1、第六章第六章 城市轨道交通供电系统城市轨道交通供电系统 变电所及其运行变电所及其运行第一节 电力牵引制式和城市轨道交通供电系统设计原则第二节 电气主接线第三节 城市轨道交通供电系统变电所第四节 整流机组的输入和输出第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析第六节 变电所内的控制和信号电路第七节 交、直流自用电系统第八节 二次回路及微机综合测控要求第九节 变电所无人值班的具体措施第十节 主要设备选择及布置第十一节 变电所的生产房屋第一节 电力牵引制式和城市轨道交通供电系统设计原则一、电力牵引制式电力牵引制式是指牵引供电系统向电动车组或电力机车供电所采用的电流和电压的制式。目前电力牵引制式按电流分，
2、有直流制式和交流制式两种。早期直流制式有很多特点，一般采用直流串励电动机，能满足重载时速度低、轻载时、速度高的要求。但是这种电机在启动的时候电流很大，为了限制电流采用串联大功率电阻的办法，同时也起到降压降速的目的。虽然现在城市轨道交通牵引系统和许多矿山企业也采用直流供电制式，但其发生了根本的变化。因为受流的车辆发生了变化，现在的轨道交通牵引车辆多采用异步电动机。它首先把接收到的直流电能通过逆变设备，变换成交流电，而且电压和频率都可以调节，实现了通过改变频率调节电动机速度的方法，可以实现柔性启动，使车辆更平稳，效率更高。同时也可以通过调压来改变电动机的速度。这种技术称为VVVF调速技术。第一节
3、电力牵引制式和城市轨道交通供电系统设计原则一、电力牵引制式交流制式应用也非常广泛，像一些欧洲国家多采用25Hz，6.511kV和 Hz、1215kV等类型，它们的特点是频率较低。我们国家采用50Hz、25kV的工频单相交流制。交流这种制式既保留了交流制可以升高供电电压的长处，而且仍可以用直流串励电动机作为牵引电动机的优点。在电力机车上，装设降压变压器和大功率整流设备，它们将高电压降压，然后整流成适合直流电机要求的形式。电动机的调速，可以通过降压变压器的抽头或可控制整流装置的电压来得以实现。工频单相交流制多用在我国干线电气化铁道上。对应于这种牵引设备，牵引供电系统采用交流供电制式。不同的制式，电
4、压大小也不一样。一般来说，采用交流制式，供电电压相对较高；采用直流制式，供电电压相对较低。交流制的电压一般从几千伏到几十千伏；而直流制式的供电电压一般从6003000V均在可选范围。第一节 电力牵引制式和城市轨道交通供电系统设计原则二、1500V和750V制式比较1. 制式不同，车辆受流方式不同2. 制式不同，相关因素变化不一样总之城市轨道交通牵引供电系统，从供电制式上，分有交流和直流两种制式，以直流制式为主；从馈送电能形式上分第三轨和架空线两种；从电压等级上分，多等级不同电压，从6003000V均在可选范围。究竟选何种方式，要根据实际情况，进行经济和技术的比较研究，选择合适的电压制式。第一节
5、 电力牵引制式和城市轨道交通供电系统设计原则三、城市轨道交通供电系统设计原则（1）供电系统应满足经济、可靠、接线简单、运营管理及维护方便的要求。（2）供电系统采用集中供电，110/35kV两级电压供电方式。（3）主变电所应从市区电网引入二回路110kV独立电源供电，以保证供电可靠性和供电质量。（4）主变电所110kV侧采用线路变压器组接线方式，也可采用内桥接线方式，主变电所35kV侧采用单母线分段接线。（5）供电系统按远期高峰小时负荷设计，并预留一定裕度。（6）供电系统应满足下列运行方式负荷的要求：第一节 电力牵引制式和城市轨道交通供电系统设计原则三、城市轨道交通供电系统设计原则 主变电所一台
6、主变压器解列退出运行时，由另一台主变压器向该主变电所供电范围内用电负荷供电，每台主变压器容量应满足该所供电区域高峰小时牵引负荷和动力照明一、二级负荷需求。 当一座主变电所两台主变压器同时退出运行时，即该主变电所解列退出运行时，由其他两座主变电所向全线用电负荷供电，主变电所变压器容量应满足全线高峰小时牵引负荷和动力照明一、二级负荷的需求。 降压变电所容量除应满足正常供电方式下供电范围内动力照明负荷需求外，当所内一台动力变压器解列退出运行，另一台动力变压器容量应满足供电范围内动力照明一、二级负荷需求。（7）不考虑在一座主变电所故障解列，同时35kV环网电缆故障的情况。（8）正常运行方式下，系统的电
7、能损失最小。任何运行方式下，35kV各节点的电压降不应大于额定值的5%。第一节 电力牵引制式和城市轨道交通供电系统设计原则三、城市轨道交通供电系统设计原则（9）牵引降压混合变电所或降压变电所正常时由两回路35kV电源供电，当任一回路35kV进线电缆故障或失压，另一回35kV电源向该所供电范围内一、二、三级负荷供电。（10）根据车站和车辆段设备负荷分布情况，各设12座降压变电所，当设置两座降压变电所时，一座为35kV侧单母线分段接线方式，另一座为跟随式。每座降压变电所设置两台配电变压器。在有牵引变电所的车站，降压变电所和牵引变电所可以合建成牵引降压混合变电所。（11）牵引变电所设两套整流机组，两
8、套机组并联运行构成等效二十四脉波整流对牵引网供电，以减少注入城市电网的谐波。第一节 电力牵引制式和城市轨道交通供电系统设计原则三、城市轨道交通供电系统设计原则（12）全线任何顺序相邻的三座牵引变电所（线路端头两牵引变电所除外），当中间一座牵引变电所故障时，其相邻的牵引变电所采取大双边供电方式，担负起该段的牵引供电负荷。整流机组负荷等级应满足GB1041189的规定：100%额定负荷连续；150%额定负荷2h；300%额定负荷1min。（13）牵引变电所供电效率不低于96%。（14）接触网供电电压采用直流1500V或者750V，允许电压波动范围为10001800V或者500900V。（15）供电
9、系统通过主变电所送入电力系统的谐波含量应满足国家标准的规定。第一节 电力牵引制式和城市轨道交通供电系统设计原则三、城市轨道交通供电系统设计原则（16）各车站设置综合接地网，接地电阻不大于0.5。（17）当接地系统设计与杂散电流防护设计发生矛盾时，优先考虑接地安全。（18）继电保护装置应满足可靠性、速动性、选择性和灵敏性。（19）为保证旅客安全，每个车站应设钢轨电位限制装置。（20）供电系统应尽可能采用优质的国产化设备，便于维护和管理。第二节 电气主接线一、电气主接线及其要求变电所的电气主接线是指由变压器、断路器、电流互感器、电压互感器、母线、负荷开关、隔离开关等电气连接导线所组成的接受分配以及
10、改变电能形式的电路。它反映了变电所的基本结构和功能，能表明电能的输送和分配关系，表明电能的形式变化情况，它决定了变电所一次设备的运行方式。在设计中变电所的电气主接线的选择，对变电所的设备配置、设备选择、继电保护、自动装置和控制方式都有重大的影响。同时还对供电系统的可靠性、电能质量、安全性、灵活性和经济性起着决定的作用。电气主接线是变电所的主体部分。对电气主接线基本要求如下：第二节 电气主接线一、电气主接线及其要求1. 可靠性 2. 灵活性3. 安全性 4. 经济性最后，随着城市的发展，为了满足居民出行的需求，变电所的容量会增加，扩建改建的情况经常发生。因此，在进行主接线设计的时候，一定要有长远
11、规划，为将来留下余地。对于城市轨道交通，由于它的特殊性，线路不宜扩建和更改，因此更应和城市规划相一致，做到谋事在先。变电所的变压器和馈线之间一般采用母线连接。应用不同的母线连接方式，可实现在变压器较少的情况下，也能给多个用户供电，或者保证用户的馈线从不同的变压器获得。母线又称汇流排，在原理上它是一个电气接点，起着集中变压器电能的作用，也起着给用户分配电能的作用，所以若母线发生故障，将使所有的用户全部中断供电。因此选择什么样的母线就显得特别重要。第二节 电气主接线二、常用的主接线形式介绍常用的主接线形式有单母线不分段接线、单母线分段接线、带旁路母线的单母线接线、双母线接线、桥型接线等多种形式。除
12、桥型接线外，上述各种形式又可分为双电源和单电源形式。1. 单母线不分段接线单母线不分段接线是比较简单的接线形式，如图6.1所示，电源回路和用电回路通过断路器和隔离开关分别和母线相连。根据电源的数量，分为双电源形式和单电源形式。如双电源单母线不分段接线和单电源单母线不分段接线。单电源形式一般适用于10kV以下的一般用户。第二节 电气主接线图6.1 单母线不分段接线第二节 电气主接线2. 单母线分段接线图6.2 单母线分段接线第二节 电气主接线3. 带旁路母线的单母线接线图6.3 带旁路母线的单母线接线第二节 电气主接线4. 双母线接线图6.4 双母线接线第二节 电气主接线5. 桥型接线图6.5
13、内桥型接线 图6.6 外桥型接线第二节 电气主接线三、变电所主接线原则（1）变电所主接线方案研究（2）减少生产房屋面积（3）继电保护的配置（4）绝缘配合及接地（5）无人值班的具体措施（6）主要设备选择基于以上原则，城市轨道交通供电系统变电所主接线一般较多选择单母线接线、单母线分段接线，内外桥型接线等多种形式，在车辆段有时也采用双母线接线。第三节 城市轨道交通供电系统变电所一、建设原则1. 电源设置原则一般从最近的220kV变电站引入两路电源，而且要选择至少两个220kV变电站，主变电所110kV电源从两站引入比较理想。220kV变电站要具有足够的容量，最好有预留110kV出线间隔，以满足城市轨
14、道交通供电的发展需要。设计新的供电系统时，既要充分利用既有城市轨道交通供电资源，又要兼顾城市轨道交通远期规划，以便提高整个城市轨道交通供电系统的效率。2. 主变电所选址原则我国城市轨道交通供电系统多选择35kV等级环网供电，而考虑到35kV电缆末端的电压质量，35kV供电半径不宜过长，因此，主变电所尽可能处在供电线路的中间。同时，主变电所所址还应考虑使接入系统方案可行，尽量节省投资。第三节 城市轨道交通供电系统变电所一、建设原则3. 牵引变电所选址原则牵引变电所的设置首先要满足供电质量的要求，GB1041189地铁直流牵引供电系统规定：牵引供电系统直流电压及波动范围应符合如下的标准，标称值：1
15、500V，最低值：1000V，最高值：1800V。根据标准规定，牵引变电所的设置应满足一个牵引变电所解列时，由相邻两牵引变电所大双边供电时，接触网最低电压不低于1000V的要求。在满足上述要求的情况下，增大变电所间距，尽量减少变电所的数量。此外，一般要求牵引变电所分布比较均匀。第三节 城市轨道交通供电系统变电所二、城市轨道交通供电系统结构框图1. 变电所供电接线图（1）环形供电接线图图6.7 环形供电接线第三节 城市轨道交通供电系统变电所（2）双边供电图6.8 双边供电接线第三节 城市轨道交通供电系统变电所（3）单边供电当轨道线路沿线附近只有一侧有电源时，常采用单边供电。为了增加可靠性，也采用
16、双路输电线路。它的可靠性较差。一旦主变电所出故障，沿线就必然断电，造成整个线路无法行车。第三节 城市轨道交通供电系统变电所（4）辐射型供电图6.9 辐射型供电接线第三节 城市轨道交通供电系统变电所2. 系统结构框图图6.10 城市轨道交通供电系统结构框图第三节 城市轨道交通供电系统变电所3. 城市轨道交通供电系统变电所电气主接线的基本特点对于地铁、轻轨交通直流牵引变电所主线的设计，除应满足本节所讲的对主接线的基本要求和原则外，因该类变电所一般设在地下（如上海地铁）或地面的城市闹市区街道两侧（轻轨系统），受环境条件制约及安全保障的需要，列车牵引、通信信号电源、站厅事故照明和必要的安全环卫设施（通
17、风，排水，防灾，消防和自动扶梯等）都属于一级负荷，它们对不间断供电的要求基本相同，此外还有二、三级动力和照明负荷。全部负荷都由同一专用的环形供电系统网络所属的直流牵引变电所、降压变电所（动力用电）和牵引/降压混合变电所供电，各个变电所建设有互联网络。以上特点使牵引变电所电气主接线的结构和运行增加了复杂性；同时，为节约占地面积，节省昂贵的土建造价和满足防火、防灾需要，主接线变配电设备的选择也有其特殊性，应使用干式变压器和高效率的成套设备，这对主接线和配电装置的结构有直接影响。第三节 城市轨道交通供电系统变电所三、主变电所主变电所的作用，是将城市电网的高压（110kV或220kV）电能降压后，以相
18、应的电压等级（35kV或10kV）分别供给牵引变所和降压变电所。为保证供电的可靠性，一般设置两座或两座以上主变电所，主变电所由两路独立的电源进线供电，内部设置两台相同的主变压器。根据牵引负荷容量和动力负荷容量的大小情况不同，主变压器可采用三相三绕组的有载调压变压器（见图6.11），也可用双绕组的变压器（见图6.12），使35kV电压和10kV电压来自不同的变压器。采用有载调压变压器使得电源进线电压波动时二次侧电压维持在正常值范围内。图6.11 三绕组主变压器的主变电所电气主接线图6.12 双绕组主变压器的主变电所电气主接线第三节 城市轨道交通供电系统变电所四、牵引变电所牵引变电所整流机组设备容
19、量选择应满足以下原则：一是整流机组容量应满足正常运行方式下远期高峰小时牵引负荷需要。二是整流机组容量应满足相邻牵引所解列退出运行，越区向故障牵引所供电范围内接触网供电时远期高峰小时牵引负荷需要。三是整流机组过负荷能力应满足GB1041189和IEC146对牵引负荷时整流机组负荷能力的规定：100%额定负荷连续；150%额定负荷2小时；300%额定负荷1分钟。四是整流机组应满足工作环境的要求。五是其他直流设备选型。其他直流设备选型主要包括正馈线、负回流线和接触导线的选择。正馈线、负回流线和接触导线截面应满足远期高峰小时任何运行方式牵引负荷的要求。第三节 城市轨道交通供电系统变电所 牵引变电所的功
20、能是将城市电网区域变电所或地铁主变电所送来的35kV电能经过降压和整流变成牵引所用的直流电能，其主接线包括高压交流（35kV）受、配电系统和直流（0.751.5kV）受、馈电系统两部分，整流机组（整流变压器一整流器组）则是作为交、直流系统变换的重要环节设置的。牵引变电所的容量和设置的距离是根据牵引供电计算的结果，并作经济技术比较后确定的，一般设置在沿线若干车站及车辆段附近，变电所间隔一般为24km，牵引变电所按其所需总容量设置两组整流机组并列运行，沿线任一牵引变电所故障，由两侧相邻牵引变电所承担其供电任务。 正常运行时，两套整流机组并联运行，接触网越区隔离开关打开，与相邻牵引变电所构成双边供电
21、方式，共同向供电范围内的车辆供电。当该牵引变电所解列时，相邻的牵引变电所通过直流母线或接触网越区隔离开关恢复对该区段的供电，实现大双边供电。 牵引变电所的主接线如图6.13所示，两路35kV进线电源来自城市电网区域变电所或地铁主变电所，正常运行时，两路进线电源分别向所连接的35kV母线供电，母联断路器断开。当一路进线停电时，母联断路器合闸，由另一路进线向原供电区域内的负荷供电。图6.13 牵引变电所的主接线D101104交流断路器；GDL211216直流快速断路器；G21332134电动隔离开关第三节 城市轨道交通供电系统变电所 两组整流机组均由相同的牵引降压变压器和整流器组成，它们的直流侧并
22、联工作，为使并联时的直流电压相等且负荷分配均衡，35kV侧采用不分段单母线，牵引变压器一般采用三绕组变压器，两个二次绕组和整流器组成多相整流，整流器输出的直流电的正极（）经直流高速空气开关接到直流侧的正母线上，直流电的负极（）经开关接到负母线上，通过直流馈线将电能送到接触网，负母线通过开关、回流线与走行轨相连，这样，通过电动列车的受电器与接触网的接触滑行，就构成一个完整的直流牵引电动机受电回路。第三节 城市轨道交通供电系统变电所五、牵引/降压混合变电所在满足技术要求的前提下，牵引/降压混合变电所和降压变电所的主接线应力求简单、清晰、便于管理。牵引降压混合变电所的主接线由三部分组成，即35kV母
23、线及电源进出线、直流牵引供电、动力变压器，如图6.14所示。降压变电所的主接线由35kV电源进出线和动力变压器两部分组成。根据环网接线方案和供电系统运行方式，确定牵引/降压混合变电所以及降压变电所的35kV母线和电源进出线的接线形式。牵引/降压混合变电所、降压变电所35kV侧采用单母线分段接线方式，两段母线间通过母联断路器互联。每段母线设置一路进线，并根据环网接线的要求在部分变电所的每段35kV母线设一路或多路出线，向相邻车站变电所供电。图6.14 牵引/降压混合变电所第三节 城市轨道交通供电系统变电所六、降压变电所地铁、轻轨交通降压变电所是为车站与线路区间的动力、照明负荷和通信信号电源供电而
24、设置的，可与直流牵引变电所合并，形成牵引/降压变电所。多数是单独设置的，其主接线特点和基本要求如下：（1）降压变电所对供电电源的要求，应按一级负荷考虑，由环形电网或两路电源供电，进线电压侧采用单母线分段接线。一般设有两台动力、照明变压器，每台变压器应满足一、二级负荷所需的容量。（2）动力、照明负荷配电系统采用380/220 V电压，中性点直接接地的三相四线制。第三节 城市轨道交通供电系统变电所低压配电系统如图6.16所示。图6.16 低压配电系统示意图第三节 城市轨道交通供电系统变电所七、牵引变电所和动力照明变电所平面布置方案（1）对于地下变电所，根据车站站台形式的不同， 房屋平面布置一般有两
25、种设置 方案。方案一：岛式站台方案，此方案中各生产房屋的布置符合变电所设备接线关系、电缆敷设路径顺畅、电缆数量相对较少、便于运营维护和管理，当变电所只设两台整流变压器时，取消两间整流变压器室，其设备布置还可进一步优化。方案二：侧式站台方案，由于侧式站台长度相对较短，所以在进行变电所设备平面布置时，除了考虑变电所设备接线关系、电缆敷设路径顺畅、电缆数量相对较少、便于运营维护和管理等外，应尽量压缩变电所的长度，减少占地面积。第三节 城市轨道交通供电系统变电所七、牵引变电所和动力照明变电所平面布置方案（2）对于地面变电所，为了节约投资，减少占地面积，地面变电所考虑了两种布置方案。方案一：采用单层布置
26、方案，将高压室、低压室合为一室，布置交流35kV、0.4kV及直流1500V等高压、低压开关设备，有利于设备接线、电缆敷设。方案二：采用双层布置方案，将高压室、低压室分开布置，一楼布置牵引设备、二楼布置低压设备，达到减少占地面积的目的。第三节 城市轨道交通供电系统变电所八、测量与计量配置原则牵引降压混合变电所和降压变电所的电气测量与计量项目的设置应符合电力装置的电测量仪表装置设计规范的规定，所有测量与计量均在开关柜当地显示并通过电力监控系统送往控制中心电调台。一般35kV进、出线及联络线设置电流测量设备；35kV母线设置电流测量和电压测量设备；35kV/0.4kV变压器设置电流测量、有功功率、
27、有功电度和功率因数测量设备；整流机组交流侧设置电流测量、有功功率、有功电度测量设备；整流机组直流侧设置电流测量、电压测量设备；DC 1500V母线设置电压测量设备；DC 1500V馈线设置电流测量设备；回流线设置电流测量设备。第三节 城市轨道交通供电系统变电所九、变电所的设备布置1. 变电所内各设备间的相互关系（1）35kV交流进、出线开关柜通过35kV交流电缆与主变电所或地区变电站以及相邻变电所连接，环网电缆在区间隧道内敷设。（2）35kV交流馈线开关柜通过35kV交流电缆向本所整流变压器、动力变压器馈电，电缆敷设于变电所内。（3）整流变压器低压侧通过电缆与整流器连接。（4）动力变压器低压侧
28、通过电缆与低压开关柜连接。（5）整流器正极通过电缆与直流1500V进线开关柜相连，整流器负极通过电缆与负极柜相连。（6）直流1500V馈线开关柜通过电缆与接触网电动隔离开关连接。（7）负极柜通过电缆与回流箱连接。第三节 城市轨道交通供电系统变电所（8）杂散电流收集网、车站主体结构钢筋及接地装置接地引出端子通过排流柜中不同的二极管回路与负极柜连接。（9）控制信号盘负责监控35kV交流开关柜、整流变压器、整流器、动力变压器、直流1500V开关柜、负极柜、排流柜、轨电位柜、接触网电动隔离开关、0.4kV进线柜、0.4kV母联柜、三级负荷总开关及交直流盘。（10）所内交流自用电屏，通过低压电缆向所内设
29、备提供低压交流电源。（11）所内直流自用电屏，通过低压电缆向所内设备提供控制和操作电源，并向所内提供事故照明电源。第三节 城市轨道交通供电系统变电所2. 变电所内的设备布置（1）控制信号盘、交流盘、直流盘以及蓄电池盘采用单列布置。（2）35kV开关柜尽量采用单列布置。（3）两台整流变压器分别置于两间整流变压器室。（4）直流开关柜、整流器柜与负极柜、钢轨电位限制装置、排流柜布置在同一房间内。（5）动力变压器与低压柜并列布置；两段母线的动力变压器与低压柜采用双排布置、单排布置或错开布置。（6）电缆敷设。电缆夹层内及进出变电所的电缆采用支架敷设方式，电缆转弯处满足电缆转弯半径的要求。车辆段变电所的室
30、外电缆采用电缆沟内敷设或直埋，电缆过轨或道路采用穿管保护。（7）设备布置根据规范及设备的条件考虑操作通道、检修维护通道、设备运输通道，第四节 整流机组的输入和输出一、整流机组接入方案综述1. 整流机组挂接的要求对挂接对象的基本要求：两整流机组的输入要确保一致或尽量一致。2. 整流机组进线开关的设置（1）整流机组接入方式的三种方案方案一：两套整流机组分别通过两台断路器与交流母线相连方案二：两套整流机组分别通过一台隔离开关与交流母线相连方案三：两套整流机组通过一台断路器与交流母线相连第四节 整流机组的输入和输出（2）三种方案技术经济比较序号项 目方案一方案二方案三1可靠性高较高低2适用范围任何条件
31、下的牵引变电所任何条件下的牵引变电所必须满足交流母线不挂动力变压器和不向其他变电所转供电等两个条件3运行灵活性好差差4故障排除快慢慢5设备投资高较高低 上述三种接线方案各有优缺点，也各有其最佳的使用场所。由于城市轨道交通供电多采用两级供电方式，牵引供电系统和动力照明系统共用35kV中压环网，牵引变电所通常与降压变电所合建，且一般需要向其他变电所转供35kV电源。方案一满足上述要求，而且可靠性高、运行灵活，整流机组故障时对环网系统不会造成影响，容易识别故障的整流机组，便于管理和维护的标准化作业。第四节 整流机组的输入和输出二、整流机组的输出方案1. 连接方案城市轨道交通直流牵引供电部分以整流机组
32、的交流进线断路器、直流进线开关和直流馈线开关为界分成三个部分。第一部分：整流机组交流进线断路器与直流进线开关之间，包含整流变压器、整流器及其连接电缆，是城市轨道交通直流牵引供电的核心，完成变压整流的任务。第二部分：直流进线开关与直流馈线开关之间的直流母线及其连接线。第三部分：直流馈线开关以下，包括馈线电缆、接触线。国内外与1500V直流母线的连接方案，包括与正极母线和负极母线的连接。整流机组与DC 1500V正极母线间的进线开关，普遍采用两种方式，一种是采用电动隔离开关；另一种是直流快速断路器第四节 整流机组的输入和输出方案一：电动隔离开关图6.20 直流进线连接方案一T1、T2变压器；R1、
33、R2整流器第四节 整流机组的输入和输出方案二：直流快速断路器图6.21 直流进线连接方案二第四节 整流机组的输入和输出2. 运行比较（1）正常时整流机组进出线开关的投切次序（2）故障时的动作次序第一部分内发生故障时，整流变压器的交流进线断路器断开，然后联跳直流进线开关。此时牵引变电所有两种运行方式，一种是全所解列，由相邻所越区供电，即大双边供电；另一种是退出故障整流机组，单台整流机组继续工作。第二部分内发生故障时，当采用方案一时，首先跳开整流变压器的交流进线断路器，然后联跳直流馈线开关，再分开直流进线开关；当采用方案二时，由于大电流脱扣保护的反应时间快，直流进线断路器一般先于交流断路器分闸。第
34、三部分内发生故障时，跳开故障供电臂的直流馈线开关，并联跳相邻牵引变电所相应的直流馈线开关。投 入直流进线开关交流断路器切 除交流断路器直流馈线断路器、直流进线开关第四节 整流机组的输入和输出2. 运行比较（3）大双边供电实现实现大双边供电，连通退出运行的牵引变电所的左右供电臂的方式有两种：一是通过1500V母线，二是合上接触网越区隔离开关。若通过1500V母线实现越区供电，方案一的恢复供电过程是在故障切除后，断开直流进线电动隔离开关，再合上直流馈线开关；方案二在故障切除后，接触网可立即恢复供电。方案一比方案二恢复供电的时间长12 s。若通过合接触网越区隔离开关实现越区供电，方案一和方案二的恢复
35、供电过程相同：即故障切除后，跳开相邻所相应的直流馈线开关，合越区隔离开关，再合上相邻所相应的直流馈线开关。采用方案二时，当直流母线发生短路时，可以直接跳开直流进线断路器，切除故障时间短，而且可以和逆流保护配合使用。第四节 整流机组的输入和输出3. 方案比较序号项 目方案一方案二1可靠性高高2运行方式简单、灵活简单、较灵活3闭锁和联锁较多少4切除母线故障略长短5恢复供电时间略长短6设备投资低高第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析当谐波含量超过一定范围时，对城区电力系统、城市轨道交通动力照明系统以及35kV中压环网系统可能产生以下主要危害：（1）可能使电力系统的继电保护设备和自动装置产生误动或
36、拒动，直接危及电网的安全运行；严重时造成系统崩溃、用户停电事故。（2）使各种电气设备产生附加损耗和发热，使电机产生机械振动及噪声。谐波使无功补偿电容器和其他电气设备因谐振或谐波放大而使其熔丝经常熔断而无法运行，严重时使电容器产生噪音、振动，并使其过热、过电压而损坏。（3）谐波电流在电网中流动，作为一种能量，最终要消耗在线路及各种电气设备上，从而增加损耗，影响电网及各种电气设备的经济运行。第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析当谐波含量超过一定范围时，对城区电力系统、城市轨道交通动力照明系统以及35kV中压环网系统可能产生以下主要危害：（4）由于电网中谐波电流的存在，通过电磁感应、电容耦合以及
37、电气传导等作用，对周围的通信系统产生干扰，从而降低信号的传输质量。高次谐波对通讯线路和控制信号产生电磁和射频干扰。（5）谐波使电网中广泛使用的各种仪表，如电压表、电流表、有功及无功功率表、功率因数表、电度表等产生误差。（6）增加电网中发生谐波谐振的可能，从而造成过电流或过电压引起的危险。 过电压会造成绝缘毁坏，从而影响电气设备的正常运行。第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析一、城市轨道交通牵引供电系统谐波分析1.特征谐波产生的原因高次谐波产生的原因主要是由于电力系统中存在非性线元件及负载，如容性负载、感性负载、开关变流设备、电动机、整流装置等。由于其为储能元件或变流装置，故使电压、电流波形
38、发生畸变。此外，由于操作、系统振荡、电弧、雷电影响等因素，也会产生谐波。城市轨道交通供电系统的谐波主要是由城市轨道交通牵引供电系统产生的，而城市轨道交通牵引供电系统的谐波主要是由整流机组产生的。其次是由于电动车组的启动、制动、加速等多变的运行模式引起的。再之，由于系统振荡或遭受雷电侵入波的影响，也会产生很高含量的高次谐波。第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析2. 谐波的计算 整流脉波和谐波次数有如下的关系：其中：n为整流脉波；K为正整数，可取1，2，3，4，；P为存在的谐波数，如K为1，那么 ，即等于5，7，11，13，如K为2，就是12脉波整流， ，那么P就等于11，13，23，25，以
39、此类推，由此可知，脉波越多，谐波的含量就越少。 在理想情况下，对于24脉波整流方式，网侧电流中只含有23和25次及以上特征谐波。实际上由于各种非理想因素的存在，不可避免地会产生非特征次数的谐波。24脉波整流方式，网侧电流中还含有5、7、11、13、23和25次谐波，按照整流器厂家和电力工业部电气设备质量检测测试中心测试报告中提供的数据，对24脉波整流机组而言，23次谐波最大，其次为25次、5次、7次、11次、13次。其中有两个主要的指标：一是总谐波畸变率THD（Total Harmonic Distortion）和第n次谐波的HRIn(Harmonic Radio For In)一般理想情况下
40、 HRIn 1/n （6.2）HRIn In/I1 （6.3）THDi Ih/I1 （6.4）现根据整流器厂家和电力工业部电气设备质量检测测试中心测试报告中提供的24脉波整流机组各次谐波含量典型值和牵引计算结果，计算出各牵引变电所整流机组所产生的高次谐波电流在牵引变电所35kV侧的分布见表6.7。(6.1)第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析一、城市轨道交通牵引供电系统谐波分析2. 谐波的计算表6.7 各牵引变电所整流机组所产生的高次谐波电流 单位：A牵引变电所5次谐波电流 7次谐波电流 11次谐波电流 13次谐波电流23次谐波电流25次谐波电流10.4380.0980.0340.0240
41、.6080.51820.6740.1520.0520.0380.9380.79830.660.1480.0520.0380.9160.7840.6140.1380.0480.0360.8540.72650.5480.1240.0440.0320.7640.6560.520.1160.040.030.7220.61470.580.130.0440.0340.8080.68880.5980.1340.0460.0340.9320.70890.5660.1280.0440.0320.7880.670100.4840.1080.0380.0260.6720.592110.3280.0740.0380.
42、0180.4560.388第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析表6.8 1#主变电所注入电网PCC点的谐波电流 单位：A谐波电流左侧母线右侧母线GB/T1454993规定的允许值5次0.2260.2826.007次0.0510.0645.2211次0.0170.0224.3613次0.0130.0143.9423次0.3140.3932.3425次0.2670.3342.12总谐波电压畸变率THD0.099%0.125%1.6%第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析二、谐波影响的分析如果各牵引变电所均采用24脉波整流机组，并在远期高峰小时最大负荷及电力系统最小运行方式条件下，进行谐波电流
43、计算，由牵引供电系统注入110kV侧的各次谐波电流值不超过国标允许值，同时110kV侧的总谐波压畸变率THD也不超过国标允许值。虽然如此，但是仍建议或预留设置滤波装置。主要原因如下：（1）尽管计算的各次谐波电流值不超过国标允许值，总谐波压畸变率THD也不超过国标允许值，但是以上的计算是在假设系统条件下的估算结果，随着城市电网的发展，系统谐波阻抗会发生变化。所以，其只能作为参考。（2）考虑到轨道线路的向外延伸，系统容量会增加，地铁供电系统参数也将发生变化。系统谐波的数值也会随之发生变化。第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析二、谐波影响的分析（3）上述计算分析都是在理想化的状态下得到的，实际上
44、，轨道交通牵引负荷变化很大，有时加速，有制动。这也会引起负荷的变化，从而造成谐波的进一步增加。（4）供电系统在不同运行方式下，各种参数也会发生很大的变化，谐波阻抗也会发生变化。这样也会引起系统谐波数值的变化。（5）当系统出现故障时，或者遭到雷击时，或者发生震荡时，都会产生很大的谐波。这些谐波和原有的谐波一起会对系统造成很大的危害。（6）整流机组可能会运行在不同的模式下，24脉波整流机组有时也会工作在12脉波情况下，甚至会工作在6脉波情况下，因此各次谐波在实际运营中是很大的，并不限于23、25次谐波。（7）有些城市轨道交通供电系统投入了逆变设备，既整流机组具有逆变功能。这一功能有时会在造成系统谐
45、波的数值的增加。第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析三、城市轨道交通牵引供电系统谐波治理及改善的基本措施1. 接线方式城市轨道交通供电系统减少谐波影响的措施主要是采用高脉波数的整流机组以及三相整流变压器采用Yd或Dy接线。采用Yd或Dy这样连接可以消除3的整数倍的高次谐波，这样电网中的谐波电流只有5、7、11、13等奇次谐波。2. 装设分流滤波器图6.23 装设分流滤波器第五节 城市轨道交通供电系统谐波影响分析三、城市轨道交通牵引供电系统谐波治理及改善的基本措施3. 安装有源谐波调节器有源谐波调节器克服了以往滤波器仅固定在某些谐波频段，对非线性负载产生的谐波进行采样、分析、建立频谱图，以此
46、频谱图为依据，向电网侧送一个与非线性负载产生的谐波相反的谐波，它们互相叠加，从而消除对应的谐波，达到谐波抑制的效果。第六节 变电所内的控制和信号电路一、二次接线（电路）图及控制方式概述1. 二次接线图供变电装置中，为了保证高压电气设备的安全运行和实现对一次备的操作控制而设置的控制、信号、检测与继电保护、自动装置等一系列低压、弱电电气设备，通常为二次设备。用来表明二次设备相互关系连线的电气接线图，称为二次接线图。原理接线图：用来表示二次设备中的监视仪表、控制与信号、保护和自动装置等的工作原理。使人们对整个装置易于形成完整而清晰的概念。其特点是图中标有相关的主题部分，各设备元件都以整体形式表示，并
47、将所包括的交流电压回路、交流电流回路和直流控制、信号电路等各部分组成部分一并画出。第六节 变电所内的控制和信号电路一、二次接线（电路）图及控制方式概述1. 二次接线图展开接线图：展开接线图在相应原理接线图的基础上，将其总体形式的电路分解为交流电路、电压回路及直流回路等相对独立的各个组成部分。这时电路中设备元件的不同线圈与节点等将分别绘入相应部分的回路之中。如电流继电器的线圈绘于交流回路中，而其节点则绘于直流回路中。安装接线图：为二次设备的制造、安装或调试、检修而专门绘制的。安装图一般包括盘面布置图、盘后接线图和端子排接线图。第六节 变电所内的控制和信号电路一、二次接线（电路）图及控制方式概述2
48、. 牵引变电所的主要控制方式牵引变电所和其他供电装置对高压一次电气设备的控制操作，按执行地点的不同，可分为就地控制、距离控制和远动控制三种控制方式。由于控制、监测和通信技术的发展，变电所远动化水平不断提高和免维护设备的出现，按有无运行人员值班，变电所则可分为有人值班和无人值班两种运行方式，对于有人值班的变电所，一般以距离控制方式为主，对于无人值班（或减员）的变电所，一般则以遥控方式为主。第六节 变电所内的控制和信号电路一、二次接线（电路）图及控制方式概述3. 控制盘（1）主控制盘（2）继电保护盘（3）中央信号红（4）计量盘（5）自动、运动装置盘（6）自用电盘第六节 变电所内的控制和信号电路一、
49、二次接线（电路）图及控制方式概述4. 控制盘及其盘面布置原则控制系统在变电所内起着重要作用，值班人员根据控制盘上的各种仪器、仪表、信号等监视、判断变电所电器设备的运行状态。并通过控制设备对一次电路设备进行各种控制操作；因此，控制盘及其盘面布置应满足以下原则。（1）盘面上仪表、控制、信号设备与模拟主电路的布置应简单明了，便于进行控制、监视和维护。（2）各电器设备之间装设距离应根据正面、背面所占最小位置及布线尺寸确定的标准全面考虑。（3）盘面配置应考虑到盘后两侧接线端子的合理安排。（4）尽量采用标准盘的布置方式，以满足经济住和可靠性等要求。第六节 变电所内的控制和信号电路二、断路器的控制、信号电路
50、的构成及对其要求1. 控制、信号四路构成2. 对控制、信号回路的基本要求（1）高压开关的合、分闸回路是按短时通过大电流脉冲来设计的。（2）控制回路应能在控制室由控制开关控制进行手动跳、合闸，又能在自动装置和继电保护作用下自动合闸或分闸，同时能由远方调度中心发送控制命令进行跳、合闸。（3）应具有高压开关位置状态的信号、事故分闸与自动合闸的闪光信号。（4）具有防止断路器多次合、分闸“防跳”装置。（5）采用液压和气压操动的机构，跳、合闸操作回路中应分别设有液压或气压闭锁，在低于规定标准压力情况下，闭锁操作回路。（6）对跳、合闸回路及其电源的完好性，应能进行监视。第六节 变电所内的控制和信号电路三、灯
