一種城市軌道交通牽引供配電系統供電電纜的選型方法
2023-06-08 09:04:21 4
一種城市軌道交通牽引供配電系統供電電纜的選型方法
【專利摘要】本發明公開了一種城市軌道交通牽引供配電系統供電電纜的選型方法，屬於城市軌道交通牽引供配電設計領域。本發明針對現有供電電纜設計中未充分考慮由電纜充電電容引起的串並聯諧振問題，提出了一種以公用電網背景諧波電壓和牽引整流機組諧波電流的頻率分布，以及諧波電流放大係數和諧波電壓放大係數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等效諧波計算模型及其簡化模型，繪製以諧波次數、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係數和諧波電壓放大係數的曲線圖。本發明從根本上避免了電纜充電電容的諧波串並聯諧振，對其他供配電系統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供電電纜的選型方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及城市軌道交通牽引供配電系統的設計方法，尤其涉及一種城市軌道交 通牽引供配電系統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中供電 電纜承擔了電力連接和動力傳輸等重要任務。由於城市軌道交通牽引供配電系統工作的復 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中最為重要的部件之一，同時 也是事故多發部位和安全隱患集中部位。
[0003] 由於城市軌道交通牽引供電系統供電電纜長度較長、電纜的等效充電電容較大， 常在牽引供電系統負荷較小時出現無功倒送現象。同時城市軌道交通牽引供配電系統的諧 波分布複雜，極易在某諧波頻率上出現因電纜充電電容容抗、系統阻抗、變壓器阻抗和負荷 阻抗引起的串並聯諧振現象，造成諧波放大，影響城市軌道交通牽引供電系統的安全穩定 運行。完善的城市軌道交通牽引供配電系統電力電纜設計是系統安全穩定運行的重要保 證。
[0004] 目前電力電纜的設計重點多在電纜參數上，如導體材質、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、絕緣水平、絕緣材質、絕緣厚度、外護套材質、 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，並沒有針對城市軌道交通牽引供配電系統的工作特殊性和複雜性，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，國內關於城市軌道交通牽引供配電系統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，並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串並聯諧振問題。因此，為保證城市軌道交通供配電系統安 全穩定運行，對城市軌道交通牽引供配電系統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串並聯諧振，是目前城市軌道交通牽引供配電設計中亟需解決的問 題。
【發明內容】
[0006] 為克服現有技術的缺陷，解決上述技術問題，本發明公開了一種城市軌道交通牽 引供配電系統供電電纜的選型方法。該方法能夠消除供配電系統中串並聯諧振的安全隱 患，並且具有較高的計算效率和廣泛的適用性。
[0007] 本發明的技術方案為： 一種城市軌道交通牽引供配電系統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和主變電所參數，包括城市軌道交通用戶 與公用電網的聯接方式、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，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，包括牽引變電所的地理分布、牽引變壓器參 數、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；牽引變壓 器參數包括額定容量、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對稱運行、左右單元參數不對稱 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，包括降壓變電所和跟隨變電 所的地理分布和變壓器參數；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，35kV/0. 38kV降壓變壓器和跟隨變壓器的參數，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 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)，所述背景諧波電壓^?^來源於電力公司 對所述PCC點電能質量數據的常年監控和統計； 1牽引供配電系統的諧波電流頻率分布：對於由2組12脈整流器（RCT1和RCT2)構成 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:
【權利要求】
1. 一種城市軌道交通牽引供配電系統供電電纜的選型方法，其特徵在於步驟如下： (1) 選定城市軌道交通用戶的進線電源參數和主變電所參數； (2) 選定所述主變電所所屬各牽引變電所參數，包括所述各牽引變電所的地理分布、牽 引變壓器參數、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，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； (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的諧波電流頻率分 布； (5) 建立牽引供配電系統等效諧波計算簡化模型； (6) 計算牽引供配電系統的諧波電流放大係數 I,和諧波電壓放大係數^，然後繪製以諧波次數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係數和諧波電壓放大係數的曲線圖； (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並聯諧振點避開背景諧波電壓頻率和牽引整流機組產生的諧 波電流頻率；若所述串並聯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 據所述諧波電流放大係數和諧波電壓放大係數的曲線圖調整電纜長度7和單位長度充電 電容G以最大幅度降低諧波電流放大係數和諧波電壓放大係數為準繩，選出最優的35kV 供電電纜的電纜長度和單位長度充電電容。
2. 按照權利要求1所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統供電電纜的選型方法，其 特徵在於所述步驟（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的llOkV母線PCC點時，電力公司對所述PCC點的電能質 量數據的常年監控和統計。
3. 按照權利要求1所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統供電電纜的選型方法，其 特徵在於所述步驟（4)中確定所述牽引供配電系統的諧波電流頻率分布的步驟如下： (4a)用傅立葉級數表示牽引整流機組的A相瞬時輸入電流； (4b)繪製所述牽引整流機組A相瞬時輸入電流的頻譜圖，確定牽引供配電系統的諧波 電流頻率分布。
4. 按照權利要求1所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統供電電纜的選型方法，其 特徵在於所述步驟（5)中所述牽引供配電系統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並聯電阻為、等效到35kV的主變電所llOkV母 線PCC點的等效並聯電抗Is.4、等效到35kV的主變電所llOkV母線PCC點的等效串聯電 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 統的諧波電流0
、牽引供配電系統的等效電阻<4和牽引供配電系統的等效電抗 等效並聯電阻為^與等效並聯電抗Ixa並聯，其並聯點分別與等效串聯電阻和背 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並聯於地和等效串聯電 阻*?ir.a之間；其中，A表示諧波次數。
5. 按照權利要求4所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統供電電纜的選型方法，其 特徵在於所述步驟（6)中諧波電流放大係數》：4和諧波電壓放大係數的計算步驟如下： (6a)根據下述公式（9廣（11)計算所述步驟（5)中所述供配電系統等效諧波計算簡化 模型中各元件參數：
其中，務c為牽引供配電系統最小短路容量，單位# 為牽引供配電系統35kV額定 電壓，單位kV 為諧波次數；
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35kV額定電壓，單位kV 為諧波次數； 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； (6b)根據下述公式（12)計算諧波電流放大係數1：4和諧波電壓放大係數:
其中，Zia和Zifjs分別為35kV牽引供配電系統總進線的各次諧波電流之和和 35kV母線各次諧波電壓之和，為牽引供配電系統的諧波電流,為背景 諧波電壓。
6. 按照權利要求5所述的一種城市軌道交通牽引供配電系統供電電纜的選型方法，其 特徵在於所述步驟（6)中所述曲線圖包括A曲線即諧波電流放大係數-諧波次數曲線 和曲線即諧波電壓放大係數-諧波次數曲線，所述曲線圖的繪製步驟如下： (6c)固定35kV供電電纜的單位長度充電電容G繪製不同供電電纜長度/下的t -A 曲線，即諧波電流放大係數-諧波次數曲線； (6d)固定35kV供電電纜的電纜長度人繪製不同單位長度充電電容C下的曲線， 即諧波電流放大係數-諧波次數曲線； (6e )固定35kV供電電纜的單位長度充電電容G繪製不同供電電纜長度/下的沁- A 曲線，即諧波電壓放大係數-諧波次數曲線； (6f)固定35kV供電電纜的電纜長度人繪製不同單位長度充電電容C下的沁-曲線， 即諧波電壓放大係數-諧波次數曲線。
【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 優先權日:2014年8月1日
【發明者】周文, 段曉波, 胡文平, 李曉軍, 王磊, 饒群, 王生彬, 毛志芳 申請人:國家電網公司, 國網河北省電力公司電力科學研究院, 河北省電力建設調整試驗所