1、（ 论 文 ）- I -常州铁道技术学院毕业设计（论文）年级专业 城市轨道交通运营管理 学生姓名 陈浩然 指导教师 徐群威 评 卷 人 教学地点 2013 年 4 月 6 日- II -摘 要地铁变配电系统提供除电动列车以外所有负荷的电能供应，对地铁的正常运营具有至关重要的作用。在我国加快地铁工程建设，解决公共交通问题的时代背景下，研究地铁变配电系统的工程设计，具有十分的重要意义。首先，本文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。其次，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
2、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。接着，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、 低压电器选择以及微机电动机综合保护装置的应用， 并给出工程案例。最后，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，以及地铁照明设计案例。经 上 海 地 铁M 8线 等 工 程 案 例 的 设 计 表 明 ，本 文 所 研 究 给 出 的 地 铁 负 荷 计 算、 地铁总体配电方案、 地铁动力配电设计以及地铁照明设计的方法， 对 于地铁变配电系统的设计具
3、有一定的参考意义。关键词：地铁；负荷计算；变配电；工程设计（ 论 文 ）- III -AbstractPower transformation and distribution system in subway provides all loads electric energy except electric train, has the very important functions to subways normal operation. Under the background of accelerating construction of subways engineering f
4、or resolving the mass transit problems in our country, the research on project design of power transformation and distribution system in subway is very important.Firstly, the thesis studies the problem of subways load calculation, gives out suggestion values of subways unit target and demand factor
5、for load calculation of subways power transformation and distribution system, analyzes and computes the problems combining with an example. Secondly, this thesis thoroughly studies the characteristics of subways power transformation and distribution system, produces the overall power distribution pl
6、an of actual project. Based on the characteristics of subways 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 respectiv
7、ely. 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. In the
8、end, the thesis analyzes the characteristics of illumination in subway, suggests design measures on illumination power distribution and its controlling modes, illumination qualities, lamp selections as well as the design case of subways illumination.After the M8 subway line in Shanghai, this thesis
9、studies the ways of load calculation, overall power distribution plan, power distribution design as well as illumination design method in subway, which has the certain reference significance for design of subways power transformation and distribution system.Keywords: Subway, Load calculation, Power
10、transformation and distribution， illumination Engineering design- IV -目 录摘 要 .IAbstract .II1 绪论.11.1 地铁变配电系统设计的背景与意义.11.2 地铁变配电系统的现状.11.3 地铁变配电系统的内容与目标.22 地铁变配电设计的负荷计算.42.1 负 荷 计 算 的 目 的 和 方 法 .42.1.1 单位指标法.42.1.2 需要系数法.52.1.3 二项式系法数.62.2 地铁变配电系统负荷计算实例.72.2.1 地铁负荷分类.72.2.2 地铁负荷计算.72.2.3 无功功率补偿.122.2
11、.4 配电变压器选择.132.3 地铁的单位容量指标和需要系数.152.3.1 地铁的单位容量指标.152.3.2 地铁的需要系数.153 地铁总体配电方案的工程设计.163.1 地铁供电系统概述.163.2 地铁中压配电网络.163.2.1 集中供电方式.163.2.2 分散供电方式.183.2.3 混合供电方式.213.3 降压变电所.213.3.1 降压变电所的设置与形式.213.3.2 降压变电所的电气设计.233.4 地铁总体配电工程实例.263.4.1 主变电所和中要求配电网络的设计方案.263.4.2 降压变电所的设计方案.284 地铁动力配电系统的工程设计.31（ 论 文 ）-
12、 V -4.1 地铁动力配电系统的设计原则.314.2 配电线路的设计.314.2.1 配电线路设计的基本要求.314.2.2 消防设备电气配电设计.334.3 低压电器的选择.354.3.1 低压电器选择的基本要求.354.3.2 低压断路器的选用.354.4 微机电动机综合保护装置的应用.374.4.1 装置的功能及配置.374.4.2 装置保护的整定计算.384.5 地铁动力配电设计工程实例.404.5.1 动力配电设计的基本要求.404.5.2 动力设备控制.414.5.3 动力电缆选择.414.5.4 动力配电方式.425 地铁照明配电工程设计.435.1 地铁照明分类.435.2
13、地铁照明配电设计.435.3 地铁照明技术要求.455.3.1 照明标准.455.3.2 照明质量.465.3.3 灯具选型.465.4 地铁照明系统参数计算.475.4.1 平均照度.475.4.2 负荷密度.485.5 地铁照明配电设计工程实例.485.5.1 照明分类和设置.485.5.2 照明控制方式.495.5.3 照明质量和灯具选用.49结 论.51致 谢.52参 考 文 献.53- VI -附录 A 地铁集中式供电系统主接线图 .54附录 B 地铁动力配电系统主接线图 .55附录 C 地铁动力配电平面图 .56附录 D 地铁照明配电系统主接线图 .57附录 E 地铁照明配电平面图
14、 .58（ 论 文 ）- 1 -1 绪论1.1 地铁变配电系统设计的背景与意义随着城市社会经济的不断发展，城市交通的压力越来越大，目前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，广州等多个城市已经明确提出了逐步建立以公交为主体、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，以地面路网和交通设施为基础，建设轨道交通系统、高速公路系统、高架桥系统合理衔接的立体交通网路城市交通发展策略。优先发展大运量轨道交通系统，强化区域间的高效联系，并以轨道交通找点为核心，通过适用于公交优先的道路系统，建立轨道交通与周
15、边地区常规公交的便捷换乘，大力发展区域组团的中心地带，同时将步行系统完善导入，构筑沿轨道交通走廊发展的网状城市结构体系。地铁是地下铁道的简称。它是一种独立的有轨交通系统，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。地铁效率高，无污染，能够实现大运量的要求，具有良好的社会效益。1969年新中国第一条地铁在北京正式通车。进入上世纪90中后期，随着国家经济和技术实力的增强，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或轻轨线路，仅上海市的轨道交通远景规划就有17条线路，总里程达8
16、00多公里，地铁正日益成为人们日常生活中密不可分的一部分 1。地铁的供电系统是为地铁运营提供电能的。地铁列车是电力牵引的电动列车，其动力是电能；此外，地铁中的辅助设施包括照明、通风、空调、排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等，也都依赖电能。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 2。因此，地铁变配电系统的研究对于地铁的发展有着极其重要的意义。1.2 地铁变配电系统的现状进入20世纪90年代，我国城市人口迅速增加，机动车数量快速增加，城市交通堵塞日益严重，城市环境不断恶化。发展城市轨道交通已经成为我国大中城市发展
17、公共交通的根本方针和缓解交通拥堵的最佳选择，城市轨道交通进入了一个快速发展时期，- 2 -建设规模世界上少见。而变配电系统作为城市轨道交通的重要组成，也随着轨道交通的发展而快速发展。我国城市轨道交通变配电系统的发展状况如下：(1) 目前，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。(2) 在供电方面，在地铁车站内一、二、三级负荷同时存在，因此增加了供电的复杂性。不论在高低压的一次、二次接线中，都存在着需要进一步探讨、
18、摸索和在实践中不断总结经验、使之提高的过程。(3) 在动力上，不仅仅是几台风机、几台水泵、几台电梯，而是各成系统，如空调通风系统、给排水系统、消防系统、运输系统；在控制上不是简单的起动、停止，而是就地控制、远方集控、BAS系统自动控制、火警信号控制及连锁控制；起动方式上有直接起动、降压起动、软起动，还有风机、水泵及空调系统的能量自动调节等。(4) 在照明上，照明在适应国情的情况下尽可能与国际接轨；照明质量的要求按照不同的用途，选择不同的色温及显色指数的光源，以产生冷色调、暖色调、中间色调及不同显色性的照明；在灯具形式，既要满足与地铁的装修相协调，又要达到节能的效果；照明的种类也日益增多，有一般
19、照明、房间照明、区间照明、事故照明、出入口照明和广告照明等；不同种类的照明，其供电要求不同，控制方式各异。1.3 地铁变配电系统的内容与目标本文针对地铁变配电系统的特点，以上海地铁M8线一期工程变配电系统设计为实例，深入分析了地铁变配电系统的设计原则和设计要点，研 究解决了负荷计算、总体配电方案、动力配电和照明系统等四个方面工程设计的关键问题，为今后地铁变配电系统的设计提供了参考经验。本文设计的内容如下：(1) 研 究 地 铁 负 荷 计 算 问 题 ， 给 出 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，并结合实例进行具体的分析计算。(2) 深
20、入研究地铁变配电系统的特征，给出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，分析中压配电网络、降压变电所的功能和构成，分别给出三种设计方案。（ 论 文 ）- 3 -(3) 阐述地铁动力负荷划分及供电要求，论述地铁动力配电系统设计原则、配电线路设计、低压电器选择以及微机电动机综合保护装置的应用，并给出工程案例。(4) 研究分析地铁照明的特点，给出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，以及地铁照明设计案例。- 4 -2 地铁变配电设计的负荷计算2.1 负 荷 计 算 的 目 的 和 方 法地铁的实际负荷并不等于所有用电设备的额定功率总和。这是因
21、为用电设备不可能同时全部工作，每台设备也不可能全部满负荷，各种用电设备的功率因数也不可能完全相同。因此，地铁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” 是指这些用电设备在实际运行中所产生的最大热效应与等效负荷产生的热效应相等，产生的最大温升与等效负荷产生的最高温升相等。按照等效负荷，从满足用电设备发热条件来选择各类用电设备，而计算的负荷功率或负荷电流称为“计算负荷”。计算负荷是某一假想的持续负荷，此负荷的热效应与实际变动负荷所产生的最大热效应相等。一般采用30min时间间隔的负荷最大平均值作为计算负荷，它是确定供电容量、电气设备、线材规格、无功补偿、线路压降的依据。计算
22、负荷务求确当，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，增加电压损失而破坏正常的运行条件，甚至引起线路失火，造成重大事故。 反之， 计 算负荷过大，则会引起变压器容量过剩，线 路截面过大， 开关整定电流过高，使工程投资增加，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。计算负荷的正确性，是指实际使用的负荷是否与计算负荷相等。它 取决于以下三方面的因素：第一，取 决于设计是否合理，若 选用的需要系数、 变压器的负载率正确，则在建筑物功能充分发挥时，实际使用负荷应该与计算负荷相接近。第二，取决于运行管理水平，如对设备严格管理，定 期维护检修，在设计合理的前提下， 实际使用负荷应接近于计算负荷。第 三，与需求相适应有关， 对地铁而言，是指客流量是否与规划预期的客流量相符合，如果客流量过小，那么实际使用负荷必定小于计算负荷。事实上，以上三个因素都是不确定因素，因 此负荷计算很难做到高度的准确性，只有参考国内外的相关经验，通过个人知识的积累，严格执行规格规范，进行仔细的计算和比较，才能解决上述难题 3。2.1.1 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 4，其公式如下：
