城市轨道交通供电系统课程设计报告

专 业：电气工程及其自动化

班 级： 电气1001

姓 名： 李铁

学 号： 201009045

指导教师：

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2013 年7月 12日

1设计资料

(1) 车流密度：平时N=20对/h，高峰N=30对/h；

(2) 列车编组：6节/列；

(3) 列车自重：G=331.6t；

(4) 列车平均运行速度：V=35km/h；

(5) 牵引网额定电压：Uc=1.5kV；

(6) 牵引网单位阻抗：r=0.0331Ω/km；

(7) 列车单位能耗：Δ A=0.07kW·h/t·km；

(8) 运营时间：18h/day；

(9) 走行轨单位阻抗：r0=0.013Ω/km；

(10) 电价：a=0.69元/度。

1.1题目

某原始资料如表1所示：

表1某地铁一号线线路区间长度

西

朗

A 坑口 B 花芳黄地村 沙 湾 D E

C 长寿路 F 陈家祠 G 西门口 H 公元前 I 农讲所 J 烈士陵园

K 东杨山箕 口 M L 体育西路 N 体育中心 O 广州东站 P 站名 (简称)

站距

(kM) 1.571 0.928 1.321 1.38 0.951 1.135 0.932 0.872 1.177 1.019 1.165 1.316 1.423 0.961 1.874

试结合所学知识，对该地铁牵引变电所进行布点，并进行牵引供电计算。

1.2需完成的内容

牵引变电所的布点在城市轨道交通中占着相当重要的成分，良好的布点，可以在取得良好的经济效益。在此课程设计中，首先对牵引变电所进行布点，满足中间某牵引变电所退出运行时可进行大双边供电。然后根据题目已知条件，对牵引变电所布点完成后，进行牵引供电计算，确保布点的合理性。

2设计内容的分析

首先，根据GB 50157-2003地铁设计规范:14.2.3牵引变电所的数量、容量及其在线路上的分布应在总和考虑的基础上由计算确定。然后查阅相关资料得知，地铁中牵引变电所，根据车站间的距离，每2~3个车站设置一个较好。同时，牵引变电所布点一般有两种方法：

(1)以线路中间车站设牵引变电所为布点基点：

首先考虑牵引变电所与车站相结合。研究线路中站间距最大的两个相邻车站。当站间距足够长，可将此两个车站暂时设置牵引变电所，计算牵引网双边供电最大电压损失，如果计算值控制在允许范围内，则确定在此两个车站设置牵引变电所。以此为牵引变电所布置的基本点，向线路两端扩展，尽可能地集合车站设置。

此方法适用于各车站的站间距相差较大的线路。

(2)以线路末端车站设牵引变电所为布点基点：

当线路末端牵引变电所退出时，由相邻的牵引变电所实施单边供电，此时牵引网电压损失会比较大；或将线路末端牵引网上下行并联运行，以减少牵引网回路电阻，改善牵引网电压质量。首先考虑线路末端牵引变电所与车站相结合。根据牵引网最大电压损失允许值，确定线路末端牵引变电所及相邻牵引变电所的位置以此向线路中央靠拢，完成全部牵引变电所的布点。

此方法适用于各车站的站间距相差较小的线路。

而我此次设计所采用的就是第二种方案。

2.1设计规程

根据表1所给的站间距，我们从线路末端选起。我查阅资料，每2~3站布置一个牵引变电所，且距离大多不超过4km。其中广州东站到体育中心的车站间距最大，所以我们在广州东站P和体育西路N分别布置一个牵引变电所。然后在东山口L处设置一个，再在公园前I设置一个。其次长寿路F设置一个，芳村D设置一个，最后一个布置在西朗A。综合上述，此方案设置了七个牵引变电所，分别为A站、D站、F站、I站、L站、N站、P站（全都与车站合建）。

3牵引供电的计算

牵引变电所的布点设计完成，剩下的就是每个布点中牵引变电所供电的计算。而我查阅大量资料，发现城市轨道交通正线的牵引供电系统再设计和运营中，均采用双边供电模式，因为双边供电比单边供电的优点是很明显的。无论是电压损失、功率损耗和杂散电流等方面双边供电都要比单边供电小3~4倍，无疑对运营是非常有利的。北京地铁1号线单边供电是在当时的技术条件下迫不得已而采取的一项临时措施。所以本次计算我采用的是双边供电时的计算方法。

3.1平时时的牵引计算

即当车流密度N=20对/h时的情况

(1)列车平均电流I的计算

AGV UC

0.07 331.6 35 I=1.5

I=541.61(A) I

(2)区间平均列车数m

NtNL= TV

3.82 20 mAD 35m mAD 2.18

2.331 20

(3)区间走行时间mDF 35 mDF 1.332 mFI 2.939 2035 mFI 1.679 mIL 3.361 2035 1.92 mIL 1.92 mLN 2.739 2035 mLN 1.565 mNP 2.835 2035 1.62 mNP 1.62

t 3600L

V

tAD 3600 3.82

35

tAD 392.91(s)

tDF 3600 2.331

35

tDF=239.76(s)

tFI 3600 2.939

35

tFI=302.30(s)

tIL 3600 3.361

35

tIL=345.70(s)

tLN 3600 2.739 35

3600 2.835 35tLN=281.73(s) tNP

tNP=291.6(s)

(4)牵引变电所馈线平均电流

mI 2

2.18 541.61 IA.AD 2IA IA.AD=590.35(A)

IA.DF 1.332 541.61 2

1.679 541.61 2

1.92 541.61 2IA.DF=360.71(A) IA.FI IA.FI=454.68(A) IA.IL

IA.IL=519.95(A)

IA.LN 1.565 541.61 2

1.62 541.61 2IA.LN=423.81(A) IA.NP

IA.NP=438.70(A)

(5)牵引变电所馈线有效电流

IxA21.33kx2 1 IA[1 ] m2

kx2=1.15α

IxA.AD2 590.35 590.35 [1 (

21.33 1.15 3.5 1)] 2.18IxA.AD=1044458.98(A2)

IxA.DF2 360.71 360.71 [1 (1.33 1.15 3.5 1)] 1.332

IxA.DF=555342.78(A2) 2

IxA.FI2 454.68 454.68 [1 (1.33 1.15 3.5 1)] 1.679

IxA.IL2IxA.FI2=742746.03(A2) 1.33 1.15 3.5 1 519.95 519.95 [1 ()] 1.92

IxA.IL=883308.03(A2) 2

IxA.LN2 423.81 423.81 [1 (

21.33 1.15 3.5 1)] 1.565IxA.LN=679237.05(A2)

IxA.NP2 438.70 438.70 [1 (

21.33 1.15 3.5 1)] 1.62IxA.NP=709628.33(A2)

所以我们可以得出

IxA.AD=1021.99(A)

IxA.DF=745.21(A)

IxA.FI=861.83(A)

IxA.IL=939.84(A)

IxA.LN=824.16(A)

IxA.NP=842.39(A)

(6)1h牵引用电量W

W= AGLN 2

WAD 0.07 331.6 3.82 20 2

WAD=3546.79(kW.h)

WDF 0.07 331.6 2.331 20 2

WDF=2164.29(kW.h)

WFI 0.07 331.6 2.939 20 2

WFI=2728.80(kW.h)

WIL 0.07 331.6 3.361 20 2

WIL=3120.62(kW.h)

WLN 0.07 331.6 2.739 20 2

WLN=2543.11(kW.h)

WNP 0.07 331.6 2.835 20 2

WNP=2632.24(kW.h)

(7)因为这里的W为1h牵引用电量，故W的数值也就等于牵引变电所功率数

P .AD=3546.79(kW)

P .DF=2164.29(kW)

P .FI=2728.80(kW)

P .IL=3120.62(kW)

P .LN=2543.11(kW)

P .NP=2632.24(kW)

(8)牵引变电所容量

S 1.1P (kVA)

S .AD 1.1P .AD

S .AD 3901.47(kVA)

S .DF 1.1P .DF

S .DF 2380.72(kVA)

S .FI 1.1P .FI

S .FI 3001.68(kVA)

S .IL 1.1P .IL

S .IL 3432.68(kVA)

S .LN 1.1P .LN

S .LN 2797.42(kVA)

S .NP 1.1P .NP

S .NP 2895.46(kVA)

(9)牵引网平均电压损失

IALr1(1 ) 6m

590.35 3.82 0.03311 ud.AD (1 ) 62.18 ud

ud.AD=18.15(V)

ud.DF 360.71 2.331 0.03311(1 ) 61.312

ud.DF=8.12(V)

ud.FI 454.68 2.939 0.03311(1 ) 61.679

ud.FI=11.76(V)

ud.IL 519.95 3.361 0.03311(1 ) 61.92

ud.IL=14.66(V)

ud.LN 423.81 2.739 0.03311(1 ) 61.565

ud.LN=10.49(V)

ud.NP 438.70 2.835 0.03311(1 ) 61.62

ud.NP=11.10(V)

(10)牵引网最大平均电压损失

IALr1(1 ) 4m

590.35 3.82 0.03311 ud.max.AD (1 ) 42.18 ud.max

ud.max.AD=27.23(V)

ud.max.DF 360.71 2.331 0.03311(1 ) 41.312

ud.max.DF=12.18(V)

ud.max.FI 454.68 2.939 0.03311(1 ) 41.679

ud.max.FI=17.64(V)

ud.max.IL 519.95 3.361 0.03311(1 ) 41.92

ud.max.IL=21.99(V)

ud.max.LN 423.81 2.739 0.03311(1 ) 41.565

ud.max.LN=15.74(V)

ud.max.NP 438.70 2.835 0.03311(1 ) 41.62

ud.max.NP=16.65(V)

3.2高峰时的牵引计算

即当车流密度N=20对/h时的情况

(1)列车平均电流I的计算

AGV UC

0.07 331.6 35 I=1.5

I=541.61(A) I

(2)区间平均列车数m

m NtNL= TV

mAD 3.82 30 35

mAD 3.27

mDF 2.331 30 35

m 1.998

(3)区间走行时间DFmFI 2.939 3035 mFI 2.519 mIL 3.361 3035 mIL 2.88 mLN 2.739 3035 mLN 2.348 mNP 2.835 3035 mNP 2.43

t 3600L

V

tAD 3600 3.82

35

tAD=392.91(s)

tDF 3600 2.331

35

tDF=239.76(s)

tFI 3600 2.939

35

tFI=302.30(s)

tIL 3600 3.361

35

tIL=345.70(s)

tLN 3600 2.739

35

tLN=281.73(s)

tNP 3600 2.835 35

tNP=291.6(s)

(4)牵引变电所馈线平均电流

mI 2

3.27 541.61 IA.AD 2IA IA.AD=885.53(A)

IA.DF 1.998 541.61 2

2.519 541.61 2

2.88 541.61 2

2.348 541.61 2IA.DF=541.07(A) IA.FI IA.FI=682.16(A) IA.IL IA.IL=779.92(A) IA.LN

IA.LN=635.85(A)

IA.NP 2.43 541.61 2

IA.NP=658.06(A)

(5)牵引变电所馈线有效电流

IxA21.33kx2 1 IA[1 ] m2

kx2=1.15α

IxA.AD2 885.53 885.53 [1 (

21.33 1.15 3.5 1)] 3.27IxA.AD=1827916.02(A2)

IxA.DF2 541.07 541.07 [1 (

21.33 1.15 3.5 1)] 1.998IxA.DF=930616.25(A2)

IxA.FI2 682.16 682.16 [1 (1.33 1.15 3.5 1)] 2.519

IxA.FI=1269530.92(A2); 2

IxA.IL2 779.92 779.92 [1 (

21.33 1.15 3.5 1)] 2.88IxA.IL=1527710.64(A2)

IxA.LN2 635.85 635.85 [1 (

21.33 1.15 3.5 1)] 2.348

1.33 1.15 3.5 1)] 2.43IxA.LN=1153897.10(A2) IxA.NP2 658.06 658.06 [1 (

2IxA.NP=1208822.50(A2)

所以可以得出

IxA.AD=1352.00(A)

IxA.DF=964.68(A)

IxA.FI=1126.73(A)

IxA.IL=1236.01(A)

IxA.LN=1074.20(A)

IxA.NP=1099.46(A)

(6)1h牵引用电量W

W= AGLN 2

WAD 0.07 331.6 3.82 30 2

WAD=5320.19(kW.h)

WDF 0.07 331.6 2.331 30 2

WDF=3246.44(kW.h)

WFI 0.07 331.6 2.939 30 2

WFI=4093.20(kW.h)

WIL 0.07 331.6 3.361 30 2

WIL=4680.93(kW.h)

WLN 0.07 331.6 2.739 30 2

WLN=3814.67(kW.h)

WNP 0.07 331.6 2.835 30 2

WNP=3948.36(kW.h)

(7)牵引变电所功率数

PΣ.AD=5320.19(kW)

PΣ.DF=3246.44(kW)

PΣ.FI=4093.20(kW)

PΣ.IL=4680.93(kW)

PΣ.LN=3814.67(kW)

PΣ.NP=3948.36(kW)

(8)牵引变电所容量

SΣ 1.1PΣ(kVA)

SΣ.AD 1.1PΣ.AD

SΣ.AD 5852.21(kVA)

S .DF 1.1P .DF

SΣ.DF 3571.08(kVA)

SΣ.FI 1.1PΣ.FI

SΣ.FI 4502.52(kVA)

S .IL 1.1P .IL

SΣ.IL 5149.02(kVA)

S .LN 1.1P .LN

SΣ.LN =4196.14(kVA)

S .NP 1.1P .NP

SΣ.NP 4343.20(kVA)

(9)牵引网平均电压损失

IALr1(1 ) 6m

885.53 3.82 0.03311 ud.AD (1 ) 63.27 ud

ud.AD=24.37(V)

ud.DF 541.07 2.331 0.03311(1 ) 61.998

ud.DF=10.88(V)

ud.FI 682.16 2.939 0.03311(1 ) 62.519

ud.FI=15.75(V)

ud.IL 779.92 3.361 0.03311(1 ) 62.88

ud.IL=19.64(V)

ud.LN 635.85 2.739 0.03311(1 ) 62.348

ud.LN=14.05(V)

ud.NP 658.06 2.835 0.03311(1 ) 62.43

ud.NP=14.87(V)

(10)牵引网最大平均电压损失

IALr1(1 ) 4m

885.53 3.82 0.03311 ud.max.AD (1 ) 43.27 ud.max

ud.max.AD=36.48(V)

ud.max.DF 541.07 2.331 0.03311(1 ) 41.998

ud.max.DF=16.32(V)

ud.max.FI 682.16 2.939 0.03311(1 ) 42.519

ud.max.FI=23.63(V)

ud.max.IL 779.92 3.361 0.03311(1 ) 42.88

ud.max.IL=29.46(V)

ud.max.LN 635.85 2.739 0.03311(1 ) 42.348

ud.max.LN=21.09(V)

ud.max.NP 658.06 2.835 0.03311(1 ) 42.43

ud.max.NP=22.31(V)

4总结

根据国标给定的标准，牵引变电所的数量容量以及在线路上的布点全部与计算有关，而计算的关键是电压损失的允许值。而最近所有的地铁建设全部都采取的双边供电，足以展现出双边供电的优点，所以牵引计算都以双边供电计算。而在此设计中采用了以线路末端车站设牵引变电所为布点基点，考虑了牵引变电所尽量与车站合建的原则，设计中全部牵引变电所都与车站合建。

参考文献

[1] 于松伟.城市轨道交通供电系统设计原理与应用[M].西南交通大学出版社.2008.06:380-429.

[2] 扈森.回顾与思考-广州市地下铁道一号线工程设计总结[M].中国铁道出版社.2002:391-403.

[3] 黄德胜,张巍.地铁牵引供电[M].中国电力出版社.2009.08:124-127.

[4] 地铁设计规范.GB 50157-2003.

1. 牵引变电所之间的距离和什么有关?

2. 牵引变电所最大平均电压损失值不应超过多少?

3. 牵引变电所布点距离过长好不好?为什么?