广州地铁7号线供电方案设计.docx
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广州地铁7号线供电方案设计.docx
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广州地铁7号线供电方案设计
课程设计
课程名称:
城轨供变电工程课程设计
设计题目:
广州市轨道交通七号线
供电系统设计
院系:
电气工程系
专业:
城市轨道交通供电
年级:
2009
姓名:
*******
西南交通大学峨眉校区
2012年5月23日
课程设计任务书
专业城轨供电姓名学号
开题日期:
2012年3月6日完成日期:
2012年4月7日
题目广州市轨道交通七号线供电系统设计
一、设计的目的
通过本课程设计使学生加深对专业课程的理解,并能将专业知识融为一体,初步掌握城市轨道交通供电系统工程设计过程,为以后设计、施工、运营、设备制造等相关领域的工作打下坚实的基础。
二、设计的内容及要求
内容:
(1)了解本设计的目标和意义;
(2)掌握城市轨道交通供电系统工程设计方法和思路;(3)完成主变电站及外部电源方案;(4)完成供电系统方案设计;(5)完成变电所电气主接线图设计;(6)完成开关柜排列图。
要求:
(1)完成供电系统图、牵引降压混合所主接线图、开关柜排列布置图三张图纸,要求手工图和CAD图各一份;
(2)结合本课程理论,详细阐述设计思路。
三、指导教师评语
四、成绩
指导教师(签章)
年月日
1.4七号线线路及其图示......................................5
第二章供电系统概述及主要设计原则.............................6
2.1供电系统概述............................................6
2.2供电系统功能............................................7
2.3供电系统的运行方式......................................8
2.4供电系统的主要设计原则..................................9
第一章原始资料
1.1广州市城轨交通七号线概述
广州市轨道交通七号线线路西起番禺区的广州新客站,向东南行进穿越番禺区的钟村,之后转向东北,经过番禺区的汉溪、新造与化龙,再穿越珠江之后,止于黄埔区的大沙地,预留远期延伸至萝岗中心区的条件。
线路全长约28.312km,均为地下线路,共设14座车站,其中换乘站5座,
七号线分两期进行建设,一期工程为广州新客站至新造段,线路全长约18.2km,共设10座车站,其中换乘站3座,分别为广州新客站(与二号线、广珠线、武广客运专线、佛山二号线),汉溪长隆站(与三号线),新造站(与四号线);平均站间距1.920km,最大站间距2.942km,为南村至新造区间,最小站间距1.070km,为官堂至金坑区间。
车辆段选址在广州新客站西侧大洲村以北,并在大洲车辆段设联络线与二号线相连;控制中心设置在大石控制中心,与三号线共用。
七号线采用B型车辆,初、近、远期均采用六辆编组,4动2拖,最高运行速度80km/h,旅行速度为43km/h。
七号线初、近期采用一个交路,从广州新客站至新造,初期高峰小时开行16对/小时,近期高峰小时开行20对/小时。
远期采用两个交路,小交路从广州新客站至化龙,高峰小时开行15对/小时;大交路从广州新客站至大沙地,高峰小时开行15对/小时。
1.2外部电源情况
(1)广州市电网现状及规划
目前,广州电网以500kV和220kV电压等级构成主网架。
截止2007年6月底,广州电网拥有500kV变电站3座,220kV变电站27座,110kV变电站154座,主变容量34681MVA,110kV及以上输电线路4711.43km。
根据《2009~2013年广州电网规划》,2009~2013年期间,广州电网将规划新建500kV变电站2座,扩建3座;新建220kV变电站31座,扩建3座;新建110kV变电站104座,扩建13座。
广州电网将在满足安全可靠供电的基础上,逐步实现“分区供电,相互联络”的供电格局,逐步建成4个以500kV变电站为核心的供需基本平衡的供电分区:
花都500kV变电站供电分区(向花都区和从化区供电)、北郊和木棉500kV变电站供电分区(向白云区、越秀区和天河区供电)、增城和穗东500kV变电站供电分区(向增城市、萝岗区和黄埔区),广南和狮洋500kV变电站供电分区(向荔湾区、海珠区、番禺区和南沙区供电)。
(2)7号线一期工程沿线电源概况
为更充分地研究7号线主变电所的设置方案,本投标人深入调查研究了广州市轨道交通7号线一期工程沿线地区高压电网的现状。
由于线路多经过郊区,目前沿线的220kV和110kV电源数量较少且分布相对集中。
既有220kV、110kV电源点具体分布见下表1所示。
号线一期工程沿线既有220kV、110kV变电站分布表
序号
220kV变电站
110kV变电站
站名
装机容量(MVA)
站名
装机容量(MVA)
1
富山
3×240
南浦
2×50
2
平安
4×240
祈福
2×40+50
3
华碧
3×240
礼村
2×50
4
城北
2×40
1.3各站间距
各站名及间距如下表所示。
站名
站间距(km)
大洲车辆段
2.83
―
广州新客站
1.309
石壁东站
1.52
谢村站
2.055
钟村站
1.995
汉溪长隆站
2.215
鹤庄站
1.595
官堂站
1.07
金坑站
2.583
市头站
2.942
新造站
-
1.4七号线线路及其它线路分布图
七号线及其它线路分布图如下图所示。
七号线及其它线路分布图
第二章
城市轨道交通供电系统概述及主要设计原则
2.1供电系统概述
轨道交通的供电系统各组成部分关系如下图所示。
1—发电厂(站)2—升压变压器3—电力网
4—主变压所5—直流牵引变电所6—馈电线、
7—接触网8—走行轨道9—回流
10—降压变电所
城市轨道交通供电系统负责提供车辆及供电设备的动力能源,一般包括两大部分,一部分为高压供电系统(外部电源),即城市电网;一部分为城市轨道交通内部供电系统。
城市轨道交通作为城市电网的一个用户,一般都直接从城市电网取得电能,无需单独建设电厂,城市电网对城市轨道交通进行供电,供电方式有集中供电、分散供电和混合供电。
城市轨道交通内部供电系统由牵引供电系统和动力照明供电系统组成。
牵引供电系统中的牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电。
馈电线再将牵引变电所的直流电送到接触网上,电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能。
动力照明供电系统提供车站和区间各类照明、扶梯、风机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设备电源,它由降压变电所和动力照明配电线路组成。
城市轨道交通供电系统主要由主变电所、供电线路、牵引变电所、降压变电所、电力监控系统、接触网系统车站及区间动力照明系统、杂散电流防护系统、防雷设施和接地系统等部分组成。
2.2供电系统的功能
1)主变电所:
将来自城市电网的110kV电压降压为35kV电压。
2)中压供电网络:
将来自主变电所的35kV电压分配给沿线的牵引变电所和降压变电所。
3)牵引变电所:
将35kV电压降压整流为轨道交通列车使用的DC1500V电压。
4)降压变电所:
将35kV电压降压为220V/380V电压。
5)牵引网系统:
将来自牵引变电所的DC1500V电压提供给轨道交通列车。
6)动力照明配电系统:
将220V/380V电压提供给全线的动力、照明设备。
7)电力监控系统:
在轨道交通控制中心,通过调度端、通信通道和执行端,对全线供电系统的主要电气设备实现遥控、遥信、遥测和遥调功能。
8)杂散电流腐蚀防护及监测系统:
减小直流牵引供电系统的杂散电流并防止其对外扩散,尽量避免杂散电流对轨道交通本身及其附近建筑物结构钢筋、金属管线的电化学腐蚀,并对杂散电流进行监测。
9)防雷与接地系统:
对沿线容易受到过电压侵入而损坏,从而影响系统运行的供电系统电气设备,提出设置过电压保护装置的要求。
全线设置统一的、高低压兼容、强弱电合一的综合接地系统,为设备及人身安全提供防护。
2.3供电系统运行方式
轨道交通供电系统不但要保证电力用户(轨道交通车辆和动力照明荷)用电的需求,提供安全、可靠、经济的电能,而且要确保轨道交通系统的安全运营,防止各类电气失火事故及灾害的发生。
运行方式如下:
1.正常运行方式
1)供电电源正常送电,供电网络处于正常状态,保证所有地铁电气设备的用电要求。
2)继电保护和安全自动装置处于良好状态,出现故障时能确保系统进入故障运行方式,保证主要设备(一、二级负荷)的不间断供电。
2.故障运行方式
1)供电系统外部发生一般电气故障,如一路外部电源故障,通过闭合主变电站内桥开关或闭合主变电站33kV母联开关,来保证对用户的不间断供电。
2)供电系统外部发生严重电气故障,如二路外部电源故障,通过改变运行方式来保证重要用电设备的供电以维持地铁的运营。
3)供电系统内部发生一处电气故障,如一条电缆故障或一台变压器故障退出运行时,通过闭合变电所33kV母联开关,保证所有或部分用电设备的正常运行。
供电系统内部发生两处电气故障,通过改变运行方式,保证重要用电设备正常运行。
3.检修运行方式
供电设备按计划进行检修和维护,当部分供电设备停运检修时,通过改变系统的运行方式来满足各类用户的正常用电要求。
4.灾害情况下的运行方式
1)供电系统外部发生严重灾害,如地铁车站发生火灾,应根据火灾地点的情况,尽快将灾害现场与消防无关的供电回路停电,同时保证消防设施工作以及现场人员疏散所需的电源。
2)供电系统内部发生严重灾害,如供电线路发生火灾。
应立即将事故部分停电及隔离,以避免事故扩大,减小事故影响范围。
2.4供电系统的主要设计原则
1.供电系统应满足可靠性、灵活性与经济性的基本要求,接线应简单,满足运营管理及维护方便的要求。
2.供电系统遵循广州地铁供电网络规划,采用集中供电方式,设计时应根据线路走向、站位分布和沿线电力系统电源分布情况,合理确定供电系统接线。
3.供电系统接线方案设计时,应考虑利用既有线路的供电预留容量,同时还应综合考虑向其它相邻的发展线路预留供电条件,为轨道交通线网供电网络的形成创造条件。
4.供电系统容量按远期高峰小时负荷设计。
5.在条件许可的情况下,地铁主变电站应由地区变电站馈出双回专用线路供电,以保证供电可靠性和电能质量。
困难时一路电源可采用“T”接方式。
6.每个主变电站应设置两台主变压器,共同承担本站供电区的负荷。
其容量选择按一台主变压器退出运行时,由另一台主变压器承担本供电区的一、二级负荷考虑,若条件许可还应考虑当一个主变电站一台主变压器退出运行时,通过负荷的再分配,与相邻主变电站共同承担全部负荷的供电。
7.当一座主变电站退出运行时,由其它主变电站承担全线一、二级负荷的供电。
8.根据车站规模及环控系统的设置,每个车站设一个降压变电所。
同车站同侧的牵引变电所和降压变电所应尽可能合建为牵引降压混合变电所,以减少投资和便于运营管理,变电所位置选择应与车站建筑设计密切配合,尽量减少土建工程量,当条件许可时可于地面设置。
车辆段考虑设置2个变电所,1个为牵引降压混合变电所,另1个为跟随式降压变电所。
9.牵引变电所设两套整流设备,构成等效二十四脉波整流机组,以减少谐波对电力系统的污染。
地铁主变电站注入电力系统的谐波电流应符合GB/T14549-93的要求。
10.牵引供电采用1500V直流供电制式。
牵引网的电压水平应满足《地铁直流牵引供电系统》GB10411-89的规定,即在任何运行方式下,牵引网的最高电压不得高于1800V,最低电压不得低于1000V。
11.牵引变电所可通过接触网隔离开关进行越区供电。
12.接触网在正线区段采用直流1500V架空刚性悬挂,接触网系统应满足车辆运行及限界等外部条件要求,能保证在广州气候环境条件下正常运行,并采用安全可靠的防护措施,确保人身安全。
在车辆段范围采用架空柔性悬挂。
13.正线区段牵引网按最高80km/h列车运行速度设计。
14.变电所设置综合自动化系统应满足可靠性、可维护性和可扩展性的要求,并具有故障诊断、在线修改等功能。
15.根据供电网络计算结果综合考虑无功调节装置的设置,保证最大负荷时系统功率因数不低于0.95,最小负荷时系统功率因数不宜高于0.95。
16.杂散电流防护应满足《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》(CJJ49-92)的要求。
按以堵为主、以排为辅、堵排结合、加强监测的原则进行杂散电流防护
17.在主变电站、控制中心及车辆段等地面建筑设置防雷设施。
防雷系统的设计应与杂散电流防护和接地系统相配合,保证地铁建筑以及机电设备的安全。
第三章外部电源及主变电站方案
3.1外部电源方案
(1)城轨供电方案介绍
城市轨道交通作为城网的特殊用户,一条线其用电范围多在10—40km之间,呈线状分布。
外部电源方案有集中式供电、分散式供电、混合式供电三种。
1、集中式供电
所谓集中式供电是指由专门设置的主变电所集中为牵引变电所及降压变电所供电的外部供电方式。
如下图所示,每个主变电所有两路独立的进线电源。
主变电所进线电压一般为110kV,经降压后变成35kV或10kV(也可以是20kV)。
牵引变电所、降压变电所均有两个独立的引入电源。
集中式供电方案示意图
集中供电方案的主要特点如下:
在城市轨道交通沿线,建设专用主变电所,集中为牵引变电所及降压变电所供电。
城轨供电系统从城网引入高压电源,与城网接口比较少,每座主变电所只从城网引入两路独立的进线电源,外部电源电压等级一般为110kV。
城轨供电系统相对独立,自成系统,便于经营管理。
2、分散式供电
分散式供电方案,是指沿线分散引入城市中压电源直接(或通过电源开闭所间接)为牵引变电所及降压变电所供电的外部供电方式。
如下图所示。
分散式供电一般从城市电网引入10kV中压电源,这要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。
从沿线就近引来的城网中压电源,经电源开闭所母线向牵引变电所和降压变电所提供中压电源。
一般情况下,两个电源开闭所之间的供电分区间通过双环网电缆进行联络。
分散式供电方案示意图
分散式供电方案的主要特点如下:
在城市轨道交通沿线,直接从城网分散地引入多路中压电源作为城市轨道交通电源。
城轨供电系统从城网引入中压电源,与城网接口比较多,平均每4—5个车站就要引入两路电源。
外部电源电压等级多为10kV电压级,也有少量的35kV电压级。
城轨供电系统与城网关系紧密,独立性差,运营管理相对复杂。
3、混合式供电
混合式供电,多指以集中式供电为主以分散式供电为辅的供电方式。
混合式供电方案介于集中式供电与分散式供电之间的一种结合方案,根据城网现状、规划以及城市轨道交通自身的需要,吸收了集中式外部电源方案与分散式外部电源方案的各自优点,系统方案灵活,使供电系统完善和可靠。
(2)广州市轨道交通七号线外部电源方案
采取集中供电的方式,通过设置主变电所,对七号线进行供电。
设置主所供电具有系统抗干扰能力强,电网电压波动小,对城网影响小,管理方便。
广州市轨道交通七号线沿线有两座主变电站,金山主变电所和兴业主变电所。
金山主变电所离三号线和七号线较近,可同时给三号线和七号线供电,兴业主变电所离在新造附近,可同时给四号线和七号线供电。
3.2主变电所
城轨主变电所的功能是接受城网高压电源,经降压后为牵引变电所、降压变电所提供中亚电源。
本设计中广州市轨道交通七号线一期工程采用集中供电的方式进行供电,用两座主变电所金山变电所和兴业主变电所同时给七号线供电。
(1)主变电所选址:
城轨主变电站的选址应符合下列原则:
靠近负荷中心,邻近城市轨道交通线路布置。
满足中压网络电缆压降要求。
满足城轨供电网络规划中主变电所资源共享要求。
与城市规划、城市电网规划相协调。
可独立设置,也可合建。
便于电缆线路引入、引出。
便于设备运输。
靠近地铁车站,减少电缆通道的距离,并考虑与周围设施的相互影响。
金山主变电所和兴业主变电所是专为城轨系统供电而建设的,所以其所址的选择满足上述要求。
(2)主变电所的布置
主变电所数量的设置取决于负荷分布及大小。
《地铁设计规范》要求:
供电系统的中压网络应按列车的远期通过能力设计,对互为备用线路,一路退出运行另一路应承担其一、二级负荷的供电,线路末端电压损失不宜超过5%。
在沿线负荷均匀情况下,若设一座主所,则考虑布置在线路长度中心附近;若设两座主所,则首选位置考虑在线路长度的1/4及3/4处。
广州市轨道交通七号线一期工程共设有九座牵引降压混合变电所、两座降压变电所,负荷分布较为均匀。
考虑到二期工程的情况,负荷较大,所以设置两座主变电所。
金山主变电所和兴业主变电所大致位于七号线的1/4及3/4处(考虑二期工程的情况),所以位置设置比较合理。
考虑到这两座主变电所位于市区,所以结构形式可采用户内式,减少用地。
(3)主变电所电气主接线
1、高压侧主接线
主变电所的高压侧电气主接线主要有线路-变压器接线、内桥形接线和外桥形接线三种。
结合实际情况,广州市轨道交通七号线主变电所高压侧采用内桥接线方式,以提高供电的稳定性。
内桥接线:
内桥接线优点为只需3台断路器,数量较少,线路故障操作简单方便,系统接线清晰。
正常运行方式下,桥联断路器打开,类似线路—变压器组接线,两路线路各带一台主变压器。
当送电线路发生故障时,只需要断开故障线路的断路器,不影响另一回路正常运行。
需要时也可以合上桥联断路器同一路进线带两台主变压器。
但主变压器故障时,则与该变压器连接的两台断路器均要断开,从而影响另一回未故障线路的正常运行。
适用范围:
电源线路较长、故障率较高的情况。
城轨中应用较多。
综合以上接线方式的优缺点,
2、中压侧主接线形式
主变电所中压侧一般采用单母线分段形式,并设置母线分段开关。
这种接线的优点是:
正常情况下,两段母线分列运行;牵引变电所和降压变电所可以从不同母线段取得中压电源;当主变电所一段中压母线失电时,另一段中压母线可以迅速恢复对牵引变电所和降压变电所供电。
当一路高压进线失电或一台主变压器退出后,通过中压母线分段开关迅速合闸,由另一台主变压器承担本主变电所范围内的全部一、二级用电负荷,根据供电系统负荷变动情况,确定是否切除三级负荷。
当一段中压母线故障时,该段母线上的进线开关分闸,同时该段母线上馈线所接的第一级牵引或降压变电所进线开关也应失压跳闸;根据中压供电网络运行方式,由主变电所的另一段中压母线继续供电。
在车辆段等地方,由于站场面积较大,所以可以设置两座降压变电所,一座与车辆段牵引变电所合建,主要为办公区、信号楼等供电,另一座为跟随式降压变电所,为维修车间、停车库及邻近场所提供低压电源,由于站场面积较大,若直接从降压变电所给各种负荷送电,由于是低压送电,输送至较远的负荷时,电压损失较大。
所以在用电负荷的中心设置一跟随式变电所,这样可以减少长距离低压输电带来的电压损失。
跟随式降压所一次侧在牵引所33KV中压母线处取电。
3.3主变压器容量的确定
主变电所容量的选择主要考虑的因素有:
主变电所资源共享、运行方式、建设时序、建设资金、用电负荷等。
主变压器容量应满足N-1原则,即供电系统中的N个元件中任一独立元件(发电机、输电线路、变压器等)发生故障而被切除后,其他元件不过负荷,电压和频率均在允许范围内,供电系统应能保持稳定运行和正常供电。
主变压器容量的确定应满足以下条件:
①正常情况下两台主变压器分列运行,负载率η≈70%。
②一台变压器故障解列时,另一台变压器应能承担重新调度划分的供电区内的一、二级负荷,负载率η≤100%。
③两台变压器故障解列时,由另一座主变电所引入应急电源,并能保证地铁继续运行的一定的运输能力。
在进行用电负荷计算时,应按近远期两种情况,分别计算正常用电负荷,一台主变压器退出运行,相邻主所解列等情况下的用电负荷,根据计算的较大值,确定近、远期主变压器容量。
广州市轨道交通七号线一号线设置有十座车站,其中换乘站三座,还有一个车辆段。
共设有9个牵引降压混合所、2个降压变电所。
由于金山主变电所和兴业主变电所都要同时给两条线路供电,同时兴业主变电所还要考虑七号线二期工程的供电容量,所以两座主变电所的容量应设置得大一些,以满足近、远期牵引供电的需求,初步估算容量设置为2×50MVA。
第四章供电系统方案
4.1中压网络电压等级
(1)国内城轨中压网络现状
我国现行中压配电标准电压有35KV、20KV、10KV、6KV和3KV。
目前,国内既有城市轨道交通中压网络电压等级采用了35KV(若采用国外设备则为33KV)或10KV
(2)不同电压等级供电能力分析
1、电压等级与功率输送能力、电压损失及功率损耗的关系
中压系统的供电能力(主要指功率输送能力和电压损失)与电压等级密切相关,在其他条件不变的情况下,供电线路的功率输送能力与电压成正比,电压损失与电压平方成反比。
对于城轨供电系统来说,在考虑可实施性的前提下,电压等级越高,系统功率输送能力越强、供电距离越远、功率损失越小。
2不同电压低了国际中压网路综合比较如下表所示:
不同电压等级中压网络的综合比较
项目
35KV
33KV
20KV
10KV
适用标准
国家标准
国际标准
国家、国际标准
国家、国际标准
对外部电压等级要求
城网可以没有35KV
城网可以没有33KV
城网可以没有20KV
一般城网均已有10KV
设备国产化
国内
国外
国内
国外
环网柜情况
无环网柜
有环网柜
有环网柜
有环网柜
设备尺寸及占地面积
较大,不利于减小车站体量
较小,利于减小车站体量
较小,利于减小车站体量
较小,利于减小车站体量
设备价格
适中
最高
适中,比35KV低
最低
输电容量
较大
较大
适中,比10KV大
较小
输电距离
较长
较长
适中,比10KV长
较短
城轨应用情况
国内有采用
国内外有采用
国外有采用
国内外有采用
(3)广州市轨道交通七号线中压网络电压等级
结合各中压网络的不同特点,以及七号线各变电所的设置的实际情况,设备采用情况,决定七号线中压网络采用33KV等级。
4.2中压网络的构成形式
(1)广州市轨道交通七号线采用的是牵引动力混合网络,其基本的接线方式如下图所示:
牵引动力照明混合网络中压网络图
设计原则:
将全线的牵引变电所及降压变电所分成若干个供电分区,根据负荷力矩、电压等级及节能的需要,确定每个供电分区内的牵引变电所和降压变电所的数量。
每个供电分区均从主变电所的不同母线就近引入两个中压电源,中压网络采用双环网接线形式。
牵引降压混合变电所、牵引变电所及降压变电所的主接线多采用分段单母线加母线分段开关形式。
同一个主变电所供电范围内的供电分区间不设联络开关。
(2)广州市轨道交通七号线中压网络设计
七号线分两期进行建设,一期工程为广州新客站至新造段,线路全长约18.2km,共设10座车站,其中换乘站3座,分别为广州新客站(与二号线、广珠线、武广客运专线、佛山二号线),汉溪长隆站(与三号线),新造
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