轨道交通供电系统毕业论文.doc
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1、轨道交通供电系统毕业论文一、 轨道交通供电系统概述(一)概论城市轨道交通供电系统的功能:城市轨道交通供电系统,担负着运行所需的一切电能的供应与传输,是城市轨道交通安全可靠运行的重要保证。城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运行所需要的牵引负荷。二是车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电,诸如:通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。在上述用电群体中,有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷;有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准,而且这种要求和标准又
2、相差甚远。城市轨道交通供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求,以使其发挥各自的功能与作用。保证电动客车畅行,安全、可靠、迅捷、舒适地运送乘客,是供电系统的根本目的。 (二)供电系统的组成根据功能的不同,对于集中式供电,城市轨道交通供电系统可分成以下几部分:外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。对于分散式供电,城市轨道交通供电系统则可分成以下几部分:外部电源、(电源开闭所)、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。牵引供电系统,又可分成牵引变电所与牵引网系统。动力照明配电系统,又可分成降压变电所与动力照明。但在进行初步设计与施
3、工设计时,为便于设计管理,供电系统往往被划分成:系统设计;主变电所设计;牵引变电所(或牵引降压混合变电所)及降压变电所设计;牵引网设计;电力监控系统设计;杂散电流腐蚀防护设计(注:动力照明随同土建一起设计)。根据城市电网构成的不同特点,可采用集中式、分散式、混合式等不同形式:1、集中式供电在城市轨道交通沿线,根据用电容量和线路长短,建设专用的主变电所,这种由主变电所构成的供电方案,称为集中式供电。主变电所进线电压一般为110kV,经降压后变成35kV或10kV,供牵引变电所与降压变电所。主变电所应有两路独立的进线电源。集中式供电,有利于城市轨道交通供电形成独立体系,便于管理和运营。上海、广州、
4、南京、香港、德黑兰地铁等即为集中式供电方案。2、分散式供电根据城市轨道交通供电的需要,在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源,构成供电系统,称为分散式供电。这种供电方式一般为10kV电压级。分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所均获得双路电源,要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。建设中的沈阳地铁、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线等即为分散式供电方案。3、混合式供电将前两种供电方式结合起来,一般以集中式供电为主,个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充,使供电系统更加完善和可靠。这种方式称为混合式供电。北京地铁一线和环线、建设中的武汉轨道交通工程、青岛
5、地铁南北线工程等即为混合式供电方案。全线的牵引降压混合变电所及降压变电所被分成若干个供电分区,每个供电分区一般不超过3个车站;每一个供电分区均从主变电所的不同母线就近引入两路10kV电源(对于地面线路,供电分区的来自于主变电所的两路10kV电源也可以从牵引变电所处引入,不一定就近引入)。牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线均采用分段单母线形式。地下降压变电所主接线可采用分段单母线形式,地面降压变电所主接线则可以采用两段母线形式,同一工程的地下降压变电所与地面降压变电所主接线,应尽量一致。地面降压变电所的配电变压器,也可以采用负荷开关熔断器组合电器保护。牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线,
6、均采用分段单母线形式。降压变电所的主接线可按跟随式降压变电所考虑。该接线方式比较复杂。为同一电源开闭所供电的两路市网10kV电源,最好来自于不同的地区变电所。该方式对城市电网10kV电源点的数量要求不多。(三)变电所牵引变电所是一个统称,实际上它还包括供电系统中的开闭所、分区所自耦变压器所。这些供电设施构成了电气化铁路的牵引供电系统,如图所示牵引供电系统SS牵引变电所;SP分区所;SSP1、SSP2开闭所;ATP自耦变压器所牵引变电所的作用 牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏,它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电变换成适合电力机车使用的电能。我国电气化铁路采用的是工频单相25 kV
7、交流制,而电力系统是一个三相交流系统,电压标准也不同,不能直接使用,需要经过变换电压等级和由三相变换成单相才能使用。电气化铁路产生的负序和高次谐波对电力系统会造成多种不良影响,也需要通过牵引变电所来解决。因此,牵引变电所的作用有以下几个方面:1、将电力系统的电能变换成适合电力机车使用的电能2、降低电气化铁路对电力系统的影响(四)向牵引变电所供电的接线图由于交通运输的重要性,所有轨道交通的牵引供电都属于电力部门供电的一级负荷,即要确保向它供电的可靠性。为此,牵引变电所均由两个独立的电源供电,再加上电源线路的具体分布情况不同,因此,造成向牵引变电所供电的形式复杂多样,但可以将它归纳成以下几种典型的
8、形式。1、环行供电接线(图1)图1 环行供电接线图a-牵引变电所;b主降压变电站(所);c线表示一路三相输电线;d轨道线由两个或两个主降压变电站和所有的牵引变电所用输电线联成一个环行。环行供电是很可靠的供电线路,因为在这种情况下,一路输电线和一个主降压变电站同时停止工作时,只要其母线仍保持通电,就不致中断任何一个牵引变电所的正常供电。但其投资较大。2、双边供电接线(图2) 图2 双边供电接线图a-牵引变电所;b主降压变电站(所);c线表示一路三相输电线;d轨道线由两个主降压变电所向沿线牵引变电所供电,通往牵引变电所的输电线都经过其母线联接,为了增加供电的可靠性,用双路输电线供电,而每路按输送功
9、率计算。这种接线可靠性稍低于环行供电。当引入数目较多时。开关设备多,投资增加。3、单边供电接线(图3) 图3 单边供电接线图a-牵引变电所;b主降压变电站(所);c线表示一路三相输电线;d轨道线当轨道沿线附近只有一侧有电源时,则采用单边供电。单边供电较环行供电和双边供电的可靠性差,为了提高可靠性,应用双回路输电线供电。单边供电设备少,投资也少些。在双边供电和单边供电的情况下,每路输电线可以不必都进入所有的牵引变电所,而是轮流地每隔一个进一个,这样可以减少进线的数目而降低变电所的投资。4、辐射形供电接线(图4)图4 辐射形供电接线图a-牵引变电所;b主降压变电站(所);c线表示一路三相输电线;d
10、轨道线每个牵引边用两路独立输电线与主降压变电站联接。这种接线方式适合于轨道线路成弧形的情况。这种接线简单,但当主降压变电所停电时,将全线停电。应当指出,实际情况常常是以上某些典型接线方式的综合。变配电接线图的选择应该是这样的,当供电系统的一个元件损坏时,它应能自动解列而不致破坏牵引供电。(五)牵引变电所电气主接线电气主接线(main electrical connection scheme)按牵引变电所和铁路变、配电所(或发电所)接受(输送)电能和分溜配电能的要求,表征其主要电气设备相互之间连接关系的总电路。通常以单线图表示。电气主接线中表示的主要电气设备有电力变压器、发电机、断路器、隔离开关
11、、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、接地装置以及各种无功补偿装置等。常用的主接线形式有:单母线接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路母线接线、桥形接线和双T形(或T形)分支接线等。电气主接线包括从电源进线侧到各级负荷电压侧的全部一次接线,有时还包括各类变、配电所(或发电所)的自用电部分,后者常称作自用电接线。1、主要功能电气主接线反映了牵引变电所和铁路变、配电所(发电所)的基本结构和功能。在运行中,它表明本变电所(发电所)与高压电网、馈电线的连接方式以及相关一次设备的运行方式,成为调度控制和设备实际操作的依据;同时,电气主接线对牵引供电和铁路电力供电系统运行的可能性、电能质量、经济性和操作
12、灵活性起着决定性作用;在设计中,电气主接线对变电所(发电所)电气设备选择、配电装置布置、继电保护方式及其配置与整定计算、自动装置和控制方式选择都有重大影响,因此,电气主接线及其组成的电气设备,是牵引变电所和铁路变、配电所(发电所)的主体部分。2、基本要求 电气主接线应满足下列基本要求:牵引变电所、铁路变电所电气主接应综合考虑电源进线情况(有无穿越通过)、负荷重要程度、主变压器容量和台数,以及进线和馈出线回路数量、断路器备用方式和电气设备特点等条件确定,并具有相应的安全可靠性、运行灵活和经济性。具有一级电力负荷的牵引变电所,向运输生产、安全环卫等一级电力负荷供电的铁路变电所,城市轨道交通降压变电
13、所(见电力负荷、电力牵引负荷)应有两回路相互独立的电源进线,每路电源进线应能保证对全部负荷的供电。没有一级电力负荷的铁路变、配电所,应有一回路可靠的进线电源,有条件时宜设置两回路进线电源。主变压器的台数和容量能满足规划期间供电负荷的需要,并能满足当变压器故障或检修时供电负荷的需要。在三相交流牵引变电所和铁路变电所中,当出现三级电压且中压或低压侧负荷超过变压器额定容量的15%时,通常应彩三绕组变压器为主变压器。按电力系统无功功率就地平衡的要求,交流牵引变电所和铁路变、配电所需分层次装设并联电容补偿设备与相应主接线配电单元。为改善注入电力统的谐波含量,交流牵引变电所牵引电压侧母线,还需要考虑接入无
14、功、谐波综合并联补偿装置回路(见并联综合补偿装置)。对于直流制干线电气化铁路,为减轻直流12相脉动电压牵引网负荷对沿线平行通信线路的干扰影响,需在牵引变电所直流正、负母线间设置550 Hz、650Hz等谐波的并联滤波回路。电源进(出)线电压等级及其回路数、断路器备用方式和检修周期,对电气主接线形式的选择有重大影响。当交、直流牵引变电所35 kV220 kV电压的电源进线为两回路时,宜采用双T形分支接线或桥形接线的主接线,当进(出)线不超过四回路及以上时,可采用单母线或分段单母线的主接线;进(出)线为四回路及以上时,宜采用带旁路母线的分段单线线主接线。对于有两路电源并联运行的6kV10 kV铁路
15、地区变、配电所,宜采用带断路器分段的单母线接线;电源进线为一主一备时,分段开关可采用隔离开关。无地方电源的铁路(站、段)发电所,装机容量一般在2 000 kVA以下,额定电压定为400 V或6.3 kV,其电气主接线宜采用单母线或隔离开关分段的单母线接线。交、直流牵引变电所牵引负荷侧电气接线形式,应根据主变压器类型(单相、三相或其他)及数量、断路器或直流快速开关类型和备用方式、馈线数目和线路的年运输量或者客流量因素确定。一般宜采用单母线分段的接线,当馈线数在四回路以上时,应采用单母线分段带旁路母线的接线。二、接触网(一)概论接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备,它的功能是向走行在铁路
16、线上的电力机车不间断地供应电能。但是,接触网与一般的输电线路不同,它必须架设在线路的正上方,电力机车利用顶部的受电弓与接触线滑动摩擦而获得电能。因此,只要有电力机车走行的线路,都必须架设接触网。 由于接触网是露天设置,受着各种恶劣气象条件的影响,其工作状态又是随着电力机车的运行而变化,而且没有备用,因而使得接触网的工作条件非常复杂,对它的要求非常严格。1、接触网的组成电力机车实际上是一个边受流边行驶的移动负荷。为了保证不间断地供给电力机车电能,就必须使电力机车的受电弓与接触网的接触线在电力机车行驶时有良好的接触,因此,对接触网的结构就有特殊的要求。接触网主要由以下几个部分组成:(1)接触悬挂部
17、分。包括承力索、接触线、吊弦、中心锚结、补偿装置等。接触线是与受电弓直接接触摩擦的部分。(2)支持装置。用以悬吊和支撑接触悬挂并将其各种载荷传递给支柱或桥隧等大型建筑物。支持装置还应将承力索、接触线固定在一定范围内,使受电弓滑行时与接触线有良好的接触。根据接触网所在位置及作用不同,支持装置的结构又可分为腕臂支持装置、软横跨、硬横跨、桥梁支持装置和隧道支持装置等。(3)支柱与基础。用以安装支持装置、悬吊接触悬挂,并承受其载荷。此外,还有供电线,加强线,以及因供电方式不同而设置的回流线,正馈线(AF线),保护线(PW线)等附加导线,为了安全而设置的保护设备、电气设备等。接触网的组成。2、接触网的工
18、作条件及其基本要求电力机车走行时,受电弓给接触线以上抬力,使接触线抬外,由于接触线是一条长软线,而受电弓又是个弹性装置,因此,这种压力和抬升是变化着的,而且变化迅速。此外,列车在以空气为介质的空间运行时,还会对受电弓弓臂和弓头产生有一定压力的空气流,形成对受电弓向上或向下的附加力。上面几种力的合成作用结果,使接触向产生振荡,从而使受电弓滑板不能很好地追随接触线的轨迹,导致脱离接触线(离线)。(二)接触网设备运行与巡视接触网检测的目的是对接触网进行有效的维护,保证其安全运行,避免弓网故障的发生。目前大多数故障的发生看似具有一定的偶然性,其实从其运行前的参数就可以知道故障的隐患范围和可能发生的结果
19、。接触网检测的多项参数相互独立,又存在必然的联系。在实际工作中,常常遇到各项参数并未超标,但仍存在故障隐患的情况。这就需要综合考虑各项运行参数,对弓网运行的安全性作出评估。本文的目的就是综合研究各个运行参数之间的内在关系,进而实现对弓网故障的预测及事故分析。本文选择建立神经网络模型的方法对高速接触网运行参数进行分析。神经网络方法的一个突出优点就是能够通过训练进行学习。通过研究系统过去的数据记录,进行适当的训练后,神经网络具有归纳全部数据的能力。可以利用神经网络理论对接触网运行参数的大量实测数据进行挖掘,找出其中蕴涵有关运行状态的规律,进而形成智能专家系统,判断和分析事故原因,以减少故障的发生。
20、在进行分析之前,对已有的原始数据文件进行读取和归类,将各项参数的检测数据存储于相应的数据文件中,对需要进行滤波的数据进行了滤波处理。通过对神经网络理论和神经网络模型的系统学习,比较各神经网络模型的特点和应用的领域。接触网巡视管理系统作为铁路牵引供电管理信息系统的一个子系统,主要由软件、硬件两大部分组成。其中硬件部分为接触网巡视监控记录仪;软件部分为接触网巡视管理系统软件平台。硬件部分主要辅助接触网工区检测人员完成日常巡视工作,记录其巡视过程中发现的缺陷信息,并对其巡视轨迹进行记录及监督;软件部分主要完成接触网巡视监控记录仪所记录的巡视数据的分析、统计、保存(直接将数据保存到接触网巡视检查记录表
21、中),以及数据的上报工作,实现供电段、领工区能够通过计算机网络随时了解工区的近期巡视情况,实现巡视工作的计算机管理,实现同其他子系统间的数据共享。“网故”时常发生且影响大,是因为牵引供电设备的运行具有以下特点:1、接触网设备运行条件苛刻接触网是沿线路布置的特殊输电线路,露天布置无备用,工作条件苛刻,通过与受电弓滑动接触向电力机车提供能源,一旦状态不良将直接影响供电和行车。接触网也是一个大张力的力学结构,零部件长期处于大张力、频繁震动的工作状态,加之目前零部件的工艺水平不高和内部品质的检测手段不足,材质不良原因的“网故”时常发生。 2、与相关部门关系密切(1)与工务的关系接触网是按照线路中心和轨
22、面标高的相对位置而布置的,反映到接触网参数上为接触线距轨面的高度、接触导线距线路中心的距离和支柱侧面限界。所以,线路状态的变化将直接引起接触网技术状态的变化。此外,隧道、跨线桥梁漏(排)水、物件脱落侵入接触网限界等,也将造成接触网烧伤损坏。(2)与电力机车的关系电力机车直接从接触网上取得电能,其受电弓、车顶绝缘以及放电间隙(避雷器)不良等,均可导致跳闸停电和弓网故障。机车操纵不当(如不断电过分相、双弓运行等)也可造成跳闸停电,严重时会烧断导线或承力索。(3)与车务的关系进路不当时,可使电力机车进入接触网无电区或无网区而造成跳闸停电。更严重的是将电带入作业区危及检修人员生命安全,此种情况曾多次发
23、生。另外,因隔离开关操作不当造成的故障也时有发生。(4)与货运的关系因货物捆绑不良运行中翘起、脱落短接和砸坏接触网,捆绑、覆盖货物的绳索、蓬布运行中缠绕接触网等,均可造成跳闸停电和接触网设备故障。(5)与电力系统的关系牵引变电所是国家电网的负荷之一,其运行状态直接受电力系统的影响。如系统故障停电、电压质量差等也将表现为接触网无电、网压偏高或偏低等。再者,与接触网交叉跨越的地方电力线路,因故障断线搭接于接触网上的故障也时有发生。(6)与沿线治安状况的关系由于沿线社会治安状况不良,列车运行中盗窃装载货物和接触网设备的现象时常发生。被盗货物易砸断接触网支柱,造成大面积设备破坏,如棉花包、铝锭、铁锭等
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