轨道交通箱变设计

张超赵力

上海纳杰电气成套有限公司上海201111

摘要：随着资源节约型、环境友好型社会建设的逐步推进，变电站建设模式必须走向减少土地占用，施工绿色环保、降低造价，缩短建设周期，延长全寿命周期，提高运行可靠性和减少设备维护的发展方向前进。轨道交通智能变电站标准配送式建设是遵循“安全性、适用性、通用性、经济性”协调统一的原则，实现智能变电站“标准化设计、工厂化加工、机械化施工、装配式建设”的最终目标。

关键词：轨道交通；箱变设计；智能变电站

引言

对于集中式供电系统，应建设地铁专用主变电所。本部分涉及内容较多，主要有主变电所选址、电气主接线、主变压器选择、主变压器中性点接地等。地铁主变电所功能是接受城市电网高压电源，经降压后为牵引变电所、降压变电所提供中压电源。

1主变电所选址

地铁变电所的用电负荷沿着地铁线路走向呈线状分布。这种负荷分布的特点，便要求主变电所的位置只能在地铁沿线。主变电所位置尽量靠近轨道线路，以便减少主变电所至地铁线路的电缆通道距离。一般地，主变电所位置离地铁线路的距离控制在几百米范围以内。

主变电所位置的选择，应按下述原则确定：

(1)靠近负荷中心，邻近城市轨道交通线路布置；

(2)满足中压网络电缆压降要求；

(3)各主变电所的负荷平衡，并使其两侧的供电距离基本相等；

(4)靠近地铁站，以缩短电缆通道的距离，减少和城市地下管网的交叉和干扰，具体位置应与城市供电部门和规划部门共同商讨；

(5)应考虑路网规划和其他地铁线路资源共享，并预留电缆通道和容量；

(6)便于电缆线路引入、引出，便于设备运输；

(7)具有适宜的地质、地形和地貌条件；

(8)考虑主变电所与周围环境、邻近设施的相互影响。

2电气主接线

2.1线路-变压器组接线

(1)主变电所两路高压电源110kV主接线采用线路-变压器组、两断路器的形式。如图1所示。(2)正常运行下，两路线路各带一台主变压器，接线简单、高压设备少、投资省、继电保护简单。(3)故障状态下，恢复供电操作简单方便，当一台主变或一条线路故障退出运行时，只需在主变中压侧做转移负载操作，由另一路进线电源的主变电所承担本主变电所范围内的全部一、二级用电负荷，对相邻主变电所无影响。

2.2中压侧主接线形式

主接线中压侧一般采用单母线分段形式，并设置母线分段开关。如图3-2所示。正常情况下，两段母线分裂运行；牵引变电所和降压变电所可以从不同母线段取得中压电源；当主变电所一段中压母线失压时，另一端中压母线可以迅速恢复对牵引变电所和降压变电所供电。当一路高压进线失电压或一台主变退出后，通过中压母线分段开关迅速合闸，由另一台主变压器承担本主变电所范围内的全部一、二级用电负荷。当一段中压母线故障时，该段母线上的进线开关分闸，同时该段母线上馈线所接的一级牵引或降压变电所进线开关也应失压跳闸，根据中压供电网络运行方式，由主变电所的另一段中压母线继续供电。

3主变压器选择

主变压器的选择，包括主变压器的台数与容量的确定原则、主变压器选型以及中性点接地方式等。

3.1主变压器台数的确定原则

主变压器台数应结合供电网络规划、中压网络形式、系统运行方式、主变电所容量备用要求等因素综合分析确定。地铁3号线设置两台主变压器。

3.2主变压器容量的确定原则

主变压器容量应满足“N-1准则”，即供电系统中有任意一个设备发生故障时，供电系统应能维持列车继续运行。

主变正常运行时，两台主变压器共同承担本所供电范围内的用电负荷。当一台主变压器退出运行时，另一台主变压器应能承担本供电范围内的一、二级用电负荷，保证列车正常运行，主变压器容量的选择应满足该运行要求。

3.3主变压器形式的选择

当不受运输条件限制时，在330kV及以下的发电厂或变电所，均应选用三相变压器。地铁主变电所高压侧电压为110kV，因而选择三相变压器。

地铁主变采用110/35kV两线圈Y/Δ接线变压器，有载调压开关装在高压侧。

4牵引供电系统

4.1交流中压系统保护

(1)AC35kV进、出线处设有线路差动保护、过电流保护、零序电流保护

35kV进、出线处可能出现的故障有单相接地短路和相间短路，由电流互感器检测线路上的电流，当出现单相接地短路时，零序电流互感器上检测出线路上出现零序电流，当该电流大于下一线路出口处相间短路时所出现的最大不平衡电流，则会启动零序过电流保护使断路器跳闸；当线路出现相间短路时，线路差动保护作为主保护，而当线路差动保护拒动时，由过电流保护作为后备保护启动断路器跳闸，以切除故障。

其进线保护整定计算如下：

①电流速断保护

按照上述三原则整定后，取整定值最大者为最终差动保护的整定值。

(2)AC35kV母线联络开关处设有电流速断保护、过电流保护、过电压保护、零序电流保护

继电保护装置接收母线连接处电流互感器检测到的母线电流和电压互感器PT1检测到的AC35kV进线的电压，当出现短路故障时，电流速断作为主保护且过电流保护作为后备保护动作使相应的断路器跳闸，切除故障；继电保护装置接收电压互感器PT2检测到的AC35kV出线上的电压，当出现单相接地短路时，零序过电压保护动作使相应断路器跳闸，以切除故障；当出现相间短路时过电压保护动作使该断路器跳闸，以切除故障。

4.2直流牵引系统保护

(1)牵引变电所联跳

直流牵引系统当牵引变电所两台整流机组的直流(或交流)进线开关故障跳闸时，同时联跳四路直流馈出开关，称之为变电所联跳。

牵引变电所联跳保护适用于以下两种情况：

牵引变电所的两套整流机组开关同时因故障跳闸；

牵引变电所任何一路直流馈出开关失灵拒动。

牵引变电所联跳是解决牵引供电系统无远后备保护的唯一可靠的方法。设置牵引变电所联跳的根本原因就是因为牵引变电所的直流断路器失灵拒动时，没有远后备保护，因为地铁牵引供电系统短路的特点就是多电源、多回路、多参数。牵引变电所6台直流开关中任一台失灵拒动，只跳其上级断路器是不能切断电源的，还有五路开关向短路点供电。因此，解决牵引变电所直流断路器的远后备保护，只有实现牵引变电所联跳。如图5-3所示。

结束语

设计中从地铁供电系统设计的主要问题入手，详细分析了地铁供电系统的组成和功能，结合实际工程案例给出了完整的设计方案。总的来说，本设计在地铁供电系统的工程设计中完成了如下工作：

(1)地铁主变电所设计。涉及的内容主要有主变电所选址、电气主接线、主变压器选择、主变压器中性点接地等，并给出了相应的具体设计方案和主接线CAD图。

(2)供配电系统设计。主要分为中压接线和低压侧接线设计两个部分，对降压变电所的设置、牵引变电所的中压主接线和低压主接线的形式及其运行方式进行分析，并作出降压变电所供电系统主接线的CAD图。