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1、地铁牵引供电系统设计The Design of Subway Power Supply System摘要牵引供电系统是城市轨道交通系统中最为重要的根底能源设施，其功能是为轨道交通系统中的电力车辆供电，确保轨道交通列车车辆的正常运行。通过对供电方案的比较，*地铁供电系统承受集中供电方式，系统包含电业局地区变电所与轨道交通主变电所之间的输电线路、轨道交通供电系统内部牵引降压输配电网络、直流牵引供电网和车站低压配电网；牵引供电系统由主变电所、高压/中压供电网络、牵引供电系统、电力监控系统、接触网系统、杂散电流防护和接地系统、供电车间等组成。轨道交通供电系统的主要功能如下：承受、安排电能：主变电所的主
2、变压器将 110KV 高压电变换成 20KV 中压电、20KV 供电网络将电能安排到每一个车站和车辆段内的牵引变电所和降压变电所。关键字：集中供电方式 牵引变电所DC1500V 接触轨20kV 中压AbstractTraction power supply system of urban rail transit system is the most important basic energy facilities, its function is providing power for rail transit system, ensure the normal operation of
3、rail transit vehicle. Through the comparison of the power supply scheme, shijiazhuang metro power system uses centralized power supply mode, system contains the transmission lines between area substation and rail traffic main substation, Traction step-down power transmission and distribution network
4、 of rail transport power supply system, DC traction supply network and station low voltage distribution network; tractive power supply system is composed of main substation, high-pressure/medium voltage power supply network, tractive power supply system, electric power monitoring and management syst
5、em, overhead contact system, stray current protection and grounding system, Power supply workshop and so on.The main function of rail transport power supply system is in the below:Accept, distribution of the main substation power: main transformer will convert to a 20KV 110 kv high-voltage power sup
6、ply network in 20KV piezoelectric, energy allocated to each station and maximize the traction substation and step-down in substation.Key words: entralized power supply system traction substation DC1500V contact rail 20kV medium voltage目 录第 1 章 绪论41.1 供电系统的功能41.2 供电系统的构成51.3 供电系统电磁兼容6第 2 章 电源与主变电所72.
7、1 电源72.2 主变电所92.3 中压供电网路10第 3 章 牵引供电系统113.1 牵引供电运行方式113.2 牵引供电系统保护143.3 牵引变电所183.4 牵引网21第 4 章 杂散电流224.1 概述234.2 杂散电流的产生234.3 杂散电流的防护23第 5 章 牵引供电计算245.1 概述245.2 平均运量法255.3 用平均运量法对罗家庄牵引变电所的计算26第 6 章 直流短路计算296.1 概述296.2 电路图法306.3 对罗家庄站两边的供电区间进展短路计算32第 7 章 结论34参考文献35谢辞错误!未定义书签。附录36-3-第 1 章 绪论1.1 供电系统的功能
8、1.1.1 全方位的效劳功能地铁供电系统是为地铁安全运营效劳的，保证地铁的全部电气用户安全、牢靠的用电是他的职责。在地铁这个浩大的用电群体中，用电设备有不同的电压等级、不同的电压制式，既有固定的，也有时刻在变化着的，供电系统就是要满足这些不同用途的用电设备对电源的不同需求，使地铁的每种用电设备都能发挥自己的功能和作用， 保证地铁安全牢靠的运营。1.1.2 故障自救功能在系统中，发生任何一种故障，系统本身都应有备用措施，以保证地铁的正常运行不受影响。双电源是构成地铁供电系统的主要原则，主变电所、牵引变电所和降压变电所为双电源、双机组对动力照明的一、二级负荷承受双电源、双回路供电，牵引网同一馈电区
9、间承受双边供电方式，当一座牵引变电所故障解列时，靠两相邻变电所的过负荷力量对牵引网进展大双边供电，保证列车可以正常运行不受影响。1.1.3 系统的自我保护功能对牵引供电系统而言，为保证旅客的安全，保护的速动性是第一位的，起保护的原则是“宁可误动作，不行不动作”，误动作可以用自动重合闸校正，而保护不动作则很危急，由于直流电弧在不切断电源时可以长时间维持，从而威逼旅客安全。地铁供电系统中压沟通侧保护，应和城市电网的保护相协作和协调，因此其保护的选择性也受到制约。1.1.4 防止误操作功能系统中任何一个环节的操作都应有相应的联锁条件，不允许由于误操作而导致发生故障。尤其是各种隔离开关，或手车式开关的
10、隔离触头，都不允许带负荷操作。防止误操作，是使系统安全、牢靠的运行不行缺少的环节。1.1.5 便利敏捷的调度功能-4-系统应能在掌握中心进展集中掌握、监视和测量，并能依据运行需要，便利敏捷的进展调度，变更运行方式，安排符合潮流，是系统的运行更加经济合理。系统发生故障时，电力调度可以对供电分区进展调度和调整，以到达安全牢靠、经济运行的目的。1.1.6 完善的掌握，显示和计量功能系统应能进展就地和远动掌握，并可以便利地进展操作转换，系统各环节的运行状态应有明显的显示。各种信号显示应准确，事故信号、预报信号分别显示。牵引用电和动力照明用电应分别计算，以利于对用电指标进展考核与经济分析。1.1.7 电
11、磁兼容功能地铁是强电、弱电多个系统共存的电磁环境，为了使各种设备或系统在这个环境中能正常工作，且不对该环境中其它设备、装置或系统构成不能承受的电磁骚扰各种电器和电子设备的系统内部以及和其他系统之间的电磁兼容显得尤为重要。供电系统及其设备在地铁这个电磁环境中，首先是作为电磁骚扰源存在的，同时也是敏感设备。在地铁的电磁环境中，供电系统与其它设备、装置或系统应是电磁兼容的。在技术上应实行措施，抑制骚扰源、消退或减弱电磁耦合、提高敏感设备的抗干扰力量， 以到达各系统的电磁兼容，是地铁安全牢靠地运行。1.2 供电系统的构成地铁供电电源通常取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换
12、，然后以适当的电压等级供给地铁各类设备。依据用电性质的不同，地铁供电系统可分为两局部：由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主组成的动力照明供配电系统。1.2.1 牵引供电系统牵引供电系统主要由主变电所、牵引变电所、接触网、电力监控、供电缆网等组成。供给地铁车辆的牵引动力电源，专为电动车辆效劳。1.2.2 供配电系统动力照明供配电系统主要由降压变电所、低压母线排、配电设备、线缆、用电设备等组成。供给地铁机电设备动力电源和照明电源，如车站和区间的动力、照明及-5-其他为地铁效劳的自动化用电设施。1.3 供电系统电磁兼容在地铁这个电磁环境中，应首先争论构成电磁兼容的三要素骚扰源、耦合途
13、径、敏感设备。实行必要的措施，以抑制骚扰源、消退或减弱电磁耦合、提高敏感设备的抗干扰力量。1.3.1 抑制骚扰源供电系统不仅是地铁的能源设施，同时也是作为电磁干扰源而存在。牵引供电系统产生的谐波和杂散电流就属于地铁这个电磁环境中的骚扰源。(1) 谐波抑制 谐波是牵引供电系统由沟通变为脉动直流时必定要产生的高次沟通成分，沟通成分的脉波数和大小与整流的脉波数有关。它所产生的谐波通过传导耦合对系统中的其它用电设备存在有害的影响。因此，把这种危害降到能容忍的程度，是牵引供电系统必需要解决的问题。增加整流的脉波数是格外有效的方法。目前国内地铁普遍承受等效 24 脉波整流来尽量减小对系统中其他用电设备的电
14、磁骚扰。(2) 杂散电流抑制 直流牵引网承受接触网正极送电，走行轨负极回流，随着列车的运行，绝大局部回流电流沿着走行轨流回牵引变电所，同时也不行避开的要从走行轨向地下泄漏电流。杂散电流的大小主要取决于走行轨的对地电位和走行轨对地过渡电阻的大小。相应的抑制杂散电流的措施主要有以下几项：牵引供电系统承受双边供电方式；上下行走行轨并联，减小走行轨电阻； 走行轨绝缘安装；道床的排水沟设在列车运行方向的右侧；敷设杂散电流收集网。1.3.2 消退或减弱电磁耦合(1) 屏蔽 屏蔽并接地是消退或减弱感应骚扰和辐射骚扰的唯一途径。供电系统的全部设备外壳均应承受封闭式金属铠装柜体，并牢靠接地。这样既可以防止外来的
15、电磁干扰，又可以使设备本身产生的电磁骚扰不向外辐射；设备内部的电子器件及其连线和接头都应做好密闭和屏蔽；掌握用电缆承受屏蔽电缆，其屏蔽层一点接地；电力电缆承受钢带铠装绝缘外护套电缆，钢带在变电所一点接地。(2) 电缆敷设尽可能加大不同电压等级电缆的间距，减小辐射耦合和感应耦合；强、弱电电缆分侧敷设；高压、低压、掌握电缆分层敷设；金属电缆托架应牢靠接地。-6-1.3.3 提高敏感设备的抗干扰力量(1) 防雷 对于雷电现象，供电系统属于敏感设备，在技术上应严加防范。空旷地面高架桥设避雷线，保护高架桥、接触轨、区间电缆。地面变电所的中压母线、低压母线、直流正负母线均设避雷器。(2) 接地变电所设综合
16、接地装置，需要接地的设备或系统分别用接地线引到接地母线上；变电所接地电阻为 0.5以下；电力变压器中性点直接接地，低压系统承受TN-S 系统；需要屏蔽的设备外壳及电缆屏蔽均需接地。第 2 章 电源与主变电所2.1 电源电源由城市电网引入，地铁供电系统对于城市电网是用户，对地铁的各类负荷又是电源。城市电网对地铁的供电方式主要有三种形式，到底承受哪种供电方式，主要取决于城市电网的构成、分布及电源的容量。2.1.1 集中供电方式集中供电方式是指城市电网通常是 110kV 或 63kV 电压等级向地铁的专用主变电所供电，主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电，地铁自身组成完整的供电网络系统。主变
17、电所应有两路独立的电源。目前国内承受集中供电方供电的城市多为图 2-1 所示。图 2-1集中供电方式举例-7-2.1.2 分散式供电分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网通常是 10kV 电压等级分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。其前提条件是城市电网在地铁沿线有足够的变电站和备用容量，并能满足地铁牵引供电的牢靠性要求。如早期的北京地铁实行的就是这种供电方式。分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所皆能获得双路电源。分散式供电系统如图 2-2 所示。图 2-2分散供电方式举例2.1.3 混合式供电分散与集中相结合的供电方式是上述两种供电方式的结合，可充分利用城市电网的资源，节约投资，
18、但供电牢靠性不如集中供电方式，治理亦不够便利。混合式供电系统如图 2-3 所示。图 2-3混合供电方式举例2.1.4 *地铁一号线供电方式选择与分析*地铁一号线选择集中供电方式。集中供电方式的优点主要有：供电牢靠性高， 可提高地铁供电的敏捷性，受外界因素影响较小。二号线是*市南北向交通的主动脉，-8-途径水道桥，北国商城，火车站等人流密集区对于供电牢靠性的要求很高。主变电所承受 110/20kV 有载自动调压变压器，并有专用供电回路，供电质量好， 牵引整流负荷对城市电网的影响小。地铁供电可独立进展调度和运营治理，检修维护工作相对独立便利。只涉及城市电网几个 220kV 变电站的增容改造，工程量
19、较小，相对易于实现。二号线有相当路段途经市郊，电力资源缺乏，变电站较少，承受集中供电方式避开修建过多地区变电站，投资较少。2.2 主变电所主变电所的位置、容量确实定，应依据牵引供电系统计算和供配电系统计算结果确定，最终应征得供电、规划部门确实认。遵循靠近线路、负荷平衡、资源共享的原则，到达节能的效果。主变电所位置的选择，应按下述原则确定：应尽量靠近铁路沿线、接近负荷中心。各主变电所的负荷平衡，并使其两侧的供电距离根本相等。靠近地铁站，以缩短电缆通道的距离，削减和城市地下管网的穿插和干扰，具体位置应与城市供电部门和规划部门共同商讨。应考虑路网规划和其他地铁线路资源共享，并预留电缆通道和容量。主变
20、电所高压侧宜为內桥式接线，设桥路开关，如考虑经济因素，也可以承受线路变压器组接线。中压侧单母线分段，设分段开关，失电压自投，故障闭锁。桥路开关和分段开关正常处于断开状态。为削减占地面积，主变电所应设计成室内式，设两台主变压器和两台自用变压器。主变压器应按地铁远期最大运量设计。地铁用电已实行功率因数补偿措施，主变电所无需设电容补偿装置，依据需要可设置电能有源恢复系统，以补偿 50 次以下谐涉及补偿基波的容性或感性无功电流。主变电所按三级掌握设计，即就地、距离和远动，二次回路应与地铁牵引变电所相协调，承受综合自动化系统。近期为有人值守，条件成熟时也可以考虑无人值守。主变电所宜选用六氟化硫绝缘全封闭
21、组合电器 GIS，以削减占地面积。主变电所的平面布置应紧凑，便于设备运输、安装和运行维护。从主变电所至地铁车站应设电缆通道，电缆通道断面尺寸不小于 2m2m。主变电所宜承受油浸风冷、有载自动调压变压器。依据需要可为三绕组或双绕组构造。图 2-4 中，两路高压电源，两台主变压器可以是线路变压器组接线，也可以内桥-9-接线，中压侧设接地变压器，以限制接地短路电流。图 2-4主变电所主接线主变电所属于一级负荷，全线设 2 座以上主变电所时，地铁有 4 路以上供电电源， 1 座主变电所解列时，相当于双路电源故障，应引入应急电源，其供电区是可以重调度和划分的。2.3 中压供电网路2.3.1 中压供电网络
22、的概念通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所、降压变电所连接起来， 横向把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来，便形成了中压网络。依据网络功能的不同，把为牵引变电所供电的中压网络，称为牵引网络；同样，把为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。中压网络不是供电系统中独立的子系统，但是它却是供电系统设计的核心内容。它的设计牵扯到外部电源方案、主变电所的位置及数量、牵引变电所及降压变电所的位置与数量、牵引变电所与降压变电所的主接线等。2.3.2 中压供电网络的构成原则安全牢靠，经济合理，满足供用电的要求。-10-接线简洁，负荷平衡，保
23、护完善。环网供电，调度便利，误操作时机为零。各种变电所结为双电源，主接线尽可能全都。2.3.3 中压供电网络的电压等级国内既有城市轨道交通的中亚供电网络承受的电压等级为 10kV 和 35kV，20kV电压等级的中压供电网络也在酝酿之中。不同电压等级的中压网络的特点(1) 35kV 中压网络，国家标准电压级。输电容量较大、距离较长；设备来源国内； 设备体积较大，占用变电所面积较大，不利于减小车站体量；设备价格适中；国内没有环网开关，因而不能用(相对于断路器柜)价格较廉价的环网开关，构成接线与保护简洁、操作敏捷的环网系统；广州地铁、上海地铁已经承受。(2) 20kV 中压网络，国际标准电压级。输
24、电容量及距离适中，比 10kV 系统大。设备完全实现国产化；引进MG、ALSTHOM 等技术的开关设备，体积较小，占用变电所面积远小于国产 35kV 设备，有利减小车站体量，节约土建投资；价格适中；有环网单元，能构成接线与保护简洁、操作敏捷的环网系统；国内地铁尚没有承受，但国外地铁多有承受。(3) 10kV 中压网络，国家标准电压级。输电容量较小、距离较短；设备来源国内； 设备体积适中；设备价格较低；环网开关技术成熟、运营阅历丰厚，可用其构成保护简洁、操作敏捷的环网系统；国内外地铁广为承受。2.3.4 *地铁一号线中压供电网络的电压等级选择*地铁一号线选择 20kV 中压网络，由于它的优点在于
25、输送容量较大、设备体积较小、有环网开关、可构成环网供电方式、设备可以国产化且价格适中。而35kV 中压网络设备需要进口，且占地面积大；10kV 中压网络输电容量较小、距离较短增加了变电所数量。第 3 章 牵引供电系统3.1 牵引供电运行方式牵引供电系统由牵引变电所和牵引网两局部组成，两者在运行中应相互协调、统一调度。牵引供电系统依据需要可以有以下几种运行方式：-11-牵引变电所正常为双机组并列运行，以构成等效 24 脉波整流。一台机组退出运行时也可以有条件地单机组运行。系统中允许几座牵引变电所解列退出运行，条件是解列的变电所必需是只少相隔两座牵引变电所。牵引网正常实行双边供电，当一座牵引变电所
26、故障解列退出运行时，应实行大双边供电。只有在末端牵引变电所故障解列时才承受单边供电，如列车在牵引网末端起动时电压降超过允许值，可通过横向电动隔离开关将上下行接触网并联，以减小回路电阻，降低电压损失。3.1.1 牵引供电系统按双边供电设计双边供电是指任何一个馈电区同时从两侧牵引变电所取得两路电源。地铁的牵引供电系统，在正线的设计和运营中，均应承受双边供电方式，由于双边供电具有明显的有点。双边供电是设计必需满足的条件，也是正常运营的首选方式，单边供电不是设计的限制条件。即使在一座牵引变电所故障解列时，也应实行技术措施实行大双边供电，同时应自动完成双边联跳条件的转换，这样可以削减牵引变电所数量，既节
27、约一欢建设投资，叉削减运营费用，同时减小列车起动时的电压损失，降低功率损耗， 有利于列车运行，并且不影响运送旅客的力量，这对运营是格外有利的。双边供电示意图 3-1 所示，走行轨对地电位分布如图 3-2 所示。图 3-1双边供电示意图-12-图 3-2双边供电走行轨对地电位分布示意图双边供电比单边供电曲优点如下：牵引网的平均电压损失，双边供电是单边供电的 1/3 1/4。平均电压损失是指列车在区间运行时的平均电压损失，它对关心电机的运转有意义。平均电压损失有两个重量组成，即由指定列车本身所取电流在其受流器上引起的电压损失和同行其他列车电流在其受流器上造成的电压损失之和。列车带电运行时受流器上的
28、电压损失，双边供电是单边供电的 1/31/4，也有两个重量组成，即由指定列车本身所取电流在其受流器上引起的电压损失和同行其他列车电流在其受流器上造成的电压损失之和。列车最大平均电压损失，双边供电是单边供电的1/4。列车起动时最大电压损失，双边供电是单边供电的1/4，满足列车起动耐的最大电压损失要求，是打算牵引变电所间距的必需满足的条件。单边供电列车起动时最大电压损失发生在供电区的终点，双边供电列车起动时最大电压损失发生在供电区的中点。牵引网的功率损失，双边供电是单边供电的 1/3 1/4。牵引网中的功率损失等于牵引网中诸列车各自的电流与电压损失的乘积之和。双边供电时，列车的再生能量可以被同行列
29、车吸取，当车流密度高时再生能量更易被同行列车利用；而单边供电时，再生能量被其他同行列车吸取的可能性微小。杂散电流值双边供电是单边供电的 1/31/4。直流牵引网承受接触网正极送电，走行轨负极回流，随着列车的运行， 绝大局部回流电流沿着走行轨流回牵引变电所，同时也不行避开地要从走行轨道中向地下道床、构造钢筋泄漏电流杂散电流。杂散电流的大小主要由以下两个主要因素起作用：走行轨对地电位的凹凸。走行轨对地过渡电阻的大小。固然，走行轨对地电位越低、走行轨对地的过渡电阻越高则杂散电流就越小。牵引供电系统在向列车供电的同时，也在随列车的移动从走行轨向地下泄漏电流。承受双边供电方式是减小杂散电流最有效的措施。
30、牵引网无论是正常运行方式还是事故状态一座牵引变电所解列时都应承受双边供电。走行轨对地电位双边供电是单边供电时的 1/31/4，在线路条件一样的状况下，双边供电比单边供电时杂散电流要小 34 倍是显而易见的。3.1.2 大双边供电的两种方式鉴于双边供电比单边供电有很多优点，系统中任何一座牵引变电所故障解列时， 也应实行技术措施，实行大双边供电。实现大双边供电有以下两种方式：(1) 利用解列的牵引变电所的直流母线构成大双边供电，利用牵引变电所直流母线构成大双边供电的条件是：-13-牵引变电所只有两套整流机组退出运行。直流母线、上下行 4 路馈线开关及其二次回路完好无损且能正常运行。(2) 利用纵向
31、电动隔离开关构成大双边供电，当牵引变电所故障解列时，利用电分段处的纵向电动隔离开关构成大双边供电，使整座牵引变电所含隧道开关柜退出运行，牵引网运行不受故障牵引变电所的影响。纵向电动隔离开关的用途有两个：作为牵引变电所 4 路馈线开关的备用开关。作为牵引变电所的备用开关。3.1.3 牵引变电所的运行因治理谐波的需要，牵引变电所多承受双机组构成等效 24 脉波整流，在一天的运行中，除顶峰小时以外的其他时间，牵引变电所可以单机组运行，但必需满足以下两个条件：牵引负荷不能大于单机组允许的过负荷力量。单机组的 12 脉波整流所产生的谐波能与供电系统中的其他用户电磁兼容，并满足谐波治理的规定。3.1.4
32、允许系统中任何一座牵引变电所故障解列当系统中任何相隔两座的牵引变电所故障解列时，靠其相邻牵引变电所的过负荷力量，应仍能保证列车的正常运行，不影响运送旅客的力量。故障或退出运行的牵引变电所必需是相隔两座的牵引变电所。3.2 牵引供电系统保护3.2.1 概述地铁供电系统可分为两个局部：沟通中压系统和直流牵引系统。这里主要对直流牵引系统的保护作介绍，直流牵引供电系统的保护又可分为牵引整流机组保护和直流馈出保护。牵引供电系统保护的最大特点就是系统的“多电源”和保护的“多死区”。所谓多电源，既当牵引网发生短路时，并非仅双边供电两侧的牵引变电所向短路点供电，而实际上是全线的牵引变电所皆通过牵引网向短路点供
33、电，只是距短路点近的牵引变电所供出的短路电流大、距短路点远的变电所供出的短路电流小而已。所谓多死区，是因牵引供电系统本身的特点和保护对象的特别性而形成保护上的“死区”。任何保护的最根本要求就是当发生短路故障时，首先要“切断电源”，-14-切断电源对直流系统至关重要，由于直流一旦形成电弧，如不断电则可以长时间维持。而“消退死区”是任何保护必需要做到的。针对这两点，牵引供电系统除沟通系统常用的保护外，还承受了牵引变电所内部联跳、牵引网双边联跳、di/dtI 等特别保护措施，这就可以完全满足牵引供电系统发生故障时准时切断电源、消退死区的要求。牵引供电系统之所以形成保护上的死区，主要有两个缘由：地铁列
34、车为多辆电动车组编组，其起动电流大于牵引网最小短路电流，只靠直流快速开关的大电流整定很难满足保护要求。电动列车是随时在运动的，其位置在不断地移动、变化，作为电动列车的远后备保护，牵引变电所的保护应延长至电动列车主回路末端。对直流牵引供电系统，速动性可以看成和牢靠性是同等重要的，所以直流侧保护皆承受 ms 级的电器设备，目的就是在直流短路电流上升过程中将其遮断，不允许短路电流到达稳态值。至于选择性，在直流牵引系统中则处于次要位置，其保护的设置原则应当是“宁可误动作，不行不动作”。3.2.2 牵引变电联跳当牵引变电所两台整流机组的直流或沟通进线开关故障跳闸时，同时联跳四路直流馈出开关，称之为变电所
35、联跳。牵引变电所联跳保护适用于以下两种状况：牵引变电所的两套整流机组开关同时因故障跳闸。牵引变电所任何一路直流馈出开关失灵拒动牵引变电所联跳是解决牵引供电系统无远后备保护的唯一牢靠的方法。设置牵引变电所联跳的根本缘由就是由于牵引变电所的直流断路器失灵拒动时，没有远后备保护，由于地铁牵引供电系统短路的特点就是多电源、多回路、多参数。牵引变电所6 台直流开关中任一台失灵拒动，只跳其上级断路器是不能切断电源的，还有五路开关向短路点供电，因此，解决牵引变电所直流断路器的远后备保护，只有实现牵引变电所联跳。3.2.3 牵引变压器保护牵引变压器保护的设置和整定，其原则是应当是依据牵引负荷的特点，保证牵引整
36、流机组的过负荷力量的充分利用，以提高牵引变电所的效率，其中压沟通侧设置的保护有：电流速断、过电流保护、过负荷信号、温度信号。-15-3.2.4 硅整流器保护硅整流器除其本身对硅元件的保护外，在直流侧，应设直流快速断路器，从保护和实现自动化上都是格外有利的。断路器大电流瞬动整定值应躲开硅整流器过载力量300In 按式 Izd 3In 整定。图 3-3 牵引变电所联跳示意图3.2.5 直流正极接地保护当变电所发生直流接地时，通过接地继电器动作而使开关跳闸。由于直流正极接地时，其接地电流大小差异很大，在地下车站的牵引变电所，当直流正极接地时，接地电流不受接地电阻大小的制约，和短路电流一样，可以使直流
37、快速开关跳闸，因此， 在地下牵引变电所，直流正极接地保护是无用的；而在地面的牵引变电所，则接地电流的大小受接地电阻大小的制约，短路电流缺乏以使直流快速开关跳闸。接地继电器的整定值为 Izd30A。-16-3.2.6 直流馈出保护直流馈出保护，在牵引供电系统中是最重要的保护。因供电方式不同而形成保护上的不同的“死区”；因供电的对象是随时变化并移动的负荷，还需要在保护上进展协作，这就形成了保护上特别要求。直流馈出保护首先是以保障列车的正常运行、保护旅客的人身安全为第一要素。(1) 死区的形成 死区的大小和供电方式、供电距离、保护措施有亲热的关系， 实行适当的供电方式和保护装置，死区是完全可以消退的
38、。单边供电死区发生在末端。保护死区的大小，取决于开关整定值的大小和供电距离的长短。单边供电时，开关整定值越大，死区越大；供电距离越长，死区也越大。大双边供电死区发生在线路中点四周。假设只靠开关的大电流速断保护，死区会消灭在两端变电所的四周，这里所说大双边供电死区发生在中点是指馈出保护设置了双边联跳装置以后形成的死区。正常双边供电是不会形成死区的，由于区间任何一点发生短路，都可以使一端开关跳闸，并使另一端开关联跳。而承受大双边供电时， 在供电区的中点四周会消灭死区。列车主保护不能断弧形成的死区。这一死区发生在车上，范围在整个供电区间都可能发生，直接威逼旅客的生命安全，格外可怕。变电所保护和地铁车
39、辆的主保护相互协作的根本原则是：地铁车辆主保护应当“自己保护自己”，既地铁车辆在运行中无论在任何地点， 当车辆发生短路故障时，其主保护应动作牢靠，不允许有拉弧现象，“要动作就牢靠切断电源，不动作就拒动”。绝不允许消灭开关即跳闸叉连续燃弧现象发生。这对旅客是格外危急的。牵引变电所馈出开关保护应当延长至车上主回路，作为车辆保护的后备。即电流增量保护整定躲过列车起动电流的上升率，当列车主回路发生短路故障时保护应动作。(2) 直流馈出保护大电流短路瞬动保护。这是直流快速开关自身的大电流整定，主要是作为直流短路保护。它的整定值应躲开一列车的最大起动电流与区间的列车运行平均电流之和。双边联跳保护。双边联跳
40、是解决死区保护的重要措施之一，在正常双边供电状况下，由于设置了双边联跳保护，可以消退死区。但当大双边供电距离较长时，在线路中点四周可能会消灭死区，所以进展大双边供电时，牵引变电所的双边联跳装置应自动进展转换。电流增量保护。依据以下两个条件鉴别短路电流和列车起动电流的区分：短路-17-电流初始上升率 di/dt 大于列车起动电流上升率 di/dt；短路电流增量DI 大于列车起动电流增量DI 。自动重合闸装置。在直流馈出的保护中，设置自动重合闸装置，其目的就是矫正馈线快速开关的误动作或消退瞬时短路故障，保证安全牢靠地供电。开关失灵拒动保护。利用 di / dtDI 保护的短时限动作于跳闸，长时限动
41、作使牵引变电所内部联跳，是切断故障点电源、实现断路器失灵拒动保护的简易、可行的方法。线路检测装置。在馈线开关合闸以前，检测馈电线路是否有短路故障，如检测结果有短路故障，则馈线开关不能合闸，只有检测馈出线路无短路故障时才允许馈线开关合闸。轨道电位限制器。为保证旅客在站台登车时的人身安全，为防止走行轨消灭不u明缘由的电位上升而安装轨道电位限制器。可整定为 65Vzd 120V。3.2.7 牵引供电系统联跳保护所谓联跳，就是一个开关事故跳闸后，去强迫与其相关的全部开关跳闸。双边联跳是切断双边供电电源，变电所联跳是切断流向短路点的全部电源，联跳是解决牵引供电系统直流开关没有远后备保护的唯一牢靠的方法。
42、牵引供电系统联跳保护有以下 5 种：牵引网正常双边联跳、一路开关退出运行时 仍实行双边联跳、大双边联跳、上下行牵引网并联时单边联跳、牵引变电所联跳，而后者就是从根本上解决牵引供电系统的直流开关没有远后备保护的问题。3.2.8 隔离开关的操作联锁回路中必需是直流快速断路器处于分闸位置时隔离开关才能进展操作；而整流器负极隔离开关则应和正极快速断路器相互联锁，硅整流器正极断路器和负极隔离开关在操作程序上应有两个联锁条件：只有负极隔离开关合闸后，正极开关才能进展合闸操作；只有正极开关处于分闸位置，负极开关才能进展操作。3.3 牵引变电所牵引变电所是牵引供电系统的核心，它担负为电动列车供给直流电能，它的
43、站位设置、容量大小，需依据所承受的车辆型式、车流密度、列车编组经过牵引供电计算， 经多方案比选确定。牵引变电全部两种形式：户内式变电所和户外式箱式变电所，前者适宜地下线路，后者适宜地面线路。-18-3.3.1 主接线牵引变电所主接线应力求简洁牢靠，全线尽量全都，便于运营治理。假设与降压变电所合建，则中压沟通侧需单母线分段，设分段开关，双路电源引入，分列运行； 否则，亦可为单母线，双路电源一用一备。牵引变电所一般设两套牵引整流机组，其容量按远期运量设计。牵引变压器的容量大小还应考虑便于地下运输和安装。牵引变电所主接线有两局部组成：中压沟通侧和牵引直流侧。(1) 中压沟通侧主接线 中压沟通侧主接线
44、有两种接线方式：一种方式为两套整流机组接至两段母线上；另一种方式为两套整流机组接至同一段母线上。两套整流机组分别接至中压两段母线，有利于两路电源的负荷平衡。这样做是有条件的，即牵引变电所两路中压电源电压需平衡或差异甚微，如牵引变电所两路中压电源电压不平衡，则会引起两套整流机组负荷不均衡，有时差异比较大，造成一套整流机组重载而另一套轻载。两套整流机组均接至同一段母线上，这样做有利于两套整流机组负荷的平衡， 也有利于构成等效 24 脉波整流。城市电网的实际状况是很难保证两路中压电源电压平衡，故在牵引变电所的主接线中，一般将两套整流机组接至同一段母线上。沟通侧主接线有 4 种接线方式。第一种为单母线
45、分段，两台牵引变压器分别接于两段母线，这样接线的优点是两段母线负荷平衡，缺点是如两路电源电压有差异，简洁使两台牵引变压器出力不均， 形成一台重载、一台轻载，况且不能构成等效 24 脉渡整流。其次种如图 3-4 所示，为单母线分段，两台牵引变压器接于同一段母线，两台配电变压器分别接于两段母线上。这样接线的优点是两台牵引变压器出力平衡，可以构成等效 24 脉波整流。第三种为单母线分段，设三段母线，电源母线可形成环网供电，两台配电变压器分别接于两段电源母线上，两台牵引变压器接于第三段母线上，其双路电源一用一备， 自动切换。第四种为单母线不分段，两台牵引变压器接于一段母线上，其双路电源一用一备， 自动
46、切换，适用于单独建设牵引变电所或箱式变电所。以上牵引变电所的 4 种沟通中压主接线，依据不同的需求，皆可以承受，目前国内用的比较多的是其次种方案。鉴于以上对四种接线方式的分析，*地铁一号线承受其次种接线方式。(2) 牵引直流侧主接线 牵引直流侧主接线有两种方案：一种是双母线系统方案， 另一种是单母线系统方案。-19-双母线系统的特点是：直流母线设工作母线和备用母线，在两条母线之间设置了备用开关，它可以代替四路馈线开关中的任何一路。在同一馈电区电分段处设置一台纵向电动隔离开关，当牵引变电所故障解列或退出运行时，可以通过它实现大双边供电。这一方案的缺点：电动隔离开关太多，每个电动隔离开关操作都需要有自己的联锁条件，实现操作联锁较简单。备用开关要代替 4 路馈线开关，当使用备用开关实现双边供电时，双边联跳的转换关系简单且环节多。纵向电动隔离开关可以代替整座牵引变电所也可以代替任何一路馈线开关，当