城市轨道交通供电分析论文

2022-04-15

下面是小编为大家整理的《城市轨道交通供电分析论文(精选3篇)》仅供参考,希望能够帮助到大家。摘要:对现代城市轨道交通系统中的供电系统的供电模式和供电方式进行了分析和比较,为城市轨道交通系统的设计和建设提供借鉴和参考。关键词:轨道交通供电模式供电方式1863年伦敦的世界上第一条地铁建成通车以来,全球30多个国家和地区的一百多座城市已经或正在建设地铁和城市轻轨。

城市轨道交通供电分析论文 篇1:

城市轨道交通供电节能方式分析探讨

摘要:随着社会的发展,交通需求越来越大,为了更好的满足交通方面的需求,城市需要大力加强城市轨道建设。为了能够更好的环境城市公共交通压力,需要做好城市轨道交通工作,就目前的情况来看,其在该方面具有很多优势,能够达到节能的目的,同时也比较方便、快捷,符合市场的发展需求,因此需要重点加强对其的研究。本文主要探讨了城市轨道交通供电节能方式,以供参考。

关键词:轨道交通;供电系统;节能方式

1城市轨道交通供电系统概述

轨道交通列车需要依靠牵引供电系统来确保运行动力,牵引供电系统能够为列车和各类运营设备提供必须的电能支持,所以电力系统的稳定性对整体城市轨道交通系统的运营状态有至关重要的影响。供电牵引系统的作用有电力分配、降压整流、直流电传输、系统监控等。组成系统有牵引变电站、架空电网线、轨道、车辆等。首先由变电所传出,然后通过馈电线、接触网最终到达车组,经过行车轨道,最终返回到牵引变电所。与传统的交流供电模式相比较来说,直流供电优势更加明显,例如:调速范围更大、使用更加方便、控制起来更加简单、牵引结构清楚、供电质量更高、投资成本更加节省。但是城市轨道交通系统运行过程中仍存在一些问题有待解决,例如:存在较大的杂散电流腐蚀线路附近建筑、牵引供电系统在谐波、无功功率等方面对电网的影响等。为保证轨道交通具有良好的社会总体效益,有必要采取相对应的改善措施[1]。

2城市轨道交通供电系统的供电方式

从我国城市轨道交通供电系统目前的运营情况来看,每个城市都根据自身的发展需求以及电网结构选用不同的供电方式,本文对以下几种较为常见的供电方式进行分析。

2.1 集中供电方式

集中供电方式主要指的是在城市轨道沿线建立几座外部供电系统的主变电所,为牵引供电系统的牵引变电所以及动力照明系统的降压变电所提供电能供应。集中供电方式的基本特点为:所建设的主变电所的一次侧电源需要从上一级110kV高压区变电所引入独立电源,建立独立的供电体系,因此该供电方式只是为牵引变电所和降压变电所供电,而不对附近的居民进行供电,因此,该供电方式具有较好的供电可靠性,不受其他负荷影响,维修管理较为便捷。但是,集中供电方式也有一定的缺点,主要就是建设成本较高,只有广州、上海等经济发达的城市在地铁轨道交通供电系统中进行了运用。这是由于集中供电方式一般采用桥形接线来提高供电可靠性,这就需要购置两台变压器,从而增加了成本造价。

2.2 分散供电方式

与集中供电方式不同,分散供电方式不需要建设专门的主变电所,而是从附近的城市电网引出电能供给牵引变电所和降压变电所。在这种供电方式下,城市电网不仅需要为轨道交通牵引变电所和降压变电所进行电能供应,还要提供电能给附近的用户,这就导致该供电方式很容易受到附近居民用电的影响,从而降低供电的可靠性。此外,分散供电方式与集中供电方式在中压环网的连接方式方面保持一致,其特点是采用就近原则,从附近的城市电网引入轨道交通供电系统的中压电源,平均三至五站引入两路电源供线,大大增加了与城市电网接口,因此,该供电方式的独立性较差,容易受到城市电网负荷的影响,使得供电质量明显降低,不能够进行集中控制,不利于运营管理,严重影响供电系统的效益。但是分散式集中供电方式的投资成本较低,因此在国内一些城市得到了一定的应用,例如长春轻轨等。

2.3 混合供电方式

混合供电方式即上述两种供电方式的联合利用,其中集中供电方式占主导地位,分散供电方式进行辅助。在集中供电方式运用的过程中,中压网络末端与主变电所之间的距离较远,使得末端产生较大的电压损失,为保障供电系统的稳定运行,该电压损失必须控制在额定电压的5%以下,例如10kV的中压环网,其末端电压损失不能超过10kV的5%,即末端电压要高于9.5kV。如果中压电网末端的电压损失难以满足供电要求,则需要应用分散供电方式,从附近的城市电网引入中压电源,为集中供电方式提供辅助作用。这种混合供电方式投资较为适中,并且能够提高供电系统的稳定性与可靠性,应用较为广泛,例如我国的武汉、北京的轨道交通中便应用了这种供电方式。此外,混合供电方式的中压环网采用电缆双环网的连接方式,通过联络开关的设置,提高系统的供电可靠性。

3轨道交通供电系统的节能方式分析

3.1采用智能化的软件系统。在电力监控系统中加入远程抄表功能,采集供电、用电设备电量进行分类统计,便于分析各类用电设备的耗电成本,改进可控设备用电成本。电力系统中采用的能量管理软件系统EMS,是在数据采集和监视控制系统 SCADA 的基础上加入经济调度软件 EDC、高级应用软件PAS、负荷管理软件 LM 等模块,根据系统采集的信息和数据进行调度分析、决策和控制,主要目标是提高对电力系统的自动控制水平,提高供电质量和改善运行的经济性。在轨道交通供电系统中可借鉴该系统的部分模块功能,对用电供电设备进行综合分析,对高耗能设备进行重点跟踪。另外,还可借鉴电力系统的智能系统和专家系统功能。

3.2牵引直流系统的经济运行。城市轨道交通牵引供电系統一般采用直流供电制式,正常情况下,牵引变电所、接触网采用双机组运行、双边供电方式,接触网损耗最小。整流机组根据有功功率损耗量、无功功率损耗量选择最佳的运行方式,一般采用两台整流机组并联运行。在满足负载率和谐波的前提下,当一台牵引整流机组退出运行时,采用单机组双边供电方式,可减少牵引网的附加损耗。另外,合理确定牵引变压器的容量,其负载率在95% 左右,使其高效运行,并能提高功率因数,降低空载损耗。

3.3合理调整供电系统运行方式。根据城市轨道交通供电系统的具体情况编制一个晚上和前期轻负荷运行方式,用程控方式实现,操作方便,同时还有利于调整系统功率因数。如果不具备合环换电条件,晚上可停止全部整流变和系统一半配电变运行,可以减少系统三分之一的变损线损。北京地铁 10 号线采用了分散供电模式,在开闭所采用合环选跳功能,在进线开关和母线倒闸过程中保证了供电的连续性,倒闸操作方便灵活,更便于运行方式调整,值得借鉴。

同时,合理采用潮流分析方法。潮流分析主要用于研究运行方式、安全经济指标。供电系统初次投入运行时进行潮流分析,以便确定电压分布和功率分布,确定变压器的抽头位置和判断无功补偿量的大小,并确定正常的运行方式和防止无功过补偿现象发生,便于供电系统的经济运行。

3.4变压器的节电。第三代节能型变压器S7、SL7、S9 系列空载损耗下降 38%~46%,负载损耗下降 25%~32%。四代非晶态变压器的空载损耗较 S7、S9 系列下降 70%~80%,负载损耗下降 20%~30%。通过更换高能耗变压器以便减少输配电的损耗。另外可考虑选用变容变压器,解决初期和远期,白天和晚上的负荷差问题。

在集中供电方式中可考虑初近期和远期的主变压器、整流变压器、配电变压器台数分离,并结合共享方式考虑。在满足供电可靠性的前提下减少初期的变压器的投入数量,根据负荷变化增加变压器的数量,调度手段上可根据负荷情况变化投退变压器,方式灵活,还可减少初期投资和降低运营电能损耗。

在运行方式上尽量满足变压器和线路的经济负荷率,调整负荷曲线和平衡三相负荷,设计时合理分布,当负荷变化大时应该进行调整。变压器的负荷率偏低的问题,可考虑在轻负荷时采用一备一运的运行方式。

参考文献

[1]刘开国.城市轨道交通供电系统的节能.[J].大众用电,2020(05).

[2]宋敏华.城市轨道交通供电系统的节能措施和经济运行[J].电气时代,2019(12).

作者:张阳洋

城市轨道交通供电分析论文 篇2:

现代城市轨道交通供电制式分析

摘要:对现代城市轨道交通系统中的供电系统的供电模式和供电方式进行了分析和比较,为城市轨道交通系统的设计和建设提供借鉴和参考。

关键词:轨道交通 供电模式 供电方式

1863年伦敦的世界上第一条地铁建成通车以来,全球30多个国家和地区的一百多座城市已经或正在建设地铁和城市轻轨。在目前的城市轨道系统中,供电系统是十分重要的一个环节。

1 城市轨道交通供电模式

城市轨道交通供电系统的作用是变压、整流、传输或馈送电流。目前的供电模式有集中供电模式和分散供电模式。

1.1集中供电模式

即设置专门的主变电所,城轨电力系统所有电能均通过主变电所获取。其优点有:

(1)受电点少,要求公用电网提供的备用容量低:

(2)隧道外电缆敷设量少,通道易解决,隧道内敷设量多,有利于电缆的施工和维护:

(3)受外部电网影响小,有利于形成轨道交通电网,可靠性、安全性高;

(4)供电资源共享,可提高供电可靠性;

(5)与公用电网相互影响小,可监测和处理谐波源;

(6)在运行过程中便于集中管理,电网损耗相对较低。

经济性方面,集中供电模式下,对交叉和邻近线路供电,节约投资土地资源,可以充分利用公用电网的电力资源,但需要建立主变电所和电力通道,投资相对较高。

1.2分散供电方式

即不设置专门的主变电所,根据城市电网的实际情况,分别从不同地点获取电能。该方式不便于集中管理和实施综合控制技术(如行车调度、电力调度、环境控制等一体化管理)。其优点是可以降低城轨交通系统建设的一次性投资,充分利用国家的电力资源。随着国家电网运行水平的提高,分散供电方式也逐步得到广泛应用。

不论何种供电模式,城市轨道交通系统的变电所主要有:主变电所,即高压变电所、牵引压价混合变电所、配电所,即降压变电所。

设置主变电所时,每一座主变电所由110kV电网的两条独立线路供电,每路电源各带一台三相三绕组110kV/35kV主变压器。

不设置主变电所时,一般是牵引降压混合变电所由沿线城市电力网引进一路10kV电源。

目前,北京城市轨道交通采用的是分散供电模式,上海和广东采用的是集中供电模式。2城市轨道交通供电方式

在《地铁设计规范》(GB50157-20031和《城市轨道交通直流牵引供电系统)(GBt0411~005)中规定,牵引供电标准电压为直流750V(DC500~900V)供电制和直流1500V(DCl000~1800V)供电制两种,这也符合国际电工委员会(IEC)和国际铁路联盟(UIC)的规定。受流方式为架空接触网方式和第三轨方式。一般来说,直流750V多用于接触轨方式,北京地铁系统多用该种方式,随着钢铝复合导电轨技术在接触轨上的应用,接触轨也开始采用直流1500V电压等级,如深圳三号线;直流1500V常应用于架空接触网,如广州轨道交通一、二号线,南京轨道交通一号线等。

2.1直流750V供电制的优点

(1)直流750架空接触网受风速影响小,而直流1500V架空接触网在8级风速影响下即应限速,在9级风时车辆应停止运行,受风速影响较大;

(2)对车辆的变频变压控制(VVVF)逆变器功率元件的电压等级而言,选用直流750V相较直流1500V而言较低,使得元件成本低,采购和维护费用低;

(3)因为采用钢作为接触轨材料,可以节省部分导体材料的费用。

2.2直流1500V供电制的优点

(1)牵引变电所的供电距离较直流750V制式增加一倍,可达3.5km,则变电所总数可以减少一半;

(2)所需供电的电流减少一半,则供电线电量损失大幅减小;

(3)所有的电气设备电流容量减小,车辆的轻量化设计符合现代轨道交通系统设计理念;

(4)安装在车体内的高电压电气设备的体积较小,有利于设各布置,在采用大牵引功率时,尤为显著’

(5)采用架空接触网受流方式的列车车速相较直流750V接触轨高,如东京地铁这两项相比最高速度提高15.4%~27.4%,运行速度提高13.7%~22.2%,技术速度提高11%~32%;

(6)增大系统的电压可以有效减少走行轨与道床间的杂散电流,减轻对地下金属构筑物的危害;

(71易于组成地下、地面和高架等不同形式的轨道交通工具的运行形式,因此直流1500V供电制式应成为现代城市轨道交通系统的主流发展方向。

3 结束语

在现代城市轨道交通系统供电制式的比较和选择上,要分别从安全性、可靠性、经济型、发展性等方面综合考虑。供电系统必须保证轨道交通的安全运营和供电质量,这其中包含了人身安全、电气设备的安全和供电系统抗外界影响的能力。另外,在安全运行的基础上减少电力损失,增强环保效率,提高经济效益是建设城市轨道交通供电系统的目的和意义所在。最后,比较各种供电制式,全面协调所需建设运行要求,找到可持续推广的途径。

参考文献:

[1]王小峰.城市轨道交通供电系统的设计方法[J].电气化轨道,2010(4).

[2]GB/T10411-2005城市轨道交通直流牵引供电系统[M].中国标准出版社。2005.

[3]GB50157-2003地铁设计规范[M].中国计划出版社,2003.

[4]李建民.城市轨道交通供电系统模式的分析与研究[J].都市快轨交通,2004(6).

[5]朱俐琴.城市轨道交通系统供电制式与受流方式分析[J].电力机车与城轨车辆。2003(3).

作者:吴子睿 王俊淼 江可

城市轨道交通供电分析论文 篇3:

城市轨道交通供电系统电力谐波的分析与治理

摘要:城市轨道交通电力监控系统的最终目的,是为了确保电力设备运行的可靠性、安全性,实现供电安全。做好城市城市轨道交通电力监控工作,设计高效的电力监控系统,具有十分重要的现实意义。本章分析了城市轨道交通供电系统中的电力谐波,通过分析电力谐波产生的原因和危害,提出抑制城市轨道交通供电系统中的电力谐波的措施。

关键词:轨道交通;供电系统;电力谐波;分析与治理

城市轨道交通具有运输量大、快速高效、舒适安全的特点,这使得城市轨道交通成为越来越多人的出行选择,城市轨道交通不仅改善了城市的交通状况,更为人们的出行提供了很大的便利。我国城市轨道交通发展起步较晚,在应用中还存在很多的问题,城市轨道交通供电系统中过多的电力谐波不仅会影响电网的供电质量,还会对整个城市轨道交通造成严重影响,因此城市轨道交通供电系统的电力谐波也成为人们主要关注的问题。

一、城市轨道交通供电系统电力谐波的分析

城市轨道交通供电系统主要包括三个组成部分:中压环网系统、牵引供电系统和动力照明系统。其中,牵引供电系统是城市轨道交通供电系统的核心,主要负责通过国家电力网向城市轨道交通车辆输送电能。城市轨道交通牵引供电系统通过整流设备向电动车组输送直流电源,这是主要的潜波源,当电网中的谐波超过一定的范围就会对城市轨道交通供电系统产生严重的损害。

二、城市轨道交通供电系统电力谐波产生的原因

在城市轨道交通供电系统中,使用了大量的牵引整流器、整流逆变器和照明装置,这些装置都导致城市轨道交通供电系统中产生大量的电力谐波,另外,在城市轨道交通供电系统中还有大量的非线性负荷,这些非线性负荷不仅吸收了大量的基波,还在供电系统中产生大量的谐波功率,这些非线性负荷是供电系统中主要的谐波源,是导致城市轨道交通供电系统产生电力谐波的主要原因。

在城市轨道交通供电系统中,牵引变电站中的整流装置由于不能瞬间完成换相,脉动数不足等原因,导致供电系统中出现大量幅值不连续的谐波,供电系统中的抑制谐波装置不能很好地发挥作用,这是城市轨道交通供电系统中存在大量谐波的主要原因。

三、城市轨道交通供电系统电力谐波的危害

1.干扰供电系统中的很多设备

城市轨道交通供电系统的电力谐波对供电系统中的很多装置都造成强烈的干扰。电力谐波严重干扰通信系统,影响通信效果和质量,导致整个通信系统紊乱,给城市轨道交通造成重大的损失。另外,电力谐波严重干扰着供电系统中的断路器、熔断器、灭弧装置等设备,降低断路器的断路能力,降低熔断器的电流保护作用,阻碍灭弧装置的灭弧功能,这些都使得城市轨道交通供电系统存在着大量的安全隐患。

2.造成电力计量值不准

当用户端是线性用户时,电力谐波通过供电系统注人用户端,用户端在吸收基波电能的基础上,注人用户端的电力谐波也可以被电表计量出来,计量值通常要高于用户端所用的基波电能,这时用户就要多交电费,而且大量的电力谐波对用户端的设备都有一定的冲击和损坏。当用户端是非线性用户时,用户端设备自身会消耗一部分电力谐波,并且向电网中也输送一部分的电力谐波,这时电表在计量时,需要在基波电能的基础上扣除部分电力谐波,导致电表的计量值小于本身损耗的基波电能,虽然用户所交的电费可能少了,但是这给电力系统带来了很大的损失。

3.增加供电系统的损耗

供电系统中大量的电力谐波,使得电力系统中的很多设备产生附加功率损耗,给一些设备造成冲击,损坏或者干扰这些设备的正常工作。供电系统中的谐波电流在线路上会产生谐波电压压降,容易造成熔断器、断路器等电力设备欠压运行,大大降低了这些设备的运行效率和功能。并且在城市轨道交通供电系统中大量的电力谐波形成一股强烈的谐波电流,会产生大量的热量,使一些绝缘设备受损,加速老化,对一些不能抗高温的设备造成严重损害,这种情况很容易造成供电系统短路,给整个城市轨道交通系统带来无法挽回的损失,严重影响供电质量和安全性。

四、抑制城市轨道交通供电系统电力谐波的措施

1.增加整流装置的脉动数,抑制谐波源

在城市轨道交通供电系统中,整流装置是主要的谐波源,整流装置的脉动数不足是产生电力谐波的主要原因,因此增加整流装置的脉动数是抑制谐波源的有效手段。电力谐波电流与电力谐波次数是成反比的,整流装置的脉动数与电力谐波次数成正比,因此增加整流装置的脉动数可以增大电力谐波次数,这时又由于电力谐波电流减少,使得电力谐波次数变得相对较低,幅值较大的电力谐波次数得到消除,从而很好地抑制了谐波源。对于城市轨道交通供电系统中的一些带有整流装置的设备,要尽量增加一些整流装置的脉动数,这样可以有效地抑制谐波源,消除幅值较大的电力谐波,从而达到降低电力谐波的目的。

2.在整流装置附近安装滤波器

城市轨道交通供电系统中的整流器在工作时,会产生正向电流和反向电流,正向电流是由交流电变换为直流电,反向电流是由直流电变换为交流电,整流装置在产生反向电流时,供电系统中的电力谐波会大量增加,所以在一些整流装置的附近安装滤波器,减少电力谐波,是目前电力系统中抑制谐波源的主要措施。滤波器由电阻、电容和电感等原件组成,在电网中一般采用三相星型方式连接,通常安装在整流装置和电网连接的附近,在供电系统中,使用最为广泛的是有源电力滤波器,这种滤波器不但可以很好地抑制谐波,还可以对不同频率和次数的电力谐波进行无功补偿,这种动态抑制电力谐波的装置发挥着重大的作用。虽然安装滤波器是抑制谐波最有效的方式,但是大量的滤波器给供电系统也带来了巨大的负担,不但经济投入较大,也极大地增加了供电系统的电能损耗。为了更好地治理供电系统中的电力谐波,系统在安装整流装置时要结合整流装置的电流相位方向,调整它们的位置,可以使整流装置产生的电力谐波之间相互抵消,这样相互抑制,在供电系统的作用较为明显。

3.提高电表计量的精确度

在选择电能计量装置时要综合考虑它的精确度、量程、稳定性和抗干扰能力。引进先进的技术,改善电能计量装置的计量检测,提高点表计量的精确度和稳定性,科学合理地设计电表计量结构,降低误差,保证电表计量的良好运行。

4.在电网中增加谐波回路

在電网中增加谐波回路可以很好地抑制高次谐波。供电系统中很多非线性元件和负载都会产生大量的高次谐波,在电网中增加谐波回路,可以在回路中消除高次谐波,减少电网中的电力谐波。在电网中进行无功补偿时,可以在电容器组上连接扼流装置,形成谐振回路,通过调节谐振频率,降低电力谐波。

结语:城市轨道交通极大地改善了人们的出行条件,因此也受到了越来越广泛的关注,而城市轨道交通中的电力谐波严重影响了整个城市轨道交通的良好运行。电力谐波对供电系统中的很多设备都造成干扰,使得电力计量值不准,增加供电系统的损耗,通过增加整流装置的脉动数、在整流装置附近安装滤波器、提高电表计量的精确度、在电网中增加谐波回路等方式可以有效地抑制电力谐波。电力谐波的治理对城市轨道交通供电系统有着重要的意义,我们要进一步发展电流谐波抑制技术,保障城市轨道交通供电系统的供电质量和正常运行。

作者:杨瑞春

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