第二章城市軌道交通的外部供電系統

主變電所按其降壓方式的不同可分為三級電壓制供電方式主變電所和兩級電壓制供電方式的主變電所。110kV主變電所33kV110kV降壓主變電所33kV10kV10kV牽引主變電所圖2-6三級電壓制集中供電方式結構示意圖主變電所110kV110kV110kV主變電所主變電所10kV10kV10kV牽引、降壓主變電所圖2-7兩級電壓制集中供電方式結構示意圖二、主變電所的主要設備主變電所中主要的電氣設備是開關設備、主變壓器、直流電源設備、自動監控設備。

1.主變壓器主變壓器是城軌交通主變電所中的最主要的電氣設備，其作用是將從城網引入的高壓電源轉換成城軌牽引供電系統所需要的中壓電源。目前，國內城市軌道交通主變電所均設置兩臺主變壓器，互為備用。正常情況下，兩臺變壓器并列運行，各負擔50%的用電負荷。

每臺變壓器容量大約在20MVA～40MVA范圍，當發生故障時，應滿足如下條件：

1）當一臺主變壓器發生故障時，另一臺主變壓器應能滿足該供電區域高峰小時牽引負荷和動力及照明一、二級負荷的供電。

2）當一座變電所因故解列時，剩余主變電所應能承擔全線的動力和照明一、二級負荷及牽引負荷。為了減少城網電壓波動和負荷變化對城軌中壓系統的電壓質量影響，主變壓器多采用有載調壓型電力變壓器。有載調壓開關具有就地、遠方操作功能，安裝在高壓側。由于油浸式變壓器價格低，應用成熟，國內城軌供電系統主變電所中大多采用三相、自冷油浸式、有載調壓變壓器，主變壓器一般采用Y,d接線，主要有110/35kV、110/33kV和110/10kV三種形式。圖2-8變電所中的主變壓器外形圖

我國有關標準規定，主變壓器的110kv側應采取中性點直接接地方式。但實際運行中主變壓器高壓側是否直接接地，則根據地區電網具體運行情況確定。有時一個主變電所的兩臺主變壓器，其高壓側一臺接地而另一臺不接地。由于城軌供電系統中壓網絡的電容電流較大，因此其主變壓器的中性點應經過消弧線圈接地或小電阻接地。對于采用Y,d接線的主變壓器，當主變壓器無中性點或中性點未引出時。應裝設專用的接地變壓器。接地變壓器采用曲折形接法，并具有零序阻抗低，空載阻抗高，損失小的特性。主變壓器一般有重瓦斯保護、差動保護和主變壓器過流保護等。2.開關設備主變電所中的開關設備分為高壓側（110kv側）開關設備和中壓側（35Kv或10kv側）開關設備。它們都是通斷電路的重要設備。110kv側開關設備采用戶內安裝的110KV全封閉六氟化硫組合電器設備，SF6氣體絕緣的金屬封閉開關設備,簡稱GIS。圖2-9主變電所中的開關設備

GIS是由各種開關電器：斷路器GCB、隔離開關DS、接地開關ES、母線、現地匯控柜LCP以及電流互感器CT、電壓互感器VT和避雷器LA等組成的電力設備,具有結構緊湊、抗污染能力強、運行安全、外型美觀、設備占用空間小等特點。除母線為三相共箱式外，其余均為三相分箱式。110kv側GIS一般采用FS6斷路器、液壓操作機構。中壓側電壓為35kV的中壓開關設備多采用GIS，，以減小變電所的土建規模，但均為三相分箱式，采用真空斷路器，操作機構為彈簧儲能式或液壓彈簧式，采用三工位隔離開關和接地刀閘。中壓側電壓為10kV的開關設備，則可采用空氣絕緣的金屬鎧裝開關柜，內部設有不同功能隔室，手車可為落地式或中置式。3.直流電源設備作用:為監控設備、車站應急照明及緊急疏散標志等提供不間斷直流電源。線路正常時，直流電源設備為它的服務對象提供穩定的直流電源，并對蓄電池進行充電。故障時由蓄電池提供1～2小時的直流供電。圖2-10主變電所中的直流電源設備4.自動監控設備自動監控設備用于對變電所電氣設備的監測和控制，并能對其進行遠程控制和數據采集。根據供電系統的運行狀況，自動切換電氣設備和設施故障自動切除，為城軌供電系統的安全、高效運行提供保障。

圖2-11主變電所中的自動監控設備三、主變電所向牽引變電所供電的接線方式

供電系統的安全性、可靠性是城市軌道交通正常運行的重要保證。為此，牽引變電所均由兩個獨立的電源供電，考慮到地鐵線路分布范圍廣，通常需要在沿線設置多個牽引變電所。向牽引變電所供電的接線方式有多種方式，現歸納成以下幾種典型形式：

1.環形供電接線方式圖2-12環形供電示意圖圖2-13雙邊供電示意圖圖中a-牽引變電所b-主變電所c-一路三相輸電線d-軌道2.雙邊供電接線3.單邊供電接線4.輻射形供電接線

圖2-14單邊供電示意圖圖2-15輻射形供電示意圖圖中a-牽引變電所b-主變電所c-一路三相輸電線d-軌道圖2-16上海地鐵一號線供電系統接線圖

通過中壓電纜，縱向把上級主變電所和下級牽引變電所、降壓變電所連接起來，橫向把全線的各個牽引變電所、降壓變電所連接起來，便形成了中壓網絡，其功能類似于電力系統中的輸電線路。根據網絡功能的不同，把為牽引變電所供電的中壓網絡，稱為牽引網絡；同樣，把為降壓變電所供電的中壓網絡稱為動力照明網絡。中壓網絡有兩大屬性：電壓等級和構成形式。

一、中壓供電網絡的電壓等級

1.國家中壓配電現狀及發展方向

我國現行中壓配電標準電壓等級有：66kV、35kV、10kV。

2.國內城市軌道交通中壓網絡現狀及發展思路國內既有城市軌道交通的中壓網絡電壓等級采用了35kV(若采用國外設備則是33kV)或10kV。近年已頒布的國家標準GB156—93中表明，20kV也是可使用的電壓級。另外，已經完成送審稿的《地鐵設計規范》中規定：地鐵中壓網絡的電壓等級可采用35kV(33kV)、20kV、10kV。3.不同電壓等級的中壓網絡的特點及比較

序號項目35kv33kv20kv10kv1輸電容量較大較大中小2輸電距離較長較長中小3電能損耗小小較小大4設備價格高最高中低5設備國產化國產國外國產國產6設備體積及占地面積較大較小中小7環網柜情況無有有有8國內城市電網應用擬取消有有，很少廣泛應用9城市軌道交通應用國內采用國內外采用國外采用國內外采用10適用標準國家標準國際標準國際標準國家、國際標準表2-1不同電壓等級中壓網絡的綜合比較

由于電費在地鐵和城軌交通的運營成本中占很大比例，從長遠的角度考慮，中壓供電網絡宜選擇較高的電壓等級，亦即35KV或20KV為優選方案。三、中壓網絡的構成

1.中壓網絡的構成原則

1)滿足安全可靠的供電要求；

2)滿足潮流計算要求，即設備容量及電壓降要滿足要求；

3)滿足負荷分配平衡的要求；

4)滿足繼電保護的要求；

5)滿足運行治理、倒閘操縱的要求；

6)每一個牽引變電所、降壓變電所均應有兩路電源；

7)系統接線方式盡量簡單；

8)供電分區應就近引進電源，必要時可從負荷中心處引進電源，盡量避免返送電；

9)全線牽引變電所、降壓變電所的主接線盡量一致；

10)滿足設備選型要求。

中壓供電網絡既可采用牽引和動力照明同用一個供電網絡的方案，即牽引動力照明混合網絡；也可以采用牽引和動力照明供電網絡相對獨立的兩個供電網絡方案，即牽引供電網絡、動力照明供電網絡。對于集中式外部電源方案，牽引網絡和動力照明網絡，可以采用相對獨立的形式，即牽引動力照明獨立網絡，也可以共用同一個中壓網絡，即牽引動力照明混合網絡。對于分散式外部電源方案，采用牽引動力照明混合網絡。目前，我國城市軌道交通工程有的采用了牽引動力照明混合網絡，有的則采用了牽引動力照明獨立網絡；國外有的地鐵采用了牽引動力照明獨立網絡。下面以集中式供電系統的中壓網絡為例，介紹中壓網絡的構成方式。（1）獨立的牽引網絡當中壓網絡為兩個不同電壓級時，35(33)kV牽引網絡常用獨立網絡方式。獨立的牽引網絡常用接線方式有如圖2-17所示A、B、C、D四種類型。圖2-17