【正文】 河南理工大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）說明書地鐵牽引降壓混合變電所設(shè)計畢業(yè)論文目 錄1 緒論 1 課題的目的和意義 1 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 1 牽引降壓混合變電所 2 牽引變電所 2 降壓變電所 4 設(shè)計任務(wù) 62 變電所的設(shè)計方案 7 設(shè)計方案概述 7 設(shè)計方案選擇 7 牽引—降壓獨立配電網(wǎng)絡(luò) 7 牽引—降壓混合配電網(wǎng)絡(luò) 8 本章小結(jié) 93 負荷計算 10 地鐵負荷分類 10 地鐵負荷計算方法 10 單位指標法 11 需要系數(shù)法 11 二項式系數(shù)法 12 地鐵變配電負荷計算 13 動力負荷 13 照明負荷 16 綜合計算負荷 17 無功功率補償 18 本章小結(jié) 194 變壓器的選擇 205 變電所主接線設(shè)計 226 短路計算 24 短路計算的必要性 24 短路計算 25 變壓器等值電抗計算 25 短路點的選擇 267 電氣設(shè)備的選擇 28 配電線路的選擇 28 斷路器的選擇 30 高壓側(cè)斷路器的選取 30 低壓側(cè)斷路器的選取 31 隔離開關(guān)的選擇 32 高壓側(cè)進線側(cè)隔離開關(guān)的選擇 32 電流互感器的選擇 33 高壓側(cè)電流互感器的選擇 34 低壓側(cè)電流互感器的選擇 35 電壓互感器的選擇 36 高壓側(cè)電壓互感器的選擇 36 熔斷器的選擇 378 防雷、接地、消防設(shè)施的設(shè)計 38 防雷設(shè)計 38 接地設(shè)計 39 消防設(shè)施的設(shè)計 409 照明系統(tǒng)的設(shè)計 42 地鐵照明分類和設(shè)置 42 地鐵照明控制方式 43 地鐵照明燈具選用和布置 4410 結(jié)論 46致 謝 47參考文獻 48附錄1 電氣主接線圖 49附錄2 平面設(shè)計圖 501 緒論 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)高峰小時機動車車速較低，交通需求仍然有增無減等主要問題。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，自然越來越受到城市規(guī)劃者的青睞。地下鐵道簡稱地鐵，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)計的能力正常運行，從而快速、安全、舒適地運送乘客的獨立的有軌交通系統(tǒng)。地鐵效率高、速度快、無污染，能夠?qū)崿F(xiàn)大運量的要求，具有良好的社會效益。1969年我國第一條地鐵在北京正式通車。進入上世紀90年代中后期，隨著國家經(jīng)濟和技術(shù)實力的增長，我國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、沈陽等各大城市紛紛開工建設(shè)多條地鐵線路或輕軌線路，僅上海市的軌道交通規(guī)劃就有17條線路，總里程達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)提供動力、照明、通風、空調(diào)、排水、通信、信號、防災(zāi)報警、自動扶梯等。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力照明供電系統(tǒng)。因此，地鐵變電所的研究對于地鐵的發(fā)展有著極其重要的意義。 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀在國外,一些發(fā)達國家為了滿足國內(nèi)的需求，減少在網(wǎng)路中的損耗，這些發(fā)達國家已經(jīng)形成了完善的變電設(shè)計理論。國外的變電所設(shè)計做到了節(jié)約型，集約型，高效型。一些發(fā)達國家通過改善優(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)濟性。在變電所設(shè)計上還是領(lǐng)先于我國。目前，我國針對地鐵負荷計算的單位容量指標和需要系數(shù)還未頒布，往往需借鑒其它民用建筑（如寫字樓、辦公樓等）的指標和系數(shù)。因此，負荷計算的準確與否，是地鐵變配電系統(tǒng)合理設(shè)計的前提，負荷計算已成為地鐵變配電系統(tǒng)工程設(shè)計中遇的首要問題?，F(xiàn)階段我國主要是使用常規(guī)變電所。常規(guī)變電所即使用傳統(tǒng)模式進行設(shè)計、建造和管理的變電所，主要為有人值班或駐所值班，有穩(wěn)定的值班隊伍。繼電保護為電磁型，不具備四遙、遠方操作功能，需要一支專業(yè)的運行與檢修隊伍和一整套相應(yīng)的管理機構(gòu)、制度進行管理，才可以滿足安全運行的要求。我國的短期目標是既要充分利用原有設(shè)備，又要能夠發(fā)展微機遠動自動化系統(tǒng)；既要實現(xiàn)無人值守，又要滿足安全經(jīng)濟運行的要求。 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。 牽引變電所牽引變電所是電力牽引的專用變電所。牽引變電所把區(qū)域電力系統(tǒng)送來的電能，根據(jù)電力牽引對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上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機車供電，或者送到地下鐵道等城市交通所需的供電系統(tǒng)，為地鐵電動車輛或電車供電。（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。 ①一邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中一個方向的電廠送來。②兩邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中兩向的電廠送來。 ③環(huán)形供電 是指若干個發(fā)電廠、地區(qū)變電站通過高壓輸電線連接成環(huán)形的電力系統(tǒng)，牽引變電所處于環(huán)形電力系統(tǒng)的一個環(huán)路中。（2）牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式單線區(qū)段①一邊供電；②兩邊供電。雙線區(qū)段①同相一邊并聯(lián)供電；②同相一邊分開供電；③雙邊扭結(jié)供電。（3）電力牽引按牽引網(wǎng)供電電流的種類可分為三種電流制，即直流制、低頻單相交流制和工頻單相交流制。 ① 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)過牽引變電所降壓并整流變成直流電，再通過牽引網(wǎng)供給電力機車使用。直流制發(fā)展最早，目前有些國家的電氣化鐵路仍在應(yīng)用。我國僅工礦、城市電車和地下鐵道采用。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、地下鐵道。直流制存在的主要問題是，直流牽引電動機額定電壓受到換向條件的限制不能太高，即牽引網(wǎng)電壓很難進一步提高，這就要求沿牽引網(wǎng)輸送大量電流來供應(yīng)電力機車。由于牽引電流增大，接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面要隨著增大（一般得使用兩根銅接觸線和銅承力索），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15~30 km。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，許多國家已逐漸停止發(fā)展直流制。② 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，電力機車上采用交流整流子式牽引電動機。交流容易變壓，因此，可以在牽引網(wǎng)中用高電壓送電．而在電力機車上降低電壓，供應(yīng)低電壓的交流整流子式牽引電動機。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標準頻率后，低頻制電氣化鐵道或者須自建專用的低頻率的發(fā)電廠，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。③ 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50年代中期法國電氣化鐵路應(yīng)用整流式交流電力機車獲得成功之后開始推廣的。從那時以來，許多國家都相繼采用。這種電流制在電力機車上降壓后應(yīng)用整流裝置整流來供應(yīng)直流牽引電動機。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)點是，消除了低頻單相交流制的兩個主要缺點（與電力工業(yè)標準頻率并行的非標準頻率和構(gòu)造復(fù)雜的交流整流子式牽引電動機）；牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備大為簡化，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，其中通過的電流相對較小，從而使接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面減小、結(jié)構(gòu)簡化；牽引變電所的間距延長、數(shù)量減少；工程投資和金屬消耗量降低，電能損失和運營費用減少；電力機車采用直流串勵牽引電動機，也遠比交流整流子式牽引電動機牽引性能好，運行可靠。采用工頻單相交流制的缺點是，對電力系統(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；對沿電氣化鐵路架設(shè)的通信線有干擾。但是，經(jīng)過技術(shù)方面和經(jīng)濟方面的綜合分析比較，上述優(yōu)點是主要的。因此，我國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。 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) 一所型式車站只設(shè)一座降壓變電所，位于重負荷一端。車站所有重要的一、二級負荷及容量較大的三級負荷均從所內(nèi)以放射式供電。根據(jù)設(shè)計經(jīng)驗，標準的地下雙層車站，降壓變電所送出回路在80～90個。除冷凍站以外，由于車站兩端負荷一般分布較為均勻，故遠離降壓變電所一端的供電回路約占一半左右。① 降壓變電所為一所型式的供電方案的優(yōu)點整個車站的變配電設(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。② 降壓變電所為一所型式的供電方案的缺點由于供電方案為放射式，勢必造成供電距離大幅度增加，為保障線路電壓損失限制在規(guī)定范圍內(nèi)，必須增大導(dǎo)線截面；同時低壓線路的數(shù)量也大幅度增加，出現(xiàn)故障的機率增大，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，單機大容量設(shè)備需要采用大截面電纜或密集型母線供電，而二者（尤其是密集型母線）價格高昂，會引起電力投資的顯著增加。(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、跟隨所的高壓進線均為兩路獨立電源，引自不同的饋線回路，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，各負擔本端的負荷用電。① 降壓變電所為一主所一跟隨所型式供電方案的優(yōu)點兩所各負責本端的用電負荷，根本上解決了低壓供電的電壓損失問題，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)在單機大容量設(shè)備的供電上。一主所一跟隨所型式單臺變壓器容量一般為500、6800kVA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，但單臺安裝容量降低了二至三個級別，其運轉(zhuǎn)的經(jīng)濟性會大為提高。②降壓變電所為一主所一跟隨所型式供電方案的缺點設(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責本端的負荷供電（除單臺容量較大的設(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、二級負荷母線為并列關(guān)系。① 降壓變電所為一所一室型式的優(yōu)點遠離降壓變電所端的大部分設(shè)備從低壓配電室送出，供電負荷較一所型式有明顯地降低，從而減少了貫穿車站低壓電纜的數(shù)量。低壓配電室配電負荷的供電距離相對減小，可在一定程度上減少故障的機率，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減少，同時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。② 降壓變電所為一所一室型式的缺點，不可避免地造成電壓損失，從根本上未解決末端設(shè)備的電壓損失問題。由于單機大容量設(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，進線必須采用大截面電纜或密集型母線，增加了工程造價。(4) 綜合分析比較綜上所述，降壓變電所的設(shè)計一般采用一所型式、一主所一跟隨所型式或一所一室型式，其性能對比如表 11所示。表11 三種降壓變電所性能對比型式供電質(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營能耗。故選用一主所一跟隨所方式。 設(shè)計任務(wù) 本次設(shè)計主要對牽引降壓混合變電所的一次部分進行研究和設(shè)計。通過對負荷資料的分析計算得到計算負荷；然后確定變壓器的容量和臺數(shù)，根據(jù)所算出的參數(shù)選擇合適的變壓器型號；然后進行電氣主接線的設(shè)計；根據(jù)電氣主接線進行短路計算得出各短路點的短路電流；根據(jù)短路電流等來選擇一次設(shè)備；最后進行防雷、接地、消防等基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計。2 變電所的設(shè)計方案 設(shè)計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，牽引變電所一般每兩座車站設(shè)置一座，向貫通地鐵全線的接觸網(wǎng)供電。變配電系統(tǒng)包括降壓變電所與低壓動力、照明配電系統(tǒng)和跟隨變電所。降壓變電所在規(guī)模較大的車站設(shè)置兩座，規(guī)模較小的車站設(shè)置一座，向本站及其相臨區(qū)間的動力照明負荷供電。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)），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)計是地鐵配電系統(tǒng)設(shè)計中比較重要的一環(huán)。 設(shè)計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)計以蘇州軌道交通2號線延伸線作為參考，所以本次設(shè)計只考慮集中式供電方式。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。主變電所應(yīng)有兩路獨立的電源進線，進線電