城轨供电原理---外部电源

城轨供电系统第3章城轨供电原理电气工程系黄小红2011年3月峨眉校区电气工程系中压网络三主变电所二一外部电源牵引变电所四第3章城轨供电系统设计原理降压变电所五峨眉校区电气工程系§3-1外部电源一.外部电源供电形式集中式供电、分散式供电、混合式供电主变电所…主变电所110KV110KV35KV牵引、降压或混合所峨眉校区电气工程系一.外部电源供电形式集中式供电、分散式供电、混合式供电主变电所属专用变电所。与城网接口少。主变电所、牵引变电所、降压变电所均有两个独立的引入电源。城轨供电系统相对独立，自成系统，便于运营管理。上海、广州、南京、香港及新建大部分地铁均为集中供电方案。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系一.外部电源供电形式集中式供电、分散式供电、混合式供电开闭所…10KV牵引、降压或混合所开闭所10KV开闭所开闭所10KV10KV…10KV§3-1外部电源峨眉校区电气工程系一.外部电源供电形式集中式供电、分散式供电、混合式供电从城网分散引入多路中压电源，一般为10KV。平均4～5个车站需引入两路电源，与城网接口多。要求城网有足够的电源引入点和备用容量。两开闭所之间的供电分区通过双环网进行联络。城轨供电系统与城网关系紧密，独立性差，运营管理相对复杂。长春轻轨、大连快轨、北京地铁4、5、9号线等为分散供电方案。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系一.外部电源供电形式集中式供电、分散式供电、混合式供电以集中供电式为主，以分散式供电为辅的供电方式。一般地，集中供电方案中，在主变电所设置一定的情况下，如果线路末端中压网络压降不能满足要求时，从城网分散引入中压电源作为补充。举例：集中式供电方案§3-1外部电源峨眉校区电气工程系二.外部电源比选考虑因素工程条件根据沿线城网特点辨证看待集中式、分散式供电形式。工程方案运营管理工程投资供电质量、供电可靠性、中压网络、对城网影响、资源共享、工程实践集中式供电调度操作方便；电力部门与城市轨道交通产权划分明晰。集中式供电方案投资大；考虑主变电所网络资源共享有很大优势。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理1.谐波概念理想情况下，电力系统中电压电流均为正弦波。由于设备和负荷的非线性特性，造成所加的电压与产生的电流不成线性关系，出现波形畸变。非线性设备或负荷在传递、变换、吸收系统发电机供给的基波能量的同时，又把部分基波能量转换为谐波能量，向系统倒送大量的高次谐波，使电力系统的正弦波形畸变，电能质量降低。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理1.谐波概念（1）牵引供电系统谐波分为特征谐波和非特征谐波。特征谐波是指整流装置运行于理想条件下产生的谐波。非特征谐波目前没有通用的表达工式，工程上采用实测。（2）动力照明系统谐波主要谐波源：变频器、荧光灯、高压气体放电灯、计算机、软启动装置、电容器。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理1.谐波概念（3）谐波危害谐波对供电线路产生了附加损耗；谐波影响各种电气设备的正常工作；谐波使电网中的电容器产生谐振；谐波对附近的通信系统产生干扰。（4）国家标准《电能质量公用电网谐波》对用户注入公用电网的谐波电流允许值做了明确规定。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理2.谐波计算（1）谐波术语①第h次谐波电压、谐波电流含有率HRUh、HRIh②谐波电压、谐波电流含量UH、IH1100%hhUHRUU1100%hhIHRII22()HhhUU22()HhhII§3-1外部电源峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理2.谐波计算（1）谐波术语③电压、电流总谐波畸变率THDu、THDi1HuUTHDU1HiITHDI§3-1外部电源1.63.24.0101.22.43.0352.04.05.00.38偶次奇次0.81.62.0110各次谐波电压含有率HRUk(%)电压总谐波畸变率THDu(%)电网标称电压/kV公用电网谐波电压（相电压）限值峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理2.谐波计算（2）牵引机组谐波次数①特征谐波次数h=kp±1式中，h——谐波次数；p——相数（脉波数）；k——1，2，3，…正整数②非特征谐波次数一般为6脉波整流器特征谐波的10%～15%。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理2.谐波计算（3）相关计算①HRUh与Ih之关系3100%10hhhNZIHRUU3100%10NhhkUhIHRUS或（工程估算）§3-1外部电源式中，——电网的标称电压（KV）——公共连接点的三相短路容量（MVA）——系统的第h次谐波阻抗（Ω）NUkShZ峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理2.谐波计算（3）相关计算②同次谐波电流叠加§3-1外部电源221212hhhhhhIIIKII式中，——谐波源1的第h次谐波电流（A）——谐波源2的第h次谐波电流（A）——计算系数1hI2hIhK峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理2.谐波计算（3）相关计算②同次谐波电流叠加§3-1外部电源221212hhhhhhIIIKIIhKh35711139、13、偶次1.621.280.720.180.080计算系数的选取峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理2.谐波计算（3）相关计算③公共连接点处第i个用户第h次谐波电流允许值§3-1外部电源1ihihtSIIS式中，——第i个用户的用电协议容量——公共连接点的供电设备容量——相位叠加系数iStS峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理2.谐波计算（3）相关计算③公共连接点处第i个用户第h次谐波电流允许值§3-1外部电源1ihihtSIISh35711139、13、偶次1.11.21.41.81.90相位叠加系数的选取峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理3.谐波治理（1）限制电网谐波①增加牵引整流机组的脉波数②安装滤波装置或谐波补偿装置A.无源滤波装置B.有源滤波装置C.谐波补偿装置§3-1外部电源峨眉校区电气工程系三.谐波分析及治理3.谐波治理（2）其它辅助措施①选用D，Y11接线组别的三相配电变压器②将产生谐波的供电线路和对谐波敏感的供电线路分开§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿1.基本概念A.无功功率概念§3-1外部电源()2cos()uutUt()2cos()iitIt()ui()coscos(2)uiptuiUIUItcoscos(22)uUIUItcos[1cos(22)]sinsin(22)uuUItUItRpXpRjX+-u(t)i峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿1.基本概念A.无功功率概念无功功率：pX最大值。具有电感和电容的交流电路中，电感的磁场或电容的电场在一个部分内从电源吸收能量，另一部分时间内将能量返回电源。在整个周期内平均功率为零，即不消耗能量。但能量是在电源和电感或电容之间来回交换的。能量交换的最大值定义为Q。§3-1外部电源()cos[1cos(22)]uptUItsinsin(22)uUItRpXp峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿1.基本概念B.无功功率来源阻感负载：异步电动机、变压器、荧光灯。（阻感负载必须吸收无功功率才能正常工作，这是由其本身的性质所决定的。）电力系统中的电抗器和架空线等也消耗一定无功功率。电力电子装置等非线性装置也要消耗无功功率。（在工作时基波电流滞后于电网电压。）另外，这些装置也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无功功率的。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿1.基本概念C.无功功率危害供电线路中增加了无功功率的有功损耗，导致变送电设备、供电线路、用电设备发热程度加重。无功电流在供电线路上产生的电压降，导致线路末端的输出电压降低，致使用电设备的实际输出功率降低。变送电设备的负荷容量一定，增加了无功容量Q，则有功输出容量P降低。电网中的电流与电压的相位不同相，产生较为严重的谐波分量，导致供电网络电压不稳定和谐波干扰增大。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿1.基本概念D.功率因数要求电力部门对用户功率因数的一般要求为：高压供电用户，其功率因数不小于0.9；低压供电用户，其功率因数不小于0.85。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿2.无功补偿方式A.按补偿装置安装位置划分就地补偿：将电容组与用电设备并接。集中补偿：主变电所集中补偿、低压集中补偿B.按工艺划分静态补偿：补偿装置一般由值班人员手工投入或退出。动态补偿：自动检测，实时快速补偿。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿3.城轨无功补偿方案A.配置原则城轨供电系统消耗的无功功率主要为低压异步电动机和照明灯具。a)总体平衡与局部平衡相结合，以局部平衡为主。b)电力部门补偿指标与用户补偿要求相结合。配电网络中，用户消耗的约占50%～60%，其它的消耗在配电网络中。c)就地补偿与集中补偿相结合，以就地补偿为主。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿3.城轨无功补偿方案B.补偿装置系统构成a)接线形式城轨供电系统中三相负荷和单相负荷并存，主要负荷为三相平衡负荷。采用电容器∆—Y接线，实现三相共补与三相分补相结合的接线方案。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿3.城轨无功补偿方案B.补偿装置系统构成a)接线形式§3-1外部电源控制器控制器控制开关配电变电流互感器电容器电抗器峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿3.城轨无功补偿方案B.补偿装置系统构成b)控制原理通过检测线路参数，实现电容器自动投切。检测量主要有功率因数cosφ、无功功率Q和无功电流Iq三种。目前以无功电流检测为主。§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿3.城轨无功补偿方案C.就地补偿方案a)补偿方案电动机设置无功功率自动补偿装置单台电动机是否设置无功补偿装置应综合考虑节能效果和运营成本；如果环控机房相对集中，可集中设置无功补偿装置。照明灯具自带电容补偿§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿3.城轨无功补偿方案C.就地补偿方案b)补偿容量单负荷就地补偿容量应用范围：长期连续运行的电动机，经常轻载或空载运行；离配电变较远的电动机，一般不小于10m；容量较大的电动机。计算（略）§3-1外部电源峨眉校区电气工程系四.无功功率补偿3.城轨无功补偿方案C.就地补偿方案b)补偿容量多负荷补偿容量Kn——年平均有功负荷系数，一般取0.7～0.75Pn——有功功率之和tanφ1——补偿前自然功率因数角的正切值tanφ2——补偿后功率因数角的正切值§3-1外部电源12(tantan)CnnQKP谢谢2011.3