《城市軌道交通變電所運行與維護》 課件 項目1 供電系統(tǒng)的認知

項目1供電系統(tǒng)的認知任務1電力系統(tǒng)的認知【任務描述】認識典型電力系統(tǒng)的組成，識讀常見的供配電系統(tǒng)結構示意圖。01電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)的組成日常生活中的電能是如何傳輸?shù)角Ъ胰f戶的呢？首先，由發(fā)電廠發(fā)出三相交流電，利用升壓變壓器升壓，經(jīng)過很長距離的高壓輸電線路將電能輸送至用戶中心，再由變電所降壓后經(jīng)配電線路供給高壓和低壓用電設備，如圖1-1所示。圖1-1電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)的組成電力系統(tǒng)是由發(fā)電、輸電、變電、配電和用電五個環(huán)節(jié)構成的一個完整系統(tǒng)。它將發(fā)電廠、變電所和電力用戶聯(lián)系起來。其中除了發(fā)電廠和電力用戶的部分，即電力系統(tǒng)中的各級電壓線路及其聯(lián)系的變配電所又稱為“電力網(wǎng)”，簡稱“電網(wǎng)”，它包含輸電、變電、配電三個環(huán)節(jié)。電力系統(tǒng)可以看作是由發(fā)電廠、電力網(wǎng)和電力用戶三個部分組成。1.發(fā)電廠發(fā)電廠又稱為“發(fā)電站”，是將自然界蘊藏的各種一次能源如水力、風力、太陽能和核能等轉(zhuǎn)換為電能的場所。常見的發(fā)電廠有火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、核電廠、太陽能發(fā)電廠等。1.發(fā)電廠（1）火力發(fā)電廠：火力發(fā)電目前在我國仍然處于主導地位?；鹆Πl(fā)電是將燃料燃燒時產(chǎn)生的的化學能轉(zhuǎn)換為電能。其優(yōu)點是建設投資小、工期短，但對環(huán)境污染較大。1.發(fā)電廠（2）水力發(fā)電廠：水力發(fā)電在我國總發(fā)電量中占據(jù)第二位。水力發(fā)電是把水的機械能轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)勢能公式E=mgh，水力發(fā)電廠要增加發(fā)電量，必須要增大儲水量和水位落差h。水力發(fā)電廠的優(yōu)點是生產(chǎn)過程簡單、易于實現(xiàn)自動化、無污染，缺點是建設投資大、工期長、受氣候和水文條件影響較大。（3）核電廠：核電廠是將核裂變產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換為電能。其優(yōu)點是消耗燃料少，容量越大越經(jīng)濟，但一旦發(fā)生泄漏，會有放射性污染，對人類產(chǎn)生很大的危害。目前我國已經(jīng)建成的規(guī)模較大的核電站有浙江秦山核電站、廣東大亞灣核電站、陽江核電站等。（4）其他發(fā)電廠：目前我國正在大力發(fā)展的還有風能發(fā)電、太陽能發(fā)電、潮汐發(fā)電和地熱發(fā)電等。尤其是太陽能取之不盡用之不竭，且屬于非常清潔環(huán)保的能源，太陽能發(fā)電是未來發(fā)電廠重點發(fā)展的方向。2.電力網(wǎng)電力網(wǎng)是由各類變配電所與輸電線路組成的電能傳輸和分配的網(wǎng)絡。它的任務是將發(fā)電廠生產(chǎn)的電能輸送、變換和分配到電能用戶。2.電力網(wǎng)目前中國電網(wǎng)按照運行和管理機制分為兩大電網(wǎng)，即國家電網(wǎng)和南方電網(wǎng)。其中國家電網(wǎng)公司由5個區(qū)域電網(wǎng)公司組成，包含華中電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、華北電網(wǎng)、西北電網(wǎng)和東北電網(wǎng)，南方電網(wǎng)獨立于國家電網(wǎng)，單獨運營和管理。2.電力網(wǎng)為什么要組建電網(wǎng)呢？一是保證發(fā)電與供電的安全可靠性，調(diào)整地區(qū)間的電力供需平衡，保證電能質(zhì)量。二是提高經(jīng)濟性，減少電能損耗、降低發(fā)電和輸配電成本，獲得最大的經(jīng)濟利益。3.電力用戶電力用戶是指將電能轉(zhuǎn)換為所需要的其他形式能量的工廠或用電設備。如電視機、空調(diào)、電動機、照明設備等。電力系統(tǒng)中的用戶，按其對供電可靠性的要求及停電造成的影響不同，一般分為三級。一級負荷：中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成重大損失及影響或造成人身傷亡的電力負荷。如重要交通樞紐、重要通信樞紐、大型體育場館、經(jīng)常用于國際活動的大量人員集中的公共場所等用電單位中的重要負荷、醫(yī)院急診室手術室等用電負荷。二級負荷：中斷供電將在政治、經(jīng)濟上造成較大損失或影響的電力負荷。三級負荷：不屬于一、二級負荷的電力負荷，停電后造成的損失不大，如居民用電負荷。3.電力用戶（1）一級負荷對電源的要求普通一級負荷應由兩個獨立電源供電，當其中一個電源發(fā)生故障時，另一個電源不應同時受到損壞。特別重要的一級負荷，除由上述兩個電源供電外，還應增設應急電源，如獨立于正常電源的發(fā)電機組、蓄電池組等。（2）二級負荷對電源的要求二級負荷一般由雙回路供電，供電變壓器也應有兩臺，兩個回路電源線應盡量引自不同的變壓器或兩段母線，當其中有一條回路或一臺變壓器發(fā)生故障時，二級負荷應不致中斷供電，或中斷供電后能迅速恢復供電。（3）三級負荷對電源的要求三級負荷對電源無特殊要求，一般單電源供電即可。02電力系統(tǒng)設備的額定電壓1.我國電網(wǎng)（或電力線路）額定電壓等級010203電網(wǎng)或電力線路的額定電壓是國家規(guī)定的特定電壓等級，是確定其他各類電氣設備額定電壓的基本依據(jù)。按國標規(guī)定，額定電壓分為三類:第二類額定電壓為100V-1000V之間電壓等級，常用220V、380V，主要用于低壓動力和照明設備等。在電力系統(tǒng)中，通常把1kV以下的電壓稱為低壓，1kV以上的電壓稱為高壓。三相電力設備的額定電壓指線電壓。第一類額定電壓為100V及以下電壓等級，如12V、24V、36V等，主要用于安全照明、潮濕工地建筑內(nèi)部的局部照明及小容量負荷。第三類額定電壓為1kV以上電壓等級，主要用于電力系統(tǒng)中發(fā)電機、變壓器、輸配電設備及高壓用電設備。2.電力系統(tǒng)各設備的額定電壓231（1）用電設備用電設備一般接在電力線路的末端，用電設備的額定電壓規(guī)定與同級電網(wǎng)的額定電壓相同。用電設備電壓一般允許在額定電壓±5%范圍內(nèi)波動。（2）發(fā)電機發(fā)電機通常接在電力系統(tǒng)的首端，發(fā)電機額定電壓規(guī)定高于同級電網(wǎng)額定電壓5％，以補償線路上的電壓損耗。（3）電力變壓器變壓器額定電壓又分一次側(cè)繞組和二次側(cè)繞組額定電壓。電力系統(tǒng)各設備的額定電壓1)電力變壓器一次側(cè)繞組的額定電壓該額定電壓跟它所連接的設備有關，分兩種情況:①當變壓器直接與發(fā)電機相連時，則變壓器一次側(cè)繞組的額定電壓等于發(fā)電機額定電壓，如圖中的變壓器T1。②當變壓器不與發(fā)電機相連，而是與線路相連時，則變壓器一次側(cè)繞組的額定電壓等于同級電網(wǎng)額定電壓，如圖中的變壓器T2。電力系統(tǒng)各設備的額定電壓2)變壓器二次側(cè)繞組的額定電壓該額定電壓與二次側(cè)供電線路的長短有關，也分兩種情況:①變壓器二次側(cè)供電線路較長，則二次繞組額定電壓應比相連的同級電網(wǎng)額定電壓高10％，其中變壓器二次側(cè)繞組電壓損耗占5％，輸電線路電壓損耗占5％，如圖中的變壓器T1。②變壓器二次側(cè)供電線路較短，則二次繞組額定電壓應比相連的同級電網(wǎng)額定電壓高5％，其中變壓器二次側(cè)繞組電壓損耗占5％，輸電線路電壓損耗因供電線路短損耗小忽略不計，如圖中變壓器T2。03工廠供配電系統(tǒng)結構示意圖認識工廠供配電系統(tǒng)結構示意圖認識由發(fā)電機發(fā)出三相交流電，經(jīng)過發(fā)電廠的升壓變壓器升為35~500kV的三相交流電，其中以升壓為110kV和220kV居多，升壓的目的是為了降低很長輸電線路上的電能損耗。經(jīng)過長距離的高壓輸電線路將電能輸送至用戶中心，再由總降壓變電所將三相交流35~500kV的電壓變換為三相交流6~10kV供給工廠的高壓設備，之后由高壓配電線路將電能輸送到低壓用戶中心，車間變電所將三相交流6~10kV的電壓變換為三相交流380V供給車間的低壓設備，取單相供給交流220V設備。工廠供配電系統(tǒng)結構示意圖發(fā)電廠

電力網(wǎng)

電力用戶

謝謝項目1供電系統(tǒng)的認知任務2

城市軌道交通供電系統(tǒng)的認知【任務描述】認識城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成，識讀典型的城市軌道交通供電系統(tǒng)示意圖。01城市軌道交通的定義和分類城市軌道交通的定義和分類定義：城市軌道交通為采用軌道結構進行承重和導向的車輛運輸系統(tǒng)。包括：地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、市域快速軌道系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、自動導向軌道系統(tǒng)、磁浮系統(tǒng)。城市軌道交通具有節(jié)能、省地、運量大、全天候、無污染（或少污染）又安全等特點，屬于綠色環(huán)保交通體系，特別適應于大中城市。02城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電制式城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電制式為城市軌道交通運營提供所需電能的系統(tǒng)稱為城市軌道交通供電系統(tǒng)。城市軌道交通的種類形式繁雜多樣，其供電制式是指供電系統(tǒng)向電力機車供電所采用的方式，主要包括電流制式、電壓等級和饋電方式。1.電流制式世界各國城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)基本都采用了直流電流供電制式。2.電壓等級目前國際電工委員會擬定的城市軌道交通的直流牽引電壓等級有DC600V、DC750V和DC1500V三種，后兩種電壓為推薦值。我國國家標準《地鐵直流牽引供電系統(tǒng)》規(guī)定了DC750V和DC1500V兩種電壓等級。3.饋電方式牽引網(wǎng)的饋電方式有架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種方式。電壓等級與饋電方式密切相關，組合起來共有四種：DC1500V架空接觸網(wǎng)、DC1500V接觸軌、DC750V架空接觸網(wǎng)、DC750V接觸軌。一般大運量的城市軌道交通系統(tǒng)，多采用DC1500V架空接觸網(wǎng)方式；中小運量的城市軌道交通系統(tǒng)多采用DC750V接觸軌方式。采用哪種供電制式必須根據(jù)城市具體條件與要求綜合分析論證后確定。03城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成城市軌道交通的供電負荷包括兩類：一類是為城市軌道交通電動列車提供牽引用電；另一類是為城市軌道交通車站運營所需要的動力照明設備提供電能，如風機、給排水站、售檢票機、防災報警、通信、空調(diào)、照明等設備。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成城市軌道交通供電系統(tǒng)由五部分組成：外部電源、主變電所或電源開閉所、牽引供電系統(tǒng)、動力照明供電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)。1.外部電源外部電源是為城市軌道交通供電系統(tǒng)提供電能的外部城市電網(wǎng)電源系統(tǒng)。因為城市軌道交通電力機車屬于一級負荷，所以需要由兩個獨立的電源供電。即由兩個發(fā)電機發(fā)出三相交流電，再經(jīng)過升壓變壓器變換為三相交流110kV的電壓。為了保證城市軌道交通供電的可靠性要求，對于外部電源提出了以下四個要求：1）數(shù)量要求：兩路獨立的進線電源。這兩路電源可以來自城市電網(wǎng)的不同變電所，也可以來自城市電網(wǎng)的同一變電所的不同母線，但主變電所進線電源應至少有一路為專線電源。2）運行方式要求：兩路電源應分列運行，互為備用。當一路電源發(fā)生故障時，另一路電源不應同時受到損壞，由另一路電源保證對城市軌道交通供電系統(tǒng)供電。3）進線電源容量要求：每路進線電源的容量應滿足所內(nèi)全部一、二級負荷的要求。4）地理位置要求：為了便于運營管理和減少損耗，外部電源點應盡可能地靠近城市軌道交通線路。線路越短，電能損耗越小。2.主變電所或電源開閉所主變電所的功能是接受外部城市電網(wǎng)輸送的電能，將三相交流110kV的電壓變換為三相交流35kV或10kV電壓為牽引變電所、降壓變電所提供電源。01如果城市電網(wǎng)在城市軌道交通沿線有足夠的變電站和備用容量，并能滿足城市軌道交通牽引供電的可靠性要求。城市軌道交通也可以不設主變電所，而是設置電源開閉所。電源開閉所的功能是接受城市電網(wǎng)提供的中壓電源三相交流35kV或10kV，為牽引變電所、降壓變電所轉(zhuǎn)供中壓電源。因不設主變電所，大大降低了成本。022.主變電所或電源開閉所根據(jù)城市電網(wǎng)實際構成情況的不同，外部電源對于城市軌道交通的供電方式有三種，分別是集中式供電、分散式供電、分散與集中相結合的混合式供電主變電所或電源開閉所（1）集中式供電集中式供電指的是在城市軌道交通線路附近設置兩座及以上的主變電所，通過主變電所集中從城市電網(wǎng)接受電能，經(jīng)主變電所降壓后再向軌道交通內(nèi)部牽引變電所或降壓變電所供電。集中式供電示意圖如圖所示，一個主變電所供沿線的多個牽引降壓混合所或降壓變電所。主變電所或電源開閉所（1）集中式供電1）與城市電網(wǎng)接口少。2）受電電壓高，電能質(zhì)量好且供電可靠性高，受外部電網(wǎng)影響小。3）城市軌道交通供電系統(tǒng)相對獨立，便于管理。集中式供電主要應用于城市軌道交通與城市電網(wǎng)接口少，要求運營、調(diào)度、管理方便的場合。4）需要設置主變電所，投資較大。集中式供電方式有以下特點：主變電所或電源開閉所（2）分散式供電分散式供電指不設主變電所，沿城市軌道交通線路的城市電網(wǎng)直接分散引入多路三相交流35kV或10kV（大多數(shù)是10kV）電源，經(jīng)電源開閉所分別向沿線的各牽引變電所和降壓變電所供電。主變電所或電源開閉所（2）分散式供電分散式供電有以下特點：1）與城市電網(wǎng)接口多，相鄰牽引變電所或降壓變電所由開閉所連接，兩開閉所之間的供電分區(qū)通過雙環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡。2）受電電壓低，電能質(zhì)量較差且供電可靠性容易受外部電網(wǎng)影響。3）城市軌道交通供電系統(tǒng)獨立性差，運營管理相對復雜。4）不需要設置主變電所，投資較小。分散式供電主要應用于城市軌道交通沿線電力資源豐富，與城市電網(wǎng)接口多的場合。主變電所或電源開閉所（3）混合式供電混合式供電是將分散式與集中式相結合的供電方式，由主變電所和城市中壓電源共同為牽引變電所、降壓變電所供電。當一條地鐵線路很長，遠端站點的變電所到主變電所的距離很遠時，遠端站點的變電所可以從附近的城市中壓電源獲取電能作為補充，構成以集中式供電方式為主，分散式為輔的混合式供電方式。主要應用于與城市電網(wǎng)接口數(shù)、城市電網(wǎng)容量介于集中式和分散式之間的場合。特別適合建設城市軌道交通延長線，早期規(guī)劃的主線路采用集中式供電，后期建設的延長線采用分散式供電，形成混合式供電方式。3.牽引供電系統(tǒng)（1）組成牽引供電系統(tǒng)包括牽引變電所與牽引網(wǎng)兩個部分。1）牽引變電所牽引變電所的功能是將主變電所或電源開閉所提供的三相交流35kV或10kV電壓變換為直流1500V或直流750V電壓，為城軌電動列車提供牽引供電，所以牽引變電所既要變換電壓，又要變換電流。3.牽引供電系統(tǒng)饋電線：用于連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導線。由饋電線將牽引變電所變換后的電能輸送到接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)（軌）：沿鋼軌敷設的、和鋼軌保持一定距離的輸電網(wǎng)，主要起輸送電能的作用。通過受電弓滑板在接觸網(wǎng)的滑動接觸，電能由接觸網(wǎng)進入電動車組，從而驅(qū)動牽引電動機帶動列車運行。城市軌道交通接觸網(wǎng)饋電形式按安裝位置和接觸導線的不同分為接觸軌和架空接觸網(wǎng)。通常接觸軌又稱為第三軌。架空接觸網(wǎng)按接觸懸掛方式的不同分為柔性架空接觸網(wǎng)和剛性架空接觸網(wǎng)。2）牽引網(wǎng)實質(zhì)是沿線路敷設的專為電動列車提供電能的特殊供電回路3.牽引供電系統(tǒng)鋼軌：鋼軌是牽引回路的組成部分，列車行走時，牽引電流經(jīng)過鋼軌流向回流線。因此，鋼軌除了具有引導行駛軌道功能外，還需要完成導通回路電流的任務?；亓骶€：連接軌道和牽引變電所的導線，通過回流線把軌道中的回路電流導入到牽引變電所。通常將饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌回路和回流線稱為牽引網(wǎng)。由正極接觸網(wǎng)供電，負極走行軌回流。饋線側(cè)電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由饋電線、接觸網(wǎng)、電動列車、鋼軌、回流線返回牽引變電所負極。接觸網(wǎng)沿線設置了電分段，將接觸網(wǎng)分為若干個小的區(qū)段，主要目的是便于檢修和縮小事故范圍。3.牽引供電系統(tǒng)1—牽引變電所2—饋電線3—接觸網(wǎng)(軌)4—電動列車5—鋼軌6—回流線7—電分段（2）運行方式牽引變電所向牽引網(wǎng)供電的方式有兩種，即單邊供電和雙邊供電。在每個牽引變電所附近，接觸網(wǎng)由電分段進行電氣隔離，分成兩個供電分區(qū)，每個供電分區(qū)也稱為一個供電臂。3.牽引供電系統(tǒng)1—牽引變電所2—饋電線3—接觸網(wǎng)(軌)4—電動列車5—鋼軌6—回流線7—電分段單邊供電是指列車只從所在供電臂上的一個牽引變電所獲得電能。車輛段內(nèi)一般采用單邊供電方式。雙邊供電是指一個供電臂同時從相鄰兩個牽引變電所獲得電能。正常運行時，正線采用雙邊供電方式。在采用雙邊供電時，當某牽引變電所發(fā)生故障退出運行時，該段接觸網(wǎng)就變成了單邊供電方式。如圖所示，正常運行時，列車以雙邊供電方式從B牽引變電所和C牽引變電所獲得電能，越區(qū)隔離開關QS2斷開；當B牽引變電所因故障退出運行時，越區(qū)隔離開關QS2合上，通過QS2由A牽引變電所和C牽引變電所進行大雙邊供電。正線上任何牽引變電所因故障退出運行時，均由相鄰牽引變電所越區(qū)供電。在越區(qū)供電方式下，供電末端的接觸網(wǎng)（或接觸軌）電壓較低，電能損耗較大。4.動力照明供電系統(tǒng)城市軌道交通供電系統(tǒng)除了要向電動列車提供牽引供電外，還需要向運營所需要的各種動力照明設備供電。動力照明供電系統(tǒng)的功能是將35kV或10kV三相交流電壓變換成0.4kV三相交流電壓，為城市軌道交通除電動車輛以外的所有動力照明負荷供電。它包括降壓變電所、動力照明配電系統(tǒng)。4.動力照明供電系統(tǒng)（1）降壓變電所將35kV或10kV三相交流電壓變換成0.4kV三相交流電壓，為風機、給排水站、售檢票機、防災報警、通信、空調(diào)、照明等設備供電。降壓變電所可以單獨建設，也可以與牽引變電所合建，合建時稱為牽引降壓混合所。（2）動力照明配電系統(tǒng)動力照明配電系統(tǒng)包括配電所和配電線路，其功能是分配、傳輸電能至用電設備。配電系統(tǒng)常采用TN-S系統(tǒng)，中性線和保護線分開，即三根相線、一根中性線、一根保護線。正常時，工作、事故照明均由交流電源供電；交流電源失壓時，事故照明自動切換為蓄電池供電，用于事故期間的緊急照明。4.動力照明供電系統(tǒng)2）二級負荷包含地上站廳站臺等公共區(qū)照明、普通風機、排污泵、電梯、自動扶梯等；3）三級負荷包含區(qū)間檢修設備、車站空調(diào)制冷及水系統(tǒng)設備、廣告照明、清潔設備等。牽引用電負荷為一級負荷；動力照明等用電負荷按供電可靠性要求及失電影響程度分為一級負荷、二級負荷、三級負荷。1）一級負荷包含防災報警設備、消防泵、事故照明、主排水泵、通信系統(tǒng)設備、信號系統(tǒng)設備、綜合監(jiān)控系統(tǒng)設備、電力監(jiān)控系統(tǒng)設備、自動售檢票設備、變電所操作電源等；4.動力照明供電系統(tǒng)對于這三種負荷的供電要求是：一級負荷必須采用雙電源雙回線路供電，一級負荷中特別重要的負荷，應增設應急電源，并嚴禁其他負荷接入；二級負荷宜采用雙電源單回線路專線供電；三級負荷可采用單電源單回線路供電，當系統(tǒng)中只有一個電源工作時可切除三級負荷。降壓變電所設置兩臺動力變壓器，可以互為備用。正常時，兩臺動力變壓器并列運行；當一臺動力變壓器故障時，切除三級負荷，由另一臺動力變壓器承擔全部一、二級負荷供電任務。5.電力監(jiān)控系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)又稱為電力SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系統(tǒng)或遠動系統(tǒng)，即監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電力監(jiān)控系統(tǒng)包括電力調(diào)度系統(tǒng)（也稱為主站或控制中心）、變電所綜合自動化系統(tǒng)（子站）、聯(lián)系主站和子站的專用數(shù)據(jù)傳輸通道。主站設在城市軌道交通的運營控制中心（簡稱OCC），用于對全線變電所及沿線供電設備實行集中監(jiān)視、測量