付愛明+劉哲淵
摘 要:地鐵供電系統(tǒng)由外部電源,主變電所(或電源開閉所)、牽引供電系統(tǒng)、變配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)(SCADA)組成。外部電源來自城市電網(wǎng),可采用集中式、分散式、混合式等形式,外部電源的電壓等級(jí)一般為110KV或10KV。地鐵供電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著地鐵運(yùn)行所需電能的傳輸與供應(yīng),是地鐵安全,可靠運(yùn)行的重要保證。
關(guān)鍵詞:地鐵供電系統(tǒng);地鐵中壓配電網(wǎng)絡(luò)
1 地鐵中壓配電網(wǎng)絡(luò)
地鐵中壓配電網(wǎng)絡(luò)是通過中壓電纜,縱向上把主變電所和牽引變電所、降壓變電所連接起來,橫向上把全線的各個(gè)牽引變電所、降壓變電所連接起來而形成的配電網(wǎng)絡(luò)。
中壓配電網(wǎng)既為牽引變電所供電(即牽引配電網(wǎng)絡(luò))。有位降壓變電所供電(即降壓配電網(wǎng)絡(luò))。
1.1 集中供電方式
根據(jù)用電容量和線路長短,在地鐵沿線設(shè)置專用的主變電所,這種由主變電所構(gòu)成的供電方案,稱為集中式供電。集中式供電方案下的配壓電網(wǎng)絡(luò)可分為牽引-降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)和牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)兩種形式。
(1)牽引—降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)
牽引—降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)即牽引配電網(wǎng)絡(luò)和降壓配電網(wǎng)絡(luò)相互獨(dú)立的中壓網(wǎng)絡(luò)形式。對(duì)于牽引—降壓獨(dú)立網(wǎng)絡(luò),牽引配電網(wǎng)絡(luò)和降壓配電網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)不同,牽引配電網(wǎng)絡(luò)電壓為35KV,降壓配電網(wǎng)絡(luò)電壓為10KV。
全線的降壓變電所被分為成若干個(gè)分區(qū),每個(gè)分區(qū)一般不超過3個(gè)車站;每一個(gè)分區(qū)均從主變電所的35/10KV變壓器,就近引入兩路10KV電源;每座降壓變電所的兩路電源分別由主變電所或相鄰降壓變電所10KV不同母線引入,接至兩段母線,同時(shí)在降壓變電所的每段母線設(shè)一路出現(xiàn),向相鄰降壓變電所供電;在各分區(qū)設(shè)有網(wǎng)絡(luò)開關(guān),正常運(yùn)行時(shí)刻開關(guān)分?jǐn)?,形?0KV開口雙環(huán)網(wǎng)供電形式。
(2)牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)
牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)是指牽引配電網(wǎng)絡(luò)和降壓配電網(wǎng)絡(luò)公用的一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中壓網(wǎng)絡(luò)形式。當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)采用牽引—降壓混合變電所。牽引-降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)電壓可以為35KV或10KV,因35KV輸電容量大、距離長,故一般采用35KV級(jí)。
全線的牽引—降壓混合變電所及降壓變電所被分成若干個(gè)分區(qū),每個(gè)分區(qū)一般不超過3個(gè)車站;每一個(gè)分區(qū)均從主變電所35(10)KV的不同母線就近引入兩路35(10)KV電源,中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式;兩個(gè)主變電所之間的分區(qū)間通過環(huán)網(wǎng)點(diǎn)電纜聯(lián)絡(luò)。
1.2 分散供電方式
根據(jù)城市電網(wǎng)的特點(diǎn),在地鐵沿線直接由城市電網(wǎng)引入多路電源構(gòu)成的供電形式,成為分散式供電。這種供電方式的電壓一般為10KV,要求的接線方式有一下四種。
(1)全線的牽引—降壓混合變電所、降壓變電所被分成若干分區(qū),每個(gè)分區(qū)一般不超過3個(gè)車站;每一個(gè)分區(qū)均從城市電網(wǎng)就近引入兩路10KV電源,兩路電源可以來自不同的地區(qū)變電所,也可以來自同一地區(qū)變電所的不同母線;中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線方式;兩個(gè)相鄰分區(qū)之間通過兩路環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)。
(2)全線的牽引—降壓混合變電所,每兩個(gè)分成一組。每一組均從城市電網(wǎng)引入兩路來自不同地區(qū)變電所的10KV電源,分別作為兩個(gè)牽引—降壓混合變電所的主電源,同時(shí)同一組的兩個(gè)牽引—降壓混合變電所之間設(shè)雙路聯(lián)絡(luò)電纜,實(shí)現(xiàn)電源互為備用;相鄰兩組牽引—降壓混合變電所之間設(shè)單路聯(lián)絡(luò)電梯,增加系統(tǒng)的供電可靠性;無牽引變電所的車站,其降壓變電所的10KV電源可由相鄰牽引—降壓混合變電所的兩段10KV母線提供。
(3)全線除末端牽引—降壓混合變電所從城市電網(wǎng)直接引入兩路10KV電源以外,其余牽引—降壓混合變電所均從城市電網(wǎng)引入一路10KV電源,這路電源既是本變電所的主電源,又是相鄰變電所的備用電源。
(4)全線設(shè)有若干座電源開閉所,每座開閉所由城市電網(wǎng)的不同地區(qū)變電所引來兩路10KV電源,開閉所可以與車站變電所合建。全線的牽引—降壓混合變電所、降壓變電所被分成若干個(gè)分區(qū),每個(gè)分區(qū)一般不超過4個(gè)車站,每個(gè)分區(qū)由一個(gè)電源開閉所供電。在兩個(gè)相鄰電源開閉所之間,設(shè)置起聯(lián)絡(luò)作用的牽引—降壓混合變電所,其電源分別來自其兩側(cè)的電源開閉所,并通過在這種變電所的母線段上設(shè)置與電源開閉所間的專用聯(lián)絡(luò)電纜,將相鄰的兩個(gè)電源開閉所聯(lián)系起來。
1.3 混合供電方式
將集中式供電與分散式供電結(jié)合起來構(gòu)成的供電方式成為混合供電。這種方式一般以集中式供電為主,個(gè)別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中式供電的補(bǔ)充,使中壓配電網(wǎng)絡(luò)更加完善和可靠。
2 降壓變電所
2.1 降壓變電所的設(shè)置與形式
根據(jù)不同的地鐵車站,降壓變電所可采用多種型式。
(1)一所型式
車站只設(shè)一座降壓變電所,位于重負(fù)荷一端。車站所有重要的一、二級(jí)負(fù)荷及容量較大的三級(jí)負(fù)荷均從所內(nèi)以放射式供電。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),標(biāo)準(zhǔn)的地下雙層車站,降壓變電所送出回路在80-90個(gè)。除冷凍站以外,由于車站兩段負(fù)荷一般分布較為均勻,故遠(yuǎn)離降壓變電所一段的供電回路約占一半左右。
(2)一主所一跟隨所型式
在車站一端設(shè)一座主降壓變電所,另一端設(shè)一座跟隨式降壓變電所(跟隨所電源引自設(shè)在主降壓變電所的高壓開關(guān)室)。主所、跟隨所的高壓進(jìn)線均為兩路獨(dú)立電源,引自不同的饋線回路,互不干涉,即為并列關(guān)系的兩座降壓變電所。因此,兩者低壓間亦不存在聯(lián)系,各負(fù)擔(dān)本端的負(fù)荷用電。
(3)一所一室型式
在車站一端設(shè)一座降壓變電所,另一端設(shè)一座低壓配電室。與一主所一跟隨所型式不同的是,低壓配電室替代了跟隨所。以車站中心分界,降壓變電所與低壓配電室各負(fù)責(zé)本端的負(fù)荷供電(除單臺(tái)容量較大的設(shè)備外)。低壓配電室的電源引自降壓變電所低壓側(cè),因此兩者的一、二級(jí)負(fù)荷母線為并列關(guān)系。
2.2 降壓變電所的電氣設(shè)計(jì)
(1)主接線
降壓變電所一般設(shè)在車站的負(fù)荷中心,擔(dān)負(fù)本車站和相鄰區(qū)間的全部動(dòng)力、照明用電。地鐵動(dòng)力、照明負(fù)荷大多味一、二級(jí)負(fù)荷,因?yàn)榻祲鹤冸娝仨毎磧陕藩?dú)立電源供電設(shè)計(jì)。
(2)控制、繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置
a.降壓變電所35(10)KV斷路器采用SCADA遠(yuǎn)動(dòng)控制、變電所集中控制和地控制;0.4KV進(jìn)線、斷路器和三級(jí)負(fù)荷總開關(guān)采用SCADA遠(yuǎn)動(dòng)控制和就地控制;自動(dòng)扶梯饋線開關(guān)帶脫扣期,按鈕與FAS系統(tǒng)輸出繼電器的常開接點(diǎn)并聯(lián),以實(shí)現(xiàn)火災(zāi)情況下FAS系統(tǒng)可將其斷開。
b.繼電保護(hù)
繼電保護(hù)要滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速凍性要求,并力求簡化保護(hù)配置;供電系統(tǒng)各級(jí)保護(hù)應(yīng)考慮配合關(guān)系。
降壓變電所35(10)KV系統(tǒng)的繼電保護(hù)裝置采用微機(jī)型綜合保護(hù)測控單元,實(shí)現(xiàn)保護(hù)、測量、信息采集與控制、開關(guān)間的互鎖與聯(lián)動(dòng)、通信等功能,通過光纖以太網(wǎng)絡(luò)接口接入全所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)并上傳至控制中心,保護(hù)功能具有獨(dú)立性,不依賴與網(wǎng)絡(luò)。
c.自動(dòng)裝置
35(10)KV、0.4KV短路器設(shè)置自動(dòng)投入裝置/功能,自動(dòng)投切功能可在當(dāng)?shù)?遠(yuǎn)方進(jìn)行投入/退出。交流所用電斷路器設(shè)置自動(dòng)投入、進(jìn)線設(shè)來電自復(fù)功能。直流所用電的兩路交流進(jìn)線設(shè)置自動(dòng)投入功能。
(3)測量和計(jì)量
變電所的所有測量和計(jì)量均在開關(guān)柜當(dāng)?shù)仫@示并通過變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)將主要數(shù)據(jù)送到控制中心。
(4)功率因素補(bǔ)償
變電所采用低壓集中自動(dòng)補(bǔ)償方式,每段0.4KV母線上裝設(shè)電容自動(dòng)補(bǔ)償裝置,對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行武功功率補(bǔ)償,使補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于0.9。
(5)所用電系統(tǒng)
a.交流所用電系統(tǒng)
交流所用電系統(tǒng)由降壓變電所0.4KV兩段母線分別引入相互獨(dú)立的兩路電源,作為交流所用電系統(tǒng)的進(jìn)線電源,兩路電源互為備用。
b.直流所用電系統(tǒng)
直流所用電系統(tǒng)用于提供降壓變電所控制、操作、繼保電源及事故照明電源。
(6)過電壓保護(hù)、防雷與接地
a.過電壓保護(hù)
供電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中會(huì)遭受暫態(tài)過電壓、操作過電壓、雷電過電壓的侵襲,使設(shè)備絕緣直接破壞或不斷劣化,最終引發(fā)事故。
b.防雷與接地
考慮雷電過電壓下的絕緣配合合理,受避雷器保護(hù)的設(shè)備,其額定雷電沖擊耐受電壓不低于避雷器的雷電沖擊保護(hù)電壓乘以配合因數(shù)KC,一般取KC≥14。接地網(wǎng)的接地電阻小于0.5歐姆;降壓變電所內(nèi)做局部等電位連接。
結(jié)論
通過本文的分析可以得到:一般換乘站、帶折返線的車站以及車站長度超過200的大規(guī)模車站,由于其符合容量較大,供電距離較長,設(shè)置一主所一跟隨所的方案較為合理;車站長度低于200的一般車站,在節(jié)約投資的前提下,一所型式即可滿足供電方案。而一所一室型式由于沒有突出的優(yōu)點(diǎn)采用的并不多。
參考文獻(xiàn)
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