《城市軌道交通變電所運行與維護》 課件 項目5任務(wù)3 城市軌道交通牽引變電所電氣主接線的識圖分析與設(shè)備認(rèn)知

項目5

變電所電氣主接線的識圖分析與設(shè)備認(rèn)知

任務(wù)3牽引變電所電氣主接線的識圖分析與設(shè)備認(rèn)知【任務(wù)描述】兩人一組，分組識讀典型的牽引變電所電氣主接線圖，分析牽引變電所正常和非正常運行方式，對照電氣主接線圖，認(rèn)識牽引變電所主要的一次設(shè)備。01牽引變電所總體認(rèn)識牽引變電所總體認(rèn)識城市軌道交通牽引變電所的功能是將城市電網(wǎng)區(qū)域變電所或城市軌道交通主變電所送來的三相交流35kV或10kV電壓經(jīng)過降壓整流變換成直流1500V或750V電壓供給電力機車。因此，其主接線包括中壓側(cè)交流35kV或10kV接線、整流機組接線、直流側(cè)1500V或750V接線三部分。牽引變電所核心部件是整流機組。牽引變電所的數(shù)量、容量和設(shè)置的距離是根據(jù)牽引供電計算的結(jié)果,經(jīng)過經(jīng)濟技術(shù)比較后確定，一般設(shè)置在沿線若干車站及車輛段附近。牽引變電所按其所需容量設(shè)置兩組整流機組并列運行，沿線任一牽引變電所發(fā)生故障，由兩側(cè)相鄰的牽引變電所承擔(dān)其供電任務(wù)。02中壓側(cè)交流35kV或10kV接線形式1.中壓網(wǎng)絡(luò)通過中壓電纜，縱向把上級主變電所和下級牽引變電所、降壓變電所連接起來，橫向把全線各個牽引變電所、降壓變電所連接起來，便形成了中壓網(wǎng)絡(luò)，類似于輸電線路的功能。根據(jù)中壓網(wǎng)絡(luò)功能的不同，分為兩類。一類是為牽引變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)，稱為牽引網(wǎng)絡(luò)；另一類是為降壓變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)稱為動力照明網(wǎng)絡(luò)。1.中壓網(wǎng)絡(luò)根據(jù)牽引網(wǎng)絡(luò)和動力照明網(wǎng)絡(luò)是否共用同一個中壓供電網(wǎng)絡(luò)，中壓網(wǎng)絡(luò)又分為兩種。一種是獨立的牽引網(wǎng)絡(luò)與獨立的動力照明網(wǎng)絡(luò)，指的是牽引和動力照明供電網(wǎng)絡(luò)相對獨立，不共用同一個中壓網(wǎng)絡(luò)，可采用不同的或相同的中壓電壓等級；1.中壓網(wǎng)絡(luò)另一種是牽引動力照明混合網(wǎng)絡(luò)，指的是牽引和動力照明網(wǎng)絡(luò)共用同一個中壓網(wǎng)絡(luò)，采用同一中壓電壓等級。對于集中式供電方式，可以采用獨立的牽引網(wǎng)絡(luò)與獨立的動力照明網(wǎng)絡(luò)，也可以采用牽引動力照明混合網(wǎng)絡(luò)。對于分散式供電方式，通常采用牽引動力照明混合網(wǎng)絡(luò)。2.中壓網(wǎng)絡(luò)接線形式（1）獨立牽引網(wǎng)絡(luò)的接線方式對于圖5-17（a），主接線采用了單母線接線，兩個獨立進線電源來自于主變電所，互為備用，牽引變電所母線的進線和出線均采用了斷路器，用于控制電流的通斷和故障保護。正常工作時，一路電源工作，另一路備用。當(dāng)工作電源（如QF1所在回路）故障時，由繼電保護帶動QF1自動跳閘切除故障，備用電源回路斷路器QF2由備用電源自動投入裝置帶動自動合閘，保障該牽引變電所正常供電。2.中壓網(wǎng)絡(luò)接線形式（1）獨立牽引網(wǎng)絡(luò)的接線方式對于圖5-17（b），兩個相鄰的牽引變電所構(gòu)成一組，每個牽引變電所主接線均采用了單母線接線，這一組牽引變電所的兩個獨立電源來自于主變電所，每一個牽引變電所均從主變電所接入一路主電源，兩個牽引變電所通過聯(lián)絡(luò)電纜實現(xiàn)電源互為備用，聯(lián)絡(luò)電纜上裝有斷路器QF3和QF4。正常工作時，QF1、QF2閉合，分別供兩個牽引變電所；聯(lián)絡(luò)電纜上的QF3、QF4為備用電源斷路器，二者有一個閉合（設(shè)QF3閉合）。當(dāng)QF1因進線電源失壓由繼電保護帶動自動跳閘時，QF4自動合閘，由另一路電源進線經(jīng)QF2、QF4、QF3供兩個牽引變電所。2.中壓網(wǎng)絡(luò)接線形式（2）獨立動力照明網(wǎng)絡(luò)的接線方式將全線的降壓變電所分為若干個供電分區(qū)，每個降壓變電所從主變電所或相鄰降壓變電所的不同母線引入兩個獨立的電源，中壓側(cè)采用單母線斷路器分段接線，設(shè)置兩臺動力變壓器，分別對稱地接在中壓側(cè)左右兩段母線上。相鄰供電分區(qū)通過環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)，形成雙環(huán)網(wǎng)接線方式。2.中壓網(wǎng)絡(luò)接線形式（3）牽引動力照明混合網(wǎng)絡(luò)的接線方式當(dāng)牽引網(wǎng)絡(luò)與動力照明網(wǎng)絡(luò)采用同一個電壓等級時，可以采用牽引動力照明混合網(wǎng)絡(luò)，圖中包含兩個牽引降壓混合所和一個獨立的降壓變電所。將全線分為若干個供電分區(qū)，每個牽引降壓混合所或降壓變電所從主變電所或相鄰變電所的不同母線引入兩個獨立的電源，中壓側(cè)采用單母線斷路器分段接線，牽引降壓混合所中兩臺整流機組接在同一段中壓母線上，而兩臺動力變壓器，分別對稱地接在中壓側(cè)左右兩段母線上并列運行。相鄰供電分區(qū)通過環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)，形成雙環(huán)網(wǎng)接線方式。03整流機組常用接線方式整流機組常用接線方式整流機組是城市軌道交通牽引變電所最重要的設(shè)備。城市軌道交通供電系統(tǒng)中的牽引整流機組通常采用等效24脈波整流電路，它是由兩個12脈波整流電路并聯(lián)運行構(gòu)成，所以需要兩套牽引整流機組，每一套整流機組包含整流變壓器和整流器。1.單母線不分段接線對于獨立的牽引變電所，中壓側(cè)常采用單母線不分段接線方式，兩套整流機組接在母線上。接線簡單，經(jīng)濟性好，但可靠性較低。2.單母線分段接線對于牽引降壓混合變電所，中壓側(cè)常采用單母線分段接線方式，廣泛采用了兩套牽引整流機組接在同一段母線的形式。這樣，兩套整流機組進線的中壓母線電壓相同，能夠平衡兩套整流機組的輸出負(fù)荷，有利于諧波治理。若兩套整流機組分別接至左右兩側(cè)中壓母線，則當(dāng)兩側(cè)中壓母線因電網(wǎng)波動電壓不相同時，兩套整流機組輸出負(fù)荷不均衡，效果不理想。正常運行時，兩套12脈波整流機組同時并聯(lián)運行，構(gòu)成等效24脈波整流。當(dāng)一套整流機組因故障退出時，另一套整流機組在過負(fù)荷和諧波允許的情況下，可以繼續(xù)運行。04直流側(cè)常用電氣主接線形式直流側(cè)常用電氣主接線形式直流饋出側(cè)1500V或750V常采用單母線接線方式。在圖5-21（a）中，直流側(cè)采用了單母線接線。設(shè)置一條正母線，一條負(fù)母線。結(jié)構(gòu)特點如下：1）兩路進線采用直流快速斷路器，用于控制正母線直流電流的通斷和故障保護；2）設(shè)置四路直流饋出線，分別饋出至接觸網(wǎng)（軌）的上下行，每一路直流饋出線上采用了一組開關(guān)電器，由斷路器和電動隔離開關(guān)構(gòu)成；直流側(cè)常用電氣主接線形式3）整流機組負(fù)極采用電動隔離開關(guān)，便于實現(xiàn)綜合自動化；4）直流饋線側(cè)沒有備用斷路器，在上下行同一饋電區(qū)電分段處分別設(shè)置縱向電動隔離開關(guān)，使饋出線斷路器可互為備用，當(dāng)牽引變電所故障退出運行時能夠?qū)崿F(xiàn)大雙邊供電。直流側(cè)常用電氣主接線形式這種接線方式運行可靠性高，經(jīng)濟性好，因此在城市軌道交通供電系統(tǒng)中廣泛采用。圖5-21（b）接線方式在（a）基礎(chǔ)上，將直流進線側(cè)斷路器改為電動隔離開關(guān)，其他完全相同。由于進線側(cè)采用電動隔離開關(guān)，設(shè)備價格變低，經(jīng)濟性好，但直流母線故障時，只能由中壓側(cè)交流斷路器進行故障保護，跳閘時間較長，性能變差。05典型的牽引變電所電氣主接線識圖及運行方式分析（1）中壓35kV交流進線側(cè)中壓35kV電源進線側(cè)采用了單母線接線，1#和2#整流機組通過121和123手車式斷路器接于母線并聯(lián)運行。整流機組進線上裝有電流互感器和避雷器，避雷器用于防止雷擊引起的過電壓。（2）整流機組該牽引變電所整流機組的功能是將三相交流35kV電壓變換為直流1500V為電力機車供電，由兩套12脈波整流機組同時并聯(lián)運行，構(gòu)成等效24脈波整流。1.牽引變電所電氣主接線結(jié)構(gòu)（3）直流饋線側(cè)牽引變電所直流饋線側(cè)采用了單母線接線方式。兩組直流進線柜中的手車式斷路器201和202將電能輸送至直流1500V正母線；兩組負(fù)極柜連接于整流機組負(fù)極與負(fù)母線之間，柜內(nèi)裝設(shè)隔離開關(guān)2011、2021。牽引變電所直流側(cè)有4路饋出線，每路饋出線裝設(shè)直流快速斷路器和電動隔離開關(guān)，由4組直流饋線柜211、212、213、214和4組隔離開關(guān)柜2111、2121、2131、2141分別送至上下行線的接觸網(wǎng)。設(shè)置縱向電動隔離開關(guān)2113和2124，使饋出線211和213可互為備用，饋出線212和214可互為備用，同時能夠?qū)崿F(xiàn)大雙邊供電。2.運行方式（1）牽引變電所正常運行方式牽引變電所正常運行時，中壓35kV側(cè)兩路斷路器121和123同時閉合，兩套整流機組并聯(lián)運行同時供電。在牽引所直流側(cè)，直流負(fù)極柜隔離開關(guān)2011、2021閉合，進線柜斷路器201和202閉合，直流饋線側(cè)四路同時并列運行，2111、211、2112、212、2113、213、2114、214閉合，縱向電動隔離開關(guān)2113和2124斷開。因直流負(fù)極柜中的隔離開關(guān)2011、2021與直流進線柜斷路器201、202及中壓交流開關(guān)柜斷路器121、123存在閉鎖關(guān)系，只有當(dāng)中壓交流開關(guān)柜斷路器分閘且直流進線斷路器處于分閘狀態(tài)，直流牽引系統(tǒng)無故障，自檢通過時，對應(yīng)的負(fù)極柜隔離開關(guān)才允許操作。（2）牽引變電所非正常運行方式當(dāng)其中一套整流機組發(fā)生故障退出運行時，由另一套整流機組獨立向負(fù)荷供電，此時為12脈波整流。直流饋線側(cè)其中一路饋出線故障時縱向電動隔離開關(guān)合閘。例如斷路器211故障檢修時，由斷路器213、隔離開關(guān)2131經(jīng)2113向左右兩側(cè)的接觸網(wǎng)供電。當(dāng)兩臺饋出線斷路器例如211和213同時故障或檢修時，閉合縱向電動隔離開關(guān)2113可以構(gòu)成大雙邊供電。當(dāng)整座牽引變電所故障退出運行時，也可以利用縱向電動隔離開關(guān)實現(xiàn)大雙邊供電。06牽引變電所主要一次設(shè)備認(rèn)知牽引變電所主要一次設(shè)備認(rèn)知牽引變電所一次設(shè)備主要由中壓交流開關(guān)柜、整流機組、直流進出線柜、負(fù)極柜、排流柜、鋼軌電位限制裝置等組成。1.中壓交流開關(guān)柜中壓交流開關(guān)柜構(gòu)造和使用方法與主變電所中壓交流開關(guān)柜相同，對應(yīng)圖5-22中的121、123。中壓側(cè)電壓為35kV時，常采用GIS開關(guān)柜；電壓為10kV時，常采用空氣絕緣的金屬鎧裝開關(guān)柜。2.整流機組牽引變電所的核心部件是整流機組，它由整流變壓器（RT1、RT2）和整流器（R1、R2）組成。整流變壓器一般采用戶內(nèi)環(huán)氧樹脂澆注干式變壓器，無載調(diào)壓。3.直流開關(guān)柜1）進線柜：進線柜（正極柜）外觀如圖。進線柜有兩個，對應(yīng)圖5-22中的201和202，用于實現(xiàn)整流機組向直流正極母線的電能傳輸、控制和保護。2）負(fù)極柜：對應(yīng)圖5-22中的2011和2021。3）饋線柜：對應(yīng)圖5-22中的211、212、213、214，用于實現(xiàn)直流母線向接觸網(wǎng)饋電的控制和保護。4.排流柜排流柜核心設(shè)備是二極管，當(dāng)排流網(wǎng)中雜散電流過大，二極管導(dǎo)通，通過排流柜直接排入負(fù)極。5.鋼軌電位限制裝置鋼軌電位限制裝置是將鋼軌的電位限制在預(yù)定的人身安全范圍內(nèi)，對應(yīng)圖5-22中的OVPD。在鋼軌對地電位超過規(guī)定值時，可將鋼軌和變電所接地母排連接起來，防止人身安全遭受威脅。6．逆變回饋型再生制動能量吸收裝置（部分牽引變電所裝設(shè)）城市軌道交通列車廣泛使用了電制動技術(shù)，一種是將制動時的動能轉(zhuǎn)化為電能后再將電能送回電網(wǎng)，稱為再生制動；另一種是將制動產(chǎn)生的能