西门子铁路行业供配电解决方案

Answersforinfrastructureandcities.西门子铁路行业供配电解决方案2配置安装规划设计运行维护完整项目3目录CONTENTS全集成能源管理TIP 4铁路供配电系统 6-牵引供电 6-电力供电 8-铁路接地系统 10高效的铁路电力供电系统设计 11-铁路电力供电系统设计 11-配电设计工具软件SIMARIS 12安全、智能的铁路供配电系统解决方案 14-铁路牵引供电系统解决方案 14-铁路电力供电系统解决方案 16-智能配电监控解决方案 18全集成能源管理配电产品与系统 20应用案例 234首先，为铁路供配电系统的规划设计，提供了高效的规划设计工具SIMARIS软件，大大减少电气设计师的日常工作，同时，确保配电系统安全、可靠，以及提供配电系统关键技术支持；其次，提供了高效、可靠的全系列配电产品，覆盖从中压开始到低压主配电、分配电一直到末端配电；全集成能源管理TIP最后，对于铁路配电系统信息集成，提供了智能仪表、智能断路器等，通过灵活多样的通信方式，实现能源监控和管理，以及集成到其它自动化系统中，适用于铁路行业高端配电系统的应用。更多关于全集成能源管理TIP的信息，请浏览网址：西门子全集成能源管理(TotallyIntegratedPowerTM，简称TIP)为铁路行业提供了全集成配电解决方案，主要基于以下三个方面：5全集成能源管理理念全集成能源管理TIP能源管理/能源透明化产品和系统配电设计选型软件过程/工业自动化新能源变压器楼宇自动化低压配电设备及保护和测量技术中压开关设备及保护技术SIMARISdesign网络计算和设备选型SIMARISproject配电柜布置图及预算SIMARIScurves配电保护设备脱扣特性曲线6铁路供配电系统铁路的供配电系统分为牵引供电系统和电力供电系统。牵引供电系统是从电力系统或一次供电系统接受电能，经变电站，通过高压输电线(220/110kV)传输给牵引变电所，转变成27.5kV电压送到接触网上，供给沿线运行的电力机车，向电力机车负荷提供所需电流制式（交流或直流）的电能，并完成牵引电能传输、配电等全部功能的完整系统。电力供电系统负责铁路沿线所有设备及车站用电，但不包括机车用电。工频交流单相电力牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网组成。牵引网实行单相供电，由馈电线（简称馈线）、接触网、轨道电路及回流线等组成。为了使电能有效、可靠地供给电力机车，供电系统中设有分区所、开闭所等。我国规定牵引网额定电压为25kV，额定频率为50Hz。交流电气化牵引供电系统组成结构如图1所示，牵引供电构成的回路是：牵引变电所—馈电线—接触网—电力机车—钢轨和大地—回流线—牵引变电所。按电力牵引供电系统的设备和接线的不同，主要有直接供电方式，BT（吸流变压器）供电方式，AT（自耦变压器）供电方式及CC（同轴电力电缆）供电方式。牵引供电系统早期采用直接供电方式，随着电气化范围的扩大，为减少对通信设施的影响，逐渐采用BT供电方式。20世纪90年代后期，随着通信干线的光缆化及通信技术的进步，开始淘汰BT供电方式，逐步形成了高速、重载铁路采用AT供电方式的标准模式。牵引供电概述7地方变电所地方变电所地方变电所地方变电所地方变电所地方变电所牵引变电所牵引变电所牵引变电所电力机车钢轨回流线分区所分区所接触网馈电线AT所AT所AT所AT所图1电气化铁道牵引供电系统示意图27.5kV8供电方案车站、段（所）负荷由10/0.4kV变配电所供电，信号中继站、通信基站、电气化远动开关、隧道负荷等由箱式变电站（简称箱变）供电。铁路箱变一般两路高压进线供电，通过两路变压器分别提供电能给负荷。对于重要的负荷，通过ATSE获取两段母线电能，主备供电。箱变内设置高压室、变压器室和低压室。高压室设有两路电源的进线柜、出线柜和变压器、电抗器馈线柜（10kV气体绝缘环网开关柜）。变压器室设有两台变压器。低压室设有低压进出线开关柜和UPS电源装置，同时预留RTU装置的安装位置。电力供电铁路电力供电系统是从地方变电站接引两路10kV（35kV）电源，通过铁路变配电所向铁路车站、区间负荷供电。铁路变配电所的间距约为40~60km，高速铁路区间每隔3km左右有一处负荷点，负荷类型为通信、信号、防灾设备等一级负荷以及区间摄像机等二级负荷。如图2所示，某铁路局两个车站之间有若干个10kV开闭所，采用双回路供电，互为热备用（自闭为主供，贯通为备用）。在相邻两个开闭所之间每相隔1km左右都有一个变压器（10kV/400V），容量为20-200kVA，为沿线设备供电。负荷分布车站、段（所）负荷主要包括：通信、信号、信息系统、接触网上电动隔离开关操作电源、动车检修设备、车辆检修设备、机务检修设备、综合维修设备、空调、通风、电（扶）梯、给排水、照明等。区间负荷主要包括：信号中继站、无线通信基站、光纤直放站、电力牵引各所用电、隧道照明及监控设备、接触网上电动隔离开关操作电源、立交桥隧道排水设备等。9车站车站铁道10kV/400V变压器（安装在箱式变电站内）10kV/400V变压器（安装在箱式变电站内）10kV开闭所10kV开闭所10kV开闭所图2铁路10kV电力供电系统示意图10牵引供电接地系统铁路接地技术一直以来都是人身安全、设备安全的重要保障措施之一。随着高速铁路的发展，铁路的牵引负荷随之增大，而牵引变电所的回流电流也随之增大。牵引变电所接地系统面临两个严重的问题：第一个问题是回流电流造成地网电位不相等，这种情况一方面会对人身以及设备的安全造成威胁，另一方面将对保护、测量、信号装置造成影响，并有可能引发保护装置的误动或拒动。第二个问题是机车运行时起动、制动等操作造成母线电流波动增大，这种波动产生的电磁信号将对变电所中信号与通信回路造成干扰，也将对保护装置的测量信号造成干扰并影响调度中心与变电所之间的通讯，而一般的接地系统不能满足对电磁信号屏蔽的要求。由于传统分散的接地系统存在这些问题，以往接地方式已不能适应高速铁路发展的需要，因此发展综合接地系统成为一种必然的趋势。铁路接地系统铁路综合接地是将铁路沿线的牵引供电回流系统、电力供电系统、信号系统、通信及其他电子信息系统、建筑物、道床、站台、桥梁、隧道、声屏障等需要接地的装置通过贯通地线连成一体的接地系统。同时该贯通地线也是牵引回流的一个主要回路，从原理上来说，其实就是一个共用接地系统并通过等电位连接构成铁路的一个等电位体。电力供电接地系统电力供电系统中的低压电力系统接地型式采用TN-S或TN-C-S系统。全线设有综合接地系统，沿线所需接地的建（构）筑、电气设施均纳入该系统，但距线路较远的建（构）筑、电气设施采取隔离措施后可独立设置接地装置。11高效的铁路电力供电系统设计铁路电力供电系统设计铁路电力供电系统设计是指对车站10/0.4kV变配电所、箱式变电站的设计。主要内容包括设计计算、供配电系统确定、主要设备选型、变电所结构与布置、线路设计。设计原则铁路电力工程设计年度分为近期和远期，近期为交付运营后第十年，远期为交付运营后二十年。设计时应根据工程特点、规模和发展规划，做到远、近期结合。电气设备的房屋和场地、高压电力线路应按远期的用电量确定；低压电力线路应按近期的用电量确定；其他电力设施及电气设备应按交付运营时的用电量确定，适当考虑发展。设计计算按照用电设备的容量或产品的电力功耗进行电力负荷计算，确定最大计算负荷，作为选择变压器的根据。当供配电系统确定后，根据电力部门提供的电网参数进行短路电流计算，据此选择供配电设备和电线、电缆。按供配电系统用电负荷和短路电流进行继电保护计算。当有非线性负荷(如晶闸管变流装置等)或冲击负荷时要进行电压波动、电压闪变(见电压波动和电压闪变抑制)及谐波含量计算，以确定是否需要设置动态无功补偿装置和滤波器。设备选型选择断路器、负荷开关、隔离开关、电抗器、避雷器和互感器等。根据工作电压、工作电流及用短路电流进行动稳定、热稳定校验，选定设备型号、规格。变压器按计算负荷和工作电压选定。对上述设备和装置还要根据环境条件进行校验。线路设计电力线路主要为电缆线路和母线。电缆线路一般采用隧道、地沟和直埋方法敷设也有用桥架敷设的。母线多用于大容量、大电流输送，一般安装于地上通廊或地下隧道内。线路的路径、回路和截面的选择，既要考虑当前需要，又要考虑发展的可能性。12根据项目设计要求，按照IEC安装标准及中压供电产品标准，SIMARISdesign能计算短路电流、电压降、负荷电流、和能量消耗等。而且，它能帮助用户选择其真正所需的设备。例如：中压开关和保护装置、变压器、发电机、低压开关和保护装置、导体尺寸等。因此，电气设计师能够快捷、清晰、明确地设计配电系统。按照“选择性”或“后备保护”的设计要求，自动选择相应的保护设备，满足选择性要求。根据以往的经验，在配电系统的规划阶段及实施阶段，需要不断对其进行修改或者修订。例如：一旦设计需要有更改，就需要修改配电系统规划，以及相应的计算和选型。SIMARISdesign软件能够快速调整设计方案，重新进行计算和选型，快速地得到新的结果。通过直观明了的保护设备的脱扣特性曲线，以及结合被保护线缆上会发生的最大和最小短路电流，非常容易进行上下级保护设备的选择性配合评估和校核，减少越级跳闸的风险，确保配电系统安全、可靠。通过SIMARISdesign专业版软件，可以更加方便和有效地对整个配电网络进行选择性评估。配电设计工具软件SIMARIS为了确保铁路电力供电系统的安全、可靠、高效，在进行供配电系统设计时，需要做大量细致的设计工作，比如，系统方案、负荷统计、网络参数计算、设备选型、保护整定值等，以及综合考虑一些需要注意和优化的方面，比如，接地制式、电磁兼容性、选择性配合等。西门子提供了高效的配电设计工具软件SIMARISdesign，以及配电产品脱扣特性曲线快速查看软件SIMARIScurves,协助电气设计师省时、省力快速做好设计工作。SIMARISdesign：配电设计和选型进行铁路电力供电系统电气设计，电气设计师需要做大量的计算工作，比如，短路电流、电压降、负荷计算等，以及各类配电设计选型，比如，中低压断路器或者熔断器、变压器、电缆或者母线槽系统等。针对以上设计需求，SIMARISdesign能够非常容易地帮助设计师节省大量的工作，确保铁路配电系统安全、可靠。13SIMARIScurves：快速查看配电设备脱扣特性曲线为了更快速地获取西门子配电产品的保护整定值，以及简单评估上下级保护配合，你可以使用SIMARIScurves软件，通过配电产品订货号或者配电产品参数快速得到配电产品保护曲线和保护配合。SIMARISdesign配电设计SIMARISdesign配电选择性配合评估SIMARIScurves查看配电产品脱扣特性曲线更多SIMARIS信息，请访问网址：安全、智能的铁路供配电系统解决方案铁路牵引供电系统解决方案图3所示为典型的铁路牵引变电所接线图，铁路牵引供电系统的中压电压等级通常为27.5kV，西门子户外断路器3AF04/05及气体绝缘柜8DA11/12可满足铁路牵引供电系统中压配电的保护及控制要求。西门子3AF04/3AF05型铁路用户外真空断路器采用支架固定，安装简便，适用于交流27.5kV铁路牵引供电系统。该断路器结构为瓷绝缘子式单相/两相断路器，装有成熟可靠的西门子真空灭弧室和机构，提供了充足的相间距和高度，满足标准的安全要求，适合于直接连接户外架空线缆。断路器的设计采用极少的运动部件，装配简单，保证了断路器具有极高的机械和电气寿命。它具有使用真空灭弧室的所有优点，如操作功小、电弧能量低、重量轻、操作震动小等。西门子生产的单极和双极开关柜8DA11/12，用于交流牵引供电系统。该柜采用SF6气体绝缘，单极金属封闭，一次部分的单极壳体由耐腐蚀铝合金制成，结构紧凑。三