的目的城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)貫穿于地鐵線路建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)的始終，是整個(gè)過程中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。通過本課程設(shè)計(jì)使學(xué)生加深對(duì)專業(yè)課程的理解，并能將專業(yè)知識(shí)融為一體，初步掌握城市軌道交通供電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)過程，為以后設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、設(shè)備制造等相關(guān)領(lǐng)域的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。二、設(shè)計(jì)的內(nèi)容及要求設(shè)計(jì)內(nèi)容：（1）了解本設(shè)計(jì)的目標(biāo)和意義；（2）掌握城市軌道交通供電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)方法和思路；（3）完成主變電站及外部電源方案；（4）完成供電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)；（5）完成牽引變電所及降壓變電所設(shè)置及容量選擇；（6）完成供電分區(qū)劃分及中壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)置。設(shè)計(jì)要求：（1）完成供電系統(tǒng)大圖（含變電所設(shè)置及容量選擇），要求手工圖或CAD圖一份；（2）結(jié)合本課程理論，詳細(xì)闡述設(shè)計(jì)思路。三、指導(dǎo)教師評(píng)語四、成績指導(dǎo)教師(簽章)年月日-PAGEII-城軌供電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)PAGEI附：原始資料1.概況廣州市軌道交通七號(hào)線線路西起番禺區(qū)的廣州新客站，向東南行進(jìn)穿越番禺區(qū)的鐘村，之后轉(zhuǎn)向東北，經(jīng)過番禺區(qū)的漢溪、新造與化龍，再穿越珠江之后，止于黃埔區(qū)的大沙地，預(yù)留遠(yuǎn)期延伸至蘿崗中心區(qū)的條件。線路全長約28.312km，均為地下線路，共設(shè)14座車站，其中換乘站5座，其線路如下圖1所示。七號(hào)線分兩期進(jìn)行建設(shè)，一期工程為廣州新客站至新造段，線路全長約18.2km，共設(shè)10座車站，其中換乘站3座，分別為廣州新客站（與二號(hào)線、廣珠線、武廣客運(yùn)專線、佛山二號(hào)線），漢溪長隆站（與三號(hào)線），新造站（與四號(hào)線）；平均站間距1.920km，最大站間距2.942km，為南村至新造區(qū)間，最小站間距1.070km，為官堂至金坑區(qū)間。車輛段選址在廣州新客站西側(cè)大洲村以北，并在大洲車輛段設(shè)聯(lián)絡(luò)線與二號(hào)線相連；控制中心設(shè)置在大石控制中心，與三號(hào)線共用。七號(hào)線采用B型車輛，初、近、遠(yuǎn)期均采用六輛編組，4動(dòng)2拖，最高運(yùn)行速度80km/h，旅行速度為43km/h。七號(hào)線初、近期采用一個(gè)交路，從廣州新客站至新造，初期高峰小時(shí)開行16對(duì)/小時(shí)，近期高峰小時(shí)開行20對(duì)/小時(shí)。遠(yuǎn)期采用兩個(gè)交路，小交路從廣州新客站至化龍，高峰小時(shí)開行15對(duì)/小時(shí)；大交路從廣州新客站至大沙地，高峰小時(shí)開行15對(duì)/小時(shí)。圖1七號(hào)線線路示意圖2.外部電源情況1）廣州市電網(wǎng)現(xiàn)狀及規(guī)劃目前，廣州電網(wǎng)以500kV和220kV電壓等級(jí)構(gòu)成主網(wǎng)架。截止2007年6月底，廣州電網(wǎng)擁有500kV變電站3座，220kV變電站27座，110kV變電站154座，主變?nèi)萘?4681MVA，110kV及以上輸電線路4711.43km。根據(jù)《2009～2013年廣州電網(wǎng)規(guī)劃》，2009～2013年期間，廣州電網(wǎng)將規(guī)劃新建500kV變電站2座，擴(kuò)建3座；新建220kV變電站31座，擴(kuò)建3座；新建110kV變電站104座，擴(kuò)建13座。廣州電網(wǎng)將在滿足安全可靠供電的基礎(chǔ)上，逐步實(shí)現(xiàn)“分區(qū)供電，相互聯(lián)絡(luò)”的供電格局，逐步建成4個(gè)以500kV變電站為核心的供需基本平衡的供電分區(qū)：花都500kV變電站供電分區(qū)(向花都區(qū)和從化區(qū)供電)、北郊和木棉500kV變電站供電分區(qū)（向白云區(qū)、越秀區(qū)和天河區(qū)供電)、增城和穗東500kV變電站供電分區(qū)(向增城市、蘿崗區(qū)和黃埔區(qū))，廣南和獅洋500kV變電站供電分區(qū)(向荔灣區(qū)、海珠區(qū)、番禺區(qū)和南沙區(qū)供電)。2）7號(hào)線一期工程沿線電源概況為更充分地研究7號(hào)線主變電所的設(shè)置方案，本投標(biāo)人深入調(diào)查研究了廣州市軌道交通7號(hào)線一期工程沿線地區(qū)高壓電網(wǎng)的現(xiàn)狀。由于線路多經(jīng)過郊區(qū)，目前沿線的220kV和110kV電源數(shù)量較少且分布相對(duì)集中。既有220kV、110kV電源點(diǎn)具體分布見下表1所示。表17號(hào)線一期工程沿線既有220kV、110kV變電站分布序號(hào)220kV變電站110kV變電站站名裝機(jī)容量（MVA）站名裝機(jī)容量（MVA）1富山3×240南浦2×502平安4×240祈福2×40+503華碧3×240禮村2×504城北2×403.各站間距各站名及間距如下表2所示。表2站名及間距站名站間距（km）大洲車輛段2.83―廣州新客站1.309石壁東站1.52謝村站2.055鐘村站1.995漢溪長隆站2.215鶴莊站1.595官堂站1.07金坑站2.583市頭站2.942新造站－4.七號(hào)線線路及其它線路分布圖七號(hào)線及其它線路分布圖如下圖2所示。圖2七號(hào)線及其它線路分布圖5.七號(hào)線區(qū)間（距離、時(shí)分、能耗）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)七號(hào)線區(qū)間（距離、時(shí)分、能耗）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如下表3所示。城軌供電系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)表3區(qū)間（距離、時(shí)分、能耗）統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)注：①其中A、E、J為換乘站②停車、距離、時(shí)分、能耗單位分別為秒（s）、米（m）、秒（s）、千瓦時(shí)（kW·h）目錄TOC\o"1-3"\h\u17618一、設(shè)計(jì)目的與意義 21999二、設(shè)計(jì)方法和思路 226623三、主變電站及外部電源 2269821.外部電源采用集中供電方式 2263671)集中式供電 2291152)分散式供電 3276813)混合式供電 3321462.主變電所選址 456343.主變電所的電氣主接線 4149344.主變電所設(shè)置 418591四、各變電所安排 580351)牽引變電所 5317262)降壓變電所 5211763)變電所整體布點(diǎn)方案 57242五、變電所容量計(jì)算 6236071、牽引變電所的計(jì)算 629493i.單位指標(biāo)法 625561ii.平均運(yùn)量法 68342.降壓變電所的計(jì)算 6231652.1正常運(yùn)行方式 6225562.2一座主變電所（或電源開閉所）退出運(yùn)行方式 6108143.各相關(guān)計(jì)算公式 6198754.容量選擇 812124附錄: 9

正文：設(shè)計(jì)目的與意義城市軌道交通供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)貫穿于地鐵線路建設(shè)、運(yùn)營維護(hù)的始終，是整個(gè)過程中關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。作為一名城市軌道交通供電專業(yè)的大學(xué)生，通過本設(shè)計(jì)學(xué)會(huì)將專業(yè)知識(shí)融為一體，初步掌握城市軌道交通供電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)過程，為以后設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)營、設(shè)備制造等相關(guān)領(lǐng)域的工作打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。設(shè)計(jì)方法和思路本設(shè)計(jì)的原始資料中給出了廣州地鐵七號(hào)線的相關(guān)資料，特別具體給出了其一期工程項(xiàng)目的車型、編組、區(qū)間（距離、時(shí)分、能耗）等相關(guān)數(shù)據(jù)，可以據(jù)此設(shè)計(jì)出此項(xiàng)目所需的外部電源、各變電所的選址及其容量。主變電站及外部電源外部電源采用集中供電方式集中式供電所謂集中式供電是指由專門設(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。如下圖所示，每個(gè)主變電所有兩路獨(dú)立的進(jìn)線電源。主變電所進(jìn)線電壓一般為110kV，經(jīng)降壓后變成35kV或10kV（也可以是20kV）。牽引變電所、降壓變電所均有兩個(gè)獨(dú)立的引入電源。集中供電方案的主要特點(diǎn)如下：=1\*GB3①在城市軌道交通沿線，建設(shè)專用主變電所，集中為牽引變電所及降壓變電所供電。=2\*GB3②城軌供電系統(tǒng)從城網(wǎng)引入高壓電源，與城網(wǎng)接口比較少，每座主變電所只從城網(wǎng)引入兩路獨(dú)立的進(jìn)線電源，外部電源電壓等級(jí)一般為110kV。=3\*GB3③城軌供電系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，自成系統(tǒng)，便于經(jīng)營管理。分散式供電分散式供電方案，是指沿線分散引入城市中壓電源直接（或通過電源開閉所間接）為牽引變電所及降壓變電所供電的外部供電方式。如下圖所示。分散式供電一般從城市電網(wǎng)引入10kV中壓電源，這要求城市軌道交通沿線有足夠的電源引入點(diǎn)及備用容量。從沿線就近引來的城網(wǎng)中壓電源，經(jīng)電源開閉所母線向牽引變電所和降壓變電所提供中壓電源。一般情況下，兩個(gè)電源開閉所之間的供電分區(qū)間通過雙環(huán)網(wǎng)電纜進(jìn)行聯(lián)絡(luò)。分散式供電方案的主要特點(diǎn)如下：=1\*GB3①在城市軌道交通沿線，直接從城網(wǎng)分散地引入多路中壓電源作為城市軌道交通電源。=2\*GB3②城軌供電系統(tǒng)從城網(wǎng)引入中壓電源，與城網(wǎng)接口比較多，平均每4—5個(gè)車站就要引入兩路電源。外部電源電壓等級(jí)多為10kV電壓級(jí)，也有少量的35kV電壓級(jí)。=3\*GB3③城軌供電系統(tǒng)與城網(wǎng)關(guān)系緊密，獨(dú)立性差，運(yùn)營管理相對(duì)復(fù)雜?；旌鲜焦╇娀旌鲜焦╇?，多指以集中式供電為主以分散式供電為輔的供電方式?；旌鲜焦╇姺桨附橛诩惺焦╇娕c分散式供電之間的一種結(jié)合方案，根據(jù)城網(wǎng)現(xiàn)狀、規(guī)劃以及城市軌道交通自身的需要，吸收了集中式外部電源方案與分散式外部電源方案的各自優(yōu)點(diǎn)，系統(tǒng)方案靈活，使供電系統(tǒng)完善和可靠。綜上，外部電源采用集中供電方式的優(yōu)點(diǎn)有：可靠性高，供電質(zhì)量好，對(duì)城市電網(wǎng)的影響小，運(yùn)營優(yōu)勢(shì)大，實(shí)施相對(duì)容易。故采用集中供電方式。主變電所選址主變電所選址原則:靠近負(fù)荷中心,鄰近城市軌道交通線路布置滿足中壓網(wǎng)絡(luò)電纜壓降要求滿足城市軌道交通供電網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃中主變電所資源共享要求與城市規(guī)劃、城市電網(wǎng)規(guī)劃相協(xié)調(diào)可獨(dú)立設(shè)置，也可和建便于電纜線路引入，引出便于設(shè)備運(yùn)輸注意選擇適宜的地理環(huán)境，并考慮與周圍設(shè)施的相互影響主變電所的電氣主接線線路——變壓器組接線內(nèi)橋接線中壓側(cè)主接線主變電所設(shè)置 主變電所數(shù)量的設(shè)置取決于負(fù)荷分布及大小?！兜罔F設(shè)計(jì)規(guī)范》要求：供電系統(tǒng)的中壓網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按列車的遠(yuǎn)期通過能力設(shè)計(jì)，對(duì)互為備用線路，一路退出運(yùn)行另一路應(yīng)承擔(dān)其一、二級(jí)負(fù)荷的供電，線路末端電壓損失不宜超過5%。在沿線負(fù)荷均勻情況下，若設(shè)一座主所，則考慮布置在線路長度中心附近；若設(shè)兩座主所，則首選位置考慮在線路長度的1/4及3/4處。又考慮到二期工程項(xiàng)目的建設(shè)，以及原始資料中南給出的七號(hào)線線路及其它線路分布圖，選址在鐘村站和金坑站。同時(shí)適應(yīng)了廣州軌道交通建設(shè)的網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展，為網(wǎng)絡(luò)共享提供便利。各變電所安排牽引變電所由原始資料中站名及間距的表格2，可計(jì)算出一期工程的總長度為17.284km，設(shè)牽引變電所的平均距離為4km，則由單位指標(biāo)法可得牽引變電所數(shù)量n為：牽引變電所布點(diǎn)的方法有兩種：1)以線路中間車站設(shè)牽引變電所為布點(diǎn)基點(diǎn)，如圖（a）所示2)以線路末端車站設(shè)牽引變電所為布點(diǎn)基點(diǎn)，如圖（b）所示圖（a）圖（b）由于方法1)適用于各車站的站間距相差較大的線路，而在第一期的項(xiàng)目中各車站間距相差不大，相差最大的兩個(gè)車站在一期項(xiàng)目的端頭，不適合以中間車站設(shè)為基點(diǎn)。因此本設(shè)計(jì)采用適用于各車站的站間距相差較小的方法2），同時(shí)根據(jù)牽引網(wǎng)最大電壓損失允許值確定線路末端牽引變電所及相鄰牽引所的位置，以此向線路中央靠攏。最終還要考慮線路末端牽引變電所與車站相結(jié)合，于是選擇牽引變電所布點(diǎn)在廣州新客站、謝村站、漢溪長隆站、官堂站、市頭站、新造站。降壓變電所一般每個(gè)車站設(shè)一座降壓變電所，因此一期工程中十個(gè)車站各設(shè)置一座降壓變電所。變電所整體布點(diǎn)方案綜合以上布點(diǎn)方案，最終確定的變電所布點(diǎn)地址如下：表2變電所整體布點(diǎn)方案站點(diǎn)標(biāo)號(hào)A（換乘站)BCDE（換乘站）站名廣州新客站石壁東站謝村站鐘村站漢溪長隆站變電所牽引變電所主變牽引混合所站點(diǎn)標(biāo)號(hào)FGHIJ（換乘站）站名鶴莊站官堂站金坑站市頭站新造站變電所牽引變電所主變電所牽引變電所牽引變電所變電所容量計(jì)算1、牽引變電所的計(jì)算單位指標(biāo)法地鐵建設(shè)前期，為可行性研究、總體方案設(shè)計(jì)提供保證，采用單位指標(biāo)法確定一期項(xiàng)目總線路牽引變電所的數(shù)量、容量及年用電量。首先確定計(jì)算條件。由于本設(shè)計(jì)中高峰小時(shí)車流密度為15—20對(duì)/小時(shí)，比目前地鐵通用設(shè)計(jì)規(guī)范30對(duì)/小時(shí)稍小一些，因此單位安裝指標(biāo)，同樣適用于小交路情形。平均運(yùn)量法平均運(yùn)量法是建立在概率論基礎(chǔ)上，根據(jù)列車運(yùn)行的規(guī)律性，由列平均電流、有效值計(jì)算饋線電流、有效值，最后利用方差定律計(jì)算牽引所有效電流?；炯僭O(shè)以后，確定原始條件，根據(jù)列車電流曲線法等方法計(jì)算出列車電流間斷系數(shù)等數(shù)值。雖然在實(shí)際的運(yùn)營中，一期工程項(xiàng)目中的牽引變電所都會(huì)是雙邊供電，但是在原始資料中在線路兩端的A、J站只提供了單邊的數(shù)據(jù)，所以在計(jì)算中除兩端的A、J站按照單邊供電計(jì)算，中間各所都按照雙邊供電計(jì)算。經(jīng)校驗(yàn)，列車起動(dòng)最大電壓損失均小于500V，牽引整流機(jī)組的容量沒有超過估算的150%，且利用起動(dòng)時(shí)的最大電壓損失計(jì)算得到的走行軌對(duì)地電位均小于90V，則可以說明在軌上任意一點(diǎn)對(duì)地電位差都小于90V，符合《城市軌道交通直流牽引系統(tǒng)》規(guī)定。2.降壓變電所的計(jì)算2.1正常運(yùn)行方式正常運(yùn)行方式下，變電所承擔(dān)全部牽引負(fù)荷和動(dòng)力照明負(fù)荷。2.2一座主變電所（或電源開閉所）退出運(yùn)行方式一座主變電所（或電源開閉所）解列退出運(yùn)行方式下，相鄰主變電所（或電源開閉所）向該主