城轨交通供电6.第6章牵引供电计算

峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 牵 引 负 荷 特 点1. 规 律 性n 运 行 有 规 律 ， 严 格 按 照 事 先 制 定 好 的 列 车 运 行 图 运 行 。n 取 流 有 规 律 ， 周 期 按 取 流 、 惰 行 、 制 动 、 停 站 四 种 运行 方 式 运 行 。2. 动 态 性 6-1 概 述 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 二 牵 引 供 电 计 算 方 法1. 平 均 运 量 法n 建 立 在 概 率 论 基 础 上 ， 根 据 列 车 运 行 的 规 律 性 ， 由 列平 均 电 流 、 有 效 值 计 算 馈 线 电 流 、 有 效 值 ， 最 后 利 用方 差 定 律 计 算 牵 引 所 有 效 电 流 。2. 运 行 图 法n 建 立 在 列 车 运 行 图 基 础 上 ， 根 据 列 车 所 处 不 同 位 置 的取 流 值 ， 计 算 馈 线 在 不 同 时 间 的 电 流 值 ， 绘 制 电 流 曲线 ， 并 由 此 计 算 馈 线 及 变 电 所 有 效 电 流 。 6-1 概 述 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 基 本 假 设n 列 车 在 馈 电 分 区 分 布 均 匀 ， 数 量 不 变 ， 等 于 平 均 列 车数 ；n 列 车 运 动 位 置 受 运 行 图 制 约 （ 不 可 能 两 列 车 重 合 ） ；n 列 车 瞬 时 电 流 任 意 变 化 ， 但 平 均 电 流 和 有 效 电 流 恒 定 ，区 间 能 耗 固 定 。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 二 计 算 条 件1. 车 流 密 度 N（ 对 /h） ， 每 小 时 发 车 对 数 ；2. 列 车 编 组 （ 辆 ） ， 3 8节 /列 ；3. 动 车 自 重 M（ t） 、 定 员 人 数 a（ 人 ） ；4. 拖 车 自 重 T（ t） 、 定 员 人 数 b（ 人 ） ；5. 列 车 平 均 运 行 速 度 v（ km/h） ；6. 牵 引 网 额 定 电 压 Uc（ KV） ；7. 牵 引 网 单 位 阻 抗 r（ /km） ；8. 列 车 单 位 能 耗 A kW h/（ t km） ；9. 供 电 距 离 L（ km） 。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算1. 列 车 区 间 平 均 电 流n 求 解 方 法 ：n 列 车 电 流 曲 线 法n 列 车 单 位 能 耗 法 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算1. 列 车 区 间 平 均 电 流 列 车 电 流 曲 线 法 i toIg tg tI 列 车 电 流 曲 线I g列 车 带 电 运 行 平 均 电 流tg 列 车 带 电 运 行 时 间 I列 车 区 间 运 行 平 均 电 流t 列 车 区 间 运 行 时 间 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算1. 列 车 区 间 平 均 电 流 列 车 电 流 曲 线 法 gt g0g gi dtI = t i toIg tg tI 列 车 电 流 曲 线 gII = 电 流 间 断 系 数g gI t= =I t 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算1. 列 车 区 间 平 均 电 流 列 车 单 位 能 耗 法n A列 车 单 位 能 耗 kW h/（ t km） n U c 牵 引 网 额 定 电 压 （ KV）n v 列 车 平 均 运 行 速 度 （ km/h）n G 列 车 质 量 （ t） cAGvI = (A)U 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算2. 区 间 平 均 列 车 数n 单 行 平 均 列 车 数 n 上 、 下 行 平 均 列 车 数Nt NLm= =T v2Nt 2NLm= =T v N列 车 对 数 （ 对 /h）T时 间 周 期 （ =60min）t列 车 区 间 走 行 时 间 (min)L供 电 距 离 （ km） v列 车 平 均 运 行 速 度 (km/h) 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算3. 区 间 走 行 时 间4. 牵 引 变 电 所 馈 线 平 均 电 流n 单 边 供 电n 双 边 供 电 Lt =60 (min)v AI =mIAI =mI/2 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算5. 牵 引 变 电 所 馈 线 有 效 电 流n 单 边 供 电n 双 边 供 电 11 22 2 xxA A k -I = I + m 11 22 2 xxA A 1.33k -I = I + m IA馈 线 平 均 电 流m平 均 列 车 对 数kx2 有 效 系 数 ， kx2 =1.15 区 间 电 流 间 断 系 数 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算6. 牵 引 变 电 所 母 线 有 效 电 流n 单 边 供 电n 双 边 供 电 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算7. 牵 引 变 电 所 功 率 k c 牵 引 网 损 耗 加 大 系 数 ， 一 般 取 1.05。k 列 车 自 用 电 加 大 系 数 。 一 般 取 1.03。c c xP = k k U I 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算8. 牵 引 变 电 所 容 量n 说 明 ：n 牵 引 变 电 所 总 功 率 按 正 常 双 边 供 电 计 算 ； 当 一 座 牵 引变 电 所 故 障 解 列 时 按 大 双 边 供 电 计 算 ， 其 牵 引 整 流 机组 的 过 负 荷 能 力 不 超 过 150% I n。 S 牵 引 变 电 所 容 量P 牵 引 变 电 所 功 率1.1 ( )S P kVA 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算9. 列 车 给 电 运 行 时 弓 上 电 压 损 失 平 均 值n 单 边 供 电 = ( )Ad I Lr 1.5 -1u 1+3 m I A 单 边 供 电 平 均 电 流 (A)L 单 边 供 电 距 离 （ km）r 牵 引 网 单 位 阻 抗 (/km) 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算9. 列 车 给 电 运 行 时 弓 上 电 压 损 失 平 均 值n 双 边 供 电 I A 双 边 供 电 平 均 电 流 (A)L 双 边 供 电 距 离 （ km）r 牵 引 网 单 位 阻 抗 (/km)= ( ) As I Lr 2 -1u 1+6 m 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算10. 列 车 起 动 时 最 大 电 压 损 失n 单 边 供 电n 双 边 供 电 = ( ) max max ILru I Lr+ m -1 2I max 列 车 起 动 电 流 (A)I 列 车 区 间 平 均 电 流 (A)= ( ) maxmax I Lr ILru + m -14 8 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算11. 牵 引 网 平 均 功 率 损 耗n 单 边 供 电n 双 边 供 电 1= ( ) 22 xAd 1.5kI Lrp 1+3 m 1= ( ) 22 xAs 2kI Lrp 1+3 m 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算12. 牵 引 网 平 均 电 压 损 失n 单 边 供 电n 双 边 供 电 1= ( ) Ad I Lru 1+3 2m1= ( ) As I Lru 1+6 m 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算13. 牵 引 网 最 大 平 均 电 压 损 失n 单 边 供 电 时 发 生 在 馈 电 区 终 点n 双 边 供 电 时 发 生 在 馈 电 区 中 点 1= ( ) ADmax I Lru 1+2 m1= ( ) ASmax I Lru 1+4 m 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 三 牵 引 供 电 计 算14. 走 行 轨 电 压 损 失 ZZ J Z = Ru uR + R R Z 走 行 轨 阻 抗 ()RJ 接 触 网 阻 抗 ()u 牵 引 网 电 压 损 失 (V) 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明1. 牵 引 整 流 机 组 容 量 计 算A. 计 算 目 的 ： 牵 引 整 流 机 组 的 容 量 应 根 据 牵 引 供 电 计 算得 出 的 牵 引 负 荷 大 小 进 行 确 定 。 原 则 如 下 ：a) 应 满 足 远 期 高 峰 小 时 运 量 的 要 求 ， 在 高 峰 小 时 牵 引 机组 的 负 荷 宜 在 90% 100%；b) 正 常 情 况 下 双 机 组 并 列 运 行 ， 共 同 承 担 本 所 的 负 荷 ；c) 当 任 一 座 牵 引 所 故 障 解 列 时 ， 靠 相 邻 牵 引 变 电 所 的 过负 荷 能 力 （ 150%I n， 2h） ， 不 降 低 运 送 旅 客 的 能 力 ，使 城 市 轨 道 交 通 正 常 运 行 ； 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明1. 牵 引 整 流 机 组 容 量 计 算A. 计 算 目 的 ： 牵 引 整 流 机 组 的 容 量 应 根 据 牵 引 供 电 计 算得 出 的 牵 引 负 荷 大 小 进 行 确 定 。 原 则 如 下 ：d) 牵 引 整 流 机 组 （ 牵 引 变 压 器 、 整 流 器 ） 的 过 负 荷 能 力 ：100%In连 续 运 行 、 150%In运 行 2h、 300%In运 行1min；e) 当 牵 引 变 电 所 内 的 一 组 牵 引 整 流 机 组 故 障 或 退 出 运 行时 ， 另 一 组 牵 引 整 流 机 组 在 过 负 荷 能 力 和 谐 波 条 件 满足 时 可 继 续 运 行 。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明1. 牵 引 整 流 机 组 容 量 计 算B. 计 算 内 容 ：a) 正 常 双 边 运 行 方 式 下 ， 各 牵 引 变 电 所 牵 引 整 流 机 组 承 担的 牵 引 负 荷 ；b) 任 一 中 间 牵 引 变 电 所 解 列 ， 同 相 邻 牵 引 变 电 所 构 成 大 双边 供 电 方 式 下 ， 牵 引 变 电 所 整 流 机 组 承 担 的 牵 引 负 荷 ；c) 端 头 牵 引 变 电 所 解 列 时 ， 次 端 头 牵 引 变 电 所 牵 引 整 流 机组 承 担 的 牵 引 负 荷 ；d) 牵 引 变 电 所 一 套 牵 引 整 流 机 组 退 出 运 行 时 ， 该 所 另 一 套牵 引 整 流 机 组 承 担 的 牵 引 负 荷 。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明1. 牵 引 整 流 机 组 容 量 计 算C. 计 算 方 法 ： （ 平 均 运 量 法 ）c c xP = k k U I 1.1 ( )S P kVA 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明2. 牵 引 电 压 损 失 计 算A. 计 算 目 的 ：n 牵 引 网 电 压 损 失 （ 压 降 ） 是 验 证 全 线 牵 引 变 电 所 设 置 是否 合 理 的 关 键 参 数 之 一 。n 地 铁 设 计 规 范 （ GB50157 2003） 规 定 ：n 直 流 750V牵 引 供 电 系 统 允 许 的 电 压 波 动 范 围 为 500900V， 直 流 1500V牵 引 供 电 系 统 允 许 的 电 压 波 动 范 围为 1000 1800V。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明2. 牵 引 电 压 损 失 计 算B. 计 算 内 容 ：n 正 常 双 边 运 行 方 式 下 ， 供 电 区 间 牵 引 网 产 生 的 最 大 压 降 ；n 任 一 中 间 牵 引 变 电 所 解 列 ， 同 相 邻 牵 引 变 电 所 构 成 大 双边 供 电 方 式 下 ， 供 电 区 间 牵 引 网 产 生 的 最 大 压 降 ；n 端 头 牵 引 变 电 所 解 列 时 ， 由 次 端 头 牵 引 变 电 所 单 边 供 电的 区 间 牵 引 网 产 生 的 最 大 压 降 。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明2. 牵 引 电 压 损 失 计 算C. 计 算 方 法 ：n 平 均 运 量 法 （ 列 车 给 电 运 行 时 弓 上 电 压 损 失 平 均 值 、 列车 启 动 时 牵 引 网 最 大 电 压 损 失 、 牵 引 网 平 均 电 压 损 失 、牵 引 网 最 大 平 均 电 压 损 失 ） 见 前 。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明3. 走 行 轨 对 地 电 位 计 算A. 计 算 目 的 ：n 验 证 全 线 牵 引 变 电 所 设 置 是 否 合 理 ；n 城 市 轨 道 交 通 直 流 牵 引 供 电 系 统 （ GB10411-2005） 规 定 ： 利 用 走 行 轨 回 流 ， 且 在 最 大 负 载 时 ， 轨上 任 意 一 点 对 地 电 位 差 不 应 大 于 90V。n 走 行 轨 对 地 电 位 作 为 杂 散 电 流 腐 蚀 防 护 设 计 的 主 要 参 数之 一 。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明3. 走 行 轨 对 地 电 位 计 算B. 计 算 内 容 ：n 正 常 双 边 运 行 方 式 下 ， 供 电 区 间 走 行 轨 上 最 大 的 对 地 电位 ；n 任 一 中 间 牵 引 变 电 所 解 列 ， 同 相 邻 牵 引 变 电 所 构 成 大 双边 供 电 方 式 下 ， 供 电 区 间 走 行 轨 上 最 大 对 地 电 位 ；n 端 头 牵 引 变 电 所 解 列 时 ， 由 次 端 头 牵 引 变 电 所 单 边 供 电的 区 间 走 行 轨 上 最 大 对 地 电 位 。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 四 牵 引 供 电 计 算 几 点 说 明3. 走 行 轨 对 地 电 位 计 算C. 计 算 方 法 ：n 平 均 运 量 法 ， 走 行 轨 对 地 电 位 的 平 均 值 以 走 行 轨 电 压 损失 值 的 1/2作 为 参 考 。 6-2 平 均 运 量 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 列 车 运 行 图3. 列 车 运 行 图 是 列 车 运 行 的 图 解 表 示 方 法 。 在 运 行 图 中 ，以 水 平 线 表 示 车 站 的 中 心 线 ， 以 垂 直 线 表 示 时 间 ， 斜线 表 示 运 行 线 。 运 行 线 反 映 了 列 车 的 时 间 、 位 置 状 态 ，即 t=f(l)曲 线 ， 它 与 车 站 中 心 线 的 交 点 ， 即 为 列 车 到 、发 或 通 过 车 站 的 时 刻 。 6-3 运 行 图 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 列 车 运 行 图 6-3 运 行 图 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 列 车 运 行 图3. 列 车 运 行 图 是 列 车 运 行 的 图 解 表 示 方 法 。 在 运 行 图 中 ，以 水 平 线 表 示 车 站 的 中 心 线 ， 以 垂 直 线 表 示 时 间 ， 斜线 表 示 运 行 线 。 运 行 线 反 映 了 列 车 的 时 间 、 位 置 状 态 ，即 t=f(l)曲 线 ， 它 与 车 站 中 心 线 的 交 点 ， 即 为 列 车 到 、发 或 通 过 车 站 的 时 刻 。4. 列 车 运 行 图 可 分 为 单 线 运 行 图 和 双 线 运 行 图 。 在 单 线区 段 ， 上 、 下 行 列 车 都 在 同 一 正 线 上 运 行 ， 两 个 方 向的 列 车 必 须 在 车 站 上 进 行 交 会 。 在 双 线 区 段 ， 上 、 下行 列 车 在 各 自 的 正 线 上 运 行 ， 上 、 下 行 方 向 的 列 车 互不 干 扰 ， 可 以 在 区 间 内 或 车 站 交 会 。 6-3 运 行 图 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 二 运 行 图 法 原 理 6-3 运 行 图 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 二 运 行 图 法 原 理n 对 瞬 时 负 荷 图 ， 按 电 路 的 分 析 方 法 ， 可 以 计 算 某 时 刻的 电 气 参 数 ， 如 馈 线 电 流 、 列 车 电 压 降 、 牵 引 网 电 压损 失 等 。n 在 一 定 的 时 段 内 取 运 行 图 上 n个 不 同 时 刻 （ t 1， t 2，t 3， ， t n） ， 可 得 到 n 张 瞬 时 负 荷 图 和 n 组 电气 参 数 瞬 时 值 。 利 用 这 些 瞬 时 值 可 计 算 平 均 值 、 有 效值 等 。 对 于 运 行 图 较 稳 定 的 城 市 轨 道 交 通 供 电 系 统 ，采 用 此 方 法 比 较 有 效 ， 但 其 计 算 量 很 大 ， 人 工 计 算 麻烦 。 6-3 运 行 图 法 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 . 牵 引 供 电 计 算4. 单 位 指 标 法A. 计 算 目 的 （ 可 行 性 研 究 、 总 体 方 案 设 计 ）n 地 铁 建 设 前 期 ， 用 以 确 定 某 一 线 路 牵 引 变 电 所 数 量 、 容量 及 年 用 电 量 。B. 计 算 条 件n 单 位 安 装 指 标n 线 路 长 度 L （ km）n 列 车 重 量 （ 定 员 ） （ t） 6-4 单 位 指 标 法6.5 7 = ( ) /( ) dS kVA t km 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 . 牵 引 供 电 计 算4. 单 位 指 标 法C. 计 算 方 法 线 路 总 安 装 容 量n 单 位 安 装 容 量 （ 每 千 米 的 安 装 容 量 ） 3-4 牵 引 变 电 所 6.5 7= ( ) ( )n dS S TL= TL kVA 6.5 7= ( ) ( ) km dS S T = T kVA/km 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 . 牵 引 供 电 计 算4. 单 位 指 标 法C. 计 算 方 法 总 牵 引 负 荷n 单 位 牵 引 负 荷 （ 每 千 米 的 牵 引 负 荷 ） 3-4 牵 引 变 电 所 6.5 7 (5.5 6) =0.95 0.9 ( )P TL TL (5.5 6)= / kmP P L= T 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 . 牵 引 供 电 计 算4. 单 位 指 标 法C. 计 算 方 法 牵 引 变 电 所 数 量 每 座 牵 引 变 电 所 的 容 量 3-4 牵 引 变 电 所( )座 nLn= +1l L 正 线 线 路 长 度 (km)ln 牵 引 变 电 所 平 均 间 距 (km)Sn 全 线 总 安 装 容 量 （ kVA）( )nn SS kVAn 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 . 牵 引 供 电 计 算4. 单 位 指 标 法C. 计 算 方 法 单 位 年 用 电 量 3-4 牵 引 变 电 所 A 列 车 单 位 能 耗 ( kW h/t km ) 取 年 平 均 能 耗 0.06kW h/t kmG 列 车 总 重 (t)M 从 始 发 站 一 天 发 车 总 数 （ 往 返 ）T 时 间 ， 1年 =365天)(A= G kW h km 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 . 牵 引 供 电 计 算4. 单 位 指 标 法C. 计 算 举 例 某 新 建 一 条 地 铁 线 路 下 线 长 28.5km， 采 用 B型 空 调 车辆 ， 列 车 编 组 4动 2拖 ， 高 峰 小 时 车 流 密 度 为 30对 ， 牵引 网 电 压 为 1500V。 试 按 单 位 指 标 法 进 行 估 算 。解 ： B型 车 动 车 自 重 37t、 载 客 247人 ， 拖 车 自 重 27t、 载 客247人 ， 一 列 车 4动 2拖 编 组 ， 则 总 重 G= 4(37+0.06 247)+2(27+0.06 247) t=291t 3-4 牵 引 变 电 所 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 . 牵 引 供 电 计 算4. 单 位 指 标 法C. 计 算 举 例 正 线 牵 引 变 压 器 总 安 装 容 量 为 总 牵 引 负 荷 3-4 牵 引 变 电 所=6.5TL=6.5 291 28.5=53908nS kVA =6.5T=6.5 291=1892 kmS kVA/kmP =5.5TL=5.5 291 28.5= 43214 kw P =5.5T=5.5 291 1600km = kw/km 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 . 牵 引 供 电 计 算4. 单 位 指 标 法C. 计 算 举 例 牵 引 变 电 所 容 量 （ 变 电 所 平 均 间 距 为 4km） 3-4 牵 引 变 电 所28.5= +1=82.7 nLn= +1l nn S 53908S = = =6738.5 2 3400kVAn 8 峨 眉 校 区 电 气 工 程 系 一 . 牵 引 供 电 计 算4. 单 位 指 标 法C. 计 算 举 例 年 用 电 量 单 位 能 耗 取 0.06， 一 列 车 重 291t， 一 天 发 车 484列 3-4 牵 引 变 电 所A =G =0.06 291 484 365=308.4 km 万 度A =G L=308.45 28.5=8789.4 万 度