城市軌道交通的外部供電系統(tǒng)-外部電源

第二章城市軌道交通的外部供電系統(tǒng)

如果外部電源采用集中式供電方式，則應(yīng)建設(shè)城市軌道交通用的主變電所。城軌主變電所的功能是接受城市電網(wǎng)提供的高壓電源，經(jīng)降壓后為牽引變電所、降壓變電所提供中壓電源。一、主變電所概述城市軌道交通主變電所將城市電網(wǎng)的高壓110KV（或220KV）電能降壓后以35KV或10KV的電壓等級(jí)分別供給牽引變電所和降壓變電所。根據(jù)城市軌道交通用電負(fù)荷的特點(diǎn)，城軌的主變電所一般沿線路布置。根據(jù)線路末端的電壓損失要求來(lái)確定主變電所的數(shù)量。為保證供電的可靠性，城軌供電系統(tǒng)通常設(shè)置兩座或兩座以上主變電所。

主變電所按其降壓方式的不同可分為三級(jí)電壓制供電方式主變電所和兩級(jí)電壓制供電方式的主變電所。110kV主變電所33kV110kV降壓主變電所33kV10kV10kV牽引主變電所圖2-6三級(jí)電壓制集中供電方式結(jié)構(gòu)示意圖主變電所110kV110kV110kV主變電所主變電所10kV10kV10kV牽引、降壓主變電所圖2-7兩級(jí)電壓制集中供電方式結(jié)構(gòu)示意圖二、主變電所的主要設(shè)備主變電所中主要的電氣設(shè)備是開(kāi)關(guān)設(shè)備、主變壓器、直流電源設(shè)備、自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備。

1.主變壓器主變壓器是城軌交通主變電所中的最主要的電氣設(shè)備，其作用是將從城網(wǎng)引入的高壓電源轉(zhuǎn)換成城軌牽引供電系統(tǒng)所需要的中壓電源。目前，國(guó)內(nèi)城市軌道交通主變電所均設(shè)置兩臺(tái)主變壓器，互為備用。正常情況下，兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，各負(fù)擔(dān)50%的用電負(fù)荷。

每臺(tái)變壓器容量大約在20MVA～40MVA范圍，當(dāng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)滿足如下條件：

1）當(dāng)一臺(tái)主變壓器發(fā)生故障時(shí)，另一臺(tái)主變壓器應(yīng)能滿足該供電區(qū)域高峰小時(shí)牽引負(fù)荷和動(dòng)力及照明一、二級(jí)負(fù)荷的供電。

2）當(dāng)一座變電所因故解列時(shí)，剩余主變電所應(yīng)能承擔(dān)全線的動(dòng)力和照明一、二級(jí)負(fù)荷及牽引負(fù)荷。為了減少城網(wǎng)電壓波動(dòng)和負(fù)荷變化對(duì)城軌中壓系統(tǒng)的電壓質(zhì)量影響，主變壓器多采用有載調(diào)壓型電力變壓器。有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)具有就地、遠(yuǎn)方操作功能，安裝在高壓側(cè)。由于油浸式變壓器價(jià)格低，應(yīng)用成熟，國(guó)內(nèi)城軌供電系統(tǒng)主變電所中大多采用三相、自冷油浸式、有載調(diào)壓變壓器，主變壓器一般采用Y,d接線，主要有110/35kV、110/33kV和110/10kV三種形式。圖2-8變電所中的主變壓器外形圖

我國(guó)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，主變壓器的110kv側(cè)應(yīng)采取中性點(diǎn)直接接地方式。但實(shí)際運(yùn)行中主變壓器高壓側(cè)是否直接接地，則根據(jù)地區(qū)電網(wǎng)具體運(yùn)行情況確定。有時(shí)一個(gè)主變電所的兩臺(tái)主變壓器，其高壓側(cè)一臺(tái)接地而另一臺(tái)不接地。由于城軌供電系統(tǒng)中壓網(wǎng)絡(luò)的電容電流較大，因此其主變壓器的中性點(diǎn)應(yīng)經(jīng)過(guò)消弧線圈接地或小電阻接地。對(duì)于采用Y,d接線的主變壓器，當(dāng)主變壓器無(wú)中性點(diǎn)或中性點(diǎn)未引出時(shí)。應(yīng)裝設(shè)專(zhuān)用的接地變壓器。接地變壓器采用曲折形接法，并具有零序阻抗低，空載阻抗高，損失小的特性。主變壓器一般有重瓦斯保護(hù)、差動(dòng)保護(hù)和主變壓器過(guò)流保護(hù)等。2.開(kāi)關(guān)設(shè)備主變電所中的開(kāi)關(guān)設(shè)備分為高壓側(cè)（110kv側(cè)）開(kāi)關(guān)設(shè)備和中壓側(cè)（35Kv或10kv側(cè)）開(kāi)關(guān)設(shè)備。它們都是通斷電路的重要設(shè)備。110kv側(cè)開(kāi)關(guān)設(shè)備采用戶內(nèi)安裝的110KV全封閉六氟化硫組合電器設(shè)備，SF6氣體絕緣的金屬封閉開(kāi)關(guān)設(shè)備,簡(jiǎn)稱(chēng)GIS。圖2-9主變電所中的開(kāi)關(guān)設(shè)備

GIS是由各種開(kāi)關(guān)電器：斷路器GCB、隔離開(kāi)關(guān)DS、接地開(kāi)關(guān)ES、母線、現(xiàn)地匯控柜LCP以及電流互感器CT、電壓互感器VT和避雷器LA等組成的電力設(shè)備,具有結(jié)構(gòu)緊湊、抗污染能力強(qiáng)、運(yùn)行安全、外型美觀、設(shè)備占用空間小等特點(diǎn)。除母線為三相共箱式外，其余均為三相分箱式。110kv側(cè)GIS一般采用FS6斷路器、液壓操作機(jī)構(gòu)。中壓側(cè)電壓為35kV的中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備多采用GIS，，以減小變電所的土建規(guī)模，但均為三相分箱式，采用真空斷路器，操作機(jī)構(gòu)為彈簧儲(chǔ)能式或液壓彈簧式，采用三工位隔離開(kāi)關(guān)和接地刀閘。中壓側(cè)電壓為10kV的開(kāi)關(guān)設(shè)備，則可采用空氣絕緣的金屬鎧裝開(kāi)關(guān)柜，內(nèi)部設(shè)有不同功能隔室，手車(chē)可為落地式或中置式。3.直流電源設(shè)備作用:為監(jiān)控設(shè)備、車(chē)站應(yīng)急照明及緊急疏散標(biāo)志等提供不間斷直流電源。線路正常時(shí)，直流電源設(shè)備為它的服務(wù)對(duì)象提供穩(wěn)定的直流電源，并對(duì)蓄電池進(jìn)行充電。故障時(shí)由蓄電池提供1～2小時(shí)的直流供電。圖2-10主變電所中的直流電源設(shè)備4.自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備用于對(duì)變電所電氣設(shè)備的監(jiān)測(cè)和控制，并能對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制和數(shù)據(jù)采集。根據(jù)供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況，自動(dòng)切換電氣設(shè)備和設(shè)施故障自動(dòng)切除，為城軌供電系統(tǒng)的安全、高效運(yùn)行提供保障。

圖2-11主變電所中的自動(dòng)監(jiān)控設(shè)備三、主變電所向牽引變電所供電的接線方式

供電系統(tǒng)的安全性、可靠性是城市軌道交通正常運(yùn)行的重要保證。為此，牽引變電所均由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電，考慮到地鐵線路分布范圍廣，通常需要在沿線設(shè)置多個(gè)牽引變電所。向牽引變電所供電的接線方式有多種方式，現(xiàn)歸納成以下幾種典型形式：

1.環(huán)形供電接線方式圖2-12環(huán)形供電示意圖圖2-13雙邊供電示意圖圖中a-牽引變電所b-主變電所c-一路三相輸電線d-軌道2.雙邊供電接線3.單邊供電接線4.輻射