本書系統(tǒng)地介紹了城市軌道交通供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)及工作原理,著重討論了城市軌道交通供電工程中特殊問題的分析與解決方法。其主要內(nèi)容包括:城市軌道交通供電系統(tǒng)外部電源獲取,24脈波整流機(jī)組,直流斷路器,直流牽引供電系統(tǒng)保護(hù)的原理與方法,隧道內(nèi)牽引網(wǎng)阻抗分析計(jì)算,雜散電流的監(jiān)測(cè)與防護(hù),列車再生制動(dòng)能量利用,牽引變電所容量計(jì)算,直流牽引網(wǎng)短路計(jì)算,現(xiàn)代信號(hào)處理方法在城市軌道交通牽引供電中的應(yīng)用,以及牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析等。
本書可作為高等學(xué)校電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)(城市軌道交通供電方向)本科生或研究生的專業(yè)教材,也可供城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究等相關(guān)人員參考。
前 言
隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的推進(jìn),越來(lái)越多的城市深受交通擁堵的困擾。為緩解城市交通所面臨的巨大壓力,許多城市正在或?qū)⒁ㄔO(shè)城市軌道交通系統(tǒng)。作為城市軌道交通的重要組成部分,城市軌道交通供電系統(tǒng)與眾多工礦企業(yè)供電系統(tǒng)、干線電氣化鐵路供電系統(tǒng)有著較大區(qū)別,加之我國(guó)城市軌道交通事業(yè)發(fā)展很快,具有此類知識(shí)結(jié)構(gòu)的人才相對(duì)較少,因此需要系統(tǒng)地介紹城市軌道交通供電方面的相關(guān)知識(shí)及技術(shù)。本書主要是為電氣工程及其自動(dòng)化專業(yè)(城市軌道交通供電方向)的本科生、研究生編寫的專業(yè)教材,也可供城市軌道交通運(yùn)營(yíng)管理、工程設(shè)計(jì)、科學(xué)研究等相關(guān)人員參考。
本書共分為九章。第1章介紹城市軌道交通供電與電力系統(tǒng)的關(guān)系,以及牽引供電的發(fā)展歷程。第2章介紹城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成及外部電源的獲取方式。第3章以設(shè)備單元為載體,分別闡述牽引變電所主接線、牽引整流機(jī)組的工作原理、直流斷路器的滅弧原理與結(jié)構(gòu)、接觸網(wǎng)的類型與特點(diǎn)、雜散電流的產(chǎn)生與防治、電力監(jiān)控系統(tǒng)的構(gòu)成與功能。第4章則根據(jù)直流牽引網(wǎng)的運(yùn)行特點(diǎn)介紹直流側(cè)繼電保護(hù)的配置、工作原理及整定配合原則。第5章、第6章介紹城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)電氣參數(shù)的設(shè)計(jì)、計(jì)算方法,牽引網(wǎng)短路故障的穩(wěn)態(tài)、暫態(tài)分析方法,以及諧波分析。第7章介紹列車再生制動(dòng)能量的利用。第8章、第9章是針對(duì)近年來(lái)直流牽引供電系統(tǒng)出現(xiàn)的異,F(xiàn)象,采用現(xiàn)代信號(hào)處理方法和非線性理論從不同側(cè)面闡述其信號(hào)特征及產(chǎn)生機(jī)理。
本書參考了國(guó)內(nèi)外有關(guān)城市軌道交通供電的著作和論文,并在書末列出了相關(guān)參考文獻(xiàn)的目錄,在此一并對(duì)其作者表示衷心感謝。
希望本書能對(duì)讀者有所裨益,并懇請(qǐng)讀者給予批評(píng)指正。
作 者
2016年1月
李夏青,教授,博導(dǎo),1956年生人,1982年畢業(yè)于合肥工業(yè)大學(xué),1991年西南交通大學(xué)碩士研究生畢業(yè)。歷任電氣工程系主任,電氣工程學(xué)院院長(zhǎng)、書記。長(zhǎng)期從事電氣工程,鐵道牽引電氣化與自動(dòng)化,地鐵供電等領(lǐng)域的教學(xué)與科研工作。主持完成各類科研課題20余項(xiàng),發(fā)表學(xué)術(shù)論文70余篇,被SCI、EI收錄20余篇。目前在地鐵供電系統(tǒng)故障診斷與保護(hù)方面開展研究
第1章 緒 論 1
1.1 城市軌道交通 1
1.2 電力系統(tǒng)與城市軌道交通供電系統(tǒng) 3
1.3 電力牽引制式 5
第2章 外部電源及供配電系統(tǒng) 8
2.1 外部電源 8
2.2 中壓網(wǎng)絡(luò) 15
2.3 動(dòng)力照明供電系統(tǒng) 17
第3章 牽引供電系統(tǒng) 19
3.1 牽引變電所 19
3.2 牽引網(wǎng) 33
3.3 電力監(jiān)控系統(tǒng)SCADA 38
第4章 繼電保護(hù) 48
4.1 針對(duì)正極對(duì)負(fù)極短路的保護(hù) 48
4.2 直流牽引網(wǎng)的雙邊聯(lián)跳裝置 51
4.3 針對(duì)正極對(duì)地短路的保護(hù) 51
4.4 針對(duì)異常工作狀態(tài)的保護(hù) 52
4.5 保護(hù)配合 53
4.6 自動(dòng)重合閘 54
第5章 牽引供電計(jì)算 55
5.1 平均運(yùn)量法 56
5.2 運(yùn)行圖法 60
5.3 供電方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析 62
5.4 牽引供電系統(tǒng)諧波分析 62
第6章 牽引供電系統(tǒng)短路計(jì)算 75
6.1 交流側(cè)阻抗計(jì)算 76
6.2 直流側(cè)短路穩(wěn)態(tài)值計(jì)算 81
6.3 直流側(cè)短路暫態(tài)值計(jì)算 91
第7章 列車再生制動(dòng)能量利用 99
7.1 列車的再生制動(dòng) 99
7.2 儲(chǔ)能裝置的容量 101
7.3 超級(jí)電容儲(chǔ)能系統(tǒng) 104
第8章 現(xiàn)代信號(hào)處理方法在牽引供電中的應(yīng)用 108
8.1 牽引網(wǎng)的低頻振蕩電流 108
8.2 牽引電流的能量特征 109
8.3 牽引電流的波形特征 123
8.4 牽引電流的幾何特征 129
第9章 牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析 139
9.1 牽引供電系統(tǒng)及列車電傳動(dòng)模型 139
9.2 牽引供電全系統(tǒng)模型及定性分析 142
9.3 牽引供電全系統(tǒng)穩(wěn)定性分析 144
參考文獻(xiàn) 155
城市軌道交通供電系統(tǒng)
通常高壓輸電的電能到了各城市或工業(yè)區(qū)以后將被區(qū)域變電所(站)轉(zhuǎn)配或降低一個(gè)等級(jí)(如35 kV或10 kV),然后向附近各用電中心送電。城市軌道交通供電系統(tǒng)的電源一般由城市電網(wǎng)供給,它既可以從電力系統(tǒng)的區(qū)域變電所高壓線路得電,也可以從下一級(jí)電壓的城市地方電網(wǎng)得電,這取決于電力系統(tǒng)和城市電網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。
城市軌道交通供電系統(tǒng)由主變電所或電力系統(tǒng)的區(qū)域變電所、中壓配電網(wǎng)絡(luò)(簡(jiǎn)稱“中壓網(wǎng)絡(luò)”)、牽引變電所、牽引網(wǎng)、降壓變電所組成,如圖1-2所示。
圖1-2 電力系統(tǒng)與城市軌道交通供電系統(tǒng)
1—發(fā)電廠(站);2—升壓變壓器;3—電力網(wǎng);4—主降壓變電站;5—直流牽引變電所;
6—饋電線;7—接觸網(wǎng)(第三軌);8—走行軌道;9—回流線;10—列車
城市軌道交通供電系統(tǒng)通常被劃分為外部電源系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)和動(dòng)力照明供電系統(tǒng)。
外部電源系統(tǒng)是連接城市電網(wǎng)與城市軌道交通內(nèi)部電網(wǎng)的紐帶,為牽引或降壓變電所輸送電力。根據(jù)城市軌道交通供電系統(tǒng)從城市電網(wǎng)取得電能形式的不同,一般稱主變電所或電力系統(tǒng)的區(qū)域變電所為外部電源系統(tǒng)。
牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和牽引網(wǎng)組成。牽引變電所將三相交流電降壓、整流后,向在城市軌道交通線路上運(yùn)行的列車供電。
動(dòng)力照明供電系統(tǒng)由降壓變電所、低壓母線排、配電設(shè)備、線纜、用電設(shè)備等組成,負(fù)責(zé)向城市軌道交通系統(tǒng)的車站、區(qū)間、車輛段、控制中心等設(shè)施、機(jī)構(gòu)輸送電力。
……