现代有轨电车中压供电网络

（1）中压网络构成与分区

1）中压网络构成。沈阳浑南新区现代有轨电车线路中压网络采用单环网接线形式，中压网络进、出线开关均采用断路器。

2）中压网络供电分区。本工程中压供电网络共设置11个供电分区，见表4-3。

表4-3 供电分区布局

（2）中压供电网络运行方式 沈阳浑南新区现代有轨电车项目中压供电网络包括两种运行方式：正常运行方式和故障运行方式。

1）正常运行方式。当供电系统外电源、供电系统线路和供电系统设备均处于正常工作状态时，全线11座开闭所进线开关与环网馈线开关处于合闸位置，相邻供电分区之间的应急联络开关处于分闸状态。

2）故障运行方式。当供电系统因外部因素导致开闭所进线电源退出运行时，该开闭所外电源进线失电，该路进线开关失压跳闸，相邻供电分区应急联络开关合闸位置，开启扩展供电，由相邻开闭所的进线电源承担本供电范围内的供电负荷。

为了统一并简化中压网络运行方式，中压网络末端与D2开闭所不承担相邻供电分区外电源失电时的应急支援，仅当本开闭所外电源失电时，闭合相邻供电分区的应急联络开关。其余开闭所当外电源失电时，闭合环网上行方向上的应急联络开关。

当由于非外部因素导致开闭所一路进线电源退出运行时，环网末端母线分段开关合闸。

当开闭所一路馈出回路、某一段电缆线路或某一座变电所退出运行时，环网断路器跳闸后，在确认并隔离线路后闭合靠近故障侧的应急联络开关，由另一回路承担区间供电负荷。

（3）中压供电网络潮流计算 潮流计算法是广泛用于电力系统中的一种科学计算法，特别是便于实现计算机仿真计算，从而避免在中压网络分析时因为计算方法而导致增大设计误差。

计算内容包括各变电所母线计算负荷和各变电所母线处电压损失。

计算条件包含以下四部分：

1）在任何运行方式下，变电所承担供电范围内全部动力负荷与牵引负荷。

2）开闭所供电范围内用电负荷同时系数可按照0.9考虑。

3）牵引负荷通过牵引供电计算确定，车站动力照明负荷通过低压负荷计算确定。

4）各变电所母线处的电压损失以为其提供电源的开闭所母线电压为相对基准零点。

5）开闭所电源进线电缆采用WDZB-YJY23-8.7/10-3×300mm²铜芯交联聚乙烯绝缘电缆，中压环网电缆采用WDZB-YJY23-8.7/10-3×150mm²铜芯交联聚乙烯绝缘电缆。中压环网电缆在线路两侧，在电缆槽内敷设，最高环境温度按25℃考虑，按《电力工程电缆设计规范》，电缆允许持续载流量为287A。

潮流计算过程通过软件仿真模拟计算得出，潮流计算结果见表4-4。

表4-4 部分外电源供电分区潮流分布

故障运行方式下，考虑到行车组织中20对/h的高峰时间全日仅有1h，其余运营时间内，行车间隔最高为12对/h，较多情况下为10对/h。因此，在故障运行方式下，若满足高峰小时运量，则中压网络投资增加较大，综合技术经济指标较差。此外，7个开闭所电源回路来自城市电网共用线路，10kV城网电源回路容量不超过12000kV·A，如共用线路回路满足故障运行方式下的高峰小时运量，对共用线路容量占用较大。因此，推荐在故障运行模式下，满足非高峰小时运量12对/h。表4-5为故障运行时部分负荷分配及压降。

通过上述计算结果可以看出，供电系统中中压供电网络最大压降发生在5#外电源失压时，通过闭合位于D1变电所的应急联络开关，由4#城网电源向5#供电分区供电，此时线路末端压降为2.879%，满足国家相关规范的要求。

（4）中压交流短路计算 短路电流计算一直是困扰设计人员的遗留问题，平时大都以经验进行估算。但是，为了提高设计质量，我们通过科学的规定设计边界条件，从而达到安全高效和节能的目的。

表4-5 故障运行时部分负荷分配及压降

对有轨电车系统而言，中压网络需要计算最大运行方式下的三相短路电流、最小运行方式下的两相短路电流，低压配电系统需要计算三相短路电流和单相接地故障电流。

1）计算条件。

外电源进线电缆截面为300mm²。

中压供电网络联络电缆截面为150mm²。

城市电网变电站至开闭所距离按照2000m考虑。

城市电网10kV侧短路容量按照200MV·A考虑。

2）计算过程。结合沈阳浑南新区现代有轨电车项目中压网络接线方式，交流系统短路计算等效网络示意如图4-1所示。

其中F1为城网变电所（10kV）、F2为有轨电车第一级变电所（10kV）、F3为有轨电车第二级变电所（10kV）、F4为有轨电车第二级变电所（0.4kV）。

三相短路电流初始值I″_K的计算：

按照有名单位制计算，三相短路电流初始值I″_K的计算公式如下：

图4-1 短路计算等效网络示意图(www.xing528.com)

若，则应计入有效电阻值R，计算公式如下：

式中 U——短路点所在处的网络平均电压（kV）。

Z——短路回路总阻抗（Ω）；

R——短路回路总电阻（Ω）；

X——短路回路总电抗（Ω）。

其中，Z包括系统阻抗Z₁和电缆阻抗Z₂两部分，电缆阻抗可通过查询手册得到，系统阻抗可通过下式求得：

式中 U_n——系统标称电压（kV）；

S_K——电源侧系统短路容量（MVA）。

三相短路电流峰值i_P的计算和全电流最大有效值I_P的计算如下。

根据短路电流变化可知，短路全电流峰值i_P包含有交流分量i_AC和直流分量i_DC。短路电流直流分量的起始值，短路全电流峰值i_P出现在短路发生后的半周期（0.01s）内的瞬间，其值计算公式如下：

短路全电流最大有效值I_P的计算公式如下：

式中 K_P——短路电流峰值系数，

T_f——短路电流直流分量衰减时间常数（s）(当电网频率为工频时，)；

X——短路回路总电抗（Ω）；

R——短路回路总电阻（Ω）。

单相接地电容电流的计算如下。

10kV电缆电路的单相接地电容电流的计算公式如下：

不同电压等级的单相接地电容电流的估算公式如下：

I_C=0.1U_rl

式中 S——电缆芯数的标称截面（mm²）；

U_r——线路额定线电压（kV）；

l——线路长度（km）；

I_C——接地电容电流（A）。

3）计算结果。

三相稳态短路电流最大值发生在开闭所处，此时短路电流为7.54kA。

三相稳态短路电流最小值发生在线路末端牵引变电所，为B5变电所，距离开闭所6.3km，短路电流值为3.2kA。

（5）系统环网电缆截面选择 中压供电网络环网电缆的选择在满足任何运行方式下全线全部牵引负荷与动力照明负荷的基础上，考虑一定裕度。

在充分考虑电缆截面前提下，选用铜芯、低烟、无卤、B类阻燃的交联聚乙烯护套铠装三芯电缆，并具有防潮防水特性。

外电源电缆截面选择为：WDZB-YJY23-3×300mm²，满足在应急运行方式下，一个开闭所外电源故障时，由本开闭所另一路电源承担区间所有供电负荷。

中压环网电缆选择WDZB-YJY23-3×150mm²。

（6）环网电缆敷设 有轨电车供电系统环网电缆是联系地铁供电系统内各变电所的重要媒介，环网电缆沿有轨电车轨道敷设，是保证地铁供电系统正常工作的主要设施之一。

1）电缆敷设路径。在地面区间供电电缆敷设在线路路基一侧，变电所下设置电缆夹层。

2）电缆敷设方式。环网电缆沿线路一侧的水泥电缆槽内敷设。电缆固定在槽内电缆支架上。穿越平交道口或线路混行路段，电缆采用穿钢管敷设，间隔50m设置手孔井。