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1 城市轨道交通供电系统概论1

1.1　城市轨道交通工程概论1

1.1.1 世界城市轨道交通发展1

1.1.2 国内城市轨道交通发展2

1.1.3　城市轨道交通分类3

1.1.4　城市轨道交通工程建设4

1.2　供电系统的功能10

1.2.1 系统的总体功能10

1.2.2　系统的基本要求11

1.3　供电系统的构成13

1.3.1 按系统功能划分13

1.3.2　按设计任务划分14

1.3.3　按采购单元划分15

1.4　城轨供电技术的发展15

1.4.1 牵引网供电制式15

1.4.2 中压网络16

1.4.3 控制、保护、自动化装置17

1.4.4　基础设备17

1.4.5　供电设备国产化18

2　外部电源19

2.1 概述19

2.2　外部电源方案的形式20

2.2.1 集中式供电20

2.2.2　分散式供电20

2.2.3 混合式供电21

2.3 外部电源方案的比选21

2.3.1 工程条件22

2.3.2 工程方案22

2.3.3　工程投资23

2.3.4 运营管理23

2.4 电源外线的设计原则24

2.4.1 外部电源的电压等级24

2.4.2 电源外线的一般设计原则25

2.5　谐波分析及治理25

2.5.1 谐波的概念25

2.5.2　谐波的危害27

2.5.3 谐波的计算27

2.5.4 谐波的治理30

2.6　无功功率补偿32

2.6.1 无功功率的来源与危害32

2.6.2 无功功率补偿方式33

2.6.3 无功功率补偿装置34

2.6.4 常用无功功率补偿方案35

2.6.5　避免产生过补偿37

2.7　关于供电系统资源共享研究38

2.7.1 供电系统资源共享的研究必要性38

2.7.2　供电系统资源共享的研究内容39

2.7.3 外部电源共享的研究原则40

3　主变电所42

3.1　概述42

3.2　所址选择42

3.2.1 所址选择的基本原则43

3.2.2　根据负荷特点确定主变电所沿线路布置43

3.2.3 根据电压损失要求确定主变电所数量43

3.2.4　根据城市规划要求确定主变电所位置43

3.2.5 根据所处城市位置确定主变电所结构形式44

3.3　电气主接线45

3.3.1 线路-变压器组接线45

3.3.2 内桥形接线45

3.3.3 外桥形接线46

3.3.4 中压侧主接线形式46

3.4　主变压器选择47

3.4.1 主变压器台数的确定47

3.4.2 主变压器容量的确定47

3.4.3 主变压器形式的选择49

3.4.4 主变压器阻抗的选择49

3.4.5 主变压器电压调整方式的选择49

3.4.6 主变压器的冷却方式50

3.5　主变压器中性点接地方式50

3.5.1 确定中性点接地方式的原则50

3.5.2　主变压器中性点接地方式50

3.6　共享主变电所的问题与建议51

3.6.1 主变电所资源共享存在的问题51

3.6.2　主变电所资源共享的实施建议51

4　中压网络53

4.1 概述53

4.2 中压网络的电压等级53

4.2.1 国内城市轨道交通中压网络现状54

4.2.2 不同电压等级供电能力分析54

4.2.3 不同电压等级的中压网络的特点56

4.3　中压网络的构成形式57

4.3.1 中压网络的构成原则57

4.3.2 中压网络的构成形式57

4.3.3 新型的中压网络60

4.3.4 中压网络的几个关系62

4.4　供电系统运行方式63

4.4.1 电源变电所运行方式63

4.4.2 放射式中压网络运行方式65

4.4.3 单环网中压网络运行方式67

4.4.4 双环网中压网络运行方式68

4.5　潮流分析69

4.5.1 潮流分析的内容69

4.5.2 潮流分析的方法69

5　牵引变电所75

5.1　概述75

5.2　牵引变电所设置76

5.2.1 布点76

5.2.2 选址80

5.3　牵引变电所主接线83

5.3.1 中压主接线83

5.3.2 直流主接线86

6　降压变电所94

6.1　概述94

6.2　降压变电所设置94

6.2.1　布点95

6.2.2　选址96

6.3　降压变电所主接线96

6.3.1 中压主接线97

6.3.2　低压主接线99

7　控制、保护、信号、测量107

7.1　概述107

7.2　控制与联锁108

7.2.1 控制方式108

7.2.2 电气设备的控制与联锁111

7.2.3 电气设备间的控制与联锁113

7.2.4 系统运行控制与联锁119

7.3　保护设置125

7.3.1 主要保护形式介绍126

7.3.2 高压系统保护设置135

7.3.3 中压系统保护设置136

7.3.4　直流系统保护设置139

7.3.5　低压系统保护设置141

7.3.6　保护用电流互感器的选择142

7.4　信号设置145

7.4.1 电气设备的信号设置145

7.4.2　变电所综控屏的信号显示146

7.4.3 控制中心的信号显示146

7.5　测量与计量146

7.5.1 测量性表计146

7.5.2　计量性表计148

7.5.3 电流互感器和电压互感器的选择150

7.6　变电所综合自动化系统152

7.6.1 变电所综合自动化系统的功能153

7.6.2 变电所综合自动化系统的配置方案155

7.6.3　系统硬件配置157

7.6.4　系统接口158

8　变电所自用电及应急照明电源160

8.1 概述160

8.2　变电所自用电161

8.2.1 主变电所161

8.2.2　牵引变电所163

8.2.3 降压变电所165

8.2.4　交、直流电源屏166

8.3 应急照明电源167

8.3.1 典型应急照明电源装置168

8.3.2 应急照明电源方案170

8.4　变电所自用电与应急照明电源的整合171

8.4.1 整合特点171

8.4.2　接线方案172

8.4.3 车站蓄电池电源整合173

9　接触轨174

9.1 概述174

9.2　授流方式174

9.2.1 上部授流174

9.2.2 下部授流175

9.2.3　侧部授流176

9.3 电压等级176

9.3.1 电压等级176

9.3.2 同电压等级接触轨技术参数176

9.3.3 不同电压等级接触轨防护措施177

9.4　接触轨材料178

9.4.1　JU-52型低碳钢接触轨178

9.4.2　钢铝复合接触轨179

9.4.3　钢铝复合接触轨与低碳钢接触轨的比较182

9.5　零部件设计183

9.5.1 接触轨支架、支座183

9.5.2　绝缘子184

9.5.3 防护罩185

9.5.4　防护罩支架186

9.5.5 防护罩支撑卡186

9.6　接触轨布置及供电分区187

9.6.1　正线接触轨布置187

9.6.2 车辆段接触轨布置及供电分区187

9.6.3　接触轨安装位置188

9.6.4　接触轨支架（绝缘子）间距189

9.6.5　锚段长度的确定190

9.6.6　接触轨制造长度的确定190

9.6.7 电分段的确定191

9.6.8 道岔区接触轨的布置193

9.6.9 回流、均流电缆194

9.7　相关专业配合194

9.7.1 限界194

9.7.2 线路195

9.7.3　轨道195

9.7.4 车辆195

9.7.5 信号195

9.7.6　土建195

10　架空接触网196

10.1　概述196

10.2　柔性架空接触网197

10.2.1　装配形式197

10.2.2　主要技术数据201

10.2.3　平面设计203

10.2.4　相关专业配合206

10.2.5　零部件及材料选型207

10.3　刚性架空接触网212

10.3.1　装配形式212

10.3.2　技术参数213

10.3.3　平面布置213

10.3.4　安装配合214

10.3.5　零部件及设备材料选型215

10.3.6　关于刚性悬挂与柔性悬挂的过渡216

10.4　架空接触网相关计算217

10.4.1　计算条件217

10.4.2　荷载计算218

10.4.3 架空接触网跨距计算220

10.4.4　架空接触网锚段长度计算220

10.4.5 架空接触网安装曲线计算221

11 杂散电流腐蚀防护225

11.1　概述225

11.2　杂散电流的产生、腐蚀机理及危害226

11.2.1 杂散电流的产生226

11.2.2 杂散电流的腐蚀机理226

11.2.3 杂散电流的危害228

11.2.4　杂散电流分布的一般规律228

11.3　杂散电流腐蚀防护措施和监测手段233

11.3.1 杂散电流腐蚀防护措施233

11.3.2　杂散电流腐蚀防护的监测手段239

11.4　对相关专业的要求241

11.4.1 对牵引供电专业的要求241

11.4.2 对轨道专业的要求241

11.4.3 对主体结构的要求242

11.4.4 对各种电缆及金属管线的要求242

11.4.5　对运营管理的要求242

11.5　收集网截面计算242

12　电力监控系统244

12.1 概述244

12.2　一般要求245

12.3　系统构成245

12.3.1 采用分立系统建设模式时的系统构成245

12.3.2 采用综合监控系统建设模式时的系统构成246

12.4　监控对象247

12.4.1　66～110kV设备247

12.4.2　主变压器249

12.4.3 10～35kV设备249

12.4.4 直流750V或直流1500V设备251

12.4.5　400V设备252

12.4.6 配电变压器253

12.4.7 交直流电源屏254

12.4.8　排流柜254

12.4.9　轨道电位限制装置254

12.5　技术指标255

12.5.1 控制中心主站系统技术指标255

12.5.2 变电所综合自动化系统技术指标255

12.6　中央监控系统256

12.6.1 中央监控系统的功能256

12.6.2 中央监控系统网络配置方案267

12.6.3 中央监控系统硬件配置方案268

12.6.4 系统软件配置方案269

12.6.5 系统机房及调度大厅设备安装及布置原则269

12.6.6 系统电源及接地270

12.7　供电复示系统270

12.7.1 系统功能270

12.7.2 系统构成271

12.7.3　通道方案271

12.8　通道272

12.8.1 电力监控系统独立设置时的通道要求272

12.8.2 电力监控系统集成于综合监控系统时的通道要求272

12.9 电力监控系统与综合监控系统的关系及接口272

12.9.1 系统间硬件关系及接口分界272

12.9.2 系统间软件关系273

12.9.3 电力监控系统与综合监控系统关系综述273

12.9.4 电力监控系统设计内容274

13　接地与过电压保护275

13.1 概述275

13.2　接地276

13.2.1　接地的分类276

13.2.2　综合接地和等电位联结277

13.2.3　交流供电系统的接地279

13.2.4 直流牵引供电系统的接地283

13.2.5　接地装置及接地电阻要求284

13.3　过电压保护289

13.3.1 过电压的分类289

13.3.2 电气设备的绝缘配合292

13.3.3 过电压的保护293

13.3.4　接地与过电压保护方案295

13.3.5　钢轨电位限制装置方案296

14　电缆选择及敷设299

14.1　概述299

14.2　电力电缆选择299

14.2.1 电力电缆类型选择300

14.2.2 电力电缆截面选择304

14.2.3 电缆附件的选择与配置310

14.3　控制电缆选择312

14.3.1 控制电缆要求312

14.3.2　控制电缆的金属屏蔽312

14.3.3 控制电缆的接线要求312

14.3.4 控制电缆芯数和根数的选择313

14.3.5　控制电缆截面的选择313

14.4　电缆敷设315

14.4.1 电缆敷设一般要求315

14.4.2　城市轨道交通电缆敷设316

14.4.3 电缆的支持与固定321

15　主要设备选择324

15.1　概述324

15.2　设备的分类、功能和型式325

15.2.1　设备分类325

15.2.2 设备的功能和型式325

15.3　设备的技术发展330

15.3.1 高压GIS设备330

15.3.2 中压开关设备331

15.3.3　低压开关设备333

15.3.4　直流开关设备335

15.3.5　微机保护装置336

15.3.6　牵引整流机组336

15.3.7　主变压器340

15.3.8 配电变压器340

15.4　主要技术参数342

15.4.1 交流开关设备的正常使用条件343

15.4.2 交流开关设备的额定值344

15.4.3 直流开关设备的主要技术参数346

15.4.4　微机综合保护装置的主要技术参数347

15.4.5 牵引整流机组的主要技术参数348

15.4.6　配电变压器的主要技术参数349

15.4.7　设备参数示例351

16　变电所设备平面布置357

16.1　概述357

16.2　变电所的主要设备357

16.3　变电所总体布置358

16.3.1 主变电所的总体布置358

16.3.2 牵引降压混合变电所的总体布置359

16.3.3 降压变电所的总体布置363

16.4　变电所设备布置364

16.4.1 主变电所的设备布置365

16.4.2 牵引降压混合变电所的设备布置366

16.4.3 降压变电所的设备布置371

16.5　孔洞预留及基础预埋373

16.5.1 变压器设备的孔洞预留和基础预埋373

16.5.2　开关设备的孔洞预留和基础预埋374

16.5.3　直流设备的绝缘安装375

16.5.4　设备荷载376

16.6　对相关专业的要求377

17　供电计算与分析380

17.1　概述380

17.2　牵引供电计算380

17.2.1 计算方法简介381

17.2.2　运行图法381

17.2.3　平均运量法386

17.2.4　牵引整流机组容量计算的说明391

17.2.5 牵引网电压损失计算的说明392

17.2.6 走行轨对地电位计算的说明393

17.3　配电变压器容量计算394

17.3.1 计算意义394

17.3.2　计算内容394

17.3.3 计算方法394

17.3.4　计算示例395

17.4　交流系统短路计算396

17.4.1　计算意义396

17.4.2　计算内容397

17.4.3 计算方法397

17.4.4 计算示例400

17.5　直流系统短路计算402

17.5.1 计算意义403

17.5.2　计算内容403

17.5.3 计算方法403

17.5.4　计算示例413

17.6　继电保护整定计算415

17.6.1 计算意义415

17.6.2　计算内容415

17.6.3　计算方法416

17.7　蓄电池容量计算428

17.7.1　计算意义428

17.7.2　计算方法428

17.7.3　计算示例428

17.8　系统电气参数选择431

17.8.1 牵引整流机组参数431

17.8.2 直流牵引供电回路时间常数435

17.8.3 直流快速开关分断能力437

18　节能设计440

18.1 概述440

18.2　供电系统能耗分析441

18.2.1 用电分析441

18.2.2 能耗计算441

18.2.3　单位能耗442

18.2.4　容量指标443

18.3　供电系统设计与节能445

18.3.1 系统设计与节能445

18.3.2 设备选择与节能449

18.3.3 列车再生制动能量利用450

18.3.4 国内车辆再生制动能量吸收装置应用454

18.4　其他节能措施简介456

18.4.1 线路456

18.4.2　行车457

18.4.3 车辆457

18.4.4　通风空调系统458

18.4.5　给排水系统458

18.4.6 自动扶梯458

18.4.7　信号系统458

18.4.8 自动售检票系统459

18.4.9 BAS系统459

18.4.10　轨道459

19　设计应用实例460

19.1　北京地铁10号线一期工程供电系统460

19.1.1　工程概况460

19.1.2　供电系统构成460

19.1.3　其他466

19.2　上海地铁2号线一期工程供电系统471

19.2.1　工程概况471

19.2.2　供电系统构成471

19.2.3　运行方式474

19.2.4　其他476

19.3　广州地铁2号线工程供电系统477

19.3.1　工程概况477

19.3.2　供电系统构成478

19.3.3　运行方式480

19.3.4　其他481

19.4　武汉轨道交通1号线一期工程供电系统482

19.4.1　工程概况482

19.4.2 供电系统构成482

19.4.3　运行方式486

19.4.4　其他488

19.5　德黑兰地铁1、2号线工程供电系统489

19.5.1　工程概况489

19.5.2　供电系统构成489

19.5.3　运行方式490

19.5.4　其他497

参考文献499

后记502