牵引供电系统计算.pdf

17供电计算与分析117供电计算与分析供电计算是开展城轨供电系统设计的基础和依据，供电系统的关键电气参数、供电设备的性能指标要求、供电方案的可行性和合理性、继电保护的动作整定值等都需要通过计算来确定和论证。17.1概述城轨供电系统设计的相关计算既有一般性又有特殊性。其一般性主要是指供电系统中交流系统的相关计算，如中低压交流短路计算、保护整定计算、低压负荷计算等，这些计算可以借鉴和利用电气设计手册和规范中已有的计算方法。其特殊性主要是指直流牵引供电系统的相关计算，如牵引负荷计算、牵引网电压水平计算、走行轨对地电位计算、直流短路及保护整定计算等，这些计算则需要根据系统设置情况，建立数学模型并进行推导计算。本章计算内容共分为以下三个部分：1）牵引供电计算，主要包括：牵引整流机组容量计算、牵引网电压损失计算、走行轨对地电位计算等；2）短路及保护整定计算，主要包括：交流系统中低压短路及保护整定计算、直流系统短路及保护整定计算等；3）直流牵引供电系统参数选择计算，主要包括：牵引整流机组各项特性参数计算、直流快速断路器各项参数计算、直流牵引供电回路时间常数计算等。本章对以上相关计算的意义、内容和方法进行说明和分析，并着重对计算原理与方法进行阐述。计算公式主要来源于两个方面：一是设计规范和手册中规定和推导出的理论计算公式；二是由工程经验总结出的而实践证明又适用于城轨供电系统设计的经验计算公式。为便于理解和掌握计算公式，在介绍完计算方法后给出了相关计算示例。需要说明的是，在城轨供电系统的实际设计中，不同工程其计算条件、内容和过程不尽相同，但是各种计算的基本方法和原理应该是一致的。因而在城轨供电系统设计时，应针对具体工程进行具体分析，首先确定实际计算条件，再灵活应用计算公式，最后得到准确计算结果。17.2牵引供电计算牵引供电计算在城轨供电系统的设计工作中占有极其重要的地位，是进行供电系统设计必须进行的一项工作，它关系到供电系统构成、牵引供电方式、牵引变电所设置、牵引整流机组容量等多项系统设计的关键因素。牵引供电系统的列车用电负荷较之一般电网固定负荷有很大差异，除了各负荷的大小随时间变化以外，其位置也是变化的（在线路上往返移动），各负荷之间的相对位置同样也是变化的，这给确定牵引供电系统的各项参数（包括负荷大小）带来了复杂性。17.2.1计算方法简介关于牵引供电计算，当前较常用的有两种计算方法：一种是适用于设计后期的运行图法，另一种是适用于设计前期与后期的平均运量法。这两种方法都是建立在行车牵引计算基础上。运行图法是一种最直接也是最复杂的计算方法，它是依据某个时间线路上正在运行的所有列车的工况（取流、惰行或停站），建立相应的数学模型，然后再对数学模型求解，从而计算出各种系统电气参数。其计算条件是必须具备详细的线路纵断面图、列车运行图以及列车在不同的运行区间的电流曲线、速度曲线和时间曲线。因而，运行图法更适用于初步设计及以后设计阶段。平均运量法则是建立在概率论的基础上。对偶然出现的个体事件，很难发现其规律性，但是对大量的事件群，就会有规律可寻。从统计定义来讲，观察和试验某一事件出现的频率，随着观察或试验次数的增加而呈现出一定的稳定性，即恒定在某一常数附近摆动，这一常数用来表征某一事件的概率。城市轨道交通中运行的车辆，就某一具体运行车辆而言，它可能处于取流状态，也可能处于惰行状态，或处于停站状态。但对于一条线路来说，比如全线有30列车在运行，就这30列车的事件群来说，它既不可能都处于取流状态，也不可能都处于惰行状态。从概率论上讲，应有1/3的列车在取流。在按平均运量法进行牵引供电计算时，其主要参数的平均值与有效值之间的关系应符合方差定律。随着计算机技术的迅速发展，近年来牵引供电计算逐步通过计算机进行模拟仿真计算，这样可以大大提高工作效率和计算准确度。当前，这两种计算方法已被成功应用于国内多家设计单位开发的牵引供电仿真计算软件中。例如，基于运行图法，开发出的“城市轨道交通牵引供电仿真软件URTPSV2.10”，基于平均运量法，开发出的“SUPPLY2000”牵引供电计算软件。这些软件已成功应用于国内外城轨供电系统设计工作中，并取得了理想的效果。17.2.2运行图法1）计算条件利用运行图法进行牵引供电计算时，需要以下计算条件：①线路资料：线路长度、坡度、车站数量、站间距等。②行车资料：运行交路、车辆编组、高峰小时发车对数、发车时间、停站时间等。③列车资料：列车电流曲线、列车速度曲线和列车时间曲线等。④牵引网资料：接触网和走行轨的单位阻抗等。⑤电压参数：牵引变电所空载电压、牵引网额定电压等。2）计算原理运行图法是将供电区段在一定时间段里（如2h）的所有列车运行图（即各列车的t＝f(l)关系曲线）描绘在坐标图上。现以最简单的单线路单边供电为例，