供电系统初设3.docx

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供电系统初设3

第九篇供电

第一册供电系统

1概述1

1.1工程概述1

1.2系统构成1

2设计依据1

3设计范围及接口1

3.1设计范围1

3.2设计接口1

4可行性报告或总体设计的审查意见和执行情况2

4.1可行性报告的审查意见和执行情况2

4.2总体设计的审查意见和执行情况2

5设计规范和标准3

6主要设计原则3

7主变电所方案4

7.1主变电所设置4

7.2主变电所主接线及电气参数4

7.3主变电所35kV侧接线方式4

8牵引供电系统方案5

8.1牵引供电制式5

8.2牵引供电系统构成5

8.3牵引供电计算5

8.4牵引变电所布点方案7

8.5牵引供电系统主要设备选择8

9降压供电系统方案11

9.1降压变电所分布11

9.2降压变电所容量配置11

10中压供电系统方案11

10.1牵引及降压变电所接线方式11

10.2中压环网接线方式12

10.3中压环网电缆选择12

10.4中压环网电缆敷设13

11供电系统运行方式14

11.1交流供电系统运行方式14

11.2直流供电系统运行方式14

12主变压器容量选择15

12.1主变压器容量选择原则15

12.2主变压器负荷15

12.3主变压器容量选择15

13继电保护及自动装置配置方案16

14无功补偿、系统谐波及电压调整16

14.1主变电所无功补偿及谐波处理措施建议16

14.2低压侧无功补偿及谐波治理17

14.3电压调整17

15系统防雷及限制过电压措施17

16接地系统17

16.1接地系统原则17

16.2接地系统构成18

17需要功率及年用电量18

18附件18

18.1主要材料表18

18.2主要工程数量表18

19附图18

1概述

1.1工程概述

四号线基本走向为：

沿山大道→中央大道→长江→夹江→草场门大街→北京西路→北京东路→板仓街→蒋王庙→金马路→灵山→终点仙林东，线路全长44.475km，其中一期工程范围为中保站～仙林东站，全长33.754km，高架和地面部分1.479km，地下线32.275km，共设站19个站，包括换乘站9处，分别为：

中保站、草场门站、云南路站、鼓楼站、市政府站、锁金村站、金马路站、灵山站、仙林东站。

四号线在仙林新区设青龙车辆段，在浦口区设采石场停车场（二期工程）。

控制中心设于灵山站附近。

车辆采用B型车，列车最高运行速度100km/h，初、近、远期均为6辆编组，远期高峰小时最大行车密度为30对/h。

供电系统采用集中式110kV/35kV两级电压供电，牵引、动力照明混合网络供电方式。

四号线一期工程设紫金山北和灵山两座主变电站，二期工程利用十号线的珠江东路主变电站，在浦江路设开闭所。

其中紫金山北主变电站预留六、九号线的供电条件，灵山站主变电站预留八号线的供电条件。

四号线一期工程正线设12座牵引变电所，分别设在中保路站、云南路站、市政府站、锁金村站、紫金山北站、岔路口东站、徐庄软件园站、金马路站、汇通路站、东流站、桦墅站和仙林东站，青龙车辆段设1座牵引变电所；牵引变电所最大间距4.605km，最小间距2.184km，平均间距2.997km，最大越区供电间距7.788km。

一般车站设1座降压变电所，规模较大的车站设2座降压变电所，其中一个为跟随式降压变电所，在同时设牵引变电所的车站，降压变电所与牵引变电所合建。

在车辆段设1座牵引降压混合变电所、2座跟随式降压变电所。

牵引网采用DC1500V架空接触网供电。

地下线路采用刚性悬挂接触网，地面及高架线、出入段线、试车线采用全补偿简单链型悬挂接触网，车场线采用有补偿弹性简单悬挂接触网。

1.2系统构成

四号线地铁供电系统由主变电所、35kV供电环网、牵引降压混合变电所及降压变电所、接触网系统、电力监控系统、杂散电流腐蚀防护系统、供电车间组成。

2设计依据

（1）《南京地铁四号线一期工程可行性研究报告》及专家评审意见。

（2）《南京地铁四号线一期工程总体方案设计文件》及专家评审意见。

（3）《南京地铁四号线一期工程初步设计技术要求》及其它技术标准。

（4）《南京地铁四号线一期工程初步设计技术接口要求与管理》。

（5）《南京地铁四号线一期工程单项设计D4－XS09标合同文件》。

（6）政府和相关职能部门有关批文、指令。

3设计范围及接口

3.1设计范围

南京市地铁四号线一期工程全线供电系统35kV交流系统、1500V直流系统设计及变电所内0.4kV系统设计。

3.2设计接口

（1）与主变电所专业接口

供电系统设计与主变电所设计单位的分界在主变电所35kV开关柜馈出线电缆头连接点，含主变电所主变压器容量选择和35kV侧馈线数目的确定，110kV侧接线方式设计及设备安装等其它主变电所设计内容由主变电所设计单位完成。

（2）与车站、车辆段、停车场专业接口

供电系统负责车站、车辆段、停车场内牵引降压混合变电所、降压变电所、跟随式变电所系统的电气设计，车站、车辆段、停车场设计单位负责为供电系统提供设备用房和设备安装空间。

供电系统提出主变电所至地铁变电所电缆通道的电缆敷设要求，土建和结构设计由车站工点单位负责。

（3）与变电专业接口

供电系统设计和确定变电所设备容量，设备安装及布置设计由变电所专业完成。

（4）与接触网专业接口

供电系统设计和确定接触网组成，接触网安装设计由接触网专业完成。

4可行性报告或总体设计的审查意见和执行情况

4.1可行性报告的审查意见和执行情况

南京地铁四号线一期工程可行性研究报告专家审查意见中与本章有关的内容及执行情况如下：

1）《可研报告》推荐一期工程采用集中供电方案，设置锁金村、灵山两座110/35kV主变电站，牵引供电制式采用直流1500V架空接触网，正线设置12座牵引变电所，方案基本合理、可行。

执行情况：

按照审查意见执行，根据主变电所选址情况，锁金村主变电所移到紫金山北站附近。

2）下阶段应进一步落实主变电站的外电源和用地。

执行情况：

总体设计阶段已委托南京市电力设计院进行主变电站外部电源接入方案研究及电能质量评估；同时已委托南京市规划设计院进行主变电站选址及110kV电源进线规划。

3）主变电站110kV侧采用线路变压器组接线，方案合理。

建议下阶段对共享主变电站的35kV侧主接线进行研究。

执行情况：

按照审查意见执行。

总体设计阶段已根据共享主变电站的规模来确定主接线，对于三线共享和两线共享的主变电站主接线分别研究。

4）建议下阶段就过江段设置单向导通对牵引供电系统双边供电、大双边供电的影响进行研究。

执行情况：

过江段属于四号线二期工程，拟在过江段不设置单向导通装置，采用钢轨并联电缆的方式进行杂散电流防护。

4.2总体设计的审查意见和执行情况

南京地铁四号线一期工程总体设计专家审查意见中与本章有关的内容及执行情况如下：

1）供电系统采用110/35kV二级电压集中供电，110/35kV主变电站设置、牵引所布点方案合理、可行。

执行情况：

此条为肯定意见。

2）建议落实主变电站选址、主接线、外部电源及电缆走廊设计方案。

执行情况：

已委托南京市电力设计院进行主变电站外部电源接入方案研究及电能质量评估；同时已委托南京市规划设计院进行主变电站选址及110kV电源进线规划。

3）建议补充完善牵引供电系统的设计边界条件。

执行情况：

按专家意见执行。

4）建议根据南京地铁线网规划在变电所内适当预留35kVGIS开关柜，提高线间供电支援能力；在主变电站共享的后续设计中，35kVGIS设备宜按不同的线路分设于不同房间，以利管理和运营安全。

执行情况：

均按专家意见执行。

5）建议变电所蓄电池系统设置自动放电活化装置，核实相关车站配电变压器容量。

执行情况：

按专家意见执行，变电所蓄电池系统设置自动放电活化装置，根据动照专业负荷资料核实的配电变压器容量。

6）建议补充说明南京地铁四号线供电系统接地方式，环网故障电流控制在1000A以内；建议由动照专业牵头统一南京地铁四号线车站设备及弱电系统接地设计。

执行情况：

主变电所110kV采用中性点接地方式由电力系统确定，35kV系统采用小电阻接地系统，0.4kV低压配电系统采用TN-S接地型式；征得业主同意后，接地设计在下阶段设计中考虑按专家意见执行。

7）建议进一步校核越区供电时钢轨电位，当钢轨电位不能满足《城市轨道交通直流牵引供电系统》（GB10411-2005）标准规定时，宜明确完善措施。

执行情况：

按专家意见执行。

5设计规范和标准

《城市轨道交通工程项目建设标准》建标104－2008

《城市轨道交通技术规范》GB50490-2009

《地铁设计规范》GB50157-2003

《城市轨道交通直流牵引供电系统》GB10411-2005

《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》CJJ49-92

《供配电系统设计规范》GB50052-2009

《铁路电力牵引供电设计规范》TB10009-2005

《电能质量供电电压偏差》GB12325-2008

《电能质量公用电网谐波》GB/T14549-93

《电力工程电缆设计规范》GB50217-2007

《额定电压35kV及以下铜芯、铝芯塑料绝缘电力电缆》GB12706-2002

《35～110kV变电所设计规范》GB50059-92

《电力装置的继电保护和自动装置设计规范》GB50062-2008

《地区电网数据采集与监控系统通用技术条件》GB/T13730-92

《地区电网调度自动化设计技术规程》DL/T5002-2005

《电力装置的电测量仪表装置设计规范》GBJ63-90

《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》DL/T620-1997

《交流电气装置的接地》DL/T621-1997

《半导体变流器与供电系统的兼容及干扰防护导则》GB10236-2006

6主要设计原则

1）供电系统应结合南京市轨道交通路网规划，主要技术标准及设计原则应与南京地铁既有一、二号线和在建设的三、十号线保持一致，实现资源共享，便于运营维护。

2）直流牵引供电方案和中压环网供电方案应针对四号线的特点，结合南京市轨道交通的路网规划，并综合考虑供电的安全性、可靠性、工程投资经济性、工程实施方便性等多种因素。

3）供电网络接线应尽量简单、统一，便于继电保护配置和减少供电系统在正常运行方式下的电能损耗，并利于以后运营管理。

4）供电系统采取集中供电方式，采用110kV和35kV两级电压供电。

5）每座主变电站均从电力系统地区变电站引入两回110kV电源，当任一路电源停电时，另一路电源应能承担该主变电站供电范围内的全部牵引负荷及动力照明一、二级负荷供电。

6）每座主变电站设两台主变压器，当一台主变压器退出运行时，另一台主变压器承担全所一、二级负荷的供电。

也可通过调整供电分区，实现剩余主变压器对集中供电范围内全部负荷的正常供电；当一座主变电站退出运行时（不考虑35kV母线故障），其相邻主变电站应越区供电，承担全部牵引负荷及动力照明一、二级负荷的供电；不考虑一个主变电站解列，同时35kV环网电缆故障的情况。

7）在任何运行方式下，35kV系统各节点的电压偏差不应大于5%。

8）牵引用电负荷为一级负荷，动力照明等用电负荷可分成一级负荷、二级负荷、三级负荷。

9）正常运行时，正线牵引变电所与相邻的牵引变电所实现双边供电。

当一个牵引变电所故障时，其相邻牵引变电所应采用越区供电方式，担负起该段牵引负荷。

（全线同时只考虑一座牵引变电所故障的情况）。

10）整流机组容量按远期运量选取，整流机组负荷等级：

IEC146　VI级，即：

100%额定负荷――连续

150%额定负荷――2小时

300%额定负荷――1分钟

11）牵引供电采用直流1500V架空接触网供电，牵引网最高、最低电压水平按GB10411-2005规定：

（1）在任何运行方式下，牵引网最高电压不得高于1800V。

（2）在任何运行方式下（含当一个牵引变电所在远期高峰小时故障时，其相邻牵引变电所采用越区供电方式），牵引网最低电压不得低于1000V。

12）同车站牵引变电所和降压变电所应尽可能合建为牵引降压混合变电所；为保证供电可靠性，地铁各牵引降压混合变电所和降压变电所必须由两回互为备用的电源供电；牵引降压混合变电所或降压变电所的任一路35kV进线电缆故障，不影响全所的负荷供电。

13）地铁供电系统总功率因数不低于0.9，同时防止无功反送。

14）地铁供电系统通过主变电站送入电力系统的谐波应满足国家标准的规定。

治理措施应根据对地铁供电系统在各种运行方式下的谐波预测分析结果确定。

15）各车站设置综合接地网，接地系统应满足：

（1）保护运营人员和旅客的安全，防止电击。

（2）保护地铁设备、设施，防止损坏。

（3）保护弱电设备，防止电气干扰。

16）当接地设计与杂散电流防护设计发生矛盾时，优先考虑接地安全。

17）继电保护装置应满足可靠性、选择性、速动性和灵敏性，供电系统各级保护应密切配合。

18）设备选择立足国产设备、技术性能达到国内先进水平。

7主变电所方案

7.1主变电所设置

根据四号线的负荷分布、线路走向以及四号线在线网中的位置，从工程可实施性、资源共享、节省工程投资以及一、二期工程衔接等方面来看，四号线一期工程设紫金山北和灵山两座主变电站，二期工程利用十号线的珠江东路主变电站，在浦江路设开闭所。

其中紫金山北主变电站预留六、九号线的供电条件，灵山站主变电站预留八号线的供电条件。

7.2主变电所主接线及电气参数

由于紫金山北和灵山主变电站最终均需要向多条轨道交通供电，考虑到最终主变容量大小、供电可靠性以及各线建设时序等，紫金山北主变电站按4台变压器考虑，四号线的主变压器独立，六号线和九号线共用主变压器；灵山主变电站按2台变压器考虑，四号线和八号线共用主变压器。

110kV侧采用线路变压器组接线，35kV侧采用单母线分段方式，两段母线间设母联断路器，正常运行时母联断路器打开。

主变压器连接组别为YNyn0+d11，110kV侧采用中性点接地方式由电力系统确定，35kV侧中性点经小电阻接地。

7.3主变电所35kV侧接线方式

与南京在建线路保持一致，共享主变器设两级35kV母线，不共享主变压器设一级35kV母线。

紫金山北主变电所与六、九号线共享，为减少环网电缆通道压力及减少投资，建议将六号线母线设置在六号线的锁金村站变电所内，将九号线母线设置在九号线长途东站变电所内。

紫金山北主变电所35kV侧接线图如下图所示：

图7.3-1紫金山北主变电所35kV侧接线图

灵山主变电所为四号线、八号线两条线共享，两条线在灵山站换乘，因此这两条线母线按设置在主变电所考虑。

灵山主变电所35kV侧接线图如下图所示。

图7.3-2灵山主变电所35kV侧接线图

8牵引供电系统方案

8.1牵引供电制式

本工程牵引网采用DC1500V架空接触网供电方式，地下线路采用刚性悬挂接触网，地面及高架正线、出入段线、试车线采用全补偿简单链形悬挂接触网，车辆段内车场线采用补偿弹性简单悬挂接触网。

8.2牵引供电系统构成

牵引供电系统主要由牵引变电所中的整流机组、直流正负极开关设备、馈线、接触网、钢轨、回流线、均流电缆和钢轨电位限制装置等组成。

每座牵引变电所设两套整流机组（整流变压器-整流器单元），整流变压器一次侧并接于同一段35kV母线，直流1500V侧单母线不分段，两台整流机组并列运行并组成等效24脉波方式，通过接触网向列车供电，然后再经钢轨、回流电缆至牵引变电所负极柜。

8.3牵引供电计算

8.3.1牵引供电计算基础资料

1）线路条件

南京地铁四号线一期工程初步设计阶段线路平、纵断面图。

2）车辆资料

车辆型号：

B型车；

车辆编组：

初、近、远期采用6辆编组，4M2T；

车辆AW2重量：

280.8t；

最高运行速度：

100km/h；

常用制动：

≥1.0m/s2

紧急制动：

≥1.2m/s2

列车辅助用电功率：

6辆编组按270kW考虑。

列车运行模式：

采用牵引－惰行－制动模式。

3）行车组织资料

列车运行交路如下图所示：

图8.3-1初期运行交路

图8.3-2近期运行交路

图8.3-3远期运行交路

4）供电系统相关设备参数

整流机组型式：

等效24脉波

整流变压器电压：

35kV/1.18kV

整流变压器阻抗百分比：

ex=8%

整流机组空载电压：

Udo=1593V

整流机组电压调整率：

dN=6%

5）牵引网参数

地下段：

汇流排PAC110（截面2213mm2）+接触导线（1×CTA120mm2）

高架段：

接触导线（2×CTA120mm2）+承力索（2×TJ150mm2）；

出入段（场）线：

接触导线（2×CTA120mm2）+承力索（2×TJ150mm2）；

刚性接触网单位电阻：

0.0140Ω/km（考虑接触线40%磨耗）；柔性接触网单位电阻：

0.0361Ω/km（考虑接触线20%磨耗）。

正线钢轨类型：

P60；单行钢轨单位电阻：

0.0175Ω/km（考虑5%磨耗）。

8.3.2牵引供电计算结果

1）列车运行模拟计算结果

列车运行仿真模拟是根据设计线路纵断面、列车牵引特性、供电特性、列车阻力特性、牵引网电压以及运营组织要求等各种资料仿真各个运营阶段全线列车运行状态，其产生的数据作为运行图模拟和供电节点网络模拟的数据基础。

本工程列车运行模拟结果见表8.3-1、8.3-2。

牵引计算表表8.3-1

区间名称

距离，m

运行时分，s

牵引能耗，kW·h

上行

下行

上行

下行

上行

下行

中保站~草场门站

1470

35.5

37.89

草场门站~西康路站

658

24.83

23.64

西康路站~云南路站

1237

37.03

34.43

云南路站~鼓楼站

815

25.45

24.13

鼓楼站~市政府站

1368

33.16

37.14

市政府站~九华山站

807

24.04

25.28

九华山站~锁金村站

1462

36.2

34.51

锁金村站~花园路站

1932

111

103

42.36

36.73

花园路站~紫金山北站

1166

35.5

34.9

紫金山北站~岔路口东站

2762

165

133

43.73

50.94

岔路口东站~徐庄软件园站

2528

135

134

39.94

49.72

徐庄软件园站~金马路站

2542

128

129

45.57

41.38

金马路站~汇通路站

3255

171

161

48.83

49.87

汇通路站~灵山路站

1153

31.53

30.57

灵山路站~东流站

2030

105

107

39.05

41.42

东流站~青龙站

2203

114

110

48.47

45.24

青龙站~桦墅站

2402

120

126

40.45

45.49

桦墅站~仙林东站

3307

145

91.42

55.67

牵引计算结果分析表表8.3-2

项目

单位

旅客列车

上行

下行

牵引能耗

kW·h

723.06

698.95

运行时分

Sec

1839

1791

区段距离

33.097

牵引重量

280.8

单位能耗（AW2）

kW·h/（t·km）*10^4

778

752

技术速度

km/h

64.8

66.6

旅行速度

km/h

50.1

51.1

8.4牵引变电所布点方案

影响牵引变电所布点的因素有许多，在线路、列车选型以及运营组织确定的情况下，牵引变电所的布点主要与整流机组的内阻及牵引网的电阻关系较为密切，牵引变电所的布点方案是否成立主要考虑以下原则：

一座牵引所故障情况下双边供电或末端单边供电，电压水平是否能满足1000V以上的要求；

钢轨电位在正常运行状态下一般应小于90V，在任意牵引所解列的情况下不应大于120V；

是否大幅增加杂散电流防护成本。

根据本线牵引供电系统电压制式、车辆特性、线路条件、车站、车辆段位置、行车运营组织和要求等特点，通过牵引供电计算，本次设计提出两个牵引变电所布点方案。

方案一（推荐）：

南京地铁四号线一期工程正线新建12座牵引变电所，分别建在中保路站、云南路站、市政府站、锁金村站、紫金山北站、岔路口东站、徐庄软件园站、金马路站、汇通路站、东流站、桦墅站、仙林东站，在青龙车辆段新建1座牵引变电所。

正线牵引变电所布点方案如下表所示。

四号线一期工程牵引变电所布置方案一（推荐）表8.4-1

牵引所

中保路站

云南路站

市政府站

锁金村站

所间距（m）

3385

2184

2268

3098

牵引所

紫金山北站

岔路口东站

徐庄软件园站

金马路站

所间距（m）

3098

2762

2528

2542

3255

牵引所

汇通路站

东流站

桦墅站

仙林东站

所间距（m）

3255

3183

4605

3160

该方案平均牵引所间距为2.997km，最大间距为4.605km，最小间距为2.184km，最大双边供电距离为7.788km（桦墅站牵引变电所解列后，东流站和仙林东站牵引变电所大双边供电）。

方案二（对比）：

正线新建11座牵引变电所，分别建在中保路站、云南路站、锁金村站、紫金山北站、岔路口东站、徐庄软件园站、金马路站、汇通路站、东流站、桦墅站、仙林东站，在青龙车辆段新建1座牵引变电所。

正线牵引变电所布点方案如下表所示。

四号线一期工程牵引变电所布置方案二（比较）表8.4-2

牵引所

中保路站

云南路站

锁金村站

紫金山北站

所间距（m）

3385

4452

3098

2762

牵引所

岔路口东站

徐庄软件园站

金马路站

汇通路站

所间距（m）

2762

2528

2542

3255

3183

牵引所

东流站

桦墅站

仙林东站

所间距（m）

3183

4605

3160

该方案牵引所平均间距为3.297km，最大间距为4.599km，最小间距为2.355km，最大双边供电距离为7.907km（云南路站牵引变电所解列后，中保站和锁金村站牵引变电所大双边供电）。

两个方案的技术经济比较如下表所示。

四号线一期工程牵引变电所设置方案比选表表8.4-3

比较项目

方案一（推荐）

方案二（比较）

正线牵引所数量

远期高峰小时正常供电

最低电压水平

1405V

1364V

远期高峰小时正常供电

最高钢轨电位

55V

75V

远期高峰小时越区供电

最低电压水平

1185V

1055V

远期高峰小时越区供电

最高钢轨电位

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