【文章內容簡介】 供電系統(tǒng)應滿足“ N1 準則”，又稱單一故障華南理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設計 說明書 ） 10 安全準則。按照這一準則，供電系統(tǒng)的 N 個元件中的任一獨立元件（發(fā)電機、輸電線路、變壓器等）發(fā)生故障而切除后，其他元件不過負荷，電 壓和頻率均在允許范圍內，供電系統(tǒng)應能保持穩(wěn)定運行和正常供電。 對于城市軌道交通電源網(wǎng)絡來說，當一個電源推出時，另一個電源應能保證系統(tǒng)的正常供電，保證列車正常運行；當一個電源點（主變電所或電源開閉所）的兩個電源都推出時，應從相鄰電源點引入兩路應急電源，提供一定的運輸能力和必要的動力照明，維持城市軌道交通繼續(xù)運行。 （ 3） 適用性 城軌供電系統(tǒng)的適用性，是指城軌供電系統(tǒng)的建設應滿足業(yè)主 的 建設目的與性能要求。 設計是實現(xiàn)業(yè)主建設需求的首要環(huán)節(jié)。供電系統(tǒng)設計應根據(jù)業(yè)主需求進行，供電系統(tǒng)的建設標準、技術水 平 、設備檔次 、工期要求、投資控制等，應與城市特點、本線功能定位及特殊要求相適應。 （ 4） 經(jīng)濟性 城軌供電系統(tǒng)的經(jīng)濟性，這里是指從項目全生命周期的角度實現(xiàn)供電系統(tǒng)費用的經(jīng)濟合理。 在滿足供電系統(tǒng) 的 安全性、可靠性、適用性的前提下，要重視供電系統(tǒng)的經(jīng)濟性。經(jīng)濟性不但要求節(jié)省工程投資，同 時 還要求降低運營成本，爭取得到最佳的技術經(jīng)濟效果。 供電系統(tǒng)設計應優(yōu)化電源網(wǎng)絡結構，實現(xiàn)外部電源資源共享；另外應盡可能地采用成熟設備、新型材料，做到經(jīng)濟合理、簡便實用。 （ 5）先進行 城軌供電系統(tǒng)的先進性，體現(xiàn)在先進的設計理念、先進的系統(tǒng)方案 、現(xiàn)金的設備及工藝、 先進的管理手段等方面。 供電系統(tǒng)應具有一定的先進性，但要兼顧系統(tǒng)基本功能、投資規(guī)模、運營成本、環(huán)保要求、操作靈活性以及技術發(fā)展等因素，合理選擇。 供電系統(tǒng)設計應采用先進的理念。要充分認識到環(huán)境保護與節(jié)約能源的重要性，采取必要措施進行環(huán)境保護與降低能耗。要解決好電磁輻射、噪音、溫室氣體、不易分解廢料等問題。 供電系統(tǒng)的構成 為便于設計任務的分割及設計界面的清晰，城市軌道交通供電系統(tǒng)可以劃分成以下設計單元：主變電所、全線系統(tǒng)、牽引變電所、降壓變電所、接觸網(wǎng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、雜散電流。 腐蝕防護系統(tǒng)。動力照明設備，屬于車站等建筑物附屬設備，一般劃歸土建工點單位連同建筑結構一起進行設計，而不由供電系統(tǒng)設計單位進行第一章 概述 11 設計。 (1)主變電所 主變電所設計內容包括：主接線、二次接線、設備選擇、設備布置、土建設計等。主變電所與城市電網(wǎng)的設計界面為城網(wǎng)變電所 110 kV(或 66 kV)高壓出線間隔，電源外線一般由主變電所設計單位同時設計；主變電所與全線系統(tǒng)的設計界面為主變電所中壓饋線開關的電纜接線端，主變電所饋出電纜一般由全線系統(tǒng)設計單位設計。 (2)全線系統(tǒng) 全線系統(tǒng)設計內容包括：供電系統(tǒng)方案、中壓網(wǎng) 絡、牽引變電所布點、系統(tǒng)運行方式、潮流分析、諧波計算、綜合接地系統(tǒng)、再生能量吸收裝置、 UPS 電源整合等。全線系統(tǒng)與牽引變電所和降壓變電所的設計界面為中壓進線開關的引入端。 (3)牽引變電所 牽引變電所設計內容包括：主接線、二次接線、自用電、設備平面布置、電纜敷設等。牽引變電所與接觸網(wǎng)的設計界面為接觸網(wǎng)隔離開關的電源端、回流箱的電源端。上網(wǎng)電纜及回流電纜由牽引變電所負責設計。 (4)降壓變電所 降壓變電所設計內容包括：主接線、二次接線、自用電、低壓無功補償、設備平面布置、電纜敷設等。降壓變電所與動力照明的設計 界面為降壓變電所低壓開關柜的饋出端子，低壓饋出電纜由動力照明負責設計。 (5)接觸網(wǎng) 接觸網(wǎng)設計內容包括：接觸懸掛、支持結構與基礎、附加導線、防雷與接地、平面布置等。接觸網(wǎng)隔離開關、回流箱及尾線由接觸網(wǎng)設計。 (6)電力監(jiān)控系統(tǒng) 電力監(jiān)控系統(tǒng)與變電所的設計界面在變電所綜合自動化屏的通信端口；變電所綜合自動化由變電所設計。電力監(jiān)控系統(tǒng)所需要的通信通道由通信專業(yè)設計。如果采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)，電力監(jiān)控系統(tǒng)將被集成到綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一部分而進行統(tǒng)一設計 (7)雜散電流腐蝕防護系統(tǒng) 雜散電流腐蝕防護系 統(tǒng)設計內容包括：排流柜設置、排流鋼筋設置、監(jiān)測系統(tǒng)設置等 SCADA 系統(tǒng)的角色和意義 電力監(jiān)控系統(tǒng)又稱電力 SCADA 系統(tǒng)或者遠動系統(tǒng)，往往簡稱 SCADA 系統(tǒng)，有時也稱 PSCADA 系統(tǒng)。它對城軌供電系統(tǒng)主變電所、牽引變電所、降壓變電所等不同類別變電所內的高壓 66~110KV 設備、中壓 10~35KV 設備、直流 750V 或直流 1500V華南理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設計 說明書 ） 12 設備、低壓 400V 設備、交直流電源屏、排流柜、鋼軌電位限制裝置等對象進行監(jiān)控，實現(xiàn)對各種設備的控制、信息采集、數(shù)據(jù)分析處理 、遠方維護、統(tǒng)計報表、事故報警、畫面調閱、 歷史數(shù)據(jù) 查詢等功能。 早期的城軌供電系統(tǒng)由于技術的局限，沒有條件設立電力監(jiān)控系統(tǒng)，其監(jiān)控管理以人工為主，輔以調度電話方式來實現(xiàn)供電系統(tǒng)的運行管理。這種監(jiān)控方式要求變電所內設置當?shù)貓缶O備，當系統(tǒng)發(fā)生故障時值班人員能夠及時發(fā)現(xiàn)并上報調度部門。 20 世紀末，隨著計算機技術和網(wǎng)絡技術的快速發(fā)展，各個分立的自動化系統(tǒng)逐步走向綜 合集成，城市軌道交通各專業(yè)的自動化系統(tǒng)采用統(tǒng)一的計算機網(wǎng)絡平臺和統(tǒng)一的軟件體系，構成綜合監(jiān)控系統(tǒng)，從而實現(xiàn)不同自動化系統(tǒng)的集成。按目前的技術水平，典型的綜合監(jiān)控系統(tǒng)一般集成電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設備監(jiān)控 系統(tǒng)等自動化系統(tǒng)，這種方式有利于不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息互通、軟硬件資源共享。綜合監(jiān)控系統(tǒng)運行所依賴的底層基礎依然是原先各分立系統(tǒng)的遠程終端數(shù)據(jù)采集處理系統(tǒng)或者設備。電力監(jiān)控系統(tǒng)集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)后，電力監(jiān)控系統(tǒng)設計范圍包括電力調度中心主站系統(tǒng)及供電復示系統(tǒng)的功能設計、變電所綜合自動化系統(tǒng)的軟硬件設計，而電力調度中心主站系統(tǒng)、供電復示系統(tǒng)的硬件及軟件則由綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一建設。雙方的硬件接口一般位于變電所綜合自動化系統(tǒng)與綜合監(jiān)控系統(tǒng)的通信連接裝置的通信端子。 本設計的主要工作 本次設計主要針對軌道交通 供電系統(tǒng)的組成部分 高壓設備、中壓設備和低壓設備 進行介紹， 介紹設備的選擇，具備的作用及其參數(shù)。 并 針對這些設備的參數(shù)與狀態(tài)監(jiān)測、監(jiān)控設計一個電力監(jiān)控系統(tǒng) （ SCADA） ， SCADA 系統(tǒng)的組成、方案的選擇，監(jiān)控、監(jiān)測對象的分析。設計一個 能夠使軌道交通安全、可靠的運行與服務 的電力監(jiān)控系統(tǒng) 。 設計的內容： 控制中心電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求； 供電復示工作站電力監(jiān)控系統(tǒng)功能要求； 電力監(jiān)控系統(tǒng)技術指標的相關內容第二章 軌道交通供電系統(tǒng)介紹 13 第二章 軌道交通供電系統(tǒng)介紹 設備分類 按照電壓等級可劃分為高壓設備、中壓設備和低壓設備、高壓設備 包括高壓開關設備、主變壓器；中壓設備包括中壓開關設備和配電變壓器、牽引變壓器、 1500V直流開關設備；低壓設備包括低壓開關設備、整流器、 750V 直流開關設備、繼電保護類設備。按照設備所位置劃分為主變電所設備、牽引變電所設備和降壓變電所設備。主變電所設備主要包括高壓開關設備、主變壓器、接地變壓器、所變壓器、中壓開關設備；牽引變電所設備主要包括中壓開關設備、直流開關設備、牽引變壓器、整流器；降壓變電所設備主要包括中壓開關設備、低壓開關設備、配電變壓器等。 設備的功能和型式 高壓開關設備 高壓開關設備應用于城軌工程主變電所，作為高壓配電設備，接受城網(wǎng)電源并分配給所內主變壓器。高壓開關設備為戶內式安裝，一般采用高壓 GIS 全封閉組合電器設備。 高壓 SF6 全封閉組合電器，將 SF6 斷路器、隔離開關、接地開關、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組合在一起，這些設備或部件全部封閉在已接地的金屬外殼中，在其內部充有一定壓力的 SF6 絕緣氣體。該設備簡稱 GIS（ gas isolate system）。由于 GIS是將 多個高壓電器元件有機的組合在一起，因此 具有結構緊湊、元器件不受污染及大氣環(huán)境因素的影響、安 裝方便、有利于縮短安裝工期等特點。 高壓 sF6 全封閉組合電器不僅電氣絕緣介質采用 sF6 氣體，滅弧介質也是 sF6氣體。雖然 SF6 氣體本身極穩(wěn)定，有很高的絕緣強度和滅弧能力，但在 SF6 氣體環(huán)境中的斷路器和電器設備的穩(wěn)定性、可靠性完全取決于 sF6 氣體的純潔度。如果純潔度受到破壞，例如混入了過量的水分、雜質及加工余屑和金屬粉末等，它的穩(wěn)定性就會受到破壞，同時絕緣強度和滅弧能力也會大大降低。此時受到弧光溫度的作用和影響，還將分解出有害的分解物，在嚴重的情況下甚至會產(chǎn)生對人體有害的物質。 中壓開關設備 （ 1） 功 能 中壓開關設備應用于城軌工程的主變電所、電源開閉所、牽引變電所和降壓變電所，用于接受和分配中壓電能。 華南理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設計 說明書 ） 14 在主變電所，中壓開關設備的進線電源引自主變壓器，饋出線引至主變電所供電范圍內的牽引變電所、降壓變電所。 電源開閉所的中壓開關設備接受城網(wǎng)或主變電所的中壓電源，并為開閉所供電范圍內的牽引變電所、降壓變電所提供中壓電源。 依據(jù)中壓網(wǎng)絡的設計，牽引變電所的中壓開關設備由主變電所、電源開閉所、相鄰牽引變電所或降壓變電所引入中壓電源，并供給所內牽引變壓器。降壓變電所的中壓開關設備由主變電所、電源開閉所、相 鄰牽引變電所或降壓變電所引入中壓電源，并供給所內配電變壓器。 （ 2） 開關柜型式 按照電氣絕緣介質可分為空氣絕緣開關柜、復合絕緣開關柜和 SF6 氣體絕緣開關柜。按照開關柜內安裝的開關設備可分為斷路器柜、負荷開關柜、隔離開關柜和熔斷器柜。 空氣絕緣和復合絕緣開關柜的結構形式為金屬鎧裝封閉式，內部設有不同功能隔室，手車可為落地式或中置式。 SF6 氣體絕緣開關柜可分為全密封充氣 (SF6)環(huán)網(wǎng)開關柜和 C GIS(Cubicle Type— GIS)開關柜。 不同的電氣絕緣介質，對開關柜的外形尺寸影響很大，采用空氣絕緣的開關 柜體積最大，采用復合絕緣次之，采用 SF。氣體絕緣時開關柜體積最小。對于 10 kV開關柜，空氣絕緣開關柜的寬度多為 800 1000 mm，采用復合絕緣可為 650 mm，采用 SF6 氣體絕緣時可為 400~600 mm。對于 35 kV 開關柜，空氣絕緣開關柜的寬度多為 1 400 mm，采用 sF6 氣體絕緣時可為 800 mm 左右。采用空氣絕緣和復合絕緣開關柜的外殼防護等級在 IP20 及以上。 35 kv 開關柜多采用 C． GIS 開關柜，以減小變電所的土建規(guī)模， 20 kV 及以下開關柜應采 用空氣絕緣的金屬鎧裝開關柜，避免溫室氣體 SF6 對環(huán)境的影響。 金屬鎧裝封閉手車式開關柜、 C． GIS 開關柜可用于主變電所、牽引變電所和降壓變電所，全密封充氣只 sF6)環(huán)網(wǎng)開關柜、負荷開關柜一般用于跟隨式降壓變電所。 (3)斷路器類型 按照斷開速度不同分為低速斷路器和高速斷路器，一般以斷開時間為 0． 02 s分界。從滅弧介質則可分為油斷路器、真空斷路器、 sF6 斷路器、壓縮空氣斷路器、自產(chǎn)氣斷路器和磁吹斷路器等。目前，油斷路器城網(wǎng)仍有少量采用，其他斷路器已被真空斷路器和 sF6 斷路器取代。 油斷路器分為多油式斷路器和少油式斷路器，主要區(qū)別是：少油式斷路器的 觸頭及滅弧裝置對地的絕緣是由支撐絕緣子、瓷套管和有機絕緣部件實現(xiàn)的，而多油式的觸頭及滅弧裝置對地的絕緣和觸頭之間的絕緣則是靠油來實現(xiàn)的，因而油量第二章 軌道交通供電系統(tǒng)介紹 15 大、體積大、斷流容量小。少油式則油量小、體積小、斷流容量大，技術比多油式先進。 SF6 斷路器以 sF6 氣體為滅弧介質，它有很好的滅弧性能，滅弧性能是空氣的100 倍，并且滅弧后不變質，可重復使用。 sF6 氣體優(yōu)良的絕緣和滅弧性能，使 sF6斷路器具有如下優(yōu)點：開斷能力強，斷口耐受電壓較高，燃弧時間短，不會產(chǎn)生重燃過電壓。 在正常情況下， sF6 是一種不燃、無臭、無毒的惰性氣體 ，密度約為空氣的 2倍。但 sF6 氣體在電弧作用下，小部分會被分解，生成一些有毒的低氟化物，如sOF sF sOF4 和 s02F2 等，對身體健康有影響，對金屬部件也有腐蝕和劣化作用，因此， sF6 斷路器對加工精度要求高，需要具備非常良好的密封性能。由于 sF6氣體是溫室效應氣體，從環(huán)保角度出發(fā)，也不建議采用 SF6 斷路器。 目前，城軌工程一般采用真空斷路器。真空斷路器的主要部件是真空滅弧室，滅弧室是一個高度真空的玻璃泡或礬土陶瓷，內置動靜觸頭，利用真空的絕緣性能強迫滅弧，滅弧時沒有游離氣體產(chǎn)生，電弧容易熄滅，觸頭不 會燒損。由于真空的絕緣性能很好，動靜觸頭的開距較小，適合于頻繁操作。 真空斷路器的滅弧原理是在斷路器跳閘動靜觸頭分開的瞬間，真空滅弧室內觸頭間形成高溫液態(tài)的金屬橋，金屬橋被拉斷時，金屬橋蒸發(fā)，產(chǎn)生金屬蒸氣，使觸頭間隙擊穿，產(chǎn)生電弧。電弧電流流過觸頭時，將產(chǎn)生磁場，驅使電弧在電流過零點時熄滅，或在過零點前被強迫熄滅。在這熄滅的瞬間，金屬蒸氣離子在磁場的作用下被迅速擴散，并被吸附在觸頭和金屬屏蔽罩上，金屬離子的密度迅速降低，使觸頭間恢復真空間隙，不再被較高的恢復電壓擊穿，使電弧熄滅，實現(xiàn)斷路器的開斷功能。 低壓開關設備 （ 1） 功 能 低壓開關設備用于降壓變電所中，是動力照明供