城市轨道交通供电系统设计原理与应用PDF电子书下载

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