一種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法，屬于城市軌道交通牽引供配電設計領域。本發(fā)明針對現(xiàn)有供電電纜設計中未充分考慮由電纜充電電容引起的串并聯(lián)諧振問題，提出了一種以公用電網(wǎng)背景諧波電壓和牽引整流機組諧波電流的頻率分布，以及諧波電流放大系數(shù)和諧波電壓放大系數(shù)為基礎的供電電纜的選型方法。技術方案包括建立牽引供配電系統(tǒng)等效諧波計算模型及其簡化模型，繪制以諧波次數(shù)、供電電纜長度及其單位長度充電電容為變量的諧波電流放大系數(shù)和諧波電壓放大系數(shù)的曲線圖。本發(fā)明從根本上避免了電纜充電電容的諧波串并聯(lián)諧振，對其他供配電系統(tǒng)供電電纜的設計與選型具有指導意義。
【專利說明】-種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)的設計方法，尤其涉及一種城市軌道交 通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的設計與選型方法。

【背景技術】
[0002] 隨著我國城市建設的飛速發(fā)展，城市交通壓力不斷增大。為緩解城市交通壓力，城 市軌道交通迅速發(fā)展起來，已成為城市建設的重點。城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)中供電 電纜承擔了電力連接和動力傳輸?shù)戎匾蝿铡Ｓ捎诔鞘熊壍澜煌恳┡潆娤到y(tǒng)工作的復 雜性和特殊性，供電電纜成為城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)中最為重要的部件之一，同時 也是事故多發(fā)部位和安全隱患集中部位。
[0003] 由于城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)供電電纜長度較長、電纜的等效充電電容較大， 常在牽引供電系統(tǒng)負荷較小時出現(xiàn)無功倒送現(xiàn)象。同時城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)的諧 波分布復雜，極易在某諧波頻率上出現(xiàn)因電纜充電電容容抗、系統(tǒng)阻抗、變壓器阻抗和負荷 阻抗引起的串并聯(lián)諧振現(xiàn)象，造成諧波放大，影響城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)的安全穩(wěn)定 運行。完善的城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)電力電纜設計是系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的重要保 證。
[0004] 目前電力電纜的設計重點多在電纜參數(shù)上，如導體材質(zhì)、導體截面積、導電率、導 體最大電阻、最小絕緣電阻、接觸電阻、芯數(shù)、絕緣水平、絕緣材質(zhì)、絕緣厚度、外護套材質(zhì)、 護套厚度、金屬屏蔽、機械強度、平均直徑、彎曲半徑、排列、抑制感應電勢、重量和路徑選擇 等，并沒有針對城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)的工作特殊性和復雜性，在供電電纜的充電 電容和電纜長度方面進行設計和研究。
[0005] 目前，國內(nèi)關于城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜設計方法中，僅考慮了供 電電纜充電電容引起的基波無功倒送問題，并沒有在設計中充分考慮到因供電電纜長度和 單位長度充電電容造成的系統(tǒng)串并聯(lián)諧振問題。因此，為保證城市軌道交通供配電系統(tǒng)安 全穩(wěn)定運行，對城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)的供電電纜長度及其單位長度充電電容值的 設計與選型以避免系統(tǒng)串并聯(lián)諧振，是目前城市軌道交通牽引供配電設計中亟需解決的問 題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為克服現(xiàn)有技術的缺陷，解決上述技術問題，本發(fā)明公開了一種城市軌道交通牽 引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法。該方法能夠消除供配電系統(tǒng)中串并聯(lián)諧振的安全隱 患，并且具有較高的計算效率和廣泛的適用性。
[0007] 本發(fā)明的技術方案為： 一種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法，步驟如下： (1)選定城市軌道交通用戶的進線電源參數(shù)和主變電所參數(shù)，包括城市軌道交通用戶 與公用電網(wǎng)的聯(lián)接方式、PCC (Point of Common Coupling公共連接點，簡稱PCC)點及其 最大與最小短路容量，公用電網(wǎng)在各種運行方式下可能存在的背景諧波頻率分布，liokv主 變電所中110kV/35kV主變壓器參數(shù)，如額定容量、阻抗電壓、空載損耗和負載損耗等； (2) 選定主變電所所屬各牽引變電所參數(shù)，包括牽引變電所的地理分布、牽引變壓器參 數(shù)、牽引整流機組及其可能的運行方式；其中，110kV主變電所所屬各牽引變電所的地理分 布指擬從主變電所35kV至各牽引變電所35kV進線的供電電纜長度與電纜參數(shù)；牽引變壓 器參數(shù)包括額定容量、阻抗電壓、空載損耗和負載損耗等；牽引整流機組指12脈整流器或 24脈整流機組，其可能的運行方式主要包括左右單元參數(shù)對稱運行、左右單元參數(shù)不對稱 運行以及單12脈整流器運行； (3) 選定主變電所所屬各降壓變電所和跟隨變電所參數(shù)，包括降壓變電所和跟隨變電 所的地理分布和變壓器參數(shù)；具體來講，包括110kV主變電所所屬各35kV/0. 38kV降壓變電 所和跟隨變電所的地理分布，擬從主變電所35kV系統(tǒng)至各降壓變電所和跟隨變電所35kV 進線的供電電纜長度與電纜參數(shù)，35kV/0. 38kV降壓變壓器和跟隨變壓器的參數(shù)，如額定容 量、阻抗電壓、空載損耗和負載損耗等； (4) 確定進線電源的背景諧波電壓頻率分布和牽引供配電系統(tǒng)的諧波電流頻率分布， 具體步驟如下： X背景諧波電壓頻率分布：電力公司提供城市軌道交通用戶未接入其所在公共電網(wǎng) 的llOkV母線PCC (Point of Common Coupling公共連接點，簡稱PCC)點時，所述PCC點 的背景諧波電壓^*?!^ (A為諧波次數(shù))，所述背景諧波電壓^?^來源于電力公司 對所述PCC點電能質(zhì)量數(shù)據(jù)的常年監(jiān)控和統(tǒng)計； 1牽引供配電系統(tǒng)的諧波電流頻率分布：對于由2組12脈整流器（RCT1和RCT2)構(gòu)成 的24脈牽引整流機組，按照下述公式（1~4)計算12脈整流器RCT1和RCT2的A相輸入電 流電流和:

【權(quán)利要求】
1. 一種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法，其特征在于步驟如下： (1) 選定城市軌道交通用戶的進線電源參數(shù)和主變電所參數(shù)； (2) 選定所述主變電所所屬各牽引變電所參數(shù)，包括所述各牽引變電所的地理分布、牽 引變壓器參數(shù)、牽引整流機組及其可能的運行方式； (3) 選定所述主變電所所屬各降壓變電所和跟隨變電所參數(shù)，包括所述各降壓變電所 和跟隨變電所的地理分布和變壓器參數(shù)； (4) 確定所述進線電源的背景諧波電壓頻率分布和牽引供配電系統(tǒng)的諧波電流頻率分 布； (5) 建立牽引供配電系統(tǒng)等效諧波計算簡化模型； (6) 計算牽引供配電系統(tǒng)的諧波電流放大系數(shù) I,和諧波電壓放大系數(shù)^，然后繪制以諧波次數(shù)A、供電電纜長度/及其單位長度充電電 容C為變量的諧波電流放大系數(shù)和諧波電壓放大系數(shù)的曲線圖； (7) 選定35kV供電電纜的電纜長度和單位長度充電電容，即完成城市軌道交通牽引供 配電系統(tǒng)供電電纜的選型；選定35kV供電電纜的電纜長度和單位長度充電電容時，應使因 供電電纜充電電容引起的串并聯(lián)諧振點避開背景諧波電壓頻率和牽引整流機組產(chǎn)生的諧 波電流頻率；若所述串并聯(lián)諧振點無法避開所述背景諧波電壓頻率和諧波電流頻率，則根 據(jù)所述諧波電流放大系數(shù)和諧波電壓放大系數(shù)的曲線圖調(diào)整電纜長度7和單位長度充電 電容G以最大幅度降低諧波電流放大系數(shù)和諧波電壓放大系數(shù)為準繩，選出最優(yōu)的35kV 供電電纜的電纜長度和單位長度充電電容。
2. 按照權(quán)利要求1所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法，其 特征在于所述步驟（4)中所述進線電源的背景諧波電壓
頻率分布由城市軌道 交通用戶未接入其所在公共電網(wǎng)的llOkV母線PCC點時，電力公司對所述PCC點的電能質(zhì) 量數(shù)據(jù)的常年監(jiān)控和統(tǒng)計。
3. 按照權(quán)利要求1所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法，其 特征在于所述步驟（4)中確定所述牽引供配電系統(tǒng)的諧波電流頻率分布的步驟如下： (4a)用傅立葉級數(shù)表示牽引整流機組的A相瞬時輸入電流； (4b)繪制所述牽引整流機組A相瞬時輸入電流的頻譜圖，確定牽引供配電系統(tǒng)的諧波 電流頻率分布。
4. 按照權(quán)利要求1所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法，其 特征在于所述步驟（5)中所述牽引供配電系統(tǒng)等效諧波計算簡化模型包括等效到35kV的 主變電所llOkV母線上其他用戶的等效并聯(lián)電阻為、等效到35kV的主變電所llOkV母 線PCC點的等效并聯(lián)電抗Is.4、等效到35kV的主變電所llOkV母線PCC點的等效串聯(lián)電 阻、背景諧波電壓滿
f、供電電纜充電電容的等效容抗、牽引供配電系 統(tǒng)的諧波電流0
、牽引供配電系統(tǒng)的等效電阻<4和牽引供配電系統(tǒng)的等效電抗 等效并聯(lián)電阻為^與等效并聯(lián)電抗Ixa并聯(lián)，其并聯(lián)點分別與等效串聯(lián)電阻和背 景諧波電壓源;連接，所述背景諧波電壓源;另一端接地；等效容抗 Iej、諧波電流源;等效電阻以及等效電抗分別并聯(lián)于地和等效串聯(lián)電 阻*?ir.a之間；其中，A表示諧波次數(shù)。
5. 按照權(quán)利要求4所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法，其 特征在于所述步驟（6)中諧波電流放大系數(shù)》：4和諧波電壓放大系數(shù)的計算步驟如下： (6a)根據(jù)下述公式（9廣（11)計算所述步驟（5)中所述供配電系統(tǒng)等效諧波計算簡化 模型中各元件參數(shù)：
其中，務c為牽引供配電系統(tǒng)最小短路容量，單位# 為牽引供配電系統(tǒng)35kV額定 電壓，單位kV 為諧波次數(shù)；
其中，巧和&分別為列車運行期間最大有功功率和無功功率，單位kW 為牽引供 配電系統(tǒng)35kV額定電壓，單位kV 為諧波次數(shù)； 計算35kV供電電纜充電電容的等效容抗&: m/r
其中，7為供電電纜長度，單位kmf為單位長度充電電容，單位為諧波次 數(shù)； (6b)根據(jù)下述公式（12)計算諧波電流放大系數(shù)1：4和諧波電壓放大系數(shù):
其中，Zia和Zifjs分別為35kV牽引供配電系統(tǒng)總進線的各次諧波電流之和和 35kV母線各次諧波電壓之和，為牽引供配電系統(tǒng)的諧波電流,為背景 諧波電壓。
6. 按照權(quán)利要求5所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統(tǒng)供電電纜的選型方法，其 特征在于所述步驟（6)中所述曲線圖包括A曲線即諧波電流放大系數(shù)-諧波次數(shù)曲線 和曲線即諧波電壓放大系數(shù)-諧波次數(shù)曲線，所述曲線圖的繪制步驟如下： (6c)固定35kV供電電纜的單位長度充電電容G繪制不同供電電纜長度/下的t -A 曲線，即諧波電流放大系數(shù)-諧波次數(shù)曲線； (6d)固定35kV供電電纜的電纜長度人繪制不同單位長度充電電容C下的曲線， 即諧波電流放大系數(shù)-諧波次數(shù)曲線； (6e )固定35kV供電電纜的單位長度充電電容G繪制不同供電電纜長度/下的沁- A 曲線，即諧波電壓放大系數(shù)-諧波次數(shù)曲線； (6f)固定35kV供電電纜的電纜長度人繪制不同單位長度充電電容C下的沁-曲線， 即諧波電壓放大系數(shù)-諧波次數(shù)曲線。
【文檔編號】G06F17/50GK104281736SQ201410375758
【公開日】2015年1月14日 申請日期:2014年8月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月1日
【發(fā)明者】周文, 段曉波, 胡文平, 李曉軍, 王磊, 饒群, 王生彬, 毛志芳 申請人:國家電網(wǎng)公司, 國網(wǎng)河北省電力公司電力科學研究院, 河北省電力建設調(diào)整試驗所