2023城市轨道交通直流牵引供电系统.docx

城市轨道交通直流牵引供电系统前言错误!未定义书签。1 .范围12 .规范性引用文件13 .术语、定义14 .总体原则35 .供电方式及外部电源35.1供电方式35.2外部电源36.牵引变电所36.1牵引变电所设备的容量36. 2牵引变电所分布距离的确定37. 3牵引变电所接线方式38. 4牵引供电技术指标49. 6牵引变电所继电保护装置410. 电缆58.接触网58. 1接触网通则511. 2接触轨512. 架空接触网69 .牵引供电系统接地、回流及过电压保护69.1 牵引供电系统接地69.2 轨道回流79.3 过电压保护710 .电力监控系统710.1调度原则710.2调度通讯710.3监控设备7附录A（规范性附录）牵引整流变压器主要技术要求11附录B（规范性附录）整流器主要技术要求13附录C（规范性附录）再生制动能量回馈型装置主要技术要求14附录D（规范性附录）双向变流器主要技术要求15附录E（规范性附录）直流断路器主要技术要求16城市轨道交通直流牵引供电系统1 .范围本文件规定了城市轨道交通直流牵引供电系统中供电方式、外部电源、牵引变电所、电缆、接触网、接地、回流、过电压保护、电力监控系统的主要性能指标和设备运行指标等。本文件适用于城市轨道交通直流牵引供电系统。2 .规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中,注日期的引用文件,仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于木文件。GB/T2900.36电工术语电力牵引GB3096声环境质量标准GB/T14549电能质量公用电网谐波GB/T28026.2轨道交通地面装置电气安全、接地和回流第2部分直流牵引供电系统杂散电流的防护措施GB/T GB/T GB/T GB/T GB/T2842950062500645006550157GB 50217CJJ/T 49JB/T 10693轨道交通150OV及以下直流牵引电力电缆及附件 电力装置的继电保护和自动装置设计规范 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合设计规范 交流电气装置的接地设计规范地铁设计标准电力工程电缆设计标准地铁杂散电流腐蚀防护技术标准城市轨道交通用干式牵引整流变压器3 .术语、定义GB/T2900.36界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3. 1系统最高电压highestvoltageofasystem系统正常运行过程中，在任何一点上出现的最高电压。不包括系统的暂时状态和异常电压。3.2系统最低电压lowestvoltageofasystem系统正常运行过程中，在任何一点上出现的最低电压。不包括系统的暂时状态和异常电压。3.3设备最高电压highestvoltageforequipment系统正常运行时，设备所承受的最高运行电压。3.4整流机组负荷等级loadlevelofrectifierunit根据负荷曲线的性质特征所划分的整流机组额定容量等级。接触网contactlinesystem经过受电器向电动客车供给电能的导电网。3.6接触网最小短路电流minimumshortcircuitcurrentofcontactlinesystem在供电系统的最小运行方式下，接触网中离馈入点最远端发生正负极间短路时的电流。3.7接触网最大短路电流maximumshortcircuitcurrentofcontactlinesystem在供电系统的最大运行方式下，接触网的馈入点处发生正负极间短路时的电流。3.8馈线feeder从牵引变电所向接触网输送直流电的供电线。3.9双边供电two-wayfeeding一个供电区间由相邻两牵引变电所各经一路馈线同时供电。3.10单边供电One-wayfeeding一个供电区间只由一路馈线供电。3.11末端电压terminalvoltage单边供电时，接触网馈电区中离馈入点最远端的电压。3.12均流线rail-to-railandtrack-to-trackcrossbond连接回流轨间使其均匀回流的导线。3.13联跳保护装置two-wayintertripprotectiondevice在一个双边供电区段内发生短路时，使本区段两端馈电断路器联动跳闸的装置。3.14电流变化率及增量保护装置currentvarianceratioalndincrementalprotectiondevice根据短时间内电流变化率及增量的不同自动区分工作电流与故障电流，实行选择动作的保护装置。3.15框架泄漏保护装置frameleakageprotectiondevice由直流配电装置框架对地泄漏的电流和负极对地电位作为激励量的保护装置。3.16集中式供电CentraIiZedpowersupplymode由本线或其他线路的主变电所为本线牵引变电所供电的外部供电方式。3.17分散式供电distributedpowersupplymode由引入沿线城市中压电源为牵引变电所供电的外部供电方式。3.18混合式供电combinedpowersupplymode由主变电所和城市中压电源共同为牵引变电所供电的外部供电方式。4.总体要求4. 1城市轨道交通直流牵引供电系统应采用DC750V或DC1500V直流供电。4.2 城市轨道交通直流牵引供电系统应安全适用、技术先进、经济合理，并应立足节能、环保、绿色,宜推进数字化和智能化。4.3 城市轨道交通直流牵引供电系统的设计、安装、施工及验收应符合有关国家标准或行业标准的规定。5.供电方式及外部电源5. 1供电方式5.1.1 城市轨道交通的外部电源供电方式有集中式、分散式和混合式三种。5.1.2 牵引供电网络可与动力照明供电网络共用同一个供电网络，也可采用与动力照明供电网络相对独立的供电网络。5. 1.3牵引用电负荷应为一级负荷，牵引变电所的受电电压有35kV、20kV和IOkV三种。5.1.4牵引供电系统直流标称电压及其波动范围应符合表1的规定。表1系统标称电压及其波动范围表单位为伏电压分类系统标称电压系统最低电压系统最高电压DC750V牵引供电系统750500900DC1500V牵引供电系统1500100018005.1.5直流供电系统的正、负极均不应接地。5.2外部电源5.2.1采用集中式供电方式时，外部电源电压等级应结合城市电网电压等级确定，宜采用IlOkV或22OkV电压等级。每座主变电所应设置两回独立可靠的进线电源，其中应至少有一回为专线电源，两回电源宜来自不同的上级城市变电站，也可来自上级同一城市变电站的不同段母线。5.2.2采用分散式供电方式时，外部电源电压等级应结合城市电网电压等级确定，可采用35kV、20kV或IOkV电压等级。引入的外部电源数量和可靠性要求应根据线路用电负荷等级确定。向一级负荷供电的开闭所应设置两回独立可靠的进线电源，其中应至少有一回为专线电源，两回电源宜来自不同的上级城市变电站，也可来自上级同一城市变电站的不同段母线。5 .2.3采用混合式供电方式时，外部电源设置原则按集中供电和分散供电的相关要求执行。6 .牵引变电所6.1 牵引变电所设备的容量牵引变电所设备的容量应按设计最大通过能力、供电质量、变电所运行方式变化等因素决定。6.2牵引变电所分布距离牵引变电所分布距离除满足接触网的电压水平外，还应考虑线路功率损失、钢轨对地电位和杂散电流的影响。6.3.1牵引变电所的主接线在安全、可靠及灵活的基础上应力求简单6.3.2牵引变电所应由两个及两个以上相互独立的电源供电，交流母线宜采用单母线分段或单母线接线。对于低运量系统可经技术经济比较后确定牵引变电所的电源回路数。6.3.3牵引变电所的直流母线宜采用单母线，并可根据运行灵活性要求增设备用母线或分段母线。6.4牵引供电技术指标6.4.1供电设备的技术参数应满足过负荷和最大运行方式下系统短路时动稳定和热稳定的要求。6.4.2供电单体设备及成套装置应满足电磁兼容的要求。6.4.3采用增加整流脉波数或脉宽调制的方法抑制谐波应符合GB/T14549的有关规定。6.4.4牵引变电所(包括所内用电)供电效率不低于98%。6.4.5功率因数应符合国家的有关规定。6.4.6地下牵引变电所应防止隧道粉尘污染;控制室最高温度不应高于26,噪声不应大于60dB（八）；开关柜室最高温度不应高于40C,噪声不宜大于60dB（八）o6.5设备选择原则6.5.1供电系统在选用先进技术和设备时，应采用质量可靠、技术先进、节约能源的产品，并应向无维修或少维修、小型化、无油化、智能化方向发展。6.5.2牵引整流变压器应采用干式变压器。6.5.3 牵引整流机组的冷却方式宜采用空气自然冷却式，牵引整流变压器主要技术要求应符合附录A的规定，牵引整流器主要技术要求应符合附录B的规定，再生制动能量回馈装置主要技术要求应符合附录C的规定。6.5.4 技术经济合理时可选用双向变流器，双向变流器主要技术要求应符合附录D的规定。6.5.5设备最高电压应不小于系统最高电压。6. 5.6牵引整流机组及双向变流器的负荷等级应满足牵引负荷特性的要求：a) 100%额定输出连续；b) 150%额定输出2h：c) 300%额定输出Imino注：特殊情况下，经技术经济比较后可采用200%额定输出Imin的牵引负荷特性。6.5.7直流快速断路器应能分断可能出现的最大短路电流和感性小电流，直流断路器主要技术要求应符合附录E的规定。6.5.8牵引变电所直流自用电系统，其蓄电池组容量应满足事故停电2h的需要。6.6牵引变电所继电保护装置6.6.1设置保护装置原则6.6.L1牵引变电所的进线继电保护装置的设置和整定应符合电力系统的要求。各级保护整定应相互协调配合。6.6.1.2在满足系统保护及自动化技术指标前提下，装置接线应简单、可靠、灵活，维护方便。6.6.1.3应优先采用规范化的保护接线、保护方式和自动装置。6.6.2交流高压设备保护装置6.6.2.1交流高压设备保护装置的设置，应按GB/T50062的要求执行。6.6.2.2进线交流高压断路器过电流保护整定值应大于各种运行方式下可能出现的最大工作电流。6.6.3牵引整流机组保护6.6.3.1牵引整流机组的过负荷及短路故隙，包括直流母线短路，应由牵引整流变压器一次侧交流高压断路器实现保护。6.6.3.2牵引整流机组的保护包括：电流速断保护、过电流保护、过负荷保护、牵引整流变压器温升保护、整流器温升保护和整流元件故障保护等。6.6.4馈电设备、接触网保护装置6.6.4.1接触网保护应由馈线直流快速断路器实现。6.6.4.2馈线继电保护设置包括：电流速断保护（含大电流脱扣）、电流变化率及增量保护、双边联跳保护、过电流保护等。6.6.4.3馈线应设接触网故隙判别自动重合闸装置。6.6.4.4馈线继电保护应与车辆的主保护相互协调配合。6.6.4.5牵引直流设备应设框架泄漏保护装置。6.6.4.6接触网保护宜装设可供列车司机和行车调度员使用的紧急停电保护装置。6.6.5再生制动能量回馈装置或双向变流器保护装置6.6.5.1再生制动能量回馈装置或双向变流器保护应包括：电流速断保护、过电压保护、过电流保护、温度保护、元件短路保护、交流电网失电保护等。6.6.5.2再生制动能量同馈装置或双向变流器保护应充分考虑与馈线继电保护的配合。6.6.6信号报警装置6.6.6.1牵引整流变压器应装有温升异常报警装置。6.6.6.2整流器应装设元件损坏及温升异常报警装置。6.6.6.3再生制动能量同馈装置应装故隙异常报警装置。6. 6.6.4再生制动能量回馈变压器应装有温开异常报警装置。7. 6.6.5双向变流装置应装设故障异常报警装置。8. 6.6.6双向变流的牵引变压器应装有温升异常报警装置。7.电缆7.1 电缆应按负荷容量和电压等级进行选择，并应考虑环境温度和敷设方式的影响。7. 2地下建筑物内应选用低烟无卤阻燃型电缆。9. 3直流牵引电缆应符合GB/T28429的规定。7.4电缆的敷设及接地方式应按照GB50217执行。8.接触网8. 1通则8.1.1 接触网分为接触轨和架空接触网。架空接触网又可分为柔性悬挂和刚性悬挂，并以城市轨道交通的走行轨或专用回流轨作为牵引电流的回流电路。8.1.2 接触网应保证在规定的列车行车速度内，可靠地向列车的受电器馈电。8.1.3 正常运行方式下正线接触网应采用双边供电方式。8.1.4 车辆段、停车场的接触网，应以单独的馈线供电。8.1.5 接触网的带电裸导体与建筑物、车体的最小安全净距应符合GB50157的规定。8.2.1接触轨的支撑件应满足机械强度和绝缘耐压的要求。8. 2.2在牵引变电所所在车站，接触轨应设置分断区或断电区。10. 2.3接触轨断电区应有技术措施减少列车受电器在断电区拉弧。8.2.4列车受电器与接触轨接触部分的材料硬度应低于接触轨授流面部分材料的硬度。8.2.5接触轨应结合列车受流条件选择接触授流方式。8.2.6安装在道床上的供电接触轨应设置防护罩，专用回流轨可不设置防护罩。8.3架空接触网8.3.1架空接触网类型应根据技术、经济及运营条件综合比较确定。1.1.1 3.2当正线柔性架空接触网接触线高度发生变化时，其最大坡度及变化率应符合表2的规定；正线刚性架空接触网接触线的最大坡度不应大于1%。表2柔性架空接触线最大坡度及变化率列车速度（km/h）接触线最大坡度（。）接触线最大坡度变化率（。）10402030201060105906310052120428.3.3 隧道内架空接触网的布置，应按照隧道断面的建筑限界和车辆限界以及受电弓的升降范围综合考虑，应保证带电导体与隧道建筑物之间的最小距离不小于最小安全净距。8.3.4 柔性悬挂接触线在直线区段及曲线半径不小于400Om区段应按“之”字形布置，其它曲线区段宜采用曲外布置拉出值，刚性悬挂接触线的拉出值宜采用折线形布置。接触线相对受电弓中心线的最大偏移量不应大于受电弓工作宽度的1/2。8.3.5 露天区段正常情况下接触线距轨面的最低高度应为4400mu隧道内接触线距轨面的最低高度应为4040mmo9.牵引供电系统接地、回流及过电压保护9.1 牵引供电系统接地9.1.1 供电系统中电气装置与设施的外露可导电部分除有特殊规定外均应接地。9.1.2 当供电系统与其他系统共用接地装置时，其接地电阻应不大于接入设备中要求的最小值。9.1.3 变电所接地装置应能降低接触电位差和跨步电位差，并应符合GB/T50065的有关规定。9.1.4 地下牵引变电所的人工接地网应采用铜质材料。9.1.5 变电所应利用车站结构钢筋或变电所结构基础钢筋等自然接地极作为接地装置，并宜敷设以水平接地极为主的人工接地网。自然接地装置和人工接地网间应采用不少于两根导体在不同地点相联接。自然接地极与人工接地网的接地电阻值应能分别测量。9.1.6 1.6接地装置至变电所的接地线的截面，不应小于系统中保护地线截面的最大值。9.1.7牵引变电所中的直流牵引供电设备应绝缘安装。9.1.8 正常双边供电运行时，站台处走行轨对地电位不应大于120V,车辆基地库线走行轨对地电位不应大于60V。当走行轨对地电压超标时，应采取短时接地措施。9.1.9 架空接触网的金属支持结构物的接地，应考虑对信号和杂散电流的影响。9.2轨道回流9.2.1采用走行钢轨回流的牵引供电系统，杂散电流腐蚀防护的原则应为抑制杂散电流产生，并应减少杂散电流向城市轨道交通外部扩散。兼做回流的走行轨与隧洞主体结构（或大地）之间的过渡电阻值，以及杂散电流腐蚀防护的其他要求，应符合GB/T28026.2和CJJ49的有关规定。9.2.2对杂散电流及防护对象应进行自动监测。9.2.3无昨道床中应设置排流钢筋网，并应与其他结构钢筋、金属管线、接地装置非电气连接。不应利用主体结构钢筋作为排流网。9.2.4牵引变电所应设置杂散电流监测及排流设施，应根据杂散电流的监测情况，决定是否将排流设施投入使用。9.2.5上、下行轨道间应设置均流线，且每处不应少于2根电缆。9.2.6连接牵引变电所的回流电缆不宜少于2回，当其中1个同路中的1根电缆发生故障时应满足回流的要求。9.3过电压保护9.3.1交流高压设备的过电压保护和绝缘配合的设置，应按GB50064的要求执行。9.3.2牵引整流机组的正、负母线之间应设置过电压防护措施。9.3.3整流器、再生制动能量回馈装置及双向变流器的设计应考虑到元件上可能出现的最大操作过电压及大气过电压。9. 3.4地面区段牵引网（含架空馈线）应采取有效的大气过电压保护措施，在雷暴日超过40d区段宜设置避雷线或将架空地线升高兼做避雷线。10. 3.5当直流牵引供电系统利用走行轨作为回流网时，车站和车辆段检修库应设置钢轨电位限制装置。10.电力监控系统10. 1调度原则11. 1.1牵引供电系统应设有电力调度机构，指挥和监控变电所和接触网的正常运行以及事故处理，最大限度地保证对列车连续供电。10.1.2电力调度机构的设置应与线路的划分和行车调度机构的设置相适应。10.2调度通讯10.2.1电力调度室与所辖变电所、同级电力调度室、行车调度及有重要关系的部门之间，以及与市供电局调度室之间均应设专线电话。10.2.2调度电话应配备录音装置。10.2.3工程应急维修车应配备无线电通讯装置。10.3监控设备10.3.1利用计算机进行远距离数据采集和监控应作为对牵引供电系统进行监控和提高调度运行管理水平的主要手段。10.3.2监控设备至少应包括遥信、遥测和遥控功能。10.3.3电力调度室应装设系统模拟显示装置。10.3.4电力调度室应设置可靠的不间断电源，其蓄电池组容量应满足事故停电2h的需要。10.3.5远动通道应具备必要的传输质量，遥控、遥信的一次传输响应时间应不大于3s,其误码率应小于1()T,变电所应有远动备用通道。10.3.6监控装置平均无故障工作时间应大于50000h.10.3.7事件分辨率，站间应不大于5ms,站内应不大于1ms。10.3.8遥测综合误差应不大于1.5虬10.3.9画面调用响应时间应不大于3s。10.3.10电力监控设备宜设置具有提升牵引变电所无人化和智能化水平的智能监测、巡检装置。附录A（规范性附录）牵引整流变压器表A.1牵引整流变压器主要技术要求类型干式，户内、自冷额定容量（kVA）630/800/1000/1250/1600/2000/2500/2750/3000/3300/3600/4000额定高压侧10kV/20kV/35kV额定低压侧2×0.59kV2×l.18kV额定频率50Hz相数3连接组别应按JB/T10693规定温升限值应按JB/T10693规定相位角偏差应按JB/T10693规定短路阻抗6%或8%无励磁调压范围±2X2.5%绝缘等级F或H阀侧两个y、d联结分裂线圈的电压与额定电压差-0.2%+0.2%阀侧两个y、d联结分裂绕组短路阻抗不平衡率3%等效24脉波整流的两台整流变压器短路阻抗不平衡率2.0%局部放电IOkV:5pC20kV10pC35kVz10pC设计寿命30年注：低运量系统根据工程实际情况设置。表A.2牵引按流变压器损耗参数额定容量(kVA)电压等级(kV)空载损耗(W)负载损耗(W)(120)短路阻抗(%)63010138063506201660750035185080908001015306950201800837035206089301000101700772020200093003523009870125010188085802021401018035255010970160010222010230202530120703529701336020001026001236020299014000353400162502500102950138102033301550035371017950275010321015260203660170003540101915030001035101670082040601865035438021150330010378018130204270203003546702294036001041601995020469022300355140242404000104400212002049002355035545025610附录B(规范性附录)牵引整流器表B.1牵引整流器主要技术要求整流器类型150OV整流器750V整流器额定直流电压(V)1500750最高直流电压(V)1800900绝缘耐压主电路5.6kV,50Hz,Imin辅助电路2kV,50Ilz,1min冲击耐压18kV（波形1.250s）主电路3.8kV,50Hz,1min辅助电路2kV,50Hz,1min冲击耐压12kV（波形1.2/50S）额定功率时整流器效率299%桥臂并联元件均流系数N0.9冷却方式空气自然冷却设计寿命30年过电压保护换相过电压保护，交流侧电压保护，直流侧电压保护短路保护内部短路保护温度保护整流元件温度保护Il附录C（规范性附录）再生制动能回馈装置表GI再生制动能置回馈变流器主要技术要求能量回馈变流器类型1500V能量回馈变流器750V能量回馈变流器直流侧标称电压1500V750V直流侧最高电压1950V1000V绝缘耐压主电路5.6kV,50llz,Imin；辅助电路2kV,50Hz,Imin；冲击耐压18kV（波形1.250s）主电路3.8kV,50Hz,Imin辅助电路2kV,50Hz,Imin冲击耐压12kV（波形1.250s）负荷等级间歇周期工作制（工作30秒，停90秒）效率>98%交流侧功率因数298交流侧谐波TlID3%冷却方式强迫风冷从直流电压达到启动门擀值到变流器有电流输出的时间IOms变流器输出电流从零到到额定电流所需的时间ls噪音70dB（八）（应满足GB3096规定）保护类型过电压保护、过电流保护、温度保护、电力电子元件保护设计寿命30年附录D（规范性附录）双向变流器表D.1双向变流器主要技术要求双向变流器类型150OV双向变流器750V双向变流器直流侧标称电压1500V750V直流侧最高电压1950V1000V绝缘耐压主电路5.6kV,50Hz,Imin；辅助电路2kV,50Ilz,Imin；冲击耐压18kV（波形1.250s）主电路3.8kV,50Hz>Imin辅助电路2kV,50Hz,Imin冲击耐压12kV（波形1.250s）负荷等级见6.5.6效率298%交流侧功率因数20.98交流侧谐波TIID3%（电压谐波及电流谐波）直流纹波系数3%冷却方式强迫风冷从直流电压达到启动门横值到变流器有电流输出的时间10ms变流器输出电流从零到到额定电流所需的时间ls噪音W70dB（八）（应满足GB3096规定）保护类型过电压保护、过电流保护、温度保护、IGBT短路保护设计寿命30年附录E(规范性附录)直流断路器表E.1直流断路器主要技术要求额定电压Ue750V/1500V绝缘电压Ui1500V/3000V额定持续电流/e2h持续电流(40).2IeIInin持续电流(40C)ZIeIOs持续电流(40C)Me短路开断能力100kA70kA（时间常数10ms）；>115kA80kA（时间常数10ms）限流系数W0.65开断过电压2.5Lre固有动作时间W5ms机械寿命>20000次注：直流短路开断能力结合系统短路电流计算结果进行选择。