摘要牽引供電系統(tǒng)作為我國(guó)鐵路電氣化的重要組成部分，在地鐵系統(tǒng)中起到動(dòng)力供應(yīng)、照明、通信等關(guān)鍵性的作用。牽引供電系統(tǒng)由牽引降壓變電所、接觸網(wǎng)、環(huán)網(wǎng)等部分組成。本次設(shè)計(jì)主要對(duì)牽引降壓混合變電所的一次部分進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。本設(shè)計(jì)以在蘇州建造地鐵牽引降壓混合變電所的實(shí)習(xí)資料作為參考，通過(guò)對(duì)擬建變電所的負(fù)荷參數(shù)和線(xiàn)路系統(tǒng)等方向考慮，并通過(guò)對(duì)負(fù)荷資料的分析和安全、經(jīng)濟(jì)、可靠性的考慮，確定了變電所的電氣主接線(xiàn)和所用電的主接線(xiàn)，然后通過(guò)負(fù)荷計(jì)算和供電區(qū)間確定了主變壓器的臺(tái)數(shù)、容量及型號(hào)。根據(jù)最大持續(xù)電流及短路計(jì)算的計(jì)算結(jié)果，對(duì)斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、高壓熔斷器、母線(xiàn)、絕緣子、電壓互感器、電流互感器等分別進(jìn)行了選型和數(shù)量匯總。然后是對(duì)牽引降壓混合變電所的接地系統(tǒng)、防雷系統(tǒng)和繼電保護(hù)整定設(shè)計(jì)。最后是對(duì)擬建變電所的平面布置設(shè)計(jì)，從而完成了本次設(shè)計(jì)。關(guān)鍵詞牽引供電變電所電氣主接線(xiàn)變壓器ABSTRACTPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEMINSUBWAYPROVIDESALLLOADSELECTRICENERGYEXCEPTELECTRICTRAIN,HASTHEVERYIMPORTANTFUNCTIONSTOSUBWAYSNORMALOPERATIONUNDERTHEBACKGROUNDOFACCELERATINGCONSTRUCTIONOFSUBWAYSENGINEERINGFORRESOLVINGTHEMASSTRANSITPROBLEMSINOURCOUNTRY,THERESEARCHONPROJECTDESIGNOFPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEMINSUBWAYISVERYIMPORTANTTHETHESISSTUDIESTHEPROBLEMOFSUBWAYSLOADCALCULATION,GIVESOUTSUGGESTIONVALUESOFSUBWAYSUNITTARGETANDDEMANDFACTORFORLOADCALCULATIONOFSUBWAYSPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEM,ANALYZESANDCOMPUTESTHEPROBLEMSCOMBININGWITHANEXAMPLESECONDLY,THISTHESISTHOROUGHLYSTUDIESTHECHARACTERISTICSOFSUBWAYSPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEM,PRODUCESTHEOVERALLPOWERDISTRIBUTIONPLANOFACTUALPROJECTBASEDONTHECHARACTERISTICSOFSUBWAYSPOWERTRANSFORMATIONANDDISTRIBUTIONSYSTEMANDEXTERNALPOWERPLANINCITY,THISARTICLEANALYZESTHEFUNCTIONSANDFORMATIONSOFTHEMEDIUMVOLTAGEPOWERDISTRIBUTIONNETWORKANDTHESUBSTATION,GIVESTHREEKINDSDESIGNPLANSRESPECTIVELYAFTERTHEN,THETHESISEXPLAINSLOADSDIVISIONASWELLASPOWERSUPPLYREQUEST,DISCUSSESTHEPRINCIPLESOFPOWERDISTRIBUTIONSYSTEMDESIGN,DESIGNOFDISTRIBUTIONLINE,CHOICESOFLOWVOLTAGEELECTRICAPPLIANCEANDTHEAPPLICATIONOFMICROCOMPUTERPROTECTIVEDEVICEOFELECTRICMOTORSKEYWORDDISTRIBUTIONSUBSTATIONPOWERTRANSFORMATION目錄1緒論111課題的目的和意義112國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀113牽引降壓混合變電所2131牽引變電所2132降壓變電所414設(shè)計(jì)任務(wù)62變電所的設(shè)計(jì)方案721設(shè)計(jì)方案概述722設(shè)計(jì)方案選擇7221牽引降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)7222牽引降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)823本章小結(jié)93負(fù)荷計(jì)算1031地鐵負(fù)荷分類(lèi)1032地鐵負(fù)荷計(jì)算方法10321單位指標(biāo)法11322需要系數(shù)法11323二項(xiàng)式系數(shù)法1233地鐵變配電負(fù)荷計(jì)算13331動(dòng)力負(fù)荷13332照明負(fù)荷16333綜合計(jì)算負(fù)荷17334無(wú)功功率補(bǔ)償1834本章小結(jié)194變壓器的選擇205變電所主接線(xiàn)設(shè)計(jì)226短路計(jì)算2461短路計(jì)算的必要性2462短路計(jì)算25621變壓器等值電抗計(jì)算25622短路點(diǎn)的選擇267電氣設(shè)備的選擇2871配電線(xiàn)路的選擇2872斷路器的選擇30721高壓側(cè)斷路器的選取30722低壓側(cè)斷路器的選取3173隔離開(kāi)關(guān)的選擇32731高壓側(cè)進(jìn)線(xiàn)側(cè)隔離開(kāi)關(guān)的選擇3274電流互感器的選擇33741高壓側(cè)電流互感器的選擇34742低壓側(cè)電流互感器的選擇3575電壓互感器的選擇36751高壓側(cè)電壓互感器的選擇3676熔斷器的選擇378防雷、接地、消防設(shè)施的設(shè)計(jì)3881防雷設(shè)計(jì)3882接地設(shè)計(jì)3983消防設(shè)施的設(shè)計(jì)409照明系統(tǒng)的設(shè)計(jì)4291地鐵照明分類(lèi)和設(shè)置4292地鐵照明控制方式4393地鐵照明燈具選用和布置4410結(jié)論46致謝47參考文獻(xiàn)48附錄1電氣主接線(xiàn)圖49附錄2平面設(shè)計(jì)圖501緒論11課題的目的和意義隨著城市的發(fā)展，城市的交通壓力越來(lái)越大，城市交通存在諸如道路容量不足、交通結(jié)構(gòu)不合理、中心區(qū)高峰小時(shí)機(jī)動(dòng)車(chē)車(chē)速較低，交通需求仍然有增無(wú)減等主要問(wèn)題。所以以公交為主體、軌道交通為骨干，各種交通方式相結(jié)合的多層次、多功能、多類(lèi)型的城市交通綜合體系正在被諸多城市采用。而地鐵作為城市交通的骨干渠道，自然越來(lái)越受到城市規(guī)劃者的青睞。地下鐵道簡(jiǎn)稱(chēng)地鐵，它是一種不受地面道路狀況和天氣情況的影響，能夠按照設(shè)計(jì)的能力正常運(yùn)行，從而快速、安全、舒適地運(yùn)送乘客的獨(dú)立的有軌交通系統(tǒng)。地鐵效率高、速度快、無(wú)污染，能夠?qū)崿F(xiàn)大運(yùn)量的要求，具有良好的社會(huì)效益。1969年我國(guó)第一條地鐵在北京正式通車(chē)。進(jìn)入上世紀(jì)90年代中后期，隨著國(guó)家經(jīng)濟(jì)和技術(shù)實(shí)力的增長(zhǎng)，我國(guó)加快了城市軌道交通的建設(shè)步伐，北京、上海、天津、廣州、深圳、南京、武漢、重慶、沈陽(yáng)等各大城市紛紛開(kāi)工建設(shè)多條地鐵線(xiàn)路或輕軌線(xiàn)路，僅上海市的軌道交通規(guī)劃就有17條線(xiàn)路，總里程達(dá)800多公里，地鐵正日益成為人們?nèi)粘Ｉ畛鲂兄忻懿豢煞值囊徊糠?。地鐵變電所作為地鐵的心臟，為地鐵系統(tǒng)提供動(dòng)力、照明、通風(fēng)、空調(diào)、排水、通信、信號(hào)、防災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)扶梯等。根據(jù)用電性質(zhì)的不同，地鐵供電系統(tǒng)可分為兩部分由牽引變電所為主組成的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電所為主組成的動(dòng)力照明供電系統(tǒng)。因此，地鐵變電所的研究對(duì)于地鐵的發(fā)展有著極其重要的意義。12國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國(guó)外,一些發(fā)達(dá)國(guó)家為了滿(mǎn)足國(guó)內(nèi)的需求，減少在網(wǎng)路中的損耗，這些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)形成了完善的變電設(shè)計(jì)理論。國(guó)外的變電所設(shè)計(jì)做到了節(jié)約型，集約型，高效型。一些發(fā)達(dá)國(guó)家通過(guò)改善優(yōu)化變電站結(jié)構(gòu)，降低變電站功率損耗，提高變電所的可靠性、靈活性、經(jīng)濟(jì)性。在變電所設(shè)計(jì)上還是領(lǐng)先于我國(guó)。目前，我國(guó)針對(duì)地鐵負(fù)荷計(jì)算的單位容量指標(biāo)和需要系數(shù)還未頒布，往往需借鑒其它民用建筑（如寫(xiě)字樓、辦公樓等）的指標(biāo)和系數(shù)。因此，負(fù)荷計(jì)算的準(zhǔn)確與否，是地鐵變配電系統(tǒng)合理設(shè)計(jì)的前提，負(fù)荷計(jì)算已成為地鐵變配電系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中遇的首要問(wèn)題?，F(xiàn)階段我國(guó)主要是使用常規(guī)變電所。常規(guī)變電所即使用傳統(tǒng)模式進(jìn)行設(shè)計(jì)、建造和管理的變電所，主要為有人值班或駐所值班，有穩(wěn)定的值班隊(duì)伍。繼電保護(hù)為電磁型，不具備四遙、遠(yuǎn)方操作功能，需要一支專(zhuān)業(yè)的運(yùn)行與檢修隊(duì)伍和一整套相應(yīng)的管理機(jī)構(gòu)、制度進(jìn)行管理，才可以滿(mǎn)足安全運(yùn)行的要求。我國(guó)的短期目標(biāo)是既要充分利用原有設(shè)備，又要能夠發(fā)展微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)自動(dòng)化系統(tǒng)；既要實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守，又要滿(mǎn)足安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求。13牽引降壓混合變電所牽引降壓混合變電所是由牽引變電所和降壓變電所組成的。131牽引變電所牽引變電所是電力牽引的專(zhuān)用變電所。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)送來(lái)的電能，根據(jù)電力牽引對(duì)電流和電壓的不同要求，轉(zhuǎn)變?yōu)檫m用于電力牽引的電能，然后分別送到沿鐵路線(xiàn)上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機(jī)車(chē)供電，或者送到地下鐵道等城市交通所需的供電系統(tǒng)，為地鐵電動(dòng)車(chē)輛或電車(chē)供電。（1）牽引變電所一次側(cè)的供電方式牽引變電所一次側(cè)（電源側(cè)，通常為110KV或220KV）的供電方式，可分為一邊供電邊供電和環(huán)形供電。一邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中一個(gè)方向的電廠(chǎng)送來(lái)。兩邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中兩向的電廠(chǎng)送來(lái)。環(huán)形供電是指若干個(gè)發(fā)電廠(chǎng)、地區(qū)變電站通過(guò)高壓輸電線(xiàn)連接成環(huán)形的電力系統(tǒng)，牽引變電所處于環(huán)形電力系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)路中。（2）牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式單線(xiàn)區(qū)段一邊供電；兩邊供電。雙線(xiàn)區(qū)段同相一邊并聯(lián)供電；同相一邊分開(kāi)供電；雙邊扭結(jié)供電。（3）電力牽引按牽引網(wǎng)供電電流的種類(lèi)可分為三種電流制，即直流制、低頻單相交流制和工頻單相交流制。直流制即牽引網(wǎng)供電電流為直流的電力牽引電流制。電力系統(tǒng)將三相交流電送到牽引變電所一次側(cè)，經(jīng)過(guò)牽引變電所降壓并整流變成直流電，再通過(guò)牽引網(wǎng)供給電力機(jī)車(chē)使用。直流制發(fā)展最早，目前有些國(guó)家的電氣化鐵路仍在應(yīng)用。我國(guó)僅工礦、城市電車(chē)和地下鐵道采用。牽引網(wǎng)電壓有1200V，1500V，3000V和600V，750V等，后兩種分別用于城市電車(chē)、地下鐵道。直流制存在的主要問(wèn)題是，直流牽引電動(dòng)機(jī)額定電壓受到換向條件的限制不能太高，即牽引網(wǎng)電壓很難進(jìn)一步提高，這就要求沿牽引網(wǎng)輸送大量電流來(lái)供應(yīng)電力機(jī)車(chē)。由于牽引電流增大，接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)截面要隨著增大（一般得使用兩根銅接觸線(xiàn)和銅承力索），牽引網(wǎng)電壓損失也相應(yīng)增大，所以牽引變電所之間的距離要縮短，一般只有1530KM。牽引變電所的數(shù)量多，并且為完成整流任務(wù)而變得較復(fù)雜。由于這些緣故，許多國(guó)家已逐漸停止發(fā)展直流制。低頻單相交流制即牽引網(wǎng)供電電流為低頻單相交流的電力牽引電流制。這種電流制是繼直流制之后出現(xiàn)的，牽引網(wǎng)供電電流頻率為16HZ，牽引網(wǎng)電壓為15KV或11KV，電力機(jī)車(chē)上采用交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)。交流容易變壓，因此，可以在牽引網(wǎng)中用高電壓送電而在電力機(jī)車(chē)上降低電壓，供應(yīng)低電壓的交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)。低頻單相交流制的出現(xiàn)，與力圖提高牽引網(wǎng)電壓以降低接觸網(wǎng)中的有色金屬用量有關(guān)。由于電力工業(yè)主要采用50HZ標(biāo)準(zhǔn)頻率后，低頻制電氣化鐵道或者須自建專(zhuān)用的低頻率的發(fā)電廠(chǎng)，或者在牽引變電所變頻后送人牽引網(wǎng)；這就變得復(fù)雜化，于是，其發(fā)展受到了限制。工頻單相交流制即牽引網(wǎng)供電電流為工業(yè)頻率單相交流的電力牽引電流制。它是在20世紀(jì)50年代中期法國(guó)電氣化鐵路應(yīng)用整流式交流電力機(jī)車(chē)獲得成功之后開(kāi)始推廣的。從那時(shí)以來(lái)，許多國(guó)家都相繼采用。這種電流制在電力機(jī)車(chē)上降壓后應(yīng)用整流裝置整流來(lái)供應(yīng)直流牽引電動(dòng)機(jī)。由于頻率提高，牽引網(wǎng)阻抗加大，牽引網(wǎng)電壓也相應(yīng)提高。目前，較普遍應(yīng)用的接觸網(wǎng)額定電壓是25KV。采用工頻單相交流制的優(yōu)點(diǎn)是，消除了低頻單相交流制的兩個(gè)主要缺點(diǎn)（與電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率并行的非標(biāo)準(zhǔn)頻率和構(gòu)造復(fù)雜的交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)）；牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備大為簡(jiǎn)化，牽引變電所只要選擇適宜的牽引變壓器，就可以完成降壓、分相、供電的功能；接觸網(wǎng)的額定電壓較高，其中通過(guò)的電流相對(duì)較小，從而使接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)截面減小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；牽引變電所的間距延長(zhǎng)、數(shù)量減少；工程投資和金屬消耗量降低，電能損失和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用減少；電力機(jī)車(chē)采用直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)，也遠(yuǎn)比交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)牽引性能好，運(yùn)行可靠。采用工頻單相交流制的缺點(diǎn)是，對(duì)電力系統(tǒng)引起的撫恤電流分量和高次諧波含量增加以及功率因數(shù)降低；對(duì)沿電氣化鐵路架設(shè)的通信線(xiàn)有干擾。但是，經(jīng)過(guò)技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面的綜合分析比較，上述優(yōu)點(diǎn)是主要的。因此，我國(guó)電氣化鐵路采用工頻單相25KV交流制，但是地下鐵道大多不采用。132降壓變電所降壓變電所一般的設(shè)置和形式有以下幾種1一所型式車(chē)站只設(shè)一座降壓變電所，位于重負(fù)荷一端。車(chē)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(chē)站，降壓變電所送出回路在8090個(gè)。除冷凍站以外，由于車(chē)站兩端負(fù)荷一般分布較為均勻，故遠(yuǎn)離降壓變電所一端的供電回路約占一半左右。降壓變電所為一所型式的供電方案的優(yōu)點(diǎn)整個(gè)車(chē)站的變配電設(shè)備集中設(shè)置在一處，減少了降壓變電所的設(shè)備投資。設(shè)備用房數(shù)量少，降低了土建造價(jià)。降壓變電所為一所型式的供電方案的缺點(diǎn)由于供電方案為放射式，勢(shì)必造成供電距離大幅度增加，為保障線(xiàn)路電壓損失限制在規(guī)定范圍內(nèi)，必須增大導(dǎo)線(xiàn)截面；同時(shí)低壓線(xiàn)路的數(shù)量也大幅度增加，出現(xiàn)故障的機(jī)率增大，一定程度上降低了供電的質(zhì)量及可靠性。因供電距離較長(zhǎng)，單機(jī)大容量設(shè)備需要采用大截面電纜或密集型母線(xiàn)供電，而二者（尤其是密集型母線(xiàn)）價(jià)格高昂，會(huì)引起電力投資的顯著增加。2一主所一跟隨所型式在車(chē)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(kāi)關(guān)室）。主所、跟隨所的高壓進(jìn)線(xiàn)均為兩路獨(dú)立電源，引自不同的饋線(xiàn)回路，互不干擾，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。降壓變電所為一主所一跟隨所型式供電方案的優(yōu)點(diǎn)兩所各負(fù)責(zé)本端的用電負(fù)荷，根本上解決了低壓供電的電壓損失問(wèn)題，電纜截面及數(shù)量隨之顯著降低，供電方案較為合理。兩所間采用高壓聯(lián)系，在供電質(zhì)量、可靠性和安全性上有了根本提高，尤其突出體現(xiàn)在單機(jī)大容量設(shè)備的供電上。一主所一跟隨所型式單臺(tái)變壓器容量一般為500、630、800KVA幾種規(guī)格，較一所型式規(guī)格為1250、1600KVA的配電變壓器，總安裝容量變化不大，但單臺(tái)安裝容量降低了二至三個(gè)級(jí)別，其運(yùn)轉(zhuǎn)的經(jīng)濟(jì)性會(huì)大為提高。降壓變電所為一主所一跟隨所型式供電方案的缺點(diǎn)設(shè)置跟隨所須增加高壓柜、變壓器及低壓柜等設(shè)備，使整個(gè)降壓變電所的投資有較大增加。因跟隨所的設(shè)置，其房屋面積增加許多，加大了土建工程投資。3一所一室型式在車(chē)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(chē)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(xiàn)為并列關(guān)系。降壓變電所為一所一室型式的優(yōu)點(diǎn)遠(yuǎn)離降壓變電所端的大部分設(shè)備從低壓配電室送出，供電負(fù)荷較一所型式有明顯地降低，從而減少了貫穿車(chē)站低壓電纜的數(shù)量。低壓配電室配電負(fù)荷的供電距離相對(duì)減小，可在一定程度上減少故障的機(jī)率，提高供電的質(zhì)量及可靠性。低壓配電室房屋面積較跟隨所型式相對(duì)減少，同時(shí)亦減少兩面高壓送出柜，一定程度上降低了設(shè)備投資和土建造價(jià)。降壓變電所為一所一室型式的缺點(diǎn)由于低壓配電室電源引入為04KV低壓，不可避免地造成電壓損失，從根本上未解決末端設(shè)備的電壓損失問(wèn)題。由于單機(jī)大容量設(shè)備還須從降壓變電所直接供電，所以仍存在一所型式的供電可靠性差的缺陷。低壓配電室引入為低壓電源，為保障供電方案，進(jìn)線(xiàn)必須采用大截面電纜或密集型母線(xiàn)，增加了工程造價(jià)。4綜合分析比較綜上所述，降壓變電所的設(shè)計(jì)一般采用一所型式、一主所一跟隨所型式或一所一室型式，其性能對(duì)比如表11所示。表11三種降壓變電所性能對(duì)比型式供電質(zhì)量供電靈活性低壓電纜數(shù)量投資一所低低多低一主所一跟隨所高高少高一所一室較高較高較少較高從技術(shù)角度而言，設(shè)置跟隨所為最佳方案，它可以保障供電質(zhì)量、提高供電可靠性、減少有色金屬消耗和運(yùn)營(yíng)能耗。故選用一主所一跟隨所方式。14設(shè)計(jì)任務(wù)本次設(shè)計(jì)主要對(duì)牽引降壓混合變電所的一次部分進(jìn)行研究和設(shè)計(jì)。通過(guò)對(duì)負(fù)荷資料的分析計(jì)算得到計(jì)算負(fù)荷；然后確定變壓器的容量和臺(tái)數(shù)，根據(jù)所算出的參數(shù)選擇合適的變壓器型號(hào)；然后進(jìn)行電氣主接線(xiàn)的設(shè)計(jì)；根據(jù)電氣主接線(xiàn)進(jìn)行短路計(jì)算得出各短路點(diǎn)的短路電流；根據(jù)短路電流等來(lái)選擇一次設(shè)備；最后進(jìn)行防雷、接地、消防等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計(jì)。2變電所的設(shè)計(jì)方案21設(shè)計(jì)方案概述地鐵供電系統(tǒng)由外部電源、主變電所、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(lái)自城市電網(wǎng)，大多采用集中式、分散式、混合式等形式，外部電源的電壓等級(jí)通常為110KV或10KV。牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和接觸網(wǎng)系統(tǒng)組成，牽引變電所一般每?jī)勺?chē)站設(shè)置一座，向貫通地鐵全線(xiàn)的接觸網(wǎng)供電。變配電系統(tǒng)包括降壓變電所與低壓動(dòng)力、照明配電系統(tǒng)和跟隨變電所。降壓變電所在規(guī)模較大的車(chē)站設(shè)置兩座，規(guī)模較小的車(chē)站設(shè)置一座，向本站及其相臨區(qū)間的動(dòng)力照明負(fù)荷供電。地鐵中壓配電網(wǎng)絡(luò)是通過(guò)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(lái)，橫向上把全線(xiàn)的各個(gè)牽引變電所、降壓變電所連接起來(lái)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)），也為降壓變電所供電（即降壓配電網(wǎng)絡(luò)）。降壓配電網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)是地鐵配電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中比較重要的一環(huán)。22設(shè)計(jì)方案選擇地鐵的供電方式根據(jù)外部電源的不同可分為集中式、分散式、混合式等形式，由于本次設(shè)計(jì)以蘇州軌道交通2號(hào)線(xiàn)延伸線(xiàn)作為參考，所以本次設(shè)計(jì)只考慮集中式供電方式。根據(jù)用電容量和線(xiàn)路長(zhǎng)短，在地鐵沿線(xiàn)設(shè)置專(zhuān)用的主變電所，這種由主變電所構(gòu)成的供電方案，稱(chēng)為集中式供電。主變電所應(yīng)有兩路獨(dú)立的電源進(jìn)線(xiàn)，進(jìn)線(xiàn)電壓一般為110KV，經(jīng)降壓后變成35可V或10KV，供給牽引變電所與降壓變電所。集中式供電有利于地鐵供電網(wǎng)形成獨(dú)立系統(tǒng)，便于管理和運(yùn)營(yíng)。集中式供電方案下的中壓配電網(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。221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(xiàn)的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(guò)3個(gè)車(chē)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(xiàn)引入，接至兩段母線(xiàn)，同時(shí)在降壓變電所的每段母線(xiàn)設(shè)一路出線(xiàn)，向相鄰降壓變電所供電；在各分區(qū)設(shè)有網(wǎng)絡(luò)開(kāi)關(guān)，正常運(yùn)行時(shí)該開(kāi)關(guān)分?jǐn)?，形?0KV開(kāi)口雙環(huán)網(wǎng)供電形式。A牽引降壓混合變電所C牽引降壓混合變電所B降壓變電所電源引自主變電所110/35（10）KV變壓器圖21牽引降壓獨(dú)立配電網(wǎng)絡(luò)222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)共用一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的中壓網(wǎng)絡(luò)形式。當(dāng)中壓網(wǎng)絡(luò)采用牽引降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在有牽引變電所的車(chē)站，可以把牽引變電所和降壓變電所建成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(zhǎng)，故一般采用35KV級(jí)。全線(xiàn)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(guò)3個(gè)車(chē)站；每一個(gè)分區(qū)均從主變電所3510KV的不同母線(xiàn)就近引入兩路3510KV電源，中壓配電網(wǎng)絡(luò)采用雙環(huán)網(wǎng)接線(xiàn)方式；兩個(gè)主變電所之間的分區(qū)間通過(guò)環(huán)網(wǎng)電纜聯(lián)絡(luò)。A降壓變電所B降壓變電所C降壓變電所電源引自主變電所110/3510KV變壓器圖22牽引降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)23本章小結(jié)配電網(wǎng)絡(luò)的選擇應(yīng)結(jié)合軌道交通網(wǎng)和城市電網(wǎng)的具體情況進(jìn)行綜合考慮，由于本次設(shè)計(jì)是以蘇州軌道交通2號(hào)線(xiàn)為參考，故采用牽引降壓混合配電網(wǎng)絡(luò)作為本次的設(shè)計(jì)方案。3負(fù)荷計(jì)算地鐵變電所的實(shí)際負(fù)荷并不等于所有用電設(shè)備的額定功率總和。因?yàn)橛秒娫O(shè)備不可能全部同時(shí)工作，各臺(tái)設(shè)備也不可能全部滿(mǎn)負(fù)荷，每種用電設(shè)備的功率因數(shù)也不可能完全相同。因此，地鐵變電所電氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中，必須找出這些用電設(shè)備的等效負(fù)荷。所謂“等效”就是這些用電設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中所產(chǎn)生的最大熱效應(yīng)和等效負(fù)荷產(chǎn)生的熱效應(yīng)相等，產(chǎn)生的最大溫升和等效負(fù)荷產(chǎn)生的最大溫升相等。按照等效負(fù)荷，從滿(mǎn)足用電設(shè)備發(fā)熱條件來(lái)選擇各種用電設(shè)備，而計(jì)算的負(fù)荷功率或負(fù)荷電流稱(chēng)為“計(jì)算負(fù)荷”。計(jì)算負(fù)荷必須確當(dāng)，如果過(guò)小會(huì)引起變壓器和線(xiàn)路過(guò)熱，加速其絕緣損壞，過(guò)多損耗能量，增加電壓損失從而破壞正常的運(yùn)行條件，甚至引起線(xiàn)路失火，造成重大事故。如果計(jì)算負(fù)荷過(guò)大，則會(huì)造成變壓器容量過(guò)剩，線(xiàn)路截面過(guò)大，開(kāi)關(guān)整定電流過(guò)高，增加了工程投資，造成不必要的浪費(fèi)。因此，要正確合理地對(duì)地鐵的配電系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，負(fù)荷計(jì)算是至關(guān)重要的一環(huán)。31地鐵負(fù)荷分類(lèi)地鐵動(dòng)力、照明負(fù)荷按其重要性，分為一、二級(jí)及三級(jí)負(fù)荷。一級(jí)負(fù)荷由降壓變電所I、II段母線(xiàn)各提供一路專(zhuān)用電源供電并在末端自切，以實(shí)現(xiàn)不間斷供電，如BAS、FAS、AFC、通信、信號(hào)、屏蔽門(mén)、消防泵、噴淋泵、廢水泵、直流盤(pán)、變電所所用電、消防聯(lián)動(dòng)的車(chē)站送、排風(fēng)機(jī)、風(fēng)閥等、消防電源、兼作緊急疏散的自動(dòng)扶梯等。二級(jí)負(fù)荷由降壓變電所I段或II段母線(xiàn)提供一路專(zhuān)用電源，在變電所處切換，必要時(shí)可以切除，如污水泵、雨水泵、普通風(fēng)機(jī)、自動(dòng)扶梯、直升電梯、正常照明、區(qū)間維修電源等。三級(jí)負(fù)荷由降壓變電所三級(jí)負(fù)荷母線(xiàn)提供一路電源，當(dāng)變電所只有一路電源時(shí)必須切除，如廣告照明、冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔、清潔設(shè)備、電熱設(shè)備等。32地鐵負(fù)荷計(jì)算方法在地鐵變電所負(fù)荷計(jì)算常用的方法有三種，即單位指標(biāo)法、需要系數(shù)法、二項(xiàng)式系數(shù)法。321單位指標(biāo)法1單位指標(biāo)法的計(jì)算公式單位指標(biāo)法是以單位建筑面積負(fù)荷密度乘以建筑面積，其公式如下（31）10SJSKP式中，有功計(jì)算負(fù)荷，KW；JSP建筑單位面積負(fù)荷密度，；SK2MWS建筑面積，M2。在方案設(shè)計(jì)階段多采用單位指標(biāo)法。2各類(lèi)建筑物的單位指標(biāo)普通民用建筑如賓館、商場(chǎng)、學(xué)校、住宅、辦公樓等的單位指標(biāo)可從現(xiàn)有的電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到，如表31所示。表31各類(lèi)建筑物單位指標(biāo)建筑類(lèi)別單位（W/M2）建筑類(lèi)別單位指標(biāo)（W/M2）辦公4080中小學(xué)1220公寓3050醫(yī)院4070旅館4070高校2040一般4080商業(yè)大中型70130展覽館5080體育4070演播室250500劇場(chǎng)5080汽車(chē)庫(kù)518322需要系數(shù)法1需要系數(shù)法的計(jì)算公式需要系數(shù)法是用設(shè)備容量乘以需要系數(shù)和同時(shí)系數(shù)，直接求出計(jì)算負(fù)荷4。其公式如下（32）ECJSPK式中，有功計(jì)算負(fù)荷，KW；JSP設(shè)備總?cè)萘?，KW；E需要系數(shù)。CK需求系數(shù)和用電設(shè)備的工作性質(zhì)、設(shè)備臺(tái)數(shù)、設(shè)備功率及功能的充分利用有關(guān)。前三者是相對(duì)固定的因數(shù)，最后一個(gè)是不確定的因素。因此，在取值中包含一定份量的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)成分，各國(guó)的值不相同，即使在同一個(gè)國(guó)家的不同時(shí)期和地區(qū)，值也會(huì)有所變化。在施工設(shè)計(jì)階段，大多采用需要系數(shù)法。如果用電設(shè)備臺(tái)數(shù)較多，各臺(tái)設(shè)備容量相差不多時(shí)，可以采用需要系數(shù)法，一般適用于干線(xiàn)、配電所的負(fù)荷計(jì)算。民用建筑的負(fù)荷大都采用需要系數(shù)法進(jìn)行計(jì)算的，這種方法比較簡(jiǎn)便，所以應(yīng)用廣泛。2各類(lèi)建筑物的需要系數(shù)一般民用建筑的需要系數(shù)一般可從現(xiàn)有的電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)中查到，如表32所示。表32各類(lèi)建筑物需要系數(shù)建筑類(lèi)別需求系數(shù)建筑類(lèi)別需求系數(shù)住宅0405醫(yī)院055065辦公0708高校0607商業(yè)0708綜合樓06065體育06507餐飲08085劇場(chǎng)0607加工業(yè)04045323二項(xiàng)式系數(shù)法由于需要系數(shù)法沒(méi)有考慮在同一組負(fù)荷中一些容量特別大的設(shè)備，所以對(duì)負(fù)荷計(jì)算是有影響的，不能滿(mǎn)足大容量設(shè)備的需要，因此提出了二項(xiàng)式系數(shù)法。其公式如下（33）NCPBEJS式中，有功計(jì)算負(fù)荷，KW；JSP用電設(shè)備總?cè)萘?，KW；EN臺(tái)最大的設(shè)備容量之和，KW；、二項(xiàng)式系數(shù)。BC由于二項(xiàng)式系數(shù)法即考慮了設(shè)備組的平均負(fù)荷，又考慮了設(shè)備組中幾臺(tái)大容量設(shè)備運(yùn)行時(shí)的附加負(fù)荷。所以此法只適用于設(shè)備臺(tái)數(shù)較少而且容量相差較大的低壓分支線(xiàn)及干線(xiàn)的負(fù)荷計(jì)算。由于需要系數(shù)法較為實(shí)用，只需要將用電設(shè)備按工作類(lèi)別分組乘以相對(duì)應(yīng)的需要系數(shù)即可直接得出計(jì)算結(jié)果，所以在動(dòng)力、照明負(fù)荷計(jì)算中可以采用需要系數(shù)法確定變電所內(nèi)動(dòng)力變壓器的容量。33地鐵變配電負(fù)荷計(jì)算進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)首先需要確定用電設(shè)備的容量，本設(shè)計(jì)參考蘇州軌道交通2號(hào)線(xiàn)的某一車(chē)站的技術(shù)數(shù)據(jù)。331動(dòng)力負(fù)荷根據(jù)專(zhuān)業(yè)系統(tǒng)，可以將動(dòng)力用電設(shè)備劃分為通風(fēng)空調(diào)、給排水、消防、弱電、運(yùn)輸、安全防護(hù)和其它等七個(gè)負(fù)荷組成，如表33所示。各個(gè)設(shè)備負(fù)荷的需要系數(shù)參照民用建筑電氣設(shè)計(jì)手冊(cè)的值選取。表33各類(lèi)動(dòng)力設(shè)備容量序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)總?cè)萘緾OSEK負(fù)荷類(lèi)型1通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)11876隧道風(fēng)機(jī)44008075I排熱風(fēng)機(jī)15008075I回排風(fēng)機(jī)7408075I小系統(tǒng)新風(fēng)機(jī)11808075I小系統(tǒng)排風(fēng)機(jī)46808075I組合空調(diào)機(jī)組8808075I空氣處理機(jī)組2708075I冷水機(jī)組2800907III冷凍泵6008075III電動(dòng)組合風(fēng)閥100706I2給排水系統(tǒng)167冷卻塔1908075III冷卻泵3008075III廢水泵5708075I污水泵1208075II雨水泵908075II電熱開(kāi)水器40107III3消防系統(tǒng)61消火栓泵1508075I噴淋泵3008075I氣體滅火160808I4弱電系統(tǒng)105BAS、FAS100808IAFC200808I通信200808I續(xù)表33各類(lèi)動(dòng)力設(shè)備容量序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)總?cè)萘緾OSEK負(fù)荷類(lèi)型信號(hào)250808I公共無(wú)線(xiàn)300808I5運(yùn)輸系統(tǒng)1208自動(dòng)扶梯1080506II直升電梯1280504II6安全防護(hù)系統(tǒng)48屏蔽門(mén)300706I門(mén)禁、卷簾門(mén)180806I7其他60檢修6006035III負(fù)荷總計(jì)17494其中I類(lèi)負(fù)荷11186其中II類(lèi)負(fù)荷1418其中III類(lèi)負(fù)荷489從表33可看出，由于變電所處于地下這一特殊性，為了給乘客提供較為舒適的乘車(chē)環(huán)境,地鐵每個(gè)車(chē)站的通風(fēng)空調(diào)設(shè)備數(shù)量比較多、容量比較大，其總?cè)萘空嫉降罔F動(dòng)力設(shè)備總?cè)萘康?0左右，是最主要的負(fù)荷類(lèi)型。動(dòng)力負(fù)荷計(jì)算的方法（1）由于消防泵、噴淋泵、氣體滅火等消防負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于火災(zāi)時(shí)予以切除的III類(lèi)負(fù)荷，因此進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算時(shí)，可以不考慮消防負(fù)荷。（2）除消防負(fù)荷以外，對(duì)上表所列的其余六個(gè)負(fù)荷組按照需要系數(shù)法進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算；由于功率因素不完全相同，要分別按需要系數(shù)及計(jì)算出有功功率和無(wú)功功率，再相加求得計(jì)算視在功率。計(jì)算公式如下計(jì)算有功功率1EC1JSPK22J（34）NNECJS式中，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第一個(gè)用電設(shè)備有功負(fù)荷，KW；1JSP通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第二個(gè)用電設(shè)備有功負(fù)荷，KW；2JS通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第N個(gè)用電設(shè)備有功負(fù)荷，KW；NJS通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第一個(gè)的需要系數(shù)；1CK通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第二個(gè)的需要系數(shù)；2通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第N個(gè)的需要系數(shù)；NC通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第一個(gè)的設(shè)備總?cè)萘?，KW；1EP通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第二個(gè)的設(shè)備總?cè)萘?，KW；2通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第N個(gè)的設(shè)備總?cè)萘?，KW。NE計(jì)算無(wú)功功率1JS1JTGPQ2J2JS（35）NNTGJSJS式中，通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第一個(gè)的用電設(shè)備無(wú)功負(fù)荷，KVAR；1JSQ通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第二個(gè)的用電無(wú)功負(fù)荷，KVAR；2JS通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第N個(gè)的用電無(wú)功負(fù)荷，KVAR；3JS通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第一個(gè)用電設(shè)備有功負(fù)荷，KW；1JSP通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第二個(gè)用電設(shè)備有功負(fù)荷，KW；2JS通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第N個(gè)用電設(shè)備有功負(fù)荷，KW；NJS通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第一個(gè)用電設(shè)備阻抗角正切值；1TG通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第二個(gè)用電設(shè)備阻抗角正切值。2通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)等七個(gè)系統(tǒng)下的第N個(gè)用電設(shè)備阻抗角正切值。NT計(jì)算視在功率（36）212JS1JS2JS1JJSQPS式中，用電設(shè)備的總視在功率。JS計(jì)算綜合功率因數(shù)（37）TGCOS2JS1JP式中，綜合功率因數(shù)。COS根據(jù)以上各式得出以下結(jié)果，如表34所示。表34動(dòng)力計(jì)算負(fù)荷序號(hào)設(shè)備名稱(chēng)總?cè)萘浚↘W）計(jì)算有功功率KWJSP計(jì)算無(wú)功功率KVARJSQ1通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)1187687536072給排水系統(tǒng)16712347163消防系統(tǒng)61不計(jì)不計(jì)4弱電系統(tǒng)10584635運(yùn)輸系統(tǒng)120869912116安全防護(hù)系統(tǒng)482882657其他6021279負(fù)荷總計(jì)1749412024917其中I類(lèi)負(fù)荷1118678996009II類(lèi)負(fù)II類(lèi)負(fù)荷48932681832視在功率1512綜合功率因數(shù)0795332照明負(fù)荷地鐵照明主要由站廳照明、站臺(tái)照明、區(qū)間照明、事故照明和廣告照明等組成，如表35所示。表35車(chē)站照明容量序號(hào)照明種類(lèi)總?cè)萘浚↘W）COSCK負(fù)荷類(lèi)型1站廳照明680951II2站臺(tái)照明350951II3區(qū)間照明16091II4事故照明1811I5廣告照明900951III負(fù)荷總計(jì)227其中I類(lèi)負(fù)荷18續(xù)表35車(chē)站照明容量序號(hào)照明種類(lèi)總?cè)萘浚↘W）COSCK負(fù)荷類(lèi)型II類(lèi)負(fù)荷119III類(lèi)負(fù)荷90因?yàn)榈罔F處于地下環(huán)境，所有的照明必須全部啟用，所以表35中需要系數(shù)均KC為1。根據(jù)式3437照明計(jì)算負(fù)荷，如表36所示。表36車(chē)站照明負(fù)荷序號(hào)照明種類(lèi)總?cè)萘浚↘W）計(jì)算有功功率KWJSP計(jì)算無(wú)功功率KVARJSQ1站廳照明68682232站臺(tái)照明35351153區(qū)間照明1616784事故照明181805廣告照明9090296負(fù)荷總計(jì)227227712其中I類(lèi)負(fù)荷18180II類(lèi)負(fù)荷119119416III類(lèi)負(fù)荷9090296視在功率2379綜合功率因數(shù)0954333綜合計(jì)算負(fù)荷根據(jù)以上計(jì)算的結(jié)果，可以計(jì)算出地鐵車(chē)站的綜合計(jì)算負(fù)荷，如表37所示。表37車(chē)站綜合計(jì)算負(fù)荷序號(hào)負(fù)荷種類(lèi)總?cè)萘坑?jì)算有功功率KWJSP計(jì)算無(wú)功功率KVARJSQ1動(dòng)力17494120249172照明227227712總計(jì)19764142949882其中I類(lèi)負(fù)荷1136680796009II類(lèi)負(fù)荷260820471745III類(lèi)負(fù)荷57941682128視在功率17377綜合功率因數(shù)0823334無(wú)功功率補(bǔ)償由表33可以看出，地鐵動(dòng)力設(shè)備中有大量的風(fēng)機(jī)、水泵、電梯等，這些設(shè)備的功率因數(shù)大都在08以下，因此導(dǎo)致整個(gè)配電系統(tǒng)的功率因數(shù)較低。功率因數(shù)的降低不僅會(huì)引起有功損耗，也會(huì)造成電壓降落，影響供電質(zhì)量。按國(guó)家供電規(guī)則要求，高壓供電用戶(hù)功率因數(shù)要求在09以上。因此，采用無(wú)功補(bǔ)償、提高功率因數(shù)是必不可少的。一般在地鐵降壓變電所采用低壓集中自動(dòng)補(bǔ)償方式，每段04KV母線(xiàn)上裝設(shè)電容自動(dòng)補(bǔ)償裝置，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)功功率補(bǔ)償，使補(bǔ)償后的功率因數(shù)大于09。無(wú)功補(bǔ)償原理和無(wú)功補(bǔ)償矢量圖如圖31、32所示。UIRLCI21CILII1U圖31無(wú)功功率補(bǔ)償原理圖圖32無(wú)功補(bǔ)償矢量圖補(bǔ)償容量可按下式求得（38）21JSCTGPQ式中，補(bǔ)償容量，KVAR；C有功功率之和，KW；JSP補(bǔ)償前功率因數(shù)角正切值；1TG補(bǔ)償后功率因數(shù)角正切值；2TG、均為已知，經(jīng)計(jì)算300KVAR。JSP2T1TGCQ目前國(guó)內(nèi)大多采用自愈式金屬化全膜電容器代替舊式的油浸電容器，它具有體積小、重量輕、介質(zhì)損耗低、安全性能高等優(yōu)點(diǎn)，國(guó)產(chǎn)型號(hào)主要有BMMJ型，進(jìn)口產(chǎn)品有ABB公司的CLMD型等。CLMD型電容器具有高容量和放電速度快的特點(diǎn)，單臺(tái)容量可達(dá)83KVAR，放電速度可在斷開(kāi)電源一分鐘后端電壓下降到50V。34本章小結(jié)由于地鐵變電所和普通的變電所負(fù)荷計(jì)算有所區(qū)別，所以本次設(shè)計(jì)是參照蘇州地鐵某變電所進(jìn)行計(jì)算的。4變壓器的選擇我國(guó)地鐵設(shè)計(jì)規(guī)定配電變壓器的容量選擇應(yīng)滿(mǎn)足一臺(tái)配電變壓器退出運(yùn)行時(shí)，另一臺(tái)配電變壓器能負(fù)擔(dān)供電范圍內(nèi)遠(yuǎn)期的一、二級(jí)負(fù)荷。因此地鐵降壓變電所應(yīng)配備兩臺(tái)容量相等的配電變壓器，按照供電范圍內(nèi)的一、二級(jí)計(jì)算負(fù)荷選擇容量。在進(jìn)行變壓器容量計(jì)算時(shí)，還應(yīng)考慮參差系數(shù)，計(jì)算公式如下（41）JSPJS（42）JJQ式中，變壓器總的低壓側(cè)有功功率,KW；JSP變壓器總的低壓側(cè)無(wú)功功率，KVAR；JQ一、二級(jí)計(jì)算有功功率之和，KW；JS一、二級(jí)計(jì)算無(wú)功功率之和，KVAR；J有功參差系數(shù)，085095；P無(wú)功參差系數(shù)，090097。Q這里取09，095，而、在表37中已經(jīng)求出還應(yīng)計(jì)入無(wú)PQJSPJSQJSQ功補(bǔ)償容量，因此根據(jù)上式可以求得C9113KWJS4516KVARJS1017KVAJSS單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載率100，因此選用標(biāo)稱(chēng)容量S1250KVA的變壓器，其負(fù)載率為81。上面選擇變壓器容量時(shí)未考慮三級(jí)負(fù)荷，因此還需根據(jù)三級(jí)負(fù)荷對(duì)變壓器容量進(jìn)行校驗(yàn)如下正常運(yùn)行過(guò)程中，兩臺(tái)配電變壓器同時(shí)運(yùn)行，共同承擔(dān)一、二、三級(jí)負(fù)荷。因此正常運(yùn)行時(shí)配電變壓器總?cè)萘繛?500KVA，根據(jù)表47可知車(chē)站綜合視在功率17377KVA，在不考慮參差系數(shù)的情況下，配電變壓器負(fù)載率為70。因此無(wú)論在兩臺(tái)配電變壓器同時(shí)運(yùn)行，還是任意一臺(tái)因故退出運(yùn)行，均能夠滿(mǎn)足供電要求。單臺(tái)變壓器運(yùn)行時(shí)負(fù)載率100，因此選用標(biāo)稱(chēng)容量S1250KVA的變壓器。地鐵降壓變電所配電變壓器首選SC型環(huán)氧樹(shù)脂干式變壓器。它具有良好的電氣和機(jī)械性能、較高的耐熱等級(jí)，并且是一種安全可靠、環(huán)保節(jié)能型新產(chǎn)品，能適應(yīng)多種惡劣環(huán)境。通過(guò)使用環(huán)氧樹(shù)脂干式變壓器可減少維護(hù)工作量和增強(qiáng)安全性，同時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂干式變壓器較好的超銘牌運(yùn)行能力和抗短路能力，將給安全供電帶來(lái)可靠的保證。因此選擇變壓器型號(hào)為SC101250KVA/35KV/04KV型。5變電所主接線(xiàn)設(shè)計(jì)牽引變電所（含開(kāi)閉所、降壓變電所）的電氣主結(jié)線(xiàn)，是由主變壓器、高壓電器和設(shè)備等各種電器元件和連接導(dǎo)線(xiàn)所組成的接受和分配電能的電路。電氣主結(jié)線(xiàn)反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。在運(yùn)行中，它能表明與高壓電網(wǎng)連接方式、電能輸送和分配的關(guān)系以及變電所一次設(shè)備的運(yùn)行方式，成為實(shí)際運(yùn)行操作的依據(jù)；在設(shè)計(jì)中，主結(jié)線(xiàn)的確定對(duì)變電所電氣設(shè)備選擇、配電裝置布置、繼電保護(hù)裝置和計(jì)算、自動(dòng)裝置和控制方式選擇等都有重大影響。此外，電氣主結(jié)線(xiàn)對(duì)牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性、電能質(zhì)量、運(yùn)行靈活性和經(jīng)濟(jì)性起著決定性作用。電氣主接線(xiàn)應(yīng)該滿(mǎn)足以下要求首先應(yīng)保證電力牽引負(fù)荷，運(yùn)輸用動(dòng)力、信號(hào)負(fù)荷安全、可靠供電的需求和電能質(zhì)量。主接線(xiàn)應(yīng)在變壓器接線(xiàn)方式、諧波無(wú)功補(bǔ)償和調(diào)壓方面采取有效的改善電壓質(zhì)量措施。還要具有必要的運(yùn)行靈活性，使檢修維護(hù)安全方便?，F(xiàn)代技術(shù)的自動(dòng)裝備和監(jiān)控自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)提高主接線(xiàn)的運(yùn)行靈活性和可靠性都是很有利的。應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，力求減少投資和運(yùn)行費(fèi)用。在可能和充分論證的條件下，可采取按遠(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)計(jì)主接線(xiàn)規(guī)模、分期實(shí)施投資、增加設(shè)備，達(dá)到最好的經(jīng)濟(jì)效益。接線(xiàn)應(yīng)該盡量簡(jiǎn)潔明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建的余地。降壓變電所一般設(shè)在車(chē)站的負(fù)荷中心，擔(dān)負(fù)本車(chē)站和相鄰區(qū)間的全部動(dòng)力、照明用電供應(yīng)。因?yàn)榈罔F動(dòng)力、照明負(fù)荷大多為一、二級(jí)負(fù)荷，所以降壓變電所必須按兩路獨(dú)立電源供電設(shè)計(jì)。各個(gè)降壓變電所的兩路電源分別由主變電所、電源開(kāi)閉所或相鄰變電所的35KV不同母線(xiàn)引入，接至兩段母線(xiàn)。降壓變電所35KV側(cè)接線(xiàn)采用單母線(xiàn)分段，設(shè)置斷路器。正常運(yùn)行時(shí)，兩路35KV進(jìn)線(xiàn)電源分別向兩段母線(xiàn)供電，斷路器打開(kāi)，兩段母線(xiàn)分段運(yùn)行；當(dāng)一段母線(xiàn)進(jìn)線(xiàn)電源失電時(shí)，進(jìn)線(xiàn)斷路器分閘，斷路器自動(dòng)合閘。35KV開(kāi)關(guān)柜內(nèi)設(shè)過(guò)電壓保護(hù)。每段母線(xiàn)分別設(shè)一組電壓互感器和避雷器，電壓互感器用于母線(xiàn)電壓測(cè)量和斷路器檢測(cè)電壓自投，避雷器用于系統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)。降壓變電所設(shè)兩臺(tái)35KV/04KV配電變壓器，分別來(lái)自不同35KV母線(xiàn)上，配電變壓器容量按一、二級(jí)負(fù)荷備用容量考慮。低壓母線(xiàn)為單母線(xiàn)分段運(yùn)行方式，設(shè)開(kāi)關(guān)，平時(shí)分段運(yùn)行。當(dāng)一臺(tái)配電變壓器退出運(yùn)行時(shí)，可自動(dòng)或手動(dòng)投入開(kāi)關(guān)，由另一臺(tái)變壓器提供全部一、二級(jí)負(fù)荷用電。進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)、開(kāi)關(guān)之間應(yīng)實(shí)現(xiàn)互鎖，保證在任何情況下三臺(tái)開(kāi)關(guān)不同時(shí)處于合閘狀態(tài)（母線(xiàn)故障時(shí)不允許開(kāi)關(guān)自動(dòng)投入）。當(dāng)任一進(jìn)線(xiàn)電源故障導(dǎo)致開(kāi)關(guān)跳閘或其中一臺(tái)變壓器檢修時(shí)，另一臺(tái)變壓器只能提供全部一、二級(jí)負(fù)荷用電而必須切除三級(jí)負(fù)荷，否則會(huì)導(dǎo)致變壓器超負(fù)荷運(yùn)行而跳閘；因此，設(shè)置三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)，將三級(jí)負(fù)荷均置于該開(kāi)關(guān)下級(jí)，同時(shí)兩臺(tái)進(jìn)線(xiàn)開(kāi)關(guān)和三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)之間實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)，斷開(kāi)兩段母線(xiàn)上的三級(jí)負(fù)荷總開(kāi)關(guān)后，開(kāi)關(guān)才能合閘。牽引變電所設(shè)兩臺(tái)35KV/1500V整流變壓器，來(lái)自相同的35KV母線(xiàn)上，低壓母線(xiàn)為單母線(xiàn)運(yùn)行方式。其主接線(xiàn)圖如下。圖51電氣主接線(xiàn)圖6短路計(jì)算地鐵供配電系統(tǒng)要求安全，可靠，不間斷地供電，以保證地鐵正常的運(yùn)行，但是由于各種原因，系統(tǒng)難免出現(xiàn)故障，其中最嚴(yán)重的故障就是短路。所謂短路，是指供配電系統(tǒng)正常運(yùn)行之外的相與相或相與地之間的短接。61短路計(jì)算的必要性造成短路的原因主要有（1）電氣設(shè)備存在隱患，如設(shè)備的絕緣材料自然老化，絕緣材料機(jī)械損傷，設(shè)備缺陷未被發(fā)現(xiàn)和消除，設(shè)計(jì)安裝有誤等。（2）運(yùn)行，維護(hù)不當(dāng)，如不遵守操作規(guī)程而發(fā)生誤操作，技術(shù)水平低，管理不善等。（3）自然災(zāi)害，如雷電過(guò)電壓擊穿設(shè)備絕緣，特大風(fēng)，冰雪，地震等引起的線(xiàn)路損壞，斷線(xiàn)等。短路的危害由于短路后電路的阻抗比正常運(yùn)行時(shí)電路的阻抗小得多，所以短路電流比正常電流一般要大幾十倍甚至幾百倍。在大的電力系統(tǒng)中，短路電流可達(dá)到幾萬(wàn)安甚至幾十萬(wàn)安。在電流急劇增加的同時(shí)，系統(tǒng)中的電壓降大幅度下降。所以短路的后果往往都是破壞性的。短路的危害（1）元件發(fā)熱熱量與電流的平方成正比，所以強(qiáng)大的短路電流將引起電機(jī)，電器及載流導(dǎo)體的發(fā)熱。由于短路電流很大，即使流過(guò)的時(shí)間很短也會(huì)使這些元件引起不能允許的過(guò)熱，而招致?lián)p壞。（2）短路電流引起很大的機(jī)械應(yīng)力。電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力與電流的平方成正比。在短路剛發(fā)生后，電流達(dá)到最大值（即所謂的沖擊電流），這時(shí)機(jī)械應(yīng)力最大。如果導(dǎo)體和它的固定支架不夠堅(jiān)韌，可能遭到破壞。（3）破壞電氣設(shè)備正常運(yùn)行。短路計(jì)算的目的（1）為了選擇有足夠機(jī)械穩(wěn)定度和熱穩(wěn)定度的電氣設(shè)備。（2）要合理地配置各種繼電保護(hù)和自動(dòng)裝置并準(zhǔn)確確定其參數(shù)，必須對(duì)電力網(wǎng)發(fā)生的各種短路進(jìn)行計(jì)算和分析。（3）在設(shè)計(jì)和選擇電力系統(tǒng)和電氣主接線(xiàn)時(shí)，在比較各種不同的方案的接線(xiàn)圖，確定是否采用限制短路電流的措施等，都要進(jìn)行必要的短路計(jì)算。（4）進(jìn)行電力系統(tǒng)暫態(tài)穩(wěn)定計(jì)算，研究短路時(shí)對(duì)用電客戶(hù)工作的影響等。也包含一部分短路計(jì)算。（5）確定電力線(xiàn)路對(duì)通信線(xiàn)路的影響等。62短路計(jì)算短路電流的計(jì)算方法有歐姆法（又稱(chēng)有名單位制法），標(biāo)么值法（又稱(chēng)相對(duì)單位制法）和短路容量法。歐姆法屬于最基本的短路電流計(jì)算法，但標(biāo)么值法在工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用廣泛。其實(shí)短路計(jì)算是否合理，首先是看短路計(jì)算點(diǎn)選擇是否合理。這涉及到短路計(jì)算的目的。用來(lái)選擇校驗(yàn)電氣設(shè)備的短路計(jì)算，其短路計(jì)算點(diǎn)應(yīng)選擇為使電氣設(shè)備可能通過(guò)最大短路電流的地點(diǎn)，一般來(lái)講，用來(lái)選擇校驗(yàn)高壓側(cè)設(shè)備的短路計(jì)算，應(yīng)選擇高壓母線(xiàn)為計(jì)算短路點(diǎn)。用來(lái)選擇校驗(yàn)低壓側(cè)設(shè)備的短路計(jì)算，應(yīng)選擇低壓母線(xiàn)為短路計(jì)算點(diǎn)。但如果線(xiàn)路裝有限流電抗器（用來(lái)限制短路電流），則選擇校驗(yàn)線(xiàn)路設(shè)備的短路計(jì)算點(diǎn)，應(yīng)選在限流電抗器之后。由于用標(biāo)么值法計(jì)算短路計(jì)算可以使計(jì)算簡(jiǎn)便，且結(jié)果明顯，便于迅速及時(shí)地判斷計(jì)算結(jié)果的正確性。所以本次設(shè)計(jì)采用標(biāo)幺值法計(jì)算。621變壓器等值電抗計(jì)算（1）35KV側(cè)基準(zhǔn)值,標(biāo)幺值計(jì)算取100MVA37KV（規(guī)定B表示基準(zhǔn)值、N表示額定值BS1BUNBU05194603751367311BNBBUIZKASI（2）04KV側(cè)基準(zhǔn)值,標(biāo)幺值計(jì)算同樣，取100MVA042KVBS2B9520476413503222BNBBUIZKASI622短路點(diǎn)的選擇在正常接線(xiàn)方式下，通過(guò)電器設(shè)備的短路電流為最大的地點(diǎn)稱(chēng)為短路計(jì)算點(diǎn)，比較斷路器的前后短路點(diǎn)的計(jì)算值，比較選取計(jì)算值最大處為實(shí)際每段線(xiàn)路上短路點(diǎn)?；谠撛瓌t選取短路點(diǎn)如下35KV線(xiàn)路上短路點(diǎn)為F3,F4，04KV線(xiàn)路上短路點(diǎn)為F1,F2。如圖61所示。圖61短路點(diǎn)標(biāo)示圖由于35KV側(cè)架空線(xiàn)路長(zhǎng)度為5KM，04KV側(cè)電纜線(xiàn)路為2KM，則架空線(xiàn)路電抗值25401X電纜線(xiàn)路電抗值1682變壓器的電抗值9530T1短路點(diǎn)的計(jì)算1FKAZUIBF351092465128012短路點(diǎn)的計(jì)算2FKAZUIBF25184960518402123短路點(diǎn)的計(jì)算3FKAZUIBF513920137234短路點(diǎn)的計(jì)算4FKAZUIBF51392013750424表61短路點(diǎn)電流匯總短路點(diǎn)F1F2F3F4短路電流135KA125KA135KA135KA7電氣設(shè)備的選擇導(dǎo)體和電器的選擇設(shè)計(jì)、必須執(zhí)行國(guó)家的有關(guān)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的政策，并應(yīng)做到技術(shù)先進(jìn)、安全可靠、運(yùn)行方便和適當(dāng)?shù)牧粲邪l(fā)展余地，以滿(mǎn)足電力系統(tǒng)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的需求。（1）應(yīng)滿(mǎn)足正常運(yùn)行，檢修，短路和過(guò)電壓情況下的需求，并考慮到遠(yuǎn)景發(fā)展需要。（2）按當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件校核。（3）應(yīng)力求技術(shù)先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)合理（4）選擇異體時(shí)應(yīng)盡量減少品種（5）擴(kuò)建工程應(yīng)盡量使新老電器型號(hào)一致（6）選用新產(chǎn)品，均應(yīng)具有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并經(jīng)正式鑒定合格。（7）選擇的高壓電氣設(shè)備應(yīng)滿(mǎn)足各項(xiàng)電氣技術(shù)要求。（8）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、質(zhì)量輕，便于安裝和檢修。（9）在制造廠(chǎng)給定的技術(shù)條件下，能長(zhǎng)期可靠地運(yùn)行，有一定的機(jī)械壽命和電氣壽命。71配電線(xiàn)路的選擇由于地鐵處于地下這一特殊環(huán)境，地鐵普遍采用電纜進(jìn)行配電。從降壓變電所、電控室的低壓開(kāi)關(guān)柜到各動(dòng)力設(shè)備配電室，一般采用電纜配電，從動(dòng)力配電箱到動(dòng)力設(shè)備可采用電纜或電線(xiàn)配電。根據(jù)配電系統(tǒng)要求（TNS系統(tǒng)）以及設(shè)備電源要求，一般用三五芯電纜或電線(xiàn)。配電線(xiàn)路選擇要按以下要求241符合工作電壓的要求。2選擇導(dǎo)體截面，應(yīng)符合下列要求線(xiàn)路電壓損失應(yīng)滿(mǎn)足用電設(shè)備正常工作及起動(dòng)時(shí)端電壓的要求；按敷設(shè)方式及環(huán)境條件確定的導(dǎo)體載流量，不應(yīng)小于計(jì)算電流；導(dǎo)體應(yīng)滿(mǎn)足動(dòng)態(tài)穩(wěn)定與熱穩(wěn)定的要求；導(dǎo)體最小截面應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)械強(qiáng)度的要求，固定敷設(shè)的導(dǎo)線(xiàn)最小芯線(xiàn)截面應(yīng)符合表71的規(guī)定。表71固定敷設(shè)的導(dǎo)線(xiàn)最小芯線(xiàn)截面最小芯線(xiàn)截面（MM2）敷設(shè)方式銅芯鋁芯裸導(dǎo)線(xiàn)鋪設(shè)于絕緣子上1010絕緣導(dǎo)線(xiàn)鋪設(shè)與絕緣子上室內(nèi)L2M室外L2M室內(nèi)外2L6M6L16M16L25M1015254625254610絕緣導(dǎo)線(xiàn)穿管敷設(shè)1025絕緣導(dǎo)線(xiàn)槽板敷設(shè)1025絕緣導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)槽敷設(shè)07525塑料絕緣護(hù)套導(dǎo)線(xiàn)扎頭直敷10253沿不同冷卻條件的路徑敷設(shè)線(xiàn)路時(shí)，當(dāng)冷卻條件最壞段的長(zhǎng)度超過(guò)5M應(yīng)按該段條件選擇絕緣導(dǎo)線(xiàn)和電纜的截面，或只對(duì)該段采用大截面的絕緣導(dǎo)線(xiàn)和電纜。4線(xiàn)纜的允許載流量，應(yīng)根據(jù)敷設(shè)處的環(huán)境溫度進(jìn)行校正，溫度校正系數(shù)可按下式計(jì)算（71）210TK式中，溫度校正系數(shù)；K導(dǎo)體最高允許工作溫度，式中為常量；1T敷設(shè)處的環(huán)境溫度；0導(dǎo)體載流量標(biāo)準(zhǔn)中所采用的環(huán)境溫度，式中為常量。2T5PE線(xiàn)最小截面應(yīng)符合如表72所示的規(guī)定。表72PE線(xiàn)最小截面相線(xiàn)截面面積S（MM2）PE線(xiàn)最小截面（MM2）S16MS16L35M16S35S26地鐵車(chē)站采用的電纜要特別注意對(duì)電纜材料性能的要求，必須是低煙無(wú)鹵電纜。低煙即要求燃燒時(shí)煙塵較小，其煙霧透光率達(dá)60以上；無(wú)鹵即當(dāng)發(fā)生火災(zāi)時(shí)，不產(chǎn)生有毒的酸性氣體。72斷路器的選擇高壓斷路器是主系統(tǒng)的重要設(shè)備之一。它的主要功能是正常