地铁变电所各个设备的作用讲课稿
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地铁主变电所简介1、概述地铁主变电所将城市电网的高压 110KV (或 220KV 电能降压后以 35KV 或10KV 的电压等级分别供给牵引变电所和降压变电所。
为保证供电的可靠性, 地铁线路通常设置两座或两座以上主变电所。
主变电所由两路独立的电源进线供电, 内部设置 2台相同的主变压器。
根据牵引负荷和动力负荷的不同情况, 主变压器可采用三相三绕组的有载调压变压器或双绕组的变压器。
采用有载调压变压器在电源进线电压波动时二次侧电压维持在正常值范围内。
主变电所为地铁线路的总变电所,承担整条地铁线路的电力负荷的用电。
(1 可根据负荷计算确定在地铁线路上设置的主变电所数量。
(2 每座主变电所设置2台主变压器,由城市电网地区变电站引入两路独立的110KV 专用线路供电,两回路同时运行,互为备用,以保证供电的可靠性和供电质量。
进线电源容量应满足远期时其供电区域内正常运行及故障运行情况下的供电要求。
(3 低压 35KV 侧采用单母线分段接线, 两段母线间设母联断路器, 正常运行时母联断路器打开。
(4 正常运行时每座主变电所的两路 110KV 电源和2台主变压器分列运行。
通过 35KV 馈出电缆分别向各自供电区域的负荷和动力照明负荷供电。
2、主变电所的主要设备(一主变压器高压侧电压为 110KV ,低压侧电压为 35KV (或 10KV 。
主变压器容量应能满足正常运行时, 每台变压器容量承担其所供区域内的全部牵引负荷和动力照明的供电。
当发生故障时,应满足如下条件:(1 当一台主变压器发生故障时, 另一台主变压器应能满足该供电区域高峰小时牵引负荷和动力及照明一、二级负荷的供电。
(2 当一座变电所因故解列时, 剩余主变电所应能承担全线的动力和照明一、二级负荷及牵引负荷。
主变压器容量的选择应考虑近期实际负荷和远期发展的需求。
单台容量大约在 20MVA ~40MVA 范围,主要考虑相邻变电所故障解列时应满足向该段牵引负荷越区供电的要求。
一.1500V直流开关柜概述直流1500V供电系统中,由1500V直流开关柜、整流变压器、整流器、排流柜等主要设备组成。
1500V直流开关柜为具有标准防护等级的金属封闭结构,包含正极柜(进线柜)、馈线柜和负极柜。
断路器或电动隔离开关的操作设备和控制、测量、保护元件,以及母排、电源和辅助连接等二次元件。
这些设备除完成当地控制、测量保护功能所需的必要元件外,还装设为实现远方监控所必须的各种转换开关和数据传输、电光转换所必须的元件,如协议转换和光电转换模块等。
直流快速断路器均提供直接瞬时过电流脱扣器和间接快速脱扣器,装于断路器本体内,由综合测控保护装置或机械装置操控。
每个直流断路器所有辅助接点均接到低压室端子排上,且具有“运行”、“试验”、“移开”三个明显的位置和标志。
手车入柜后有两个机械定位:试验位和运行位,两个位置均能由带扭转弹簧的机械锁定/解锁连杆可靠锁定。
1. 1500V直流开关柜(1) 馈线柜馈线柜是安装于1500V直流正极母线与接触网上网隔离开关之间的设备,其内配置1500V正极母线、直流快速断路器、分流器以及微机综合保护控制装置Sitras Pro(该装置为多CPU结构方式,实现保护、监视、控制、测量、通信等功能),实现向牵引网直流馈电的控制和保护。
(2) 进线柜(正极柜)进线柜是用于连接整流器阀侧正极与1500V正极母线间的开关设备,实现整流机组向1500V直流正极母线馈电的控制。
进线柜采用电动隔离开关,其合/分操作与35KV整流变开关有硬接线的电气联锁。
还有一组PLC S7-200,可对正极柜内的电动隔离开关进行控制,并实现各柜信号收集、电流采集及正极电动隔离开关的控制功能。
(3) 负极柜负极柜是连接于整流器阀侧负极与回流钢轨之间的开关设备,柜内装设手动隔离开关,开关柜前部设可锁住的金属门,上部有一个低压元件室。
负极柜内还设置一套Simatic S7-300 PLC,用于框架故障保护、信息(隔离开关位置等)采集和变电所综合自动化系统进行通信,具有与当地PC机和所内综合自动化SCADA系统进行通信的两个独立的标准通信接口。
地铁变电所的作用地铁是我国大型城市公共交通的重点发展方向,而可靠的供电是地铁安全运营的重要保障,功能强大的地铁供电变电站自动化系统又是保证供电质量的基础。
地铁供电变电站的一次设备、运行方式及管理模式与大电网变电站有一定的差异,导致了其自动化系统的功能也与大电网变电站的功能存在不少差异。
1、一次系统地铁供电变电站按功能划分主要有4种类型:主变电站、牵引变电站、降压变电站和跟随变电站。
主变电所将110kV电网电压降为35kV,给牵引变电站和降压变电站供电(电压等级仅为参考值,进口一次设备可能略有差异,以下同);牵引变电站则是将35kV交流电经变压器、整流器转换为直流1500V/750V,给接触网/接触轨供电;降压变电站则是将35kV电网电压降为400V,提供车站的动力和照明电源,同时也是跟随变电站的进线电源;跟随变电站无变压器,是降压变电站400V侧在地理上的延伸,是为离降压变电站较远的地铁设备供电。
主变电站、降压变电站、跟随变电站与交流电网上的其他变电站并无本质的区别,无论是电气接线方式还是运行方式均与普通变电站类似,只有直流牵引变电站是地铁供电系统所特有的。
地铁变电站自动化系统的很多独特之处也多与直流牵引变电站有关。
2、系统功能现代意义的变电站自动化系统的功能在IEC61850-5:2003中作了系统、全面的阐述。
IEC61850-5将系统的功能从逻辑上分为变电站层、间隔层和过程层3个层次和系统支持功能(如自检、时钟同步)、系统配置或维护功能(如测试、配置参数)、运行或控制功能(如遥控)、本地过程自动化功能(如数据采集、继电保护)、分布式自动化支持功能(如联锁、同期)和分布式过程自动化功能(如顺控、电压无功控制),共6种类别。
而传统意义的变电站自动化系统指的是数据采集与处理(SCADA)系统(不包括继电保护等功能)的子站部分,或称为远动终端设备。
远动终端设备可以视为现代意义的变电站自动化系统的一部分。
地铁供电系统概述电网供电系统是地铁供电系统的起点,它负责将电能从电厂输送到变电所。
电网供电系统通常包括输电线路、变电站和配电网等。
输电线路将高压电能从电厂输送到变电站,变电站则将高压电能变压并降低电压传输到地铁供电系统。
接触网系统是地铁供电系统的重要组成部分,它负责将电能从变电所传输到地铁列车。
接触网系统主要由接触网支柱、悬挂装置、接触网线路、接触网触头等组成。
接触网支柱起到支撑接触网线路和触头的作用,悬挂装置用于悬挂接触网线路和触头。
接触网线路是输送电能的主要通道,接触网触头则与地铁列车上的集电装置接触,将电能传递给地铁列车。
变电所是地铁供电系统的核心设施,它将电网供电系统的电能进行变压和分配。
变电所通常包括变压器、低压开关设备、保护设备等。
变压器起到变压作用,将高压电能变为适用于地铁的运行电压。
低压开关设备用于实现对供电线路的开关和保护控制。
保护设备用于保护地铁供电系统的安全和可靠运行。
牵引供电系统是地铁供电系统的重要组成部分,它负责将电能从接触网系统传送到地铁车辆上的电动机。
牵引供电系统包括牵引变流器、牵引变压器、牵引电机以及牵引电缆等。
牵引变流器将交流接触网电能转换为直流电能供给地铁列车牵引电机。
牵引变压器起到变压作用,将高压牵引电能变为适用于地铁列车的运行电压。
牵引电机通过电缆与牵引变流器和牵引变压器相连,将电能转换为动力,驱动地铁列车运行。
地铁供电系统的设计和运行需要充分考虑能效和环保。
一方面,地铁供电系统要尽可能降低能量损耗,提高供电效率。
另一方面,地铁供电系统要选择环保的能源并采取相应的节能措施。
例如,可以选择清洁能源供电,减少对化石能源的依赖;可以采用能量回收技术,将制动能量转化为电能并反馈回电网;还可以优化供电系统的设计和运行,减少电能损耗。
总而言之,地铁供电系统是地铁运行的重要组成部分,它负责为地铁列车提供稳定可靠的电力供应。
地铁供电系统的设计和运行需要充分考虑能效和环保,尽可能降低能量损耗,并选择环保的能源。
第二章城市轨道交通供电系统描述●第一节供电系统的组成与功能●地铁供电系统是为地铁运营提供所需电能的系统,它不仅为地铁电动列车提供牵引用电,而且还为地铁运营服务的其它设施提供电能,如照明、通风、空调、给排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。
●地铁供电系统一般包括外部电源、主变电所(或电源开闭所)、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统。
其中,牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网,动力照明供电系统包括降压变电所和动力照明配电系统。
幻灯片26●地铁系统是一个重要的用电负荷。
按规定应为一级负荷,即应由两路电源供电,当任何一路电源发生故障中断供电时,另一路应能保证地铁重要负荷的全部用电需要。
在地铁供电系统中牵引用电负荷为一级负荷,而动力照明等用电负荷根据它们的实际情况可分为一级、二级或三级负荷。
地铁外部电源供电方案,可根据实际情况不同分为集中供电方式、分散供电方式和混合供电方式。
幻灯片27第二节变电所的分类●地铁供电系统中一般设置三类变电所,即主变电所(分散式供电方式为电源开闭所)、降压变电所及牵引降压混合变电所。
●主变电所是指采用集中供电方式时,接受城市电网35kV及以上电压等级的电源,经其降压后以中压供给牵引变电所和降压变电所的一种地铁变电所。
●降压变电所从主变电所(电源开闭所)获得电能并降压变成低压交流电。
●幻灯片28●牵引变电所从主变电所(电源开闭所)获得电能,经过降压和整流变成电动列车牵引所需要的直流电。
●主变电所:专为城市轨道交通系统提供能源的枢纽。
●牵引变电所:为列车提供适应的电源。
●降压变电所(配电变电所):为车站、隧道动力照明负荷提供电源。
幻灯片29第四节供电系统主要运行方式● 1 10kV系统运行方式● 1.1 正常运行方式●变电所10kV母联开关和开闭所间联络开关均处于打开状态,每座变电所由2回电源供电,两段10kV母线分列运行。
变电所由开闭所按不同的供电分区供电。
1.2 其它运行方式1.2.1 故障或检修运行方式开闭所一回10kV外电源退出时的运行方式时,合上开闭所母联开关,由另一回10kV外电源向该开闭所供电范围内所有变电所供电。
一.1500V直流开关柜概述直流1500V供电系统中,由1500V直流开关柜、整流变压器、整流器、排流柜等主要设备组成。
1500V直流开关柜为具有标准防护等级的金属封闭结构,包含正极柜(进线柜)、馈线柜和负极柜。
断路器或电动隔离开关的操作设备和控制、测量、保护元件,以及母排、电源和辅助连接等二次元件。
这些设备除完成当地控制、测量保护功能所需的必要元件外,还装设为实现远方监控所必须的各种转换开关和数据传输、电光转换所必须的元件,如协议转换和光电转换模块等。
直流快速断路器均提供直接瞬时过电流脱扣器和间接快速脱扣器,装于断路器本体内,由综合测控保护装置或机械装置操控。
每个直流断路器所有辅助接点均接到低压室端子排上,且具有“运行”、“试验”、“移开”三个明显的位置和标志。
手车入柜后有两个机械定位:试验位和运行位,两个位置均能由带扭转弹簧的机械锁定/解锁连杆可靠锁定。
1. 1500V直流开关柜(1) 馈线柜馈线柜是安装于1500V直流正极母线与接触网上网隔离开关之间的设备,其内配置1500V正极母线、直流快速断路器、分流器以及微机综合保护控制装置Sitras Pro(该装置为多CPU结构方式,实现保护、监视、控制、测量、通信等功能),实现向牵引网直流馈电的控制和保护。
(2) 进线柜(正极柜)进线柜是用于连接整流器阀侧正极与1500V正极母线间的开关设备,实现整流机组向1500V直流正极母线馈电的控制。
进线柜采用电动隔离开关,其合/分操作与35KV整流变开关有硬接线的电气联锁。
还有一组PLC S7-200,可对正极柜内的电动隔离开关进行控制,并实现各柜信号收集、电流采集及正极电动隔离开关的控制功能。
(3) 负极柜负极柜是连接于整流器阀侧负极与回流钢轨之间的开关设备,柜内装设手动隔离开关,开关柜前部设可锁住的金属门,上部有一个低压元件室。
负极柜内还设置一套Simatic S7-300 PLC,用于框架故障保护、信息(隔离开关位置等)采集和变电所综合自动化系统进行通信,具有与当地PC机和所内综合自动化SCADA系统进行通信的两个独立的标准通信接口。
该设备安装在负极柜低压小室中。
2.整流变压器、整流器主要作用是将35Kv的交流电转换成1180v的交流电,与整流器结合在一起,再将交流电转换成1500v的直流电,用于列车的运行。
3. 排流柜是杂散电流腐蚀防护系统中的重要设备,主要是由硅二极管D1、可调节电阻R1、固定限流电阻R2、自动排流部分、显示部分和保护部分组成。
利用硅二极管的正向导通反向截止的特性,实现杂散电流的极性排流。
直流接触器CZ用于控制排流支路是否投入使用,R、C回路用于抑制主回路通断时产生的尖峰脉冲。
利用硅二极管的单向导电性可以阻止从负母线到收集网的逆向排流,快速熔断器Fu用于出现短路负载时对排流柜及柜内元器件的保护。
电流传感器M用于检测排流回路中的排流电流量的大小,并通过排流柜控制器控制IGBT通断的占空比,以实现对排流电流大小的控制。
当IGBT关断时,排流回路串联了电阻R1和R2,电阻较大,排流电流较小。
当IGBT导通时,仅串入阻值较小的R2,排流较大。
R2用于限制排流的瞬时电流,以保护IGBT。
电阻R1和IGBT构成了排流支路的电阻调节电路,保证了设备既处于可靠安全的工作状态,又能够根据设备的排流能力,尽可能地将更多的杂散电流通过负母线回收。
排流柜控制器与杂散电流监测系统之间可通过通信电缆联系,以实现与杂散电流监测系统的信息互换。
杂散电流监测系统对结构钢筋进行电位检测,当检测被保护的金属结构的极化电位处于安全状态时,杂散电流监测系统向排流装置发出停止排流的命令。
当需要排流时,监测系统确定排流量,并把排流量的数值传给排流柜控制器。
控制器检测排流电流小于给定值时,控制IGBT连续导通;当检测排流电流大于给定值时,控制IGBT连续关断。
正常情况下,IGBT的导通占空比将排流电流量控制在规定的数值范围内。
二.10Kv开关柜概述设备有综合保护装置、消谐器、测控表计、继电器、温控器、加热器、转换开用来接受和分配电能的电气设备,配电装置包括控制电器(断路器、隔离开关、负荷开关)、保护电器(熔断器、避雷器等)、测量电器(电流互感器、电压互感器、零序电流互感器)以及母线和载流导体。
按电压等级分为:一次和二次设备,一次设备有断路器、隔离开关、负荷开关、电流互感器、电压互感器、零序电流互感器、避雷器、接地开关、带电显示器等;二次设备有综合保护装置、消谐器、继电器、温控器、加热器、转换开关和按钮等。
1.断路器用来接通和断开有载或无载线路及电气设备,以及发生短路故障时,自动切断故障或重新合闸,起到控制和保护两种作用。
参数有额定电压、额定短路开断电流、额定电流。
2.接触器分为交流接触器和直流接触器。
交流接触器主要有电磁机构、触头系统、灭弧装置等组成,广泛用作电力的开断和控制电路。
它利用主接点来开闭电路,用辅助接点来执行控制指令。
主接点一般只有常开接点,而辅助接点常有两对具有常开和常闭功能的接点,小型的接触器也经常作为中间继电器配合主电路使用。
直流接触器,一般用于控制直流电器设备,线圈中通以直流电,直流接触器的动作原理和结构基本上与交流接触器是相同的。
但无法开断短路电流,必须加短路保护,一般用高压熔断器。
3. 互感器分为电流互感器(CT)、电压互感器(PT),主要与仪表配合测量线路上的电流、电压、功率、电能,与继电器配合对线路及变配电设备进行定量保护(例如短路、过流、过压、欠压等故障保护),流互二次不能开路,压互二次不能短路。
由于采用了互感器,使测量仪表和继电器均接在互感器的二次侧与系统的高压隔离,从而保证了操作人员和设备的安全。
电流互感器的二次侧额定电流为5A或1A,5P20表示一次电流增大到20倍时,CT误差不得超过5%,流互的动热稳定性(热稳定:CT在1S内,承受短路电流的热作用而无机械损伤的一次电流有效值;动稳定:一次线路发生短路时,CT所能承受的无机机械损伤的最大电流峰值),一般动稳定电流为热稳定电流的2.5倍。
电压互感器的二次侧额定电压为100V,一般分为全绝缘(试验时,可进行工频耐压试验,包括相-相型和相-地型)和半绝缘(试验时,不能进行工频耐压试验,但可进行二次侧的感应耐压,只有相-地型),在准确级上分为测量级、计量级和保护级三种,一般将0.2级定位测量级,0.5级定量计量级,3P、6P定位保护级。
对于35KV电压互感器,额定绝缘水平40.5/95/185KV,表示最高工作电压40.5KV,工频耐压95KV,雷电冲击耐压185KV。
注:零序流互一次接被保护线路的三相,正常情况下,一次上无电流,故二次也无感应电流:当线路发生单相接地故障时,一次流互上电流增大,故二次线圈将感应出电流,从而带动继电器使保护装置动作。
4.避雷器是一种限制电气设备绝缘上承受过电压的保护电器。
可以限制雷击过电压、操作过电压。
用来限制电压的幅值,并联在保护电器和地之间,当产生过电压时,过压的作用使避雷器动作而放电,使导体通过电阻或直接与大地相连,雷电流通过避雷器流入大地,达到限制过电压幅值的目的。
交流避雷器(避雷器额定电压(KV)/标称放电电流下最大残压(KV)+标称放电电流(KA))。
5. 接地开关电路检修时,合上接地开关,保证操作人员的人身安全。
分为拉杆操作和锥齿轮操作。
6. 带电显示器、传感器带电显示器由传感器和显示器组成。
传感器安装于电缆室内,与接地相连,作用是将带电体的高电压分压,取出一部分低压分给显示器。
显示器的作用是显示高压回路带电状况的作用,有提示性和强制闭锁性两种。
该装置不但可以指示高压回路带电状况,而且还可以与电磁锁配合,强制闭锁,从而实现带电时无法关合接地开关、防止误入带电间隔,从而提高了配套产品的防误性能。
7. 位置指示器直观的显示断路器、电压互感器、隔离手车等设备的位置或状态。
8. 综合继电器保护装置作为开关柜的核心部件之一,主要任务有:①监视电力系统的正常运行,当系统发生异常运行时,继电保护装置能作出判断并发出相应的信号或报警;②当系统发生足以损害电气设备或危及系统安全运行的故障时,继电保护装置应能可靠的动作,使故障断路器分闸,防止事故的扩大;③实现电力系统的自动化和远动化,例如自动重合闸、遥信、遥测、遥调和遥控。
9. 消谐器及小电流选线装置消除线路及设备中的一次谐波,可以有效地限制铁磁谐振现象。
10. 继电器是一种电控制器件。
它具有控制系统(又称输入回路)和被控制系统(又称输出回路)之间的互动关系。
通常应用于自动化的控制电路中,它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。
根据电压、电流、温度、速度或时间等物理的变化来接通或切断电路的电器。
故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。
11. 温控器、加热器温控器可以根据工作环境的温度变化,在开关内部发生物理形变,从而产生某些特殊效应,产生导通或者断开动作的一系列自动控制元件。
而加热器与温控器结合使用,当环境温度过低时,可以加热;当环境温度达到一定值时,它就停止工作。
三.400V供电系统主要设备有配电变压器、400V开关柜、温控器、加热器、按钮等。
400V开关柜有电源滤波柜、母联柜、有源滤波柜、400V抽屉。
主要作用是实现对动力、照明、消防系统等380/220V设备进行供电。
有源滤波柜:由指令电流运算电路和补偿电流发生电路两个主要部分组成。
指令电流运算电路实时监视线路中的电流,并将模拟电流信号转换为数字信号,送入高速数字信号处理器(DSP)对信号进行处理,将谐波与基波分离,并以脉宽调制(PWM)信号形式向补偿电流发生电路送出驱动脉冲,驱动IGBT或IPM功率模块,生成与电网谐波电流幅值相等、极性相反的补偿电流注入电网,对谐波电流进行补偿或抵消,主动消除电力谐波。
四.其他设备其他设备有蓄电池屏、交流屏、直流屏、自动化屏、再生能系统、上网柜等。
1.再生能系统:由直流快速断路器、电动隔离开关、斩波柜、电阻柜、逆变器、逆变变压器等组成。
当处于再生制动状态的列车回馈出去的电流不能完全被其他列车或用电设备吸收时,装置应立即投入工作,吸收掉多余的回馈电流,防止制动列车向电网回馈能量而使电网电压升高,这样可使列车最大限度的发挥电制动功能。
斩波柜:直流斩波器是一种把一定形式的直流电压变换成负载所需的直流电压的变流装置。
它通过周期性地快速开通、关断,把输入电压斩成一系列的脉冲电压,改变脉冲列的脉冲宽度或频率可以调节输出电压的平均值,因此直流斩波器的基本作用是进行直流电压的变换,即调压作用。
电阻柜:吸收系统中多余的电能。
逆变器:将直流电逆变成交流电。