城市轨道交通供电系统课程设计
城轨供电系统课程设计报告——广州地铁5号线地铁杂散电流腐蚀防护设计
城市轨道交通供电系统课程设计专业：电气工程及其自动化班级：电气09X姓名： water学号： 200909***指导教师：王思华兰州交通大学自动化与电气工程学院2012 年 7月 20日城市轨道交通供电系统课程设计报告1 设计原始资料1.1 具体题目广州铁五号线呈东西走向，全线共设24座车站，如图1.1所示。
正线线路全长约31.8km ，其中29.59km 为地下线路，2km 为高架线路，0.21km 为路基或路堑线路。
车站及区间隧道采用了明挖法、明暗结合、矿山法、沉管法、盾构法等多种施工方法。
试结合所学知识，对该地铁杂散电流腐蚀防护进行设计。
滘口珠江新城员村东坡南三溪文冲大沙地图1.1 广州地铁五号线线路图1.2 要完成的内容广州地铁五号线杂散电流防护方案包括设置杂散电流排流网、新型智能排流装置的杂散电流防护方法和集中式监测系统。
2 分析要设计的课题内容2.1 杂散电流腐蚀防护设计原则及技术条件杂散电流防护设计应按照“以堵为主，以排为辅，堵排结合，加强监测”的原则设计。
当杂散电流防护与安全接地发生矛盾时，优先考虑安全接地。
杂散电流防护系统应符合《地铁杂散电流腐蚀防护技术规程》。
广州地铁五号线牵引供电系统采用直流1500V 供电，正线的地下区段及高架线路全部采用三轨接触网，车辆段采用柔性架空接触网。
由于运营环境、经济和其它方面因素的限制，走行轨不可能完全绝缘于道床结构，因此不可避免地由走形轨向道床、车站和隧道结构泄漏电流，即杂散电流。
杂散电流会对土建结构钢筋、钢轨、设备金属外壳和其他地下金属管线产生电腐蚀。
由于地铁是百年大计，杂散电流防护专业应根据五号线牵引供电和土建结构特点，与相关的土建、轨道、供电、通信和信号等专业配合，设计可靠的防护方案，同时应经济合理，便于施工。
杂散电流防护示意图如附录A。
2.2 牵引回流系统牵引回流系统由钢轨、负回流电缆、上下行均流电缆以及单向导通装置等组成。
正线采用60kg/m的钢轨，车辆段除车场线采用50kg/m钢轨外其余均采用60kg/m的钢轨。
城轨供电系统课程设计分配表及指导手册
城市轨道交通供电系统课程设计《城市轨道交通供电系统》课程设计指导手册兰州交通大学自动化学院电气工程系2012-6-25城市轨道交通供电系统课程设计学院：自动化学院适用专业：电气工程及其自动化课程设计名称：城市轨道交通供电系统课程设计课程代码：学分数：1 学时数：16一、课程设计目的本课程设计是学生在学完《城市轨道交通供电系统》课程之后进行的一个综合性的教学实践环节。
通过本课程设计，一方面使学生获得综合运用学过的知识进行城市轨道交通供电主变电所、牵引变电所、降压变电所的设置、主接线的设计、相关的计算、各主要元件的选型等的基本能力，另一方面能巩固与扩大学生的电气综合设计知识，为毕业设计做准备，为后续课程的学习及今后从事科学研究、工程技术工作打下较坚实的基础。
通过本课程设计，学生能运用电气基础课程中的基本理论和实践知识，正确地解决城市轨道交通供电主变电所、牵引变电所、降压变电所的相关设计等问题，提高学生的设计能力，学会使用相关的手册及图册资料：1、了解城市轨道交通供电系统的构成、功能；2、掌握外部电源的方案与确定原则；3、掌握主变电所、牵引变电所、降压变电所的构成与设置方法，掌握主接线的设计及相关的供电计算；4、学习主变电所、牵引变电所、降压变电所相关设计。
二、课程设计的要求学生要按照课程设计指导书的要求，根据题目所给原始参数进行设计。
本课程设计的基本步骤是：1、能根据题目提供的已知条件，按照地铁设计规范及相关的设计标准进行设计。
2、通过学习应熟悉城市轨道交通供电设计的一般规定；3、正确理解城市轨道交通供电设计的基本任务；4、掌握城市轨道交通一次供电系统设计的步骤；熟悉相关的供电计算；5、掌握牵引供电计算、负荷计算以及短路类型、短路点的确定；三、课程设计的主要内容本课程设计主要内容如下：1、杂散电流的腐蚀防护设计；2、变电所平面布置图的画法；3、变电所主接线图的画法；4、牵引变电所的设置及相关计算；5、降压变电所的设置及相关计算；6、交流系统短路计算或直流系统短路计算；7、负荷计算。
轨道交通供电课程设计
xx大学轨道交通供电课程设计报告题目：某交流牵引混合主变电所主接线设计院系信息工程学院专业xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx学号xxxxxxxxxxxxxx学生姓名xxxxx指导教师xxxxxxx日期：2015年1月17日目录1课程设计的意义................................... 错误！未定义书签。
1.1题目........................................ 错误！未定义书签。
1.2．1负荷分析............................. 错误！未定义书签。
1.2．1负荷计算............................. 错误！未定义书签。
2方案的论证和设计................................. 错误！未定义书签。
2.1变压器的选择................................ 错误！未定义书签。
2.1.1绕组的选择............................ 错误！未定义书签。
2.1.2台数和容量的选择...................... 错误！未定义书签。
2.2主接线方案设计与论证........................ 错误！未定义书签。
2.3.1牵引变电所110kV侧主接线设计.......... 错误！未定义书签。
2.3.2牵引变电所馈线侧主接线设计............ 错误！未定义书签。
2.3.3主接线方案的确定...................... 错误！未定义书签。
3.2系统的等效网络图............................ 错误！未定义书签。
3.2.1各元件的电抗标幺值.................... 错误！未定义书签。
3.3各点的短路电流计算.......................... 错误！未定义书签。
城轨供电教案
城轨供电教案教案标题：城轨供电教案教案目标：1. 了解城轨供电系统的基本原理和组成部分。
2. 掌握城轨供电系统的运行和维护方法。
3. 培养学生对城轨供电系统的安全意识和操作技能。
教案步骤：引入：1. 引入城轨供电系统的概念，解释其在城市轨道交通中的重要性和作用。
2. 引导学生思考城轨供电系统与我们日常生活的联系。
知识讲解：1. 介绍城轨供电系统的基本原理，包括集电装置、牵引变流器、供电网等组成部分的功能和作用。
2. 解释城轨供电系统的分类，如第三轨供电和架空线供电等。
3. 介绍城轨供电系统的运行原理和工作流程，包括电流的传输、变流器的工作过程等。
案例分析：1. 分析一些城轨供电系统故障案例，如线路短路、供电不稳定等问题，并讨论可能的原因和解决方法。
2. 引导学生分析城轨供电系统的维护工作，包括定期检查设备、清理污染物等。
操作实践：1. 组织学生进行城轨供电系统的模拟实验，让学生亲自操作集电装置、牵引变流器等设备，并观察其工作状态。
2. 强调操作的安全性和正确性，提醒学生注意事项，如避免触摸高压线、正确使用绝缘工具等。
讨论与总结：1. 组织学生进行讨论，总结城轨供电系统的重要性和运行要点。
2. 引导学生思考城轨供电系统的发展趋势和可能的改进方向。
作业布置：1. 布置学生进行城轨供电系统的调研作业，包括了解不同城市的供电方式、设备选用等情况。
2. 要求学生撰写一份关于城轨供电系统的报告，包括原理、分类、运行和维护等内容。
教案评估：1. 观察学生在实践操作中的表现，评估其对城轨供电系统的理解和操作能力。
2. 评估学生撰写的报告，包括对城轨供电系统的描述准确性和深度。
教案拓展：1. 组织参观城轨供电系统的实际运行场地，让学生亲身体验和了解城轨供电系统的实际情况。
2. 邀请城轨供电系统的专家进行讲座，深入了解该领域的最新发展和技术。
通过以上教案的设计，学生将能够全面了解城轨供电系统的基本原理、运行和维护方法，培养他们对城轨供电系统的安全意识和操作技能。
正文 1城市轨道交通供电系统课程设计
城市轨道交通供电系统课程设计专业：电气工程及其自动化班级：电气093姓名：马国祥学号： 200811228指导教师：高锋阳兰州交通大学自动化与电气工程学院2012年7月20日1设计原始资料：(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：U c=1.5kV；(6) 牵引网单位阻抗：r=0.0331Ω/km；(7) 列车单位能耗： 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具体题目表1 某地铁一号线线路区间长度站名(简称)西朗A坑口B花地湾C芳村D黄沙E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东山口L杨箕M体育西路N体育中心O广州东站P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。
2分析要设计的课题内容2.1本设计的基本方案以线路末端车站设牵引变电所为布点基点。
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。
本设计一共设计五座牵引变电所，全部都与车站合建，分别布置在一下几个站，分别是A站、D站、G站、J站和M 站，因为此线路车站与车站之间的距离较小，因此在牵引供电计算方面全部采用单边供电来计算。
当线路末端牵引变电所退出时，由相邻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。
城轨供电系统课程设计
在城市轨道交通沿线，建设专用主变电所，集中为牵引变电所及降压变电所供电。
城轨供电系统从城网引入高压电源，与城网接口比较少，每座主变电所只从城网引入两路独立的进线电源，外部电源电压等级一般为110kV。
城轨供电系统相对独立，自成系统，便于经营管理。
2)分散式供电
分散式供电方案，是指沿线分散引入城市中压电源直接（或通过电源开闭所间接）为牵引变电所及降压变电所供电的外部供电方式。如下图所示。分散式供电一般从城市电网引入10kV中压电源，这要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。从沿线就近引来的城网中压电源，经电源开闭所母线向牵引变电所和降压变电所提供中压电源。一般情况下，两个电源开闭所之间的供电分区间通过双环网电缆进行联络。
图（a）
图（b）
由于方法1)适用于各车站的站间距相差较大的线路，而在第一期的项目中各车站间距相差不大，相差最大的两个车站在一期项目的端头，不适合以中间车站设为基点。因此本设计采用适用于各车站的站间距相差较小的方法2），同时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所的位置，以此向线路中央靠拢。最终还要考虑线路末端牵引变电所与车站相结合，于是选择牵引变电所布点在广州新客站、谢村站、汉溪长隆站、官堂站、市头站、新造站。
2.2一座主变电所（或电源开闭所）退出运行方式
一座主变电所（或电源开闭所）解列退出运行方式下，相邻主变电所（或电源开闭所）向该主变电所（或电源开闭所）提供必要的用电负荷。
四、各变电所安排
1)牵引变电所
由原始资料中站名及间距的表格2，可计算出一期工程的总长度为17.284km，设牵引变电所的平均距离为4km，则由单位指标法可得牵引变电所数量n为：
牵引变电所布点的方法有两种：
城市轨道交通供电系统设计
城市轨道交通供电系统设计城市轨道交通供电系统是城市轨道交通系统的重要组成部分，是城市轨道交通运营的基础设施之一、供电系统的设计对城市轨道交通的运行效能、运行安全和运营成本都具有重要影响。
本文将从供电系统的基本原理、设计要求、设备配置和运营管理等方面进行介绍和分析。
一、供电系统的基本原理城市轨道交通供电系统一般采用第三轨供电方式。
供电系统由供电设备、供电线路和接触网等组成。
供电设备主要包括换流变电站、配电变电所、供电盘等。
供电线路包括供电线路和回流线路，供电线路通过导线将电能传输给轨道线路。
接触网是供电系统的核心部分，它由集电弓和接触导线组成，通过接触导线将电能传输到车辆上。
车辆通过集电弓与接触导线接触，从而获得所需的电能。
二、供电系统的设计要求1.供电可靠性高：供电系统要具备良好的可靠性和稳定性，确保供电不间断并且电压稳定。
2.供电负载适当：要根据实际需求合理配置供电设备和供电线路，确保供电能满足轨道交通的运行需求。
3.供电线路布局合理：供电线路要布置在合适的位置，避免与其他设施冲突，并且要对供电线路进行绝缘处理，避免发生电气事故。
4.供电线路安全可靠：供电线路要采用高强度的材料，确保其承受电流和电压的能力，并且要经过严格检测和维护，保持良好的状态。
5.运行管理便捷：供电系统设计要便于运行管理，方便进行巡检、养护和维修，保证供电线路的正常运行。
三、供电设备的配置供电设备的配置是供电系统设计的重要一环，合理的配置能够满足城市轨道交通的能耗需求，并且提高供电系统的运行效能。
1.换流变电站：换流变电站是供电系统的核心设备，负责将交流电转换成直流电进行供电。
换流变电站应根据城市轨道交通的规模和发展需求进行配置，保证供电的可靠性和充足性。
2.配电变电所：配电变电所负责将直流电转换成供给车辆的电能。
配电变电所应根据供电线路的长度和供电负载的大小进行配置，保证供电线路的电压稳定和充足。
3.供电盘：供电盘是供电系统的终端设备，负责电能的输出和分配。
城轨供电系统的课程设计
城轨供电系统的课程设计一、教学目标本节课的教学目标是使学生掌握城轨供电系统的基本原理、组成部分及其工作流程。
知识目标包括了解城轨供电系统的概念、分类和主要设备，掌握接触网、牵引降压变电所和信号电源系统的基本原理和功能。
技能目标包括能够分析城轨供电系统的设计和运行，能够进行简单的城轨供电系统故障排查。
情感态度价值观目标包括培养学生的创新意识，提高学生对城轨供电系统的兴趣和责任感。
二、教学内容本节课的教学内容主要包括城轨供电系统的概述、接触网、牵引降压变电所和信号电源系统。
具体内容包括：城轨供电系统的定义、分类和主要设备；接触网的原理、结构和类型；牵引降压变电所的原理、结构和功能；信号电源系统的原理、结构和功能。
三、教学方法为了实现教学目标，本节课将采用多种教学方法，包括讲授法、讨论法、案例分析法和实验法。
通过这些方法的综合运用，激发学生的学习兴趣，提高学生的主动性和参与度。
四、教学资源为了支持教学内容和教学方法的实施，丰富学生的学习体验，我们将准备以下教学资源：教材、参考书、多媒体资料、实验设备。
教材和参考书将提供理论知识的学习，多媒体资料将帮助学生更好地理解城轨供电系统的原理和设备，实验设备将用于学生的实践操作和故障排查训练。
五、教学评估本节课的教学评估将采用多元化的评估方式，以全面、客观、公正地反映学生的学习成果。
评估方式包括平时表现、作业、考试等。
平时表现将根据学生在课堂上的参与度、提问和讨论情况进行评估；作业将包括练习题和小组项目，以检验学生对城轨供电系统知识的理解和应用能力；考试将包括选择题、填空题和简答题，以测试学生对城轨供电系统的基本原理和设备的掌握程度。
此外，还将鼓励学生进行自我评估和同伴评估，以提高学生的自我认知和团队合作能力。
六、教学安排本节课的教学安排将根据教学目标和内容进行合理规划，确保在有限的时间内完成教学任务。
教学进度将按照教材的章节和内容进行安排，教学时间将分配给讲授、讨论、案例分析和实验等环节。
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城市轨道交通供电系统课程设计
专业：电气工程及其自动化
班级：电气091
姓名：马静
学号： 200811203
指导教师：王思华
兰州交通大学自动化与电气工程学院
2012 年 7月 20日
1 设计原始资料
1.1具体题目
2、某地铁车辆段动力设备负荷表如表2所示。
试计算该车辆段的配电变压器容量。
表2 某车辆段计算负荷分布表
额定功率
需要系数功率因数
负荷类型序号负荷种类
(kW)
1 通信设备45 0.80 0.85
2 信号设备80 0.80 0.85
一 3 消防用电设备25 0.60 0.80
二 4 防灾用电设备35 0.60 0.80
级 5 通风设备65 0.70 0.90
负 6 检修动力125 0.85 0.85
荷7 各车间照明负荷105 0.70 0.80
8 应急照明55 1.00 0.80
9 车辆设备单体设备195 0.80 0.85
三10 通风空调设备155 0.60 0.90
级11 检修动力120 0.70 0.80
负12 电热设备75 0.60 0.70
荷13 各检修库照明负荷80 0.80 0.85
1.2 要完成的内容
配电变压器容量是指注入国家电网的功率总和，即主要反映在城市轨道供电系统的系统主变压器的容量选取上。
变压器的容量是在负荷统计的基础上选定的，由于负荷预计不容易做准，—般按预计的最大负荷选择。
本设计主要完成车辆段配电变压器容量的计算，包括电流、无功功率、有功功率、视在功率以及总负荷的计算功率等。
2 设计内容
2.1 设计规程
配电变压器的容量需要在动力照明低压负荷齐全的基础上进行计算。
在城市轨道交通车站、车辆段或控制中心，动力照明设备种类繁多，基本上不存在各机电设备同时工作的可能，而且各单种机电设备的多台设备也不会同时工作。
因此，配电变压器容量不能简单地将各低压负荷容量进行叠加求得，而是应充分考虑城市轨道交通车站、车辆段或控制中心内各动力照明设备的运行特点，在考虑多台设备需要系数的基础上，对各低压负荷在不同运行方式下取同时系数后求得。
2.2 设计方案
对于配电变压器的容量，应充分考虑用电负荷的设备构成与运行工况，优化计算统计方法，合理进行选择，以达到投资合理、运行效率高、电能损耗小、运行费用低的目的。
3 容量计算
3.1 计算内容
配电变压器的容量计算需要计算以下内容：
(1) 各低压负荷的计算电流、计算功率、无功功率，总负荷的计算功率、无功功率、视在功率。
(2) 补偿前的总功率因数、需要补偿的无功功率容量、补偿后的视在功率。
(3) 正常情况下两台配电变压器分列运行承担全部低压负荷时，每台配电变压器的负载率。
(4) 非正常情况下一台配电变压器承担全部一、二级低压负荷时，单台配电变压的负载率
3.2 负荷计算
3.2.1单组用电设备计算负荷的计算公式
a) 有功计算负荷（单位为kW ）
N di P K P ci (1)
式中，d K —需要系数。
b) 无功计算负荷（单位为kvar )
ϕtan ci ci P Q = (2) c) 视在计算负荷（单位为kV .A ）
ϕ
cos ci ci P S =
(3)
d) 计算电流（单位为A ） N
ci ci 3U S I =
(4)
N U —为用电设备的额定电压（单位为kV ） 3.2.2多组用电设备计算负荷的计算公式
a) 有功计算负荷（单位为kW ）
∑
∑=⋅ci p c P K
P (5)
式中，ci P ∑是所有设备组有功计算负荷i P 之和， p K ⋅∑是有功负荷同时系数，可取0.85~0.95。
b) 无功计算负荷（单位为kvar ） ∑
∑=⋅ci q c Q K
Q (6)
式中，ci Q ∑—所有设备无功i Q 之和；
q K ⋅∑—是无功负荷同时系数，可取0.9~0.97。
c) 视在计算负荷（单位为kvA ）
2
c 2
c c Q P S +=
(7)
d) 计算电流（单位为A ） N
ci ci 3U S I =
(8)
经过计算，得到各设备的负荷计算表，如表3.1所示（额定电压取380V ）
表3.1 车辆段配电变压器容量计算表
3.2.3 无功功率补偿
无功功率的人工补偿装置：主要有同步补偿机和并联电抗器两种。
由于并联电抗器
具有安装简单、运行维护方便、有功损耗小以及组装灵活、扩容方便等优点，因此并联电抗器在供电系统中应用最为普遍。
设备名称
设备容量 （kW ）
需要 系数 计算容量（kW ）
功率因数 cos φ 计算电流 （A ）
js
Q
（kvar ） js
S
（kV .A ）
通信设备 45 0.80 36 0.85 64.36 22.32 42.36 信号设备 80 0.80 64 0.85 114.43 39.68 75.31 消防用电设备 25 0.60 15 0.80 28.49 11.25 18.75 防灾用电设备 35 0.60 21 0.80 39.88 15.75 26.25 通风设备 65 0.70 46 0.90 76.82 22.04 50.56 检修动力
125
0.85 106 0.85 189.92 65.88 125.00 各车间照明负荷 105
0.70 74 0.80 139.60 55.13 91.88 应急照明 55 1.00 55 0.80 104.46 41.25 68.75 车辆设备单体
设备 195
0.80
156
0.85
278.88
96.72
183.55
通风空调设备 155 0.60 93 0.90 156.74 44.64 103.16 检修动力 120 0.70 84 0.80 159.54 63.00 105.00 电热设备 75 0.60 45 0.70 96.69 45.00 63.64 各检修库照明
负荷
80 0.80
64
0.85
114.42
39.68
75.31
补偿前负荷总计 1160 859 0.83 1404.69 562.34 1029.52 同时系数K = 0.75 644.3 1053.52
421.76 772.14 补偿容量
258.19 补偿后负荷总计 1160
644.3
0.92
1010.00
163.57
664.74
由表3.1可知，该车辆段380V 侧最大负荷时的功率因数只有0.83。
考虑到主变压器的无功损耗元大于有功损耗，因此380V 侧最大负荷时功率因数应稍大于0.9，暂取0.92来计算380V 侧所需无功功率补偿容量：
C
Q =js P ∑(tan 1ϕ-tan 2ϕ)=859[tan(arccos0.83) - tan(arccos0.92) ] = 258.19 kvar
4 设计的评价与结论
供电系统的系统容量，直接反映到相关设备的设备容量中，这样就关系到了工程建设的投资问题，如果能正确选取，就可以在保证系统可靠性的同时有效的控制工程投资，减少不必要的浪费。
在确定供电系统容量时，首先应明确分析思路，分析各种负荷变化情况，各个子系统之间的对应关系，运用科学合理的计算方法，并结合运营方式及相关工程积累的设计、运营经验，最终确定更为贴近实际运营需要的系统容量，从而进一步优化设计方案，减少工程初期投资，降低轨道交通的运营费用。
当然，对于其他城市的轨道交通具体的工程，还应结合实际情况，具体问题具体分析。
参考文献
[1] 熊信银,张步涵.电力系统工程基础[M]. 武汉:华中科技大学出版社，2003，193-203.
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[4] 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.。