城轨供电系统课程设计.doc

课程名称：城轨供电系统设计题目： 城轨供电系统方案设计 院 系： 电气工程系 专 业： 城轨供电 学 号： 2 姓 名： 指导教师： 西南交通大学峨眉校区2015年 6月20日课 程 设 计 任 务 书专 业 城规供电 姓 名 学 号 开题日期：2015年5月1日 完成日期：2015年6月 日题 目 城轨供电系统方案设计 一、设计的目的 城市轨道交通供电系统设计贯穿于地铁线路建设、运营维护的始终，是整个过程中关键的环节。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、设计的内容及要求设计内容： （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）完成牵引变电所及降压变电所设置及容量选择；（6）完成供电分区划分及中压网络设置。 设计要求： （1）完成供电系统大图（含变电所设置及容量选择），要求手工图或CAD图一份；（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 日附：原始资料1.概况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，其线路如下图1所示。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。图1 七号线线路示意图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20092013年广州电网规划，20092013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。表1 7号线一期工程沿线既有220kV、110kV变电站分布序号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2×502平安4×240祈福2×40+503华碧3×240礼村2×504城北2×403.各站间距各站名及间距如下表2所示。表2 站名及间距站名站间距（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2所示。图2 七号线及其它线路分布图5.七号线区间（距离、时分、能耗）统计数据七号线区间（距离、时分、能耗）统计数据如下表3所示。表3 区间（距离、时分、能耗）统计数据注： 其中A、E、J为换乘站 停车、距离、时分、能耗单位分别为秒（s）、米（m）、秒（s）、千瓦时（kW·h）目录一、 设计目的与意义2二、 设计方法和思路2三、 主变电站及外部电源21. 外部电源采用集中供电方式21) 集中式供电22) 分散式供电33) 混合式供电32. 主变电所选址43. 主变电所的电气主接线44. 主变电所设置4四、 各变电所安排51) 牵引变电所52) 降压变电所53) 变电所整体布点方案5五、 变电所容量计算61、牵引变电所的计算6i. 单位指标法6ii. 平均运量法62.降压变电所的计算62.1正常运行方式62.2一座主变电所（或电源开闭所）退出运行方式63.各相关计算公式64.容量选择8附录:9正文：一、 设计目的与意义城市轨道交通供电系统设计贯穿于地铁线路建设、运营维护的始终，是整个过程中关键的环节。作为一名城市轨道交通供电专业的大学生，通过本设计学会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、 设计方法和思路本设计的原始资料中给出了广州地铁七号线的相关资料，特别具体给出了其一期工程项目的车型、编组、区间（距离、时分、能耗）等相关数据，可以据此设计出此项目所需的外部电源、各变电所的选址及其容量。三、 主变电站及外部电源1. 外部电源采用集中供电方式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45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。综上，外部电源采用集中供电方式的优点有：可靠性高，供电质量好，对城市电网的影响小，运营优势大，实施相对容易。故采用集中供电方式。2. 主变电所选址主变电所选址原则:1) 靠近负荷中心,邻近城市轨道交通线路布置2) 满足中压网络电缆压降要求3) 满足城市轨道交通供电网络规划中主变电所资源共享要求4) 与城市规划、城市电网规划相协调5) 可独立设置，也可和建6) 便于电缆线路引入，引出7) 便于设备运输8) 注意选择适宜的地理环境，并考虑与周围设施的相互影响3. 主变电所的电气主接线线路变压器组接线内桥接线中压侧主接线4. 主变电所设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。又考虑到二期工程项目的建设，以及原始资料中南给出的七号线线路及其它线路分布图，选址在钟村站和金坑站。同时适应了广州轨道交通建设的网络化发展，为网络共享提供便利。四、 各变电所安排1) 牵引变电所由原始资料中站名及间距的表格2，可计算出一期工程的总长度为17.284km，设牵引变电所的平均距离为4km，则由单位指标法可得牵引变电所数量n为：牵引变电所布点的方法有两种：1)以线路中间车站设牵引变电所为布点基点，如图（a）所示2)以线路末端车站设牵引变电所为布点基点，如图（b）所示图（a）图（b）由于方法1)适用于各车站的站间距相差较大的线路，而在第一期的项目中各车站间距相差不大，相差最大的两个车站在一期项目的端头，不适合以中间车站设为基点。因此本设计采用适用于各车站的站间距相差较小的方法2），同时根据牵引网最大电压损失允许值确定线路末端牵引变电所及相邻牵引所的位置，以此向线路中央靠拢。最终还要考虑线路末端牵引变电所与车站相结合，于是选择牵引变电所布点在广州新客站、谢村站、汉溪长隆站、官堂站、市头站、新造站。2) 降压变电所一般每个车站设一座降压变电所，因此一期工程中十个车站各设置一座降压变电所。3) 变电所整体布点方案综合以上布点方案，最终确定的变电所布点地址如下：表2 变电所整体布点方案站点标号A（换乘站)BCDE（换乘站）站名广州新客站石壁东站谢村站钟村站汉溪长隆站变电所牵引变电所主变牵引混合所站点标号FGHIJ（换乘站）站名鹤庄站官堂站金坑站市头站新造站变电所牵引变电所主变电所牵引变电所牵引变电所五、 变电所容量计算1、牵引变电所的计算i. 单位指标法地铁建设前期，为可行性研究、总体方案设计提供保证，采用单位指标法确定一期项目总线路牵引变电所的数量、容量及年用电量。首先确定计算条件。由于本设计中高峰小时车流密度为1520对/小时，比目前地铁通用设计规范30对/小时稍小一些，因此单位安装指标，同样适用于小交路情形。ii. 平均运量法平均运量法是建立在概率论基础上，根据列车运行的规律性，由列平均电流、有效值计算馈线电流、有效值，最后利用方差定律计算牵引所有效电流。基本假设以后，确定原始条件，根据列车电流曲线法等方法计算出列车电流间断系数等数值。虽然在实际的运营中，一期工程项目中的牵引变电所都会是双边供电，但是在原始资料中在线路两端的A、J站只提供了单边的数据，所以在计算中除两端的A、J站按照单边供电计算，中间各所都按照双边供电计算。经校验，列车起动最大电压损失均小于500V，牵引整流机组的容量没有超过估算的150%，且利用起动时的最大电压损失计算得到的走行轨对地电位均小于90V，则可以说明在轨上任意一点对地电位差都小于90V，符合城市轨道交通直流牵引系统规定。2.降压变电所的计算2.1正常运行方式正常运行方式下，变电所承担全部牵引负荷和动力照明负荷。2.2一座主变电所（或电源开闭所）退出运行方式一座主变电所（或电源开闭所）解列退出运行方式下，相邻主变电所（或电源开闭所）向该主变电所（或电源开闭所）提供必要的用电负荷。3.各相关计算公式 A.列车质量： x=4 4动 y=2 2拖B.列车单位能耗法求列车区间平均电流：C.列车单位能耗法求列车带电运行平均电流：D.列车区间电流间断系数：E.单行区间平均列车对数：F.牵引变电所双边供电馈线平均电流：G.牵引变电所馈线有效电流:H.牵引变电所母线有效电流:I.功率损耗:J.最大平均电压损失:K.走行轨电压损失:L.牵引所功率:M.牵引所容量:4.容量选择综上，钟村主变电所容量选取为2*20MVA，详细计算见excel中，下面附上excel的部分计算结果附录:7号线一期工程沿线既有220,110kV变电站分布220kV变电站富山3*240720平安4*240960华碧3*240720110kV变电站南浦2×50100祈福2×40+50130礼村2×50100城北2×4080站名及间距广州新客站-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-牵引网额定电压Uc(KV)牵引网单位阻抗r(/km)列车单位能耗A(kw*h/(t*km)走行轨单位电阻r_z(/km)接触网单位电阻r_j(/km)线路单位电阻(/km)线路单位电抗(/km)1.50.01350.060.020.020.0910.087广铁7号线总长/km17.284列车重量/t291单位安装指标sd6.5正线线路总安装容量/KVA32692.686单位安装容量/KVA/km1891.5总牵引负荷/KW27663.042单位牵引负荷/KW/KM1600.5牵引变电所数量/座5每座牵引变电所容量/KVA6538.5372单位年用电量/KWH/KM3084483.6线路全年用电量/KMH53312214.54