地铁牵引降压混合变电所设计

地铁牵引降压混合变电所设计

河南理工大学毕业设计（论文）说明书

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3）其它

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摘 要

牵引供电系统作为我国铁路电气化的重要组成部分，在地铁系统中起到动力供应、照明、通信等关键性的作用。牵引供电系统由牵引降压变电所、接触网、环网等部分组成。本次设计主要对牵引降压混合变电所的一次部分进行研究和设计。本设计以在苏州建造地铁牵引降压混合变电所的实习资料作为参考，通过对拟建变电所的负荷参数和线路系统等方向考虑，并通过对负荷资料的分析和安全、经济、可靠性的考虑，确定了变电所的电气主接线和所用电的主接线，然后通过负荷计算和供电区间确定了主变压器的台数、容量及型号。根据最大持续电流及短路计算的计算结果，对断路器、隔离开关、高压熔断器、母线、绝缘子、电压互感器、电流互感器等分别进行了选型和数量汇总。然后是对牵引降压混合变电所的接地系统、防雷系统和继电保护整定设计。最后是对拟建变电所的平面布置设计，从而完成了本次设计。

关键词：牵引供电 变电所 电气主接线 变压器

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Abstract

Power transformation and distribution system in subway provides all loads electric energy except electric train, has the very important functions to subway’s normal operation. Under the background of accelerating construction of subway’s engineering for resolving the mass transit problems in our country, the research on project design of power transformation and distribution system in subway is very important.

The thesis studies the problem of subway’s load calculation, gives out suggestionvalues of subway's unit target and demand factor for load calculation of subway’spower transformation and distribution system, analyzes and computes the problemscombining with an example. Secondly, this thesis thoroughly studies the characteristics of subway’s power transformation and distribution system, produces the overall power distribution plan of actual project. Based on the characteristics of subway’s power transformation and distribution system and external power plan in city, this article analyzes the functions and formations of the medium-voltage power distribution network and the substation, gives three kinds design plans respectively. After then, the thesis explains loads division as well as power supply request, discusses the principles of power distribution system design, design of distribution line, choices of low voltage electric appliance and the application of microcomputer protective device of electric motors.

Keyword: distribution substation Power transformation

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目 录

1 绪论 ........................................................................................................................... 1

1.1 课题的目的和意义 ................................................................................... 1 1.2 国内外研究现状 ....................................................................................... 1 1.3 牵引降压混合变电所 ............................................................................... 2

1.3.1 牵引变电所 ............................................................................... 2 1.3.2 降压变电所 ............................................................................... 4

1.4 设计任务 ................................................................................................... 6

2 变电所的设计方案 ................................................................................................... 7

2.1 设计方案概述 ........................................................................................... 7 2.2 设计方案选择 ........................................................................................... 7

2.2.1 牵引—降压配电网络 ....................................................... 7 2.2.2 牵引—降压混合配电网络 ....................................................... 8

2.3 本章小结 ................................................................................................... 9

3 负荷计算 ................................................................................................................. 10

3.1 地铁负荷分类 ......................................................................................... 10 3.2 地铁负荷计算方法 ................................................................................. 10

3.2.1 单位指标法 ............................................................................. 11 3.2.2 需要系数法 ............................................................................. 11 3.2.3 二项式系数法 ......................................................................... 12

3.3 地铁变配电负荷计算 ............................................................................. 13

3.3.1 动力负荷 ................................................................................. 13 3.3.2 照明负荷 ................................................................................. 16 3.3.3 综合计算负荷 ......................................................................... 17 3.3.4 无功功率补偿 ......................................................................... 18

3.4 本章小结 ................................................................................................. 19

4 变压器的选择 ......................................................................................................... 20 5 变电所主接线设计 ................................................................................................. 22 6 短路计算 ................................................................................................................. 24

6.1 短路计算的必要性 ................................................................................. 24 6.2 短路计算 ................................................................................................. 25

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6.2.1 变压器等值电抗计算 ............................................................. 25 6.2.2 短路点的选择 ......................................................................... 26

7 电气设备的选择 ..................................................................................................... 28

7.1 配电线路的选择 ..................................................................................... 28 7.2 断路器的选择 ......................................................................................... 30

7.2.1 高压侧断路器的选取 ............................................................. 30 7.2.2 低压侧断路器的选取 ............................................................. 31

7.3 隔离开关的选择 ..................................................................................... 32

7.3.1 高压侧进线侧隔离开关的选择 ............................................. 32

7.4 电流互感器的选择 ................................................................................. 33

7.4.1 高压侧电流互感器的选择 ..................................................... 34 7.4.2 低压侧电流互感器的选择 ..................................................... 35

7.5 电压互感器的选择 ................................................................................. 36

7.5.1 高压侧电压互感器的选择 ..................................................... 36

7.6 熔断器的选择 ......................................................................................... 37

8 防雷、接地、消防设施的设计 ............................................................................. 38

8.1 防雷设计 ................................................................................................. 38 8.2 接地设计 ................................................................................................. 39 8.3 消防设施的设计 ..................................................................................... 40

9 照明系统的设计 ..................................................................................................... 42

9.1 地铁照明分类和设置 ............................................................................. 42 9.2 地铁照明控制方式 ................................................................................. 43 9.3 地铁照明灯具选用和布置 ..................................................................... 44

10 结论 ....................................................................................................................... 46 致 谢 ........................................................................................................................... 47 参考文献 ..................................................................................................................... 48 附录1 电气主接线图 ................................................................................................ 49 附录2 平面设计图 .................................................................................................... 50

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1 绪论

1.1 课题的目的和意义

随着城市的发展，城市的交通压力越来越大，城市交通存在诸如道路容量不足、交通结构不合理、中心区高峰小时机动车车速较低，交通需求仍然有增无减等主要问题。所以以公交为主体、轨道交通为骨干，各种交通方式相结合的多层次、多功能、多类型的城市交通综合体系正在被诸多城市采用。而地铁作为城市交通的骨干渠道，自然越来越受到城市规划者的青睐。

地下铁道简称地铁，它是一种不受地面道路状况和天气情况的影响，能够按照设计的能力正常运行，从而快速、安全、舒适地运送乘客的的有轨交通系统。地铁效率高、速度快、无污染，能够实现大运量的要求，具有良好的社会效益。

1969年我国第一条地铁在北京正式通车。进入上世纪90年代中后期，随着国家经济和技术实力的增长，我国加快了城市轨道交通的建设步伐，北京、上海、天津、广州、深圳、南京、武汉、重庆、沈阳等各大城市纷纷开工建设多条地铁线路或轻轨线路，仅上海市的轨道交通规划就有17条线路，总里程达800多公里，地铁正日益成为人们日常生活出行中密不可分的一部分。地铁变电所作为地铁的心脏，为地铁系统提供动力、照明、通风、空调、排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。根据用电性质的不同，地铁供电系统可分为两部分：由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主组成的动力照明供电系统。因此，地铁变电所的研究对于地铁的发展有着极其重要的意义。

1.2 国内外研究现状

在国外,一些发达国家为了满足国内的需求，减少在网路中的损耗，这些发达国家已经形成了完善的变电设计理论。国外的变电所设计做到了节约型，集约型，高效型。一些发达国家通过改善优化变电站结构，降低变电站功率损耗，提高变电所的可靠性、灵活性、经济性。在变电所设计上还是领先于我国。

目前，我国针对地铁负荷计算的单位容量指标和需要系数还未颁布，往往需借鉴其它民用建筑（如写字楼、办公楼等）的指标和系数。因此，负荷计算的准确与否，是地铁变配电系统合理设计的前提，负荷计算已成为地铁变配电系统工程设计中遇的首要问题。现阶段我国主要是使用常规变电所。常规变电所即使用传统模式进行设计、建造和管理的变电所，主要为有人值班或驻所值班，有稳定的值班队伍。继电保护为电磁型，

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不具备四遥、远方操作功能，需要一支专业的运行与检修队伍和一整套相应的管理机构、制度进行管理，才可以满足安全运行的要求。我国的短期目标是既要充分利用原有设备，又要能够发展微机远动自动化系统；既要实现无人值守，又要满足安全经济运行的要求。

1.3 牵引降压混合变电所

牵引降压混合变电所是由牵引变电所和降压变电所组成的。

1.3.1 牵引变电所

牵引变电所是电力牵引的专用变电所。牵引变电所把区域电力系统送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电。

（1）牵引变电所一次侧的供电方式

牵引变电所一次侧 （电源侧，通常为110KV或220KV）的供电方式，可分为一边供电边供电和环形供电。

①一边供电

就是牵引变电所的电能由电力系统中一个方向的电厂送来。 ②两边供电

就是牵引变电所的电能由电力系统中两向的电厂送来。 ③环形供电

是指若干个发电厂、地区变电站通过高压输电线连接成环形的电力系统，牵引变电所处于环形电力系统的一个环路中。

（2）牵引变电所向接触网的供电方式 单线区段

①一边供电；②两边供电。 双线区段

①同相一边并联供电；②同相一边分开供电；③双边扭结供电。

（3）电力牵引按牵引网供电电流的种类可分为三种电流制，即直流制、低频单相交流制和工频单相交流制。

① 直流制

即牵引网供电电流为直流的电力牵引电流制。电力系统将三相交流电送到牵引变电所一次侧，经过牵引变电所降压并整流变成直流电，再通过牵引网供给电力机车使用。

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直流制发展最早，目前有些国家的电气化铁路仍在应用。我国仅工矿、城市电车和地下铁道采用。牵引网电压有1200V，1500V，3000V和600V，750V等，后两种分别用于城市电车、地下铁道。直流制存在的主要问题是，直流牵引电动机额定电压受到换向条件的不能太高，即牵引网电压很难进一步提高，这就要求沿牵引网输送大量电流来供应电力机车。由于牵引电流增大，接触网导线截面要随着增大（一般得使用两根铜接触线和铜承力索），牵引网电压损失也相应增大，所以牵引变电所之间的距离要缩短，一般只有15~30 km。牵引变电所的数量多，并且为完成整流任务而变得较复杂。由于这些缘故，许多国家已逐渐停止发展直流制。

② 低频单相交流制

即牵引网供电电流为低频单相交流的电力牵引电流制。这种电流制是继直流制之后出现的，牵引网供电电流频率为16Hz，牵引网电压为15kV或11kV，电力机车上采用交流整流子式牵引电动机。交流容易变压，因此，可以在牵引网中用高电压送电．而在电力机车上降低电压，供应低电压的交流整流子式牵引电动机。低频单相交流制的出现，与力图提高牵引网电压以降低接触网中的有色金属用量有关。由于电力工业主要采用50Hz标准频率后，低频制电气化铁道或者须自建专用的低频率的发电厂，或者在牵引变电所变频后送人牵引网；这就变得复杂化，于是，其发展受到了。

③ 工频单相交流制

即牵引网供电电流为工业频率单相交流的电力牵引电流制。它是在20世纪50年代中期法国电气化铁路应用整流式交流电力机车获得成功之后开始推广的。从那时以来，许多国家都相继采用。这种电流制在电力机车上降压后应用整流装置整流来供应直流牵引电动机。由于频率提高，牵引网阻抗加大，牵引网电压也相应提高。目前，较普遍应用的接触网额定电压是25kV。采用工频单相交流制的优点是，消除了低频单相交流制的两个主要缺点（与电力工业标准频率并行的非标准频率和构造复杂的交流整流子式牵引电动机）；牵引供电系统的结构和设备大为简化，牵引变电所只要选择适宜的牵引变压器，就可以完成降压、分相、供电的功能；接触网的额定电压较高，其中通过的电流相对较小，从而使接触网导线截面减小、结构简化；牵引变电所的间距延长、数量减少；工程投资和金属消耗量降低，电能损失和运营费用减少；电力机车采用直流串励牵引电动机，也远比交流整流子式牵引电动机牵引性能好，运行可靠。采用工频单相交流制的缺点是，对电力系统引起的抚恤电流分量和高次谐波含量增加以及功率因数降低；对沿电气化铁路架设的通信线有干扰。但是，经过技术方面和经济方面的综合分析比较，上

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述优点是主要的。因此，我国电气化铁路采用工频单相25kV交流制，但是地下铁道大多不采用。

1.3.2 降压变电所

降压变电所一般的设置和形式有以下几种： (1) 一所型式

车站只设一座降压变电所，位于重负荷一端。车站所有重要的一、二级负荷及容量较大的三级负荷均从所内以放射式供电。根据设计经验，标准的地下双层车站，降压变电所送出回路在80～90个。除冷冻站以外，由于车站两端负荷一般分布较为均匀，故远离降压变电所一端的供电回路约占一半左右。

① 降压变电所为一所型式的供电方案的优点

整个车站的变配电设备集中设置在一处，减少了降压变电所的设备投资。 设备用房数量少，降低了土建造价。 ② 降压变电所为一所型式的供电方案的缺点

由于供电方案为放射式，势必造成供电距离大幅度增加，为保障线路电压损失在规定范围内，必须增大导线截面；同时低压线路的数量也大幅度增加，出现故障的机率增大，一定程度上降低了供电的质量及可靠性。

因供电距离较长，单机大容量设备需要采用大截面电缆或密集型母线供电，而二者（尤其是密集型母线）价格高昂，会引起电力投资的显著增加。

(2) 一主所一跟随所型式

在车站一端设一座主降压变电所，另一端设一座跟随式降压变电所（跟随所电源引自设在主降压变电所的高压开关室）。主所、跟随所的高压进线均为两路电源，引自不同的馈线回路，互不干扰，即为并列关系的两座降压变电所。因此，两者低压间亦不存在联系，各负担本端的负荷用电。

① 降压变电所为一主所一跟随所型式供电方案的优点

两所各负责本端的用电负荷，根本上解决了低压供电的电压损失问题，电缆截面及数量随之显著降低，供电方案较为合理。

两所间采用高压联系，在供电质量、可靠性和安全性上有了根本提高，尤其突出体现在单机大容量设备的供电上。

一主所一跟随所型式单台变压器容量一般为500、630、800kVA几种规格，较一所型式规格为1250、1600kVA的配电变压器，总安装容量变化不大，但单台安装容量降低了二至三个级别，其运转的经济性会大为提高。

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②降压变电所为一主所一跟随所型式供电方案的缺点

设置跟随所须增加高压柜、变压器及低压柜等设备，使整个降压变电所的投资有较大增加。

因跟随所的设置，其房屋面积增加许多，加大了土建工程投资。 (3) 一所一室型式

在车站一端设一座降压变电所，另一端设一座低压配电室。与一主所一跟随所型式不同的是，低压配电室替代了跟随所。以车站中心分界，降压变电所与低压配电室各负责本端的负荷供电（除单台容量较大的设备外）。低压配电室的电源引自降压变电所低压侧，因此两者的一、二级负荷母线为并列关系。

① 降压变电所为一所一室型式的优点

远离降压变电所端的大部分设备从低压配电室送出，供电负荷较一所型式有明显地降低，从而减少了贯穿车站低压电缆的数量。

低压配电室配电负荷的供电距离相对减小，可在一定程度上减少故障的机率，提高供电的质量及可靠性。

低压配电室房屋面积较跟随所型式相对减少，同时亦减少两面高压送出柜，一定程度上降低了设备投资和土建造价。

② 降压变电所为一所一室型式的缺点

由于低压配电室电源引入为0.4kV低压，不可避免地造成电压损失，从根本上未解决末端设备的电压损失问题。

由于单机大容量设备还须从降压变电所直接供电，所以仍存在一所型式的供电可靠性差的缺陷。

低压配电室引入为低压电源，为保障供电方案，进线必须采用大截面电缆或密集型母线，增加了工程造价。

(4) 综合分析比较

综上所述，降压变电所的设计一般采用一所型式、一主所一跟随所型式或一所一室型式，其性能对比如表 1-1所示。

表1-1 三种降压变电所性能对比 型式 供电质供电灵低压电投资 量 活性 缆数量

一所 低 低 多 低 一主所一高 高 少 高 跟随所

一所一室 较高 较高 较少 较高

从技术角度而言，设置跟随所为最佳方案，它可以保障供电质量、提高供电可靠

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性、减少有色金属消耗和运营能耗。故选用一主所一跟随所方式。

1.4 设计任务

本次设计主要对牵引降压混合变电所的一次部分进行研究和设计。通过对负荷资料的分析计算得到计算负荷；然后确定变压器的容量和台数，根据所算出的参数选择合适的变压器型号；然后进行电气主接线的设计；根据电气主接线进行短路计算得出各短路点的短路电流；根据短路电流等来选择一次设备；最后进行防雷、接地、消防等基础设施设计。

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2 变电所的设计方案

2.1 设计方案概述

地铁供电系统由外部电源、主变电所、牵引供电系统、变配电系统、电力监控系统（SCADA）组成。外部电源来自城市电网，大多采用集中式、分散式、混合式等形式，外部电源的电压等级通常为110kV或10kV。

牵引供电系统由牵引变电所和接触网系统组成，牵引变电所一般每两座车站设置一座，向贯通地铁全线的接触网供电。变配电系统包括降压变电所与低压动力、照明配电系统和跟随变电所。降压变电所在规模较大的车站设置两座，规模较小的车站设置一座，向本站及其相临区间的动力照明负荷供电。

地铁中压配电网络是通过中压电缆，纵向上把主变电所和牵引变电所、降压变电所连接起来，横向上把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来而形成的配电网络。

中压配电网既为牵引变电所供电（即牵引配电网络），也为降压变电所供电（即降压配电网络）。降压配电网络的设计是地铁配电系统设计中比较重要的一环。

2.2 设计方案选择

地铁的供电方式根据外部电源的不同可分为集中式、分散式、混合式等形式，由于本次设计以苏州轨道交通2号线延伸线作为参考，所以本次设计只考虑集中式供电方式。

根据用电容量和线路长短，在地铁沿线设置专用的主变电所，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。主变电所应有两路的电源进线，进线电压一般为110kV，经降压后变成35可V或10kV，供给牵引变电所与降压变电所。集中式供电有利于地铁供电网形成系统，便于管理和运营。集中式供电方案下的中压配电网络可分为牵引—降压配电网络和牵引—降压混合配电网络两种形式。

2.2.1 牵引—降压配电网络

牵引—降压配电网络即牵引配电网络和降压配电网络相互的中压网络形式。对于牵引—降压网络，牵引配电网络和降压配电网络的电压等级不同，牵引配电网络电压为35kV，降压配电网络电压为10kV。

全线的降压变电所被分成若干个分区，每个分区一般不超过3个车站；每一个分区均从主变电所的35/10kV变压器，就近引入两路10kV电源；每座降压变电所的两路电

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源分别由主变电所或相邻降压变电所10kV不同母线引入，接至两段母线，同时在降压变电所的每段母线设一路出线，向相邻降压变电所供电；在各分区设有网络开关，正常运行时该开关分断，形成10kV开口双环网供电形式。

电源引自主变电所110/35（10）kV变压器A牵引-降压混合变电所B降压变电所C牵引-降压混合变电所

图2-1 牵引—降压配电网络

2.2.2 牵引—降压混合配电网络

牵引—降压混合配电网络是指牵引配电网络和降压配电网络共用一个网络的中压网络形式。当中压网络采用牵引—降压混合配电网络时，在有牵引变电所的车站，可以把牵引变电所和降压变电所建成牵引—降压混合变电所。牵引—降压混合配电网络电压可以为35kV或10kV，因35kV输电容量大、距离长，故一般采用35kV级。

全线的牵引—降压混合变电所及降压变电所被分成若干个分区，每个分区一般不超过3个车站；每一个分区均从主变电所35(10)kV的不同母线就近引入两路35(10)kV电源，中压配电网络采用双环网接线方式；两个主变电所之间的分区间通过环网电缆联络。

电源引自主变电所110/35(10kV)变压器A降压变电所B降压变电所C降压变电所

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图2-2 牵引—降压混合配电网络

2.3 本章小结

配电网络的选择应结合轨道交通网和城市电网的具体情况进行综合考虑，由于本次设计是以苏州轨道交通2号线为参考，故采用牵引降压混合配电网络作为本次的设计方案。

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3 负荷计算

地铁变电所的实际负荷并不等于所有用电设备的额定功率总和。因为用电设备不可能全部同时工作，各台设备也不可能全部满负荷，每种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，地铁变电所电气系统设计过程中，必须找出这些用电设备的等效负荷。所谓 “等效” 就是这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应和等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升和等效负荷产生的最大温升相等。按照等效负荷，从满足用电设备发热条件来选择各种用电设备，而计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。

计算负荷必须确当，如果过小会引起变压器和线路过热，加速其绝缘损坏，过多损耗能量，增加电压损失从而破坏正常的运行条件，甚至引起线路失火，造成重大事故。如果计算负荷过大，则会造成变压器容量过剩，线路截面过大，开关整定电流过高，增加了工程投资，造成不必要的浪费。因此，要正确合理地对地铁的配电系统进行设计，负荷计算是至关重要的一环。

3.1 地铁负荷分类

地铁动力、照明负荷按其重要性，分为一、二级及三级负荷。

一级负荷由降压变电所I、II段母线各提供一路专用电源供电并在末端自切，以实现不间断供电，如BAS、FAS、AFC、通信、信号、屏蔽门、消防泵、喷淋泵、废水泵、直流盘、变电所所用电、消防联动的车站送、排风机、风阀等、消防电源、兼作紧急疏散的自动扶梯等。

二级负荷由降压变电所I段或II段母线提供一路专用电源，在变电所处切换，必要时可以切除，如污水泵、雨水泵、普通风机、自动扶梯、直升电梯、正常照明、区间维修电源等。

三级负荷由降压变电所三级负荷母线提供一路电源，当变电所只有一路电源时必须切除，如广告照明、冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、清洁设备、电热设备等。

3.2 地铁负荷计算方法

在地铁变电所负荷计算常用的方法有三种，即单位指标法、需要系数法、二项式系数法。

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3.2.1 单位指标法

(1) 单位指标法的计算公式

单位指标法是以单位建筑面积负荷密度乘以建筑面积，其公式如下：

SPjsKS （3-1）

1000式中，Pjs—有功计算负荷，kW；

KS—建筑单位面积负荷密度，Wm2； S—建筑面积，m2。

在方案设计阶段多采用单位指标法。 (2) 各类建筑物的单位指标

普通民用建筑如宾馆、商场、学校、住宅、办公楼等的单位指标可从现有的电气设计手册中查到，如表3-1所示。

表3-1 各类建筑物单位指标

建筑类单位建筑类单位指标别 办公 公寓 旅馆

（W/m） 30～50 40～70

校

一般：商

业

体育

40～80 大中型：70～130

40～70 演播室

250～500

2

别 医院

高

（W/m） 12～20 40～70 20～40

2

40～80 中小学

展览馆 50～80

11

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剧场 50～80 汽车库 ～18 53.2.2 需要系数法

(1) 需要系数法的计算公式

需要系数法是用设备容量乘以需要系数和同时系数，直接求出计算负荷[4]。其公式如下：

PjsKcPe （3-2）

式中，Pjs—有功计算负荷，kW；

Pe —设备总容量，kW；

Kc—需要系数。

需求系数和用电设备的工作性质、设备台数、设备功率及功能的充分利用有关。前三者是相对固定的因数，最后一个是不确定的因素。因此，在取值中包含一定份量的经验数据成分，各国的值不相同，即使在同一个国家的不同时期和地区，值也会有所变化。

在施工设计阶段，大多采用需要系数法。如果用电设备台数较多，各台设备容量相差不多时，可以采用需要系数法，一般适用于干线、配电所的负荷计算。民用建筑的负荷大都采用需要系数法进行计算的，这种方法比较简便，所以应用广泛。 (2) 各类建筑物的需要系数

一般民用建筑的需要系数一般可从现有的电气设计手册中查到，如表3-2所示。

建筑类别 住宅 办公 商业

表3-2 各类建筑物需要系数

需求系数 建筑类别 需求系数 0.40.5 0.70.8 0.7～12

综合楼 ～

高校

～

医院

0.550.65 0.60.7 0.6～～～

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0.8

体育 剧场

0.65～0.7 0.60.7

3.2.3 二项式系数法

0.65

餐饮 加工业

0.80.85

～

0.40.45

～～

由于需要系数法没有考虑在同一组负荷中一些容量特别大的设备，所以对负荷计算是有影响的，不能满足大容量设备的需要，因此提出了二项式系数法。其公式如下：

PjsbecPn （3-3）

式中，Pjs—有功计算负荷，kW；

Pe—用电设备总容量，kW； Pn—n台最大的设备容量之和，kW；

b、c—二项式系数。

由于二项式系数法即考虑了设备组的平均负荷，又考虑了设备组中几台大容量设备运行时的附加负荷。所以此法只适用于设备台数较少而且容量相差较大的低压分支线及干线的负荷计算。

由于需要系数法较为实用，只需要将用电设备按工作类别分组乘以相对应的需要系数即可直接得出计算结果，所以在动力、照明负荷计算中可以采用需要系数法确定变电所内动力变压器的容量。

3.3 地铁变配电负荷计算

进行负荷计算时首先需要确定用电设备的容量，本设计参考苏州轨道交通2号线的某一车站的技术数据。

13

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3.3.1 动力负荷

根据专业系统，可以将动力用电设备划分为通风空调、给排水、消防、弱电、 运输、安全防护和其它等七个负荷组成，如表3-3所示。各个设备负荷的需要系数参照民用建筑电气设计手册的值选取。

表3-3 各类动力设备容量

总容负荷类K cos 序号 设备名称 量 型

1 通风空1187. 调系统 6

① 隧道风440 0.8 0.75 I

机

② 排热风150 0.8 0.75

I 机

③ 回排风74 0.8 0.75

I 机

④ 小系统11.8 0.8 0.75

I 新风机

⑤ 小系统46.8 0.8 0.75

I 排风机

⑥ 组合空88 0.8 0.75

I 调机组

⑦ 空气处27 0.8 0.75

I 理机组

⑧ 冷水机280 0.9 0.7

III 组

⑨ 冷冻泵 60 0.8 0.75

III

⑩ 电动组10 0.7 0.6 I 合风阀 2 给排水167

系统

① 冷却塔 19 0.8 0.75

III

② 冷却泵 30 0.8 0.75

III

③ 废水泵 57 0.8 0.75 I ④ 污水泵 12 0.8 0.75 II ⑤ 雨水泵 9 0.8 0.75 II ⑥ 电热开40 1 0.7 III

水器

3 消防系61

统

e

14

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① ② ③

消火栓泵 喷淋泵

15 30

0.8 0.8 0.8 0.8 0.8

0.75 0.75 0.8 0.8 0.8

I I I I I

气体灭16 火

4 弱电系105

统

① BAS、FAS 10 ② ③

AFC 通信

20 20

0.8 0.8 I

续表3-3 各类动力设备容量

总容负荷类K cos 序号 设备名称 量 型

④ 信号 25 0.8 0.8 I

⑤ 公共无30

0.8 0.8 I 线

5 运输系120.8

统

① 自动扶108 0.5 0.6

II 梯

② 直升电12.8 0.5 0.4

II 梯

6 安全防48

护系统

① 屏蔽门 30 0.7 0.6

I

② 门禁、卷18 0.8 0.6

I 帘门

7 其他 60 ① 检修 60 0.6 0.35 III 负荷总1749.

计 4

其中I类1118.

负荷 6 其中II141.8

类负荷 其中III4

类负荷

e

15

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从表3-3可看出，由于变电所处于地下这一特殊性，为了给乘客提供较为舒适的乘车环境,地铁每个车站的通风空调设备数量比较多、容量比较大，其总容量占到地铁动力设备总容量的70%左右，是最主要的负荷类型。 动力负荷计算的方法：

（1） 由于消防泵、喷淋泵、气体灭火等消防负荷远远小于火灾时予以切除的III类负荷，因此进行负荷计算时，可以不考虑消防负荷。

（2）除消防负荷以外，对上表所列的其余六个负荷组按照需要系数法进行负荷计算；由于功率因素不完全相同，要分别按需要系数及计算出有功功率和无功功率，再相加求得计算视在功率。计算公式如下： ①计算有功功率

Pjs1Kc1Pe1

Pjs2Kc2Pe2

... （3-4）

PjsnKcnPen

式中，Pjs1—通风空调系统等七个系统下的第一个用电设备有功负荷，kW；

Pjs2—通风空调系统等七个系统下的第二个用电设备有功负荷，kW；

Pjsn—通风空调系统等七个系统下的第n个用电设备有功负荷，kW；

Kc1—通风空调系统等七个系统下的第一个的需要系数； Kc2—通风空调系统等七个系统下的第二个的需要系数； Kcn—通风空调系统等七个系统下的第n个的需要系数； Pe1—通风空调系统等七个系统下的第一个的设备总容量，kW； Pe2—通风空调系统等七个系统下的第二个的设备总容量，kW； Pen—通风空调系统等七个系统下的第n个的设备总容量，kW。

②计算无功功率

Qjs1Pjs1tg1

Qjs2Pjs2tg2

... （3-5）

QjsnPjsntgn

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式中，Qjs1—通风空调系统等七个系统下的第一个的用电设备无功负荷，kVar； Qjs2—通风空调系统等七个系统下的第二个的用电无功负荷，kVar；

Qjs3—通风空调系统等七个系统下的第n个的用电无功负荷，kVar；

Pjs1—通风空调系统等七个系统下的第一个用电设备有功负荷，kW；

Pjs2—通风空调系统等七个系统下的第二个用电设备有功负荷，kW；

Pjsn—通风空调系统等七个系统下的第n个用电设备有功负荷，kW；

tg1—通风空调系统等七个系统下的第一个用电设备阻抗角正切值； tg2—通风空调系统等七个系统下的第二个用电设备阻抗角正切值。 tgn—通风空调系统等七个系统下的第n个用电设备阻抗角正切值。 ③计算视在功率

SjsPjs1Pjs2...Q2js1Qjs2...212 （3-6）

式中，Sjs—用电设备的总视在功率。 ④计算综合功率因数

-1Qjs1Qjs2...coscostg （3-7）

Pjs1Pjs2...式中，cos—综合功率因数。

根据以上各式得出以下结果，如表3-4所示。

表3-4 动力计算负荷

序设备名号 称 1 通风空

总容量（kW） 1187.

计算有功功率P(kW)

js计算无功功率Q(kVar)

js875.3 17

607

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调系统 2 给排水系统 3 消防系统 4 弱电系统 5 运输系统 6 安全防护系统 7 其他

负荷总计 负荷 II类负荷 III类负荷 视在功率

6 167 61 105 120.8 48 60 1749.4

7.9 85.7 326.8

600.9 132.9 183.2 1512

18

6 141.8 4

123.4 不计 84 69.9 28.8 21 1202.4

71.6 不计 63 121.1 26.5 27.9 917

其中I类1118.

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综合功率因

数

3.3.2 照明负荷

0.795

地铁照明主要由站厅照明、站台照明、区间照明、事故照明和广告照明等组成，如表3-5所示。

表3-5 车站照明容量

照明种总容量负荷类

cos K 序号

类 （kW） 型

c1 2 3 4 5

站厅照明 站台照明 区间照明 事故照明 广告照明 负荷总计 其中I

68 35 16 18 90 227 18

0.95 0.95 0.9 1 0.95

1 1 1 1 1

II II II I III

类负荷

续表3-5 车站照明容量

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序号

照明种总容量类 II类负荷 III类负荷

90 （kW） 119

cos

Kc

负荷类型

因为地铁处于地下环境，所有的照明必须全部启用，所以表3-5中需要系数Kc均为1。根据式3-4～3-7照明计算负荷，如表3-6所示。

表3-6 车站照明负荷

计算有功功计算无功功序号 照明种总容量率Pjs(kW) 率Q(kVar)

js类

1 2 3 4 5

站厅照明 站台照明 区间照明 事故照明 广告照明 负荷总计

（kW） 68 35 16 18 90 227

68 35 16 18 90 227

22.3 11.5 7.8 0 29.6 71.2

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其中I类负荷 II类负荷 III类

18 119 90

18 119 90

0 41.6 29.6 237.9 0.954

负荷

视

在功率 综合功率因数

3.3.3 综合计算负荷

根据以上计算的结果，可以计算出地铁车站的综合计算负荷，如表3-7所示。

表3-7 车站综合计算负荷

序号 1 2

总计算有功功计算无功功

负荷种类 容

量

动力

1749.4

1202.4 227 1429.4 807.9 21

917 71.2 988.2 600.9

率Pjs(kW)

率Q(kVar)

js照明 227 总计 197

6.4

其中I类113

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负荷 6.6 II类负荷 260

.8

III类负579

荷

视在功率

综合功率因数

3.3.4 无功功率补偿

由表3-3可以看出，地铁动力设备中有大量的风机、水泵、电梯等，这些设备的功率因数大都在0.8以下，因此导致整个配电系统的功率因数较低。功率因数的降低不仅会引起有功损耗，也会造成电压降落，影响供电质量。按国家供电规则要求，高压供电用户功率因数要求在0.9以上。因此，采用无功补偿、提高功率因数是必不可少的。

一般在地铁降压变电所采用低压集中自动补偿方式，每段0.4kV母线上装设电容自动补偿装置，对系统进行无功功率补偿，使补偿后的功率因数大于0.9。无功补偿原理和无功补偿矢量图如图3-1、3-2所示。

I204.7 416.8

174.5 212.8 1737.7 0.823

ICRUICL12UI2ILI1

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图3-1 无功功率补偿原理图 图3-2 无功补偿矢量图

补偿容量可按下式求得：

QcPjstg1tg2 （3-8）

式中，Qc—补偿容量，kVar；

Pjs—有功功率之和，kW； tg1—补偿前功率因数角正切值；

tg2—补偿后功率因数角正切值；

Pjs、tg2、tg1均为已知，经计算Qc=300kVar。

目前国内大多采用自愈式金属化全膜电容器代替旧式的油浸电容器，它具有体积小、重量轻、介质损耗低、安全性能高等优点，国产型号主要有BMMJ型，进口产品有ABB公司的CLMD型等。CLMD型电容器具有高容量和放电速度快的特点，单台容量可达83kVar，放电速度可在断开电源一分钟后端电压下降到50V。

3.4 本章小结

由于地铁变电所和普通的变电所负荷计算有所区别，所以本次设计是参照苏州地铁某变电所进行计算的。

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4 变压器的选择

我国地铁设计规定：配电变压器的容量选择应满足一台配电变压器退出运行时，另一台配电变压器能负担供电范围内远期的一、二级负荷。

因此地铁降压变电所应配备两台容量相等的配电变压器，按照供电范围内的一、二级计算负荷选择容量。在进行变压器容量计算时，还应考虑参差系数，计算公式如下：

PjsPPjs （4-1）

QjsPQjs （4-2） 式中，Pjs—变压器总的低压侧有功功率, kW；

Qjs—变压器总的低压侧无功功率，kVar；

PQjsjs— 一、二级计算有功功率之和，kW； — 一、二级计算无功功率之和，kVar；

p—有功参差系数，0.85～0.95；

Q—无功参差系数，0.90～0.97。

这里取p=0.9，Q=0.95，而Pjs、Qjs在表3-7中已经求出(Qjs还应计入无功补偿容量Qc)，因此根据上式可以求得：

Pjs=911.3kW

Qjs=451.6kVar Sjs=1017kVA

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单台变压器运行时负载率＜100%，因此选用标称容量S=1250kVA的变压器，其负载率为81%。

上面选择变压器容量时未考虑三级负荷，因此还需根据三级负荷对变压器容量进行校验如下：

正常运行过程中，两台配电变压器同时运行，共同承担一、二、三级负荷。因此正常运行时配电变压器总容量为2500kVA，根据表4.7可知车站综合视在功率1737.7kVA，在不考虑参差系数的情况下，配电变压器负载率为70%。

因此无论在两台配电变压器同时运行，还是任意一台因故退出运行，均能够满足供电要求。单台变压器运行时负载率＜100%，因此选用标称容量S=1250kVA的变压器。

地铁降压变电所配电变压器首选SC型环氧树脂干式变压器。它具有良好的电气和机械性能、较高的耐热等级，并且是一种安全可靠、环保节能型新产品，能适应多种恶劣环境。通过使用环氧树脂干式变压器可减少维护工作量和增强安全性，同时环氧树脂干式变压器较好的超铭牌运行能力和抗短路能力，将给安全供电带来可靠的保证。因此选择变压器型号为SC10-1250KVA/35KV/0.4KV型。

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5 变电所主接线设计

牵引变电所（含开闭所、降压变电所）的电气主结线，是由主变压器、高压电器和设备等各种电器元件和连接导线所组成的接受和分配电能的电路。电气主结线反映了牵引变电所的基本结构和功能。在运行中，它能表明与高压电网连接方式、电能输送和分配的关系以及变电所一次设备的运行方式，成为实际运行操作的依据；在设计中，主结线的确定对变电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护装置和计算、自动装置和控制方式选择等都有重大影响。此外，电气主结线对牵引供电系统运行的可靠性、电能质量、运行灵活性和经济性起着决定性作用。

电气主接线应该满足以下要求：

①首先应保证电力牵引负荷，运输用动力、信号负荷安全、可靠供电的需求和电能质量。主接线应在变压器接线方式、谐波无功补偿和调压方面采取有效的改善电压质量措施。

②还要具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。现代技术的自动装备和监控自动化系统的应用对提高主接线的运行灵活性和可靠性都是很有利的。

③应有较好的经济性，力求减少投资和运行费用。在可能和充分论证的条件下，可采取按远期规划设计主接线规模、分期实施投资、增加设备，达到最好的经济效益。

④接线应该尽量简洁明了，并有发展和扩建的余地。

降压变电所一般设在车站的负荷中心，担负本车站和相邻区间的全部动力、照明用电供应。因为地铁动力、照明负荷大多为一、二级负荷，所以降压变电所必须按两路电源供电设计。

各个降压变电所的两路电源分别由主变电所、电源开闭所或相邻变电所的35kV不同母线引入，接至两段母线。降压变电所35kV侧接线采用单母线分段，设置断路器。

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正常运行时，两路 35kV进线电源分别向两段母线供电，断路器打开，两段母线分段运行；当一段母线进线电源失电时，进线断路器分闸，断路器自动合闸。

35kV开关柜内设过电压保护。每段母线分别设一组电压互感器和避雷器，电压互感器用于母线电压测量和断路器检测电压自投，避雷器用于系统过电压保护。

降压变电所设两台 35kV/0.4kV配电变压器，分别来自不同35kV母线上，配电变压器容量按一、二级负荷备用容量考虑。低压母线为单母线分段运行方式，设开关，平时分段运行。当一台配电变压器退出运行时，可自动或手动投入开关，由另一台变压器提供全部一、二级负荷用电。

进线开关、开关之间应实现互锁，保证在任何情况下三台开关不同时处于合闸状态（母线故障时不允许开关自动投入）。当任一进线电源故障导致开关跳闸或其中一台变压器检修时，另一台变压器只能提供全部一、二级负荷用电而必须切除三级负荷，否则会导致变压器超负荷运行而跳闸；因此，设置三级负荷总开关，将三级负荷均置于该开关下级，同时两台进线开关和三级负荷总开关之间实现联动，断开两段母线上的三级负荷总开关后，开关才能合闸。

牵引变电所设两台35kV/1500V整流变压器，来自相同的35kV母线上，低压母线为单母线运行方式。其主接线图如下。

图5-1 电气主接线图

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6 短路计算

地铁供配电系统要求安全，可靠，不间断地供电，以保证地铁正常的运行，但是由于各种原因，系统难免出现故障，其中最严重的故障就是短路。所谓短路，是指供配电系统正常运行之外的相与相或相与地之间的短接。

6.1 短路计算的必要性

造成短路的原因主要有：

（1）电气设备存在隐患，如设备的绝缘材料自然老化，绝缘材料机械损伤，设备缺陷未被发现和消除，设计安装有误等。

（2） 运行，维护不当，如不遵守操作规程而发生误操作，技术水平低，管理不善等。 （3）自然灾害，如雷电过电压击穿设备绝缘，特大风，冰雪，地震等引起的线路损坏，断线等。

短路的危害：由于短路后电路的阻抗比正常运行时电路的阻抗小得多，所以短路电流比正常电流一般要大几十倍甚至几百倍。在大的电力系统中，短路电流可达到几万安甚至几十万安。在电流急剧增加的同时，系统中的电压降大幅度下降。所以短路的后果往往都是破坏性的。 短路的危害

（1）元件发热：热量与电流的平方成正比，所以强大的短路电流将引起电机，电器及载流导体的发热。由于短路电流很大，即使流过的时间很短也会使这些元件引起不能允许的过热，而招致损坏。

（2）短路电流引起很大的机械应力。电流流过导体时产生的机械应力与电流的平方成正比。在短路刚发生后，电流达到最大值（即所谓的冲击电流），这时机械应力最大。如果导体和它的固定支架不够坚韧，可能遭到破坏。 （3）破坏电气设备正常运行。 短路计算的目的

（1）为了选择有足够机械稳定度和热稳定度的电气设备。

（2）要合理地配置各种继电保护和自动装置并准确确定其参数，必须对

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电力网发生的各种短路进行计算和分析。

（3）在设计和选择电力系统和电气主接线时，在比较各种不同的方案的接线图，确定是否采用短路电流的措施等，都要进行必要的短路计算。

（4）进行电力系统暂态稳定计算，研究短路时对用电客户工作的影响等。也包含一部分短路计算。

（5）确定电力线路对通信线路的影响等。

6.2 短路计算

短路电流的计算方法有欧姆法（又称有名单位制法），标么值法（又称相对单位制法）和短路容量法。欧姆法属于最基本的短路电流计算法，但标么值法在工程设计中应用广泛。其实短路计算是否合理，首先是看短路计算点选择是否合理。这涉及到短路计算的目的。用来选择校验电气设备的短路计算，其短路计算点应选择为使电气设备可能通过最大短路电流的地点，一般来讲，用来选择校验高压侧设备的短路计算，应选择高压母线为计算短路点。用来选择校验低压侧设备的短路计算，应选择低压母线为短路计算点。但如果线路装有限流电抗器（用来短路电流），则选择校验线路设备的短路计算点，应选在限流电抗器之后。

由于用标么值法计算短路计算可以使计算简便，且结果明显，便于迅速及时地判断计算结果的正确性。所以本次设计采用标幺值法计算。

6.2.1 变压器等值电抗计算

（1）35KV侧基准值,标幺值计算

取Sb=100MVA Ub1=37KV（规定Ub1.05Un) (b表示基准值、n表示额定值)

Ib1Sb1001.56KA3UB1337Ub13713.69 3Ib131.56Un1350.946Ub137Zb1U1*（2）0.4KV侧基准值,标幺值计算

同样，取Sb=100MVA Ub2=0.42KV

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Ib2Zb2U2*Sb100137.5KA3Ub230.42Ub20.421.7 3Ib23137.5Un20.40.952Ub20.426.2.2 短路点的选择

在正常接线方式下，通过电器设备的短路电流为最大的地点称为短路计算 点，比较断路器的前后短路点的计算值，比较选取计算值最大处为实际每段线路上短路点。基于该原则选取短路点如下：

35KV线路上短路点为F3,F4，0.4KV线路上短路点为F1,F2。如图6-1所示。

图6-1短路点标示图

由于35kv侧架空线路长度为5km，0.4kv侧电缆线路为2km，则 架空线路电抗值：X10.452

电缆线路电抗值：X20.0820.16

5.53535Xt53.9变压器的电抗值：

1001250

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(1)F1短路点的计算

Z110.1841.0922U*0.946IF1Ib111.561.35KA

Z11.092(2)F2短路点的计算

Z210.1841.184IF2Ib1U1*0.9461.561.25KA Z21.184(3)F3短路点的计算

Z31IF3Ib2U1*0.952137.113.5KAZ31

(4)F4短路点的计算

Z40.50.51IF4Ib2

U1*0.952137.113.5KA Z41短路点

短

表6-1 短路点电流汇总

F1 F2 F3 1.3

1.25KA

F4 13.5KA

13.5KA

路电流 5KA

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7 电气设备的选择

导体和电器的选择设计、必须执行国家的有关技术、经济的，并应做到技术先进、安全可靠、运行方便和适当的留有发展余地，以满足电力系统安全经济运行的需求。

（1）应满足正常运行，检修，短路和过电压情况下的需求，并考虑到远景发展需要。

（2）按当地环境条件校核。 （3）应力求技术先进和经济合理 （4）选择异体时应尽量减少品种

（5）扩建工程应尽量使新老电器型号一致

（6）选用新产品，均应具有可靠的试验数据，并经正式鉴定合格。 （7）选择的高压电气设备应满足各项电气技术要求。 （8）结构简单、体积小、质量轻，便于安装和检修。

（9） 在制造厂给定的技术条件下，能长期可靠地运行，有一定的机械寿命和电气寿命。

7.1 配电线路的选择

由于地铁处于地下这一特殊环境，地铁普遍采用电缆进行配电。从降压变电所、电控室的低压开关柜到各动力设备配电室，一般采用电缆配电，从动力配电箱到动力设备可采用电缆或电线配电。根据配电系统要求（TN-S系统）以及

设备电源要求，一般用三～五芯电缆或电线。配电线路选择要按以下要求[24]： (1) 符合工作电压的要求。

(2) 选择导体截面，应符合下列要求：

①线路电压损失应满足用电设备正常工作及起动时端电压的要求； ②按敷设方式及环境条件确定的导体载流量，不应小于计算电流； ③导体应满足动态稳定与热稳定的要求；

④导体最小截面应满足机械强度的要求，固定敷设的导线最小芯线截面应符合表7-1的规定。

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表7-1 固定敷设的导线最小芯线截面

2最小芯线截面（mm） 敷设方式 铜芯 铝芯

裸导线铺设于绝10 10 缘子上

绝缘导线铺设与 绝缘子上 1.0 2.5 室内 L≤1.5 2.5 2m 2.5 4 室外 L≤4 6 2m 6 10 室内外 2＜L≤6m

6＜L≤16m

16＜L≤25m

绝缘导线穿管敷1.0 2.5

设

绝缘导线槽板敷1.0 2.5

设

绝缘导线线槽敷0.75 2.5

设

塑料绝缘护套导1.0 2.5 线扎头直敷

(3) 沿不同冷却条件的路径敷设线路时，当冷却条件最坏段的长度超过5m应按该段条件选择绝缘导线和电缆的截面，或只对该段采用大截面的绝缘导线和电缆。

(4) 线缆的允许载流量，应根据敷设处的环境温度进行校正，温度校正系数可按下式计算：

tt K10 （7-1）

t1t2式中，K—温度校正系数 ；

t1—导体最高允许工作温度(℃)，式中为常量； t0—敷设处的环境温度(℃)；

t2—导体载流量标准中所采用的环境温度(℃)，式中为常量。

(5) PE线最小截面应符合如表7-2所示的规定。

表7-2 PE线最小截面 相线截面面PE线最小截面22

积S（mm） （mm）

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S≤16m 16＜L≤35m S＞35 S 16 S／2 (6) 地铁车站采用的电缆要特别注意对电缆材料性能的要求，必须是低烟无卤电缆。低烟即要求燃烧时烟尘较小，其烟雾透光率达60%以上；无卤即当发生火灾时，不产生有毒的酸性气体。

7.2 断路器的选择

高压断路器是主系统的重要设备之一。它的主要功能是：正常运行时，用它来倒换运行方式，把设备和线路接入电路或退出运行，起着控制作用；当设备或线路发生故障时，能快速切除故障回路、保证无故障部分正常运行，能起保护作用。断路器选择和校验的原则就是：按正常工作状态选择，按短路状态校验。

交流牵引负荷侧由于故障跳闸频繁，操作次数多，从减少运行维修工作量考虑，本设计35KV侧选用断路器，0.4KV侧选用真空断路器。

7.2.1 高压侧断路器的选取

1、最大长期工作电流按变压器过载1.3倍考虑

Igmax1.3IgSn12501.326.8A3Un335额定电压选择：UUN35KV 额定电流选择：IIgmax26.8A 开断电流选择：IKIF313.5KA

本次设计中，35kV侧采用户外型的配电装置，故采用户外式真空断路器，参考《变电设备合理选择与运行检修》，比较各种35kV的高压断路器，采用型号为SW2-35/1000型的少油断路器，该型号断路器结构简单，开断能力强，寿命长，操作功能齐全，无爆炸危险，维修简便，适用于城乡电网配电装置中电气设备的控制和保护，尤其适用于开断重要负荷及频繁操作的场所。 SW2-35/1000型断路器的参数如表7-3。

表7-3 SW2-35/1000型断路器的参数

型额额开断开极限通过固有合号 定定容量断电流（KA) 分闸闸

电电（MV电峰值 有效值 时间时压流.A) 流(S) 间

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（K（AV） )

SW2-35 35

1000

1500

2、短路关合电流的校验

（KA）

24.8

63.4

39.2

0.06

（S)

0.4

由表7.3查出SW2-35/1000型号的断路器的极限通过电流为63.4KA，而

所以，满足要求。

Iesish1.92IF336.3KA

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3、校验短路时的热稳定性 热稳定性校验就是校验It2tQk

It2t31.5243969Qk6.[(KA)2•S]

所以，热稳定性满足要求。

7.2.2 低压侧断路器的选取

1、最大长期工作电流

IgmaxSn12501802.2A3Un30.4额定电压选择：UUN0.4KV 额定电流选择：IIgmax1802.2A 开断电流选择：IKIF11.35KA

极限通过电流的选择：Iesish1.92IF13.63KA

根据参考《变电设备合理选择与运行检修》，比较各种0.4KV断路器，采用型号为LN-10/2000型真空断路器。

LN-10/2000型断路器的参数如表7-4。

表7-4 LN-10/2000型断路器的参数

型额额开极限通过固有合号 定定断电流（KA) 分闸闸

电电电峰值 有效值 时间时压流流(S) 间（K（A（K（SV） ) A） )

LN-10 10

2、短路关合电流的校验

由表7.4查出SW2-35/1000型号的断路器的极限通过电流为43.5KA，而

Iesish1.92IF13.63KA

2000 40 110 43.5 0.06 0.06

所以，动稳定性满足要求。 3、校验短路时的热稳定性 热稳定性校验就是校验It2tQk

It2t31.5243969Qk3.45[(KA)2•S]

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所以，热稳定性满足要求。

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7.3 隔离开关的选择

隔离开关是变电站中常用的开关电器设备，一般配有电动及手动操动机构，单相或三相操作，它需要与断路器配套使用。但隔离开关无灭弧装置，不能用来接通和切断负荷电流和短路电流.

隔离开关的工作特点是在有电压、无负荷电流情况下分、合线路。其主要功能为以下三点。

①用于隔离电源，将高压检修设备与带电设备断开，使其间有一明显可看见的断开点。 ②隔离开关与断路器配合，按系统运行方式的需要进行倒闸操作，以改变系统运行接线方式。

③用以接通或断开小电流电路。

7.3.1 高压侧进线侧隔离开关的选择

1.最大的持续工作电流为：

Sn125020.6A

3Un335额定电压选择：UUN35KV

Igmax额定电流选择：IIgmax20.6A 开断电流选择：IKIF313.5KA

极限通过电流的选择：Iesish1.92IF336.3KA

根据参考《变电设备合理选择与运行检修》，比较各种35KV隔离开关，采用型号为GN2-35T/400-52型隔离开关。

GN2-35T/400-52型隔离开关的参数如表7-5。

表7-5 GN2-35T/400-52型隔离开关的参数 型号 额额极限通热稳定电

定定过电流 流（KA) 电电峰值（KA) （5S) 压流（K（AV） )

GN2-35 400 52 51 35T

2、短路关合电流的校验

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由表7.5查出GN2-35T/400-52型隔离开关的极限通过电流为52KA，而

Iesish1.92IF336.3KA

所以，动稳定性满足要求。 3、校验短路时的热稳定性

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热稳定性校验就是校验It2tQk

It2t31.5243969Qk6.[(KA)2•S]

所以，热稳定性满足要求。

（2）由于0.4KV侧电压比较低，所以就不再配备隔离开关。

7.4 电流互感器的选择

电流互感器在电力系统中被广泛采用，工作原理与变压器相似。其特点有以下两点。 （1）电流互感器一次绕组串联在电路中，并且匝数很少，故一次绕组中的电流完全取决于被测电路的负荷电流，而与二次电流大小无关。

（2）电流互感器二次绕组所接仪表的电流线圈阻抗很小，所以正常情况下电流互感器在近于短路状态下运行。 1、种类和形式的选择

选择互感器时，应根据其安装地点（如室内、室外）和安装方式（如穿墙式、支持式、装入式等）选择其型式。3--20KV室内配电装置的电流互感器，应采用瓷绝缘或树脂浇注绝缘结构；35KV及以上配电装置宜采用油浸瓷箱式绝缘结构的式电流互感器；有条件的安装于断路器或者变压器瓷套管内，且准确级满足要求时，应采用价廉且动热稳定性好的套管式电流互感器。 2、一次回路额定电压和电流的选择 （1）一次回路额定电压 一次回路额定电压UN应满足下式

UNUSN （7-1）

其中，UN-电流互感器一次回路允许的最高工作电压,KV USN-该回路最高运行电压，KV （2）一次回路额定电流

一次回路额定电流I1N应满足下式

I1NIMAX （7-2）

其中，I1N-电流互感器一次回路允许的最大工作电流,KA IMAX-该回路最大电流，KA

当电流互感器用于测量、计量时，其一次额定电流应尽量选择行比回路中正常工作电流大1/3左右，以保证测量仪表的最佳工作；并在正常工作时使仪表指示在刻度尺的3/4最佳位置，过负荷时能有适当的指示。 （3）二次额定电流的选择

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电流互感器的二次额定电流有5A和1A两种，强电系统一般选5A，弱电系统用1A，当配电装置距离控制室较远时亦可考虑用1A。 3、准确级的选择

0.2级一般用于精密测量，0.5级用于电能计量，1级用于盘式指示仪表，3级用于过电流保护，10级用于非精密测量及继电器，D级用于差动保护。 4、额定容量的选择

电流互感器的额定容量S2N是指电流互感器在额定二次电流I2N和额定二次阻抗

Z2N下运行时二次绕组输出的容量

S2NI2N2•Z2N （7-3）

由于电流互感器的额定二次电流为标准值，为了便于计算，厂家常提供电流互感器的

Z2N值。

5、热稳定性校验

电流互感器适时热稳定电流应大于或等于系统适中时的短路时的适时热稳定电流，

It2tQk （7-4）

6、动稳定性校验

电流互感器动稳定可按式

ImaxIb （7-5）

校验，Imax-电流互感器允许通过的最大动稳定电流 Ib-系统短路冲击电流

7.4.1 高压侧电流互感器的选择

1、一次回路电压选择：UNUSN35KV 一次回路电流选择：I1NIMAX1.320.626.8A 准确级选择：选择准确级为0.5级

参考《变电设备合理选择与运行检修》，选择型号为LMC-35的电流互感器，该产品为瓷绝缘式，具有优良的绝缘性能。其技术参数如表7-6。

表7-6 LMC-35的电流互感器技术参数

型额定准确二次短路时动稳定电号 电流度等负荷热稳定流（KA)

比（A） 级 （) 电流

（KA)

42

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LMC15-10-35 00/5

0.5 2 6.3 42

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2、动稳定性校验

由表7.5查出LMC-35的电流互感器的动稳定电流为42KA，而

Iesish1.92IF336.3KA

所以，动稳定性满足要求。 3、校验短路时的热稳定性 热稳定性校验就是校验It2tQk

It2t6.324158.8Qk6.57[(KA)2•S]

所以，热稳定性满足要求。

7.4.2 低压侧电流互感器的选择

1、一次回路电压选择：UNUSN0.4KV

一次回路电流选择：I1NIMAX1.31802.22342.9A 准确级选择：选择准确级为0.5级

参考《变电设备合理选择与运行检修》，选择型号为LMC-10的电流互感器，该产品为瓷绝缘式，具有优良的绝缘性能。其技术参数如表7-7。

表7-7 LMC-10电流互感器的技术参数

型额定准确二次短路时动稳定电号 电流度等负荷热稳定流（KA)

比（A） 级 （) 电流

（KA)(1S）

LMC3000/0.5 1.2 22 18 -10 5

2、动稳定性校验

由表7.5查出LMC-35的电流互感器的动稳定电流为18KA，而

Iesish1.92IF13.63KA

所以，动稳定性满足要求。 3、校验短路时的热稳定性 热稳定性校验就是校验It2tQk

It2t22241936Qk38.95[(KA)2•S]

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所以，热稳定性满足要求。

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7.5 电压互感器的选择

目前，电力系统广泛应用的电压互感器有电磁式和电容分压式两种。其工作原理与变压器相同，基本结构也是铁心和原、副绕组。特点是容量很小且比较恒定，正常运行时接近于空载状态。 1、型式的选择

10kV配电装置一般采用绝缘结构，在高压开关柜中，可采用树脂浇注绝缘结构，当需要零序电压时，一般采用三相五柱电压互感器；35-110kV配电装置一般采用绝缘结构电磁式电压互感器。 2、额定电压的选择

电压互感器一次绕组额定电压U1N应根据互感器的高压侧接线方式来确定其相电压或者相间电压。额定电压按表7-8进行选择。

表7-8 电压互感器额定电压选择参数表

型式 一次电压（V） 二次电第三绕组电压(V)

压(V) U单相 接于一次 中性点非直接接地1003 相电压上 31003，100/3

中性点直接接地 100

接在线电U 100 -- 压上 三相 U 100 100/3

LLL3、准确级的选择

电压互感器用于主变压器计量时选用0.2级，用于一般电能计量选用0.5级，用于测量控制选用0.5级，用于电压测量不应低于1级，用于继电保护不应低于3P级。

7.5.1 高压侧电压互感器的选择

参考《变电设备合理选择与运行检修》，选择JDZF9—35型电压互感器，该系列电压互感器为全封闭环氧树脂浇注绝缘结构。其技术参数如表7-9

型号

表7-9 DZF9—35型电压互感器技术参数

额定电压（KV） 二次绕组额定容量

（V•A)

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JDZF9—35

电保护用。

一次二次辅助0.2 0.5 绕组 绕组 绕组

35/3 0.1/3 0.1/3 100 150

6P 300

适于在额定频率为50HZ、额定电压35kV的户内电力系统中，做电压、电能测量及继

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7.6 熔断器的选择

熔断器是最简单的保护电器，它用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。按安装条件及用途选择不同类型高压熔断器如屋外跌开式、屋内式。对于一般的高压熔断器，其额定电压必须大于或等于电网的额定电压，额定电流必须大于回路的最大工作持续电流，开断电流必须大于或等于短路冲击电流。在设计中，熔断器只用于保护电压互感器 ，其只需按额定电压及断流容量两项来选择。当短路容量较大时，可考虑在熔断器前串联限流电阻。 35KV侧熔断器的选择

选择RN2—35/500型跌开式熔断器，额定电压35kV，满足要求，断流容量500MVA，，大于短路容量300,满足要求。最大开断电流85kA，大于短路冲击电流36.3kA，满足校验。

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8 防雷、接地、消防设施的设计

变电所基础保护设施包括防雷、接地、消防等设施。

8.1 防雷设计

雷电引起的大气过电压将会对电器设备和变电所的建筑物产生严重的危害，因此，在变电所和高压输电线路中，必须采取有效的防雷措施，以保证电器设备的安全。运行经验表明，当前变电所中采用的防雷保护措施是可靠的，但是雷电参数和电器设备的冲击放电特性具有统计性，故防雷措施也是相对的，而不是绝对的。

变电所的雷电危害主要来自两个方面：一个是直接雷击变电所的建筑物、构筑物或装设在露天的设备，强大的雷电冲击电流通过被击物泄放入地时，引起机械力破坏和热破坏；另外一个是雷电感应产生的高电压波沿输电线路侵入变电所内，使主要电气设备对地绝缘击穿或烧毁。所以对于直接雷击破坏，变电所一般采用安装避雷针或者避雷线保护，对于沿线路侵入变电所的雷电侵入波的防护，主要靠在变电所内合理地配置避雷器。

防雷的设备主要有接闪器和避雷器。其中，接闪器就是专门用来接受直接雷击（雷闪）的金属物体。接闪的金属称为避雷针。接闪的金属线称为避雷线，或称架空地线。接闪的金属带称为避雷带。接闪的金属网称为避雷网。

避雷器是用来防止雷电产生的过电压波沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，以免危及被保护设备的绝缘。避雷器应与被保护设备并联，装在被保护设备的电源侧。当线路上出现危及设备绝缘的雷电过电压时，避雷器的火花间隙就被击穿，或由高阻变为低阻，使过电压对大地放电，从而保护了设备的绝缘。避雷器的型式，主要有阀式和排气式等。

由于地铁变电所大多建在地下站台层，所以基本不设避雷针，主要是避雷器的设计。目前在新建或技术改造的变电所中，一般都选用氧化锌避雷器，作为电力变压器等电气设备的大气过电压、操作过电压及事故过电压的保护设备。氧化锌避雷器与阀型避雷器相比，具有残压低、无续流、通流容量大、性能稳定和动作迅速等优点。

(1）按额定电压选择35KV系统最高电压40.5KV，相对地电压为40.5/3=23.4kV，避雷器相对地电压为

1.25•U1.2540.550.6KV

取避雷器额定电压为53kV。

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(2）按持续运行电压选择 35kV系统相电压23.4kV,选择氧化锌避雷器持续运行电压40.5kV，此值大于23.4kV。

(3)标称放电电流的选择,35kV氧化锌避雷器标称放电电流选择5A。

(4)雷电冲击残压的选择,35kV额定雷电冲击外绝缘峰值耐受电压为185kV，内绝缘耐受电压为200kV，计算避雷器标称放电电流引起的雷电冲击残压为

UbleU200143KVKC1.4选择氧化锌避雷器雷电冲击电流下残压（峰值）为134kV。

(2)校核陡坡冲击电流下的残压 35kV变压器类设备的内绝缘截断雷电冲击耐受电压为220kV，计算陡坡冲击电流下的残压为

UbleU220157KVKC1.4选择陡坡冲击电流下残压（峰值）为154kV。

(6)操作冲击电流下的残压 35kV变压器线端操作波试验电压为170kV，计算变压器35KV侧操作冲击电流下的残压为

UbleU170148KVKC1.4选择操作冲击电流下峰值残压为148kV。

根据上述计算和校核，选择Y5WZ—53/134型氧化锌避雷器能满足35kV侧变压器的过电压保护要求。

8.2 接地设计

电气设备的某部分与大地之间做良好的电气连接，称为接地。埋入地中并直接与大地接触的金属导体，称为接地体，或称接地极。专门为接地而人为装设的接地体，称为人工接地体。兼作接地体用的直接与大地接触的各种金属构件、金属管道及建筑物的钢筋混凝土基础等，称为自然接地体。连接接地体与设备、装置接地部分的金属导体，称为接地线。接地线在设备、装置正常运行情况下是不载流的，但在故障情况下要通过接地故障电流。

接地线与接地体合称为接地装置。由若干接地体在大地中相互用接地线连接起来的一个整体，称为接地网。其中接地线又分为接地干线和接地支线。接地干线一般应采用不少于两根导体在不同地点与接地网连接。

由于地铁的接地包括接地干线、接地支线、接地母排等组成。接地干线采用

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50×4mm2的扁钢连接，接地支线采用50×4mm2的扁钢连接，接地支线与接地干线的链接采用搭接焊，焊接宽度不小于接地干线宽度的2倍。

8.3 消防设施的设计

火灾发生时消防设备的正常运行对于人员安全疏散、控制火势蔓延、减少火灾损失有十分重要的作用。因此消防设备的电气配电线路配电系统应满足可靠性、耐火性、安全性、有效性、科学性的要求，以保证火灾时消防设备供电不会中断，保证人身安全，保证供电持续时间，确保供电质量并力求系统接线简单，投资少、运行费用低。 在对消防电气配线的具体设计过程中，以《地铁设计规范》、《民用建筑设计防火规范》为主，同时兼顾《民用建筑电气设计规范》。根据不同的消防设备，其配电线路应选用耐火配线或耐热配线。消防设备的耐火配线是指按照时间－温度标准曲线对消防设备配电线路进行试验，从受到火的作用起，到火灾升温达到840℃时，在30min内仍能继续有效供电的线路；消防设备的耐热配线是指按照时间－温度标准曲线的1/2曲线，对消防设备配电线路进行试验，从受到火的作用起，到火灾升温达到380℃时，在15min内仍能有效供电的线路。地铁消防设备配电线路的具体防火设计，应分不同系统考虑各自消防设备的耐火、耐热配线方案。 (1) 消火栓泵、喷淋泵配电线路

消火栓系统加压泵、水喷淋系统加压泵等消防水泵的配电线路包括消防供电电源干线和各水泵电动机配电支线两部分。水泵房供电电源应为双电源末端切换，由降压变电所低压配电柜直接提供。消防供电电源干线应采用耐火配线，水泵电动机配电支线路可采用耐热配线，条件许可时也可采用耐火配线。 (2) 防排烟系统的配电线路

防排烟系统包括送风机、排烟机、70℃防烟防火阀、280℃排烟防火阀、电动组合风阀等各类阀门以及送风口、排烟口等装置。它们一般布置较为分散，其配电线路防火既要考虑供电主回路，也要考虑联动控制线路。防排烟装置配电线路应选用耐火配线，联动和控制线路也应采用耐火配线。另外，根据规范要求，分支线不得穿越不同的防火分区。

(3) 防火卷帘门、常开防火门配电线路

在火灾初期，防火卷帘门起着人员疏散、防止火灾蔓延的作用，所以配电线路应可靠。防火卷帘门电源引自同一防火分区内带双电源切换的配电箱，分配后向各防火卷帘门专用控制箱（该控制箱设在防火卷帘门顶部）供电，供电方式采用放射式。当防火卷帘门的水平配电线较长时，应采用耐火配线，以确保火灾时仍能可靠供电并使防火卷帘

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门有效动作，防止火势蔓延。常开防火门配电一般应采用耐火配线，以确保发生火灾时，常开防火门能够可靠关闭，防止火势蔓延。 (4) 气体灭火、FAS配电线路

卤代烷等灭火设备以及FAS控制盘的电源由双电源末端切换供给，采用耐火配线。 (5) 矿物绝缘电缆

根据国内外电线、电缆产品的发展和对电气线路的保护方式的研究结果，对消防设备的耐火配线应优先选用矿物绝缘电缆。矿物绝缘电缆（Mineral Insulated Cables）是由铜芯、铜护套和氧化镁绝缘等全无机物组成的电缆。因其采用独特的制造方式，使氧化镁绝缘材料高度紧密地压实在电缆的无缝铜护套中，与铜芯、铜护套共同形成密实的一体，因而具有良好的耐火、耐高温、载流量大、防水、耐腐蚀、耐机械损伤、耐辐照及电磁相容性、美观大方等特点，同时该电缆在火灾条件下不会放出任何烟雾、卤素及有毒有害气体。同时矿物绝缘电缆的铜护套可作为地线使用，与其它类型相比可减少一根芯线，容易安装，加之使用寿命长，因此在消防设备的电气配线中采用矿物绝缘电缆会产生良好的经济效益和社会效益。

由于矿物绝缘电缆可以从根本上解决电气线路的安全问题，国际上很多国家的有关建筑物标准和规范对在哪些场合和部位一定要用矿物绝缘电缆，在哪些场合或部位推荐使用都有详细明确的规定。英国国家标准BS5839建筑物的火灾探测和报警系统(Fire detection and alarm systems)，澳大利亚国家标准AS2941-1995固定消防装置-泵站系统（Fixed Fire protection installations pump set systems）和AS2293建筑物中应急疏散照明（Emergency evacuation lighting in buildings）、美国国家标准NFPA70国家电气法规（National Electrical code）都将矿物绝缘电缆列入作为规定或推荐选用的菜单中，而且规定在火灾时间较长的情况下使用的，则应选用矿物绝缘电缆。

我国一些新的电气设计规范，如 《地铁设计规范》、《高层民用建筑设计防火规范》也有明确规定在一些重要的电气线路或场所宜采用矿物绝缘电缆。通过这些新的设计规范的实施，我国对矿物绝缘电缆的使用会有一个很大的发展，从而为在火灾情况下消防设备的正常运行、人员的疏散和营救提供有力的技术保障。

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9 照明系统的设计

9.1 地铁照明分类和设置

与地面建筑相比，地铁最大的特点是没有天然采光，主要依赖人工照明。地铁的照明使用时间长、照度和可靠性要求高，特别是地铁照明能耗占电力能耗的比重大。因此，在地铁照明设计需合理选用光源、灯具及照明控制方式，提高照明质量和节能效果。

地铁照明分为车站一般照明、车站应急照明、区间工作照明、区间应急照明、广告照明和安全照明；其中应急照明为一级负荷，车站一般照明、区间工作照明、安全照明为二级负荷，广告照明为三级负荷。

(1) 一般照明：分为公共区域照明和设备管理用房照明，其中公共区域照明集中管理、统一控制，车站附属房间及设备用房照明就地控制，由单独回路供电。公共区域照明的每个分区都采用两路电源交叉供电方式，当一路电源故障时，另一路可维持50%的照明。在运营高峰过后可以停掉一部分支路，以便于节约照明用电。夜间列车停运后把一般照明关闭，依靠应急照明。

(2) 应急照明：为确保车站出现故障时能顺利、安全地疏散旅客，在地下车站设置220kV蓄电池组（供电时间≥60min），在两路交流电源都失去电压的情况下，向应急照明供电。应急照明正常情况下由交流电源供电，当交流电源停电时自动切换到蓄电池组供电。应急照明在车站的站厅、站台及出入口为常明灯，不设集中控制；车站附属房间及设备用房采用就地控制。

(3) 区间照明：单线隧道设置于行车方向左侧墙上，分工作照明和应急照明，每隔5m设置一盏11W荧光灯，两种照明相间布置。

(4) 安全照明：降压变电所电缆夹层、站台板下电缆通道及高于地1.8m的风道设置安全照明，采用36V安全电压，照明变压器设于相应层照明配电室内。 (5) 广告照明：为设于公共区域和出入口的广告灯箱供电。 照明设置

(1) 站厅层、站台层公共区域及出入口通道设有一般照明、应急照明和广告照明。 (2) 以下重要生产房屋设事故照明。环控机房、环控电控室、AFC控制室、通信设备室、消防泵房、照明配电室、信号设备室、防灾报警室、车站控制室、站长室、降压变电所、蓄电池室、烟络尽及公共无线室。

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(3) 在车站站厅层、站台层的北、南端各设置一间照明配电室，负责车站公共区、出入口通道及设备管理用房的照明配电及控制。区间照明由设在区间隧道口的照明总配电箱及控制。

(4) 每间照明配电室设两台一般照明总箱、一台应急照明箱和一台广告照明箱。两台工作照明总配电箱电源分别引自降压变电所两段不同的0.4kV母线，广告照明总配电箱电源引自降压变电所III段母线，事故照明总配电箱电源引自蓄电池室直流屏。

(5) 车站公共区照明采用双电源分组同时供电的方式，要求每层不同母线送出的电源向照明设备交叉供电，保证任一段母线送出回路故障时，故障线路所在层的照明最多只受到1/2的影响。同时也避免了因电源投切时，发生全部场所暂时全暗的可能性。 (6) 车站设备及管理用房照明自成系统，与车站公共区照明分开，减少故障时的相互影响。

(7) 为防止两路电源同时失电，另设应急照明，应急照明由车站蓄电池室直流屏供电。 地铁照明配电系统如图9-1所示。

35/0.4kV降压变压器35/0.4kV降压变压器I段II段直流屏广告照明一般照明一般照明事故照明照明配电室

图9-1 地铁照明配电系统图

9.2 地铁照明控制方式

(1) 公共区一般照明控制箱的接线端子预留与BAS专业的接口，可在车站BAS控制室、照明配电室或降压变电所控制。

(2) 管理用房照明为就地控制或照明配电室控制。 (3) 应急照明可在蓄电池室或照明配电室控制。

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(4) 降压变电所电缆夹层、站台板下电缆通道安全照明在相应层配电室控制。 (5) 广告照明可在降压变电所或照明配电室控制。 (6) 区间工作照明在降压变电所或就地控制。

9.3 地铁照明灯具选用和布置

（1）灯具选用

灯具选择的主要技术指标是光源的光效、寿命、显色性。地铁照明总的特点是被照面积大、照明时间长、照度标准高，耗电量大、节能问题十分突出。因此，要求照明光源具有光效高、寿命长的特点。另外，为了识别物体及提高视觉的舒适感，对光源显色性也有一定的要求。基于以上原则，地铁车站在站厅层、站台层公共区域的大面积照明场合以荧光灯为主，应急照明采用白炽灯与应急荧光灯。此外，为提高功率因数，灯具采取分散进行无功功率补偿。

由于白炽灯使用寿命低、耗能多、表面温度高，在满足照明质量的前提下，从节约能源及降低运营费用的角度考虑，苏州地铁2号线一期工程区间照明光源改用H型节能荧光灯。该灯管的功率仅11W，与60W白炽灯的光通量相当。H型灯管光源的寿命为3000小时，而白炽灯的寿命仅为1000小时。经过经济技术比较，采用H型灯管光源不仅可大大节省能源，而且可以节约运行维护费用。 （2）灯具布置

地铁车站照明属于以功能为主的明视照明，灯具布置以均匀布置为主，以满足照度均匀要求。同时，为了达到一定的艺术效果，灯具布置与建筑形式和谐、相互协调，与顶部结构有机结合。

灯具布置有直线、交错、对称等。在无吊顶的场合，灯具安装采用吸顶式；对于有吊顶的场合，灯具安装采用嵌入式、半嵌入式，避免灯具突出，从而使空间更显得整齐、美观、开阔。照明配电系统如图9-2所示。

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公共区照明箱（一）电源引自降压变电所段母线公共区照明箱（二）一般照明总箱（一）公共区导向照明箱1号入口照明箱电源引自降压变电所负荷母线公共区广告照明（一）公共区广告照明（二）广告照明箱I1号入口广告照明设备房照明箱2号入口广告照明公共区事故照明（一）公共区事故照明（二）电源引自降压变电所段母线公共区照明箱（三）一般照明总箱（二）公共区照明箱（四）2号入口照明箱电源引自蓄电池室直流屏设备厂房事故照明（一）事故照明箱 轨道区事故照明II1号入口事故照明2号入口事故照明图9-2 照明配电系统

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10 结论

地铁工程是一项复杂的、多专业的综合性工程。随着我国现代化步伐的加快，各大城市建设地铁的需要日益高涨。地铁极大地增强了城市整体的配套能力，已成为城市交通现代化的重要标志之一。有关专家认为，地铁将和房地产、汽车一起，成为推动我国经济发展的三大亮点。本设计主要针对目前我国地铁的发展水平，以苏州地铁2号线工程为背景，对地铁变配电系统的设计进行分析研究。

本设计的主要研究成果是从地铁变配电系统设计的四个主要问题入手，详细分析了变配电系统的组成和功能，结合实际工程案例给出了完整的设计方案。总的来说，本文在地铁变配电系统的工程设计研究中完成了如下工作：

(1) 地铁负荷计算的探讨与分析。研究了地铁负荷计算问题，给出了可供地铁变配电负荷计算的地铁单位容量指标建议值和需要系数建议值，并结合实例进行了具体的分析计算。

(2) 地铁总体配电方案的工程设计研究。深入研究了地铁变配电系统的特征，给出了实际工程的总体配电方案。根据地铁变配电系统的特点以及城市电网所能提供的外部电源，分析了中压配电网络、降压变电所的功能和构成，分别给出了三种设计方案。 (3) 地铁动力配电系统的工程设计研究。阐述了地铁动力负荷划分及供电要求，论述了地铁动力配电系统设计原则、配电线路设计、电气设备选择以及防雷、消防保护装置的应用。

(4) 地铁照明配电系统的工程设计研究。研究分析了地铁照明的特点，给出了地铁照明配电及其控制方式、照明质量、灯具选用等设计方法。

以上研究成果对地铁变配电系统的设计与施工，并提高其可靠性、安全性、经济性，具有一定的参考意义。

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致 谢

本次设计的工作是在我的导师封海潮老师的悉心指导下完成的，封老师严谨的治学态度和科学的工作方法给了我极大的帮助和影响。在此衷心感谢封老师对我的关心和指导。

这次通过对牵引降压变电所主接线的设计，实在是让我受益匪浅，此次课程设计之后，我对供变电的一般设计原则、方法有了更进一步的认识，分析问题、解决问题的能力又有了进一步的提高，这对我今后的学习和发展都有一定的帮助。

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参考文献

[1] 谭秀炳．交流电气化铁道牵引供电系统．成都：西南交通大学出版社，2007．3． [2] 建设部工程质量安全监督与行业发展司,中国建筑标准设计研究院．全国民用建筑工程设计技术措施电气[M].北京中国计划出版社,2003

[3] 林永顺．牵引变电所（第二版）．北京：中国铁道出版社，2006．2． [4] 中华人民共和国国家标准.地铁设计规范[M].北京:中国计划出版社,2003

[5] 李士峰.浅谈地铁供电系统及动力照明设计[J].铁道勘察与设计,2003,(5):40-43 [6] 向东.广州地铁三号线动力及照明系统设计[J].电工技术杂志,2003,(9):40-41 [7] 张秉佶.上海地铁2号线车站动力照明设计[J].地下工程与隧道,2002,(1):51-54 [8] 李宗文，徐英雷．基于Lonwork技术的地铁变电站自动化系统[J]．电气化铁道，2005，（6）:47-49

[9] Rake V A,Unman M A,Fenmandez M I,et al . Direct lighting strikes to the lightning protective system of a residential building ,IEEE Transactions on Power Delivery,2002,17(2):575-586

[10] 王文义,祝福.等电位联结的应用[M].电气应用,2006,(1):139-141 [11] 黄建.发展中的中国上海轨道交通[J].世界轨道交通,2004,(1):23-24

[12] 王之佩,余建平,何善瑾.上海城市轨道交通供电系统布局规划[J]．上海电器技术，2005,(2): 22-26

[13] 何建枝.地铁环控设备的供电和控制[J].建筑电气,2004,(1):9-11

[14] 中华人民共和国国家标准.低压配电设计规范[M].北京:中国计划出版社,1999 [15]西北电力设计院.电力工程电气设备手册电气一次部分[S].北京:中国电力出版社，1999.

[16]西北电力设计院.电力工程电气设计手册电气一次部分[S].北京:中国电力出版社，1996.

[17]中国建设部.35～110KV变电所设计规范.北京：中国计划出版社，1993. [18]丁毓山等.中小型变电所实用设计手册.北京:中国水利水电出版社，2004. [19]邹有明.现代供电技术.北京:中国电力出版社，2008. [20]周泽存.高电压技术[M].北京:中国电力出版社，2007.

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附录1 电气主接线图

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河南理工大学毕业设计（论文）说明书

附录2 平面设计图

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