城市軌道交通供電系統(tǒng)

1、城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 第六章第六章 城市軌道交通供電與牽引系統(tǒng)城市軌道交通供電與牽引系統(tǒng) 要點要點: : 2. 城市軌道交通供電系統(tǒng)；城市軌道交通供電系統(tǒng)； 1. 城市軌道交通電力牽引系統(tǒng)；城市軌道交通電力牽引系統(tǒng)；3. 城市軌道交通牽引供電行業(yè)標準；城市軌道交通牽引供電行業(yè)標準； 4. 城市軌道交通牽引供電產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況。城市軌道交通牽引供電產(chǎn)業(yè)發(fā)展概況。 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 6.2.2牽引供電計算的條件及需用參數(shù)牽引供電計算的條件及需用參數(shù) 6.2 城市軌道交通供電系統(tǒng)城市軌道交通供電系統(tǒng)6.2.3 牽引變電所牽引變電所 6.2.4 降壓變電所降壓變

2、電所6.2.5 供電系統(tǒng)的保護供電系統(tǒng)的保護 6.2.6 接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)6.2.7 城軌供電城軌供電SCADA系統(tǒng)系統(tǒng) 6.2.8地下雜散電流及其防護地下雜散電流及其防護6.2.1 概述概述 6.2.9城市軌道車輛用直線感應(yīng)電機城市軌道車輛用直線感應(yīng)電機 6.2.8直流電力牽引系統(tǒng)直流電力牽引系統(tǒng)城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 1. 城市軌道供電系統(tǒng)的構(gòu)成城市軌道供電系統(tǒng)的構(gòu)成 6.2.1 概述概述 城市軌道交通供電系統(tǒng)外部電源主變電所牽引供電系統(tǒng)動力照明供電系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)牽引變電所牽引網(wǎng)系統(tǒng)降壓變電所動力照明城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 1. 電力牽引系統(tǒng)工作原理及能量

3、傳遞過程電力牽引系統(tǒng)工作原理及能量傳遞過程6.1.1 概述概述 車上受電弓牽引變壓器牽引整流器轉(zhuǎn)向架牽引電機機車車輛27.5KV單相接觸網(wǎng)交流直流機械能電能城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)電能從牽引變電所經(jīng)饋電線、接觸網(wǎng)輸送給電動列車，再從電動列車經(jīng)鋼軌、回流線流回牽引變電所。牽引負荷為一級負荷，規(guī)定有兩路獨立的電源雙邊供電，當任何一路電源發(fā)生故障中斷供電時，另一路應(yīng)能保證一級負荷的全部用電。牽引變電所接觸網(wǎng)饋電線回流線電分段電動車組軌道受電器城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 動力照明系統(tǒng)動力照明系統(tǒng)動力照明供電系統(tǒng)由降壓變電所及動力照明組成。每個車站

4、應(yīng)設(shè)降壓變電所，若地下車站負荷較大，一般設(shè)于站臺兩端，其中一端可以和牽引變電所合建成混合變電所；若地面車站負荷較小，可設(shè)一個降壓變電所。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 2. 城市電網(wǎng)對軌道交通的供電方式及負荷等級城市電網(wǎng)對軌道交通的供電方式及負荷等級 城市軌道交通系統(tǒng)的外部電源方案，根據(jù)城市電網(wǎng)構(gòu)成的不同特點，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何種方式，應(yīng)通過計算確定需要負荷之后，根據(jù)城市軌道交通路網(wǎng)規(guī)劃、城市電網(wǎng)構(gòu)成特點、工程實際情況綜合分析確定。 （1）集中式供電：在城市軌道交通沿線，根據(jù)用電容量和線路長短，建設(shè)專用的主變電所，這種由主變電所構(gòu)成的供電方案，稱為集中

5、式供電。上海、廣州、南京、香港、德黑蘭 （2）分散式供電 ：不設(shè)主變電所，而直接由城市電網(wǎng)區(qū)域變電所的35（33）kV或10kV中壓輸電線直接向城市軌道交通沿線設(shè)置的牽引變電所、降壓變電所供電并形成環(huán)網(wǎng)。沈陽地鐵、長春輕軌、大連輕軌、北京城鐵、北京八通線、北京地鐵5號線 （3）混合式供電：將前兩種供電方式結(jié)合起來，一般以集中式供電為主，個別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中式供電的補充，使供電系統(tǒng)更加完善和可靠。北京地鐵一線和環(huán)線城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 城市軌道交通供電系統(tǒng)的負荷等級共分為三個： （1）地下鐵道重要的電力用戶如車站站廳和站臺層的事故救援及照明、電動車輛、通信、信號、

6、防災(zāi)裝置為一級負荷；一級負荷規(guī)定有兩路獨立的電源雙邊供電，當任何一路電源發(fā)生故障中斷供電時，另一路應(yīng)能保證一級負荷的全部用電； （2）車站站廳和站臺層的一般照明、設(shè)備及管理用房照明、出入口照明、一般風(fēng)機、直升電梯、自動扶梯為二級負荷； （3）車站內(nèi)廣告照明、冷水機組及配套設(shè)備、電熱設(shè)備、清潔機械設(shè)備等為三級負荷。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 3. 城市軌道供電系統(tǒng)的功能和作用城市軌道供電系統(tǒng)的功能和作用 城市軌道交通的用電負荷按其功能不同可分為兩大用電群體。 一是電動客車運行所需要的牽引負荷； 二是車站、區(qū)間、車輛段、控制中心等其他建筑物所需要的動力照明用電，諸如：通風(fēng)機、空調(diào)、自

7、動扶梯、電梯、水泵、照明、AFC系統(tǒng)、FAS、BAS、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)等。 在上述用電群體中，有不同電壓等級直流負荷、不同電壓等級交流負荷；有固定負荷、有時刻在變化的運動負荷。每種用電設(shè)備都有自己的用電要求和技術(shù)標準，而且這種要求和標準又相差甚遠。城市軌道供電系統(tǒng)就是要滿足這些不同用戶對電能的不同需求，以使其發(fā)揮各自的功能與作用。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 4. 城市軌道供電原理城市軌道供電原理 城市軌道交通的供電電源一般取自城市電網(wǎng)，通過城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和軌道交通供電系統(tǒng)實現(xiàn)輸送或變換，最后以適當?shù)碾娏餍纬桑ㄖ绷骰蚪涣麟姡┖碗妷旱燃壒┙o用電設(shè)備。 城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng) 軌

8、道交通供電系統(tǒng)城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)由國家電力部門建造與管理，包括發(fā)電廠（站）、傳輸線路及區(qū)域變電所。 發(fā)電廠（站）：分為火力、水力、核動力等各種能源發(fā)電廠（站）。 傳輸線路：需升壓為超高電壓（110kV或220kV），通過三相傳輸線輸送到區(qū)域變電所。 區(qū)域變電所：將超高壓電能降壓為所需電壓等級（如10kV或35kV），再經(jīng)過三相輸送電線輸送到本區(qū)域內(nèi)的牽引變電所和降壓變電所，并再降壓為所需的電壓等級（如1500V或380V等）。 城市軌道交通是一個重要的用電部門，按規(guī)定須由兩路獨立的電源供電，當其中任何一路電源發(fā)生故障時，另一路應(yīng)能保證一級負荷的全部用

9、電的需要。因此，城市軌道牽引變電所的電源進線來自兩個區(qū)域變電所或來自一個區(qū)域變電所的兩路獨立電源，當一路電源失壓時，另一路電源自動切入，使軌道交通系統(tǒng)能獲得不間斷的電源。 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 軌道交通供電制式是指供電系統(tǒng)向電動車輛或電力機車供電所采用的電流和電壓制式。 電壓制由低壓到高壓，有600V、750V、825V、1000V、1200V和1500V等，其發(fā)展趨向是國際IEC電壓標準，為600V、750V、1500V，而我國國標電壓標準為750V和1500V兩種。所以，目前國內(nèi)各城市的地鐵和輕軌采用的電壓制均為750V和1500V之間進行選擇。 電流制有直流、交流兩類

10、，國際電力牽引設(shè)備委員會建議采用下列數(shù)值： 直流：600，750，1500，3000V（標稱值）； 交流：6250，15000，25000V（標稱值）。動力牽引方式直流牽引系統(tǒng)交流牽引系統(tǒng)直-直流牽引系統(tǒng)交-直流牽引系統(tǒng)交交變頻器交直交變頻器城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 1. 中壓網(wǎng)絡(luò)的功能及其兩大屬性中壓網(wǎng)絡(luò)的功能及其兩大屬性 6.2.2 中壓網(wǎng)絡(luò)中壓網(wǎng)絡(luò) 通過中壓電纜，縱向把上級主變電所和下級牽引變電所、降壓變電所連接起來，橫向把全線的各個牽引變電所、降壓變電所連接起來，便形成了中壓網(wǎng)絡(luò)，其功能類似于電力系統(tǒng)中的輸電線路。 中壓網(wǎng)絡(luò)不是供電系統(tǒng)中獨立的子系統(tǒng)，但它是供電系統(tǒng)設(shè)計

11、的核心內(nèi)容，設(shè)計外部電源方案、主變電所的位置和數(shù)量、牽引變電所及降壓變電所的數(shù)量、牽引變電所與降壓變電所的主接線等。 中壓網(wǎng)絡(luò)的兩大屬性是電壓等級和構(gòu)成形式。 根據(jù)中壓網(wǎng)絡(luò)功能的不同，為牽引變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)稱為牽引供電網(wǎng)絡(luò)（簡稱牽引網(wǎng)絡(luò)）；為降壓變電所供電的中壓網(wǎng)絡(luò)稱為動力照明供電網(wǎng)絡(luò)（簡稱動力照明網(wǎng)絡(luò)）；目前，國內(nèi)城市軌道交通工程經(jīng)常采用的形式有牽引動力照明混合網(wǎng)絡(luò)與牽引動力照明獨立網(wǎng)絡(luò)。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 2. 中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級 我國現(xiàn)行中壓配電標準電壓等級有：35kV、20kV、10kV、6kV和3kV；目前，國內(nèi)城市軌道交通普遍采用牽引動力

12、照明混合網(wǎng)絡(luò)，電壓為10kV或10kV。 牽引動力照明混合網(wǎng)絡(luò)采用同一電壓等級，并通過公用電源電纜同時向牽引變電所、降壓變電所提供中壓電能，供電系統(tǒng)的整體性較好。 牽引動力照明獨立網(wǎng)絡(luò)既可以采用不同的電壓等級，也可以采用同一電壓等級，牽引網(wǎng)絡(luò)與動力照明網(wǎng)絡(luò)相對獨立，彼此相互影響較小。 對于集中式供電系統(tǒng)，牽引網(wǎng)絡(luò)和動力照明網(wǎng)絡(luò)可以采用相對獨立的形式，即牽引動力照明網(wǎng)絡(luò)獨立網(wǎng)絡(luò)，也可以共用混合網(wǎng)絡(luò)；對于分散式供電系統(tǒng)，則采用牽引動力照明混合網(wǎng)絡(luò)。 中壓網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部結(jié)構(gòu)形式涉及中壓網(wǎng)絡(luò)供電安全準則及其運行方式。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 3. 中壓網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成形式中壓網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成形式 在城軌

13、供電系統(tǒng)中壓網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中，應(yīng)根據(jù)中壓網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化準則，結(jié)合外部電源的實際情況，通過對供電分區(qū)的用電性質(zhì)、負荷密度的分析研究，確定安全可靠、經(jīng)濟實用的中壓網(wǎng)絡(luò)接線方式。 中壓網(wǎng)絡(luò)的重要指標是供電可靠性。 中壓網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成原則： （1）滿足安全可靠的供電要求； （2）每一個變電所均應(yīng)有兩個獨立電源； （3）滿足潮流計算要求，即設(shè)備容量及電壓降滿足要求； （4）滿足負荷分配平衡的要求； （5）供電分區(qū)應(yīng)就近引入電源，盡量避免反送電； （6）具有良好的經(jīng)濟指標； （7）滿足繼電保護的要求； （8）系統(tǒng)接線方式盡量簡單； （9）全線牽引變電所、降壓變電所的主接線盡量一致； （10）滿足運行管理、倒閘操作的要求；

14、 （11）滿足設(shè)備選型要求。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 1. 牽引供電計算的條件牽引供電計算的條件6.2.3 牽引供電計算的條件及需用參數(shù)牽引供電計算的條件及需用參數(shù) 城市軌道交通列車（車輛）是以變化的速度沿區(qū)間運行的，因此牽引負荷是變化的；此外，牽引負荷也隨時間而變化，當線路上列車（車輛）密集則負荷大，反之負荷小，甚至為零。 線路的技術(shù)條件（包括縱斷面和限坡要求）： （1）線路年輸送能力； （2）信號的閉塞方式； （3）電動列車(車輛)類型； （4）電動列車(車輛)載客量； （5）線路行車間隔時間和每天最多開行列車對數(shù)。 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 2. 牽引供電

15、計算需用的參數(shù)牽引供電計算需用的參數(shù) 牽引供電計算需用的參數(shù)： （1）電牽引年用電量（應(yīng)分別計算年總用電量和電力系統(tǒng)所需增加的功率）； （2）列車電流的平均值和有效值； （3）供電臂電流的平均值和有效值（與線路的供電方式有關(guān)）； （4）供電臂瞬時最大電流和短路電流（與主變壓器接線方式有關(guān)）； （5）牽引網(wǎng)阻抗； （6）電牽引供電系統(tǒng)能耗（應(yīng)包括牽引變電站內(nèi)主變壓器和牽引網(wǎng)的電能損失）。 由于電動列車（車輛）的工作電壓要求有一定范圍，我國直流牽引供電系統(tǒng)巳經(jīng)規(guī)定采用IEC標準。 直流系統(tǒng)電壓（V）標準750最低500最高900150010001800300020003600城市軌道交通系統(tǒng)概論城

16、市軌道交通系統(tǒng)概論 1. 變電所分類變電所分類6.2.4 牽引變電所牽引變電所 根據(jù)變電所的功能不同，可分為以下三類： （1）高壓主變電所 由發(fā)電廠或區(qū)域變電所直接供電。在主變電所降壓后，分別以不同電壓等級向牽引變電所和降壓變電所供電，是城市軌道交通供電系統(tǒng)的集中變電所（用于三級電壓供電）。 （2）牽引變電所 城市軌道交通供電系統(tǒng)的主要用電對象是電動車組，即牽引用電。為確保牽引供電的質(zhì)量，牽引變電所的設(shè)置（數(shù)量、位置）和容量應(yīng)該按遠期列車編組，運行密度進行牽引供電計算后確定。牽引變電所引入兩個獨立的中壓交流電源，并將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，承擔著向電動列車提供直流牽引電能的功能。 根據(jù)制式的不

17、同牽引變電所又分為直流牽引變電所和交流牽引變電所。根據(jù)不同的牽引制式，變電所內(nèi)完成相應(yīng)的變壓、變相、變流作用。目前我國的牽引變電所主要有電氣化鐵路的單相工頻交流制牽引變電所和城市軌道交通系統(tǒng)（地鐵和輕軌）的直流牽引變電所。 （3）降壓（動力）變電所 降壓（動力）變電所根據(jù)動力用電量確定其設(shè)置數(shù)量和容量。 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 2. 變電所的供電方式變電所的供電方式 （1）二級電壓供電：由區(qū)域變電所輸出中高壓等級（10kV或35kV），直接向牽引變電所和降壓變電所供電。由牽引變電所降壓和整流為直流牽引電壓等級（如750V或1500V）；由降壓變電所降為380V動力電壓等級。再

18、分別向接觸網(wǎng)、電動車組供電或向動力用電設(shè)備供電。 （2）三級電壓供電：需設(shè)置軌道交通系統(tǒng)高壓變電所，即由區(qū)域變電所輸出高壓等級（如110kV或220kV）對主變電所供電。再由主變電所將高壓等級降為中高壓等級，分別向牽引變電所和降壓變電所供電。 我國北京、天津地下鐵道采用二級電壓供電方式，上海地鐵則采用三級電壓供電方式。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 3. 變電所的主要電氣設(shè)備變電所的主要電氣設(shè)備 主要設(shè)備包括：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線、熔斷器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、整流器等。 變壓器：一種傳遞和變換交流電能的靜止變換器。按應(yīng)用功能分升壓變壓器和降壓變壓器；按相數(shù)分單相

19、、三相、多相變壓器；按線圈數(shù)分單相線圈（自耦變壓器）、雙線圈、三線圈變壓器；按調(diào)壓方式分空載調(diào)壓（不帶負載調(diào)壓）、有載調(diào)壓變壓器；按絕緣方式分干式、澆注式、油浸式變壓器。 斷路器：一種對電路進行控制（開斷、關(guān)合）和保護的高壓電器開關(guān)，用于自動切斷負載電流和短路電流。按絕緣方式和熄弧介質(zhì)分為：油斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器、空氣斷路器等。 隔離開關(guān)：一種沒有熄弧裝置的高壓電器開關(guān)。不能切斷負載電流和短路電流，但可在無負荷電流時接通和斷開電路。在斷開狀態(tài)，能起到隔離電壓作用。為運行、操作和檢修提供方便和安全條件，電路停電時應(yīng)斷開斷路器，后拉開隔離開關(guān)；送電時則先合上隔離開關(guān)，再閉合斷路器。城

20、市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 母線：一種匯合和分配電能的導(dǎo)線。室外常用軟質(zhì)母線，如蕊芯鋁絞線；室內(nèi)則采用硬質(zhì)母線，如鋁排。母線常用顏色標記識別，在三相交流系統(tǒng)中：黃色A相，綠色B相，紅色C相；在直流系統(tǒng)中：紅色正極，藍色負極，黑色零線及接地線。 熔斷器：一種利用過負荷或短路電流導(dǎo)致熔體發(fā)熱熔斷原理設(shè)計的保護電器設(shè)備，低壓熔斷器一般采用插入式纖維管瓷管熔斷器。高壓熔斷器有充石英砂瓷管熔斷器、室外用角式和跌落式熔斷器。熔斷器在電流超過最小熔斷電流時，熔斷時間隨電流增大而縮短，一旦熔體熔斷，須停電更換熔體。 電壓互感器：一種用于測量、控制和保護回路用的變壓器。其一次繞組并聯(lián)在一次電路中，二

21、次繞組則并聯(lián)儀表、繼電器的電壓線圈。由于二次儀表、繼電器的電壓線圈阻抗很大，所以電壓互感器工作時二次回路接近于空載狀態(tài)。二次繞組的電壓一般為10 V。電壓互感器分為雙繞和三繞組；單相和三相；干式、油浸式和澆注式，屋內(nèi)和屋外等分區(qū)。 電流互感器：是一種電氣測量、控制和保護回路用的變流器。將其一次線圈串連在一次回路中，二次繞組與儀表、繼電器等的電流線圈串連，形成閉合回路。電流互感器有單匝和多匝式，干式、油浸式和澆注式，屋內(nèi)和屋外等分區(qū)。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 避雷器：一種防止從線路浸入的雷電波損壞電器設(shè)備絕緣的保護電器，一般有保護間隙型（角型）、管型、閥型等。 整流器：一種與牽引

22、變壓器組合成變壓整流機組的電流變換設(shè)備。通過整流器，將牽引變壓器輸出的交流電變?yōu)橐欢妷旱燃壍闹绷麟娏?，當牽引變壓器是多相變壓器時，整流器變換成的直流電較為平滑，即直流電中含有的交流成分少。 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 4. 變電所附屬設(shè)備變電所附屬設(shè)備 保護裝置 計量儀表（電壓、電流等） 蓄電池：事故照明和開關(guān)設(shè)備操作的電源（在交流電失去時） 阻燃性導(dǎo)線； 滅火設(shè)備。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 5. 向牽引變電所供電的形式向牽引變電所供電的形式 由于交通運輸?shù)闹匾?，所有軌道交通的牽引供電都屬于電力部門供電的一級負荷，即要確保向它供電的可靠性。為此，牽引變電所均由

23、兩個獨立的電源供電。又由于軌道交通線路分布范圍較廣，通常需要在軌道沿線設(shè)置多個牽引變電所向它供電，再加上電源線路的具體分布情況不同，因此，造成向牽引變電所供電的形式復(fù)雜多樣，但可以將它歸納成以下幾種典型的形式。 （1）環(huán)形供電 由兩個或兩個以上主降壓變電站和所有的牽引變電所用輸電線聯(lián)成一個環(huán)形，環(huán)形供電是很可靠的供電線路，因為在這種情況下，一路輸電線和一個主降壓變電站同時停止工作時，只要其母線仍保持通電，就不致中斷任何一個牽引變電所的正常供電，但其投資較大。a-牽引變電所；b-主降壓變電所；c-線條表示一路三相輸電線；d-軌道線城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 （2）雙邊供電 由兩個主

24、降壓變電站向沿線牽引變電所供電，通往牽引供電所的輸電線都經(jīng)過其母線聯(lián)接，為了增加供電的可靠性，用雙路輸電線供電，而每路按輸送功率計算。這種接線可靠性稍低于環(huán)線供電。當引入線數(shù)目較多時，開關(guān)設(shè)備多，投資增加。 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 （3）單邊供電 當軌道沿線附近只有一側(cè)有電源時，則采用單邊供電。單邊供電較環(huán)形供電的可靠性差，為了提高可靠性，應(yīng)用雙回路輸電線供電，單邊供電設(shè)備較少，投資也少。 在雙邊供電和單邊供電的情況下，每路輸電線可以不必都進入所有的牽引變電所，而是輪流地每隔一個進入一個，這樣可以減少進線的數(shù)目而降低變電所的投資。 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 （

25、4）輻射形供電 每個牽引變電所用兩路獨立輸電線與主降壓變電站聯(lián)接。這種接線方式適合于軌道線路成弧形的情況，這種接線簡單，但當主降壓變電所停電時，全線將停電。 d a b 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 6. 直流牽引變電所直流牽引變電所 直流牽引變電所的主要功能是，將其交流進線電壓通過整流變壓器降壓，然后經(jīng)整流器將交流電變?yōu)橹绷麟姽┙o電動車輛的直流牽引電機使用。直流牽引變電所從雙電源受電，經(jīng)整流機組變壓器降壓、分相后，按一定的整流接線方式由大功率硅整流器把三相交流電變換成與直流牽引網(wǎng)相應(yīng)電壓等級的直流電，向電動電機供電。 整流機組是直流牽引變電所的關(guān)鍵設(shè)備，為降低整流直流中的脈動分量

26、和整流變壓器一次側(cè)的諧波含量，一般應(yīng)采用12相脈動的整流接線方式?，F(xiàn)代整流機組的單機功率可達到3500kV以上。直流牽引變電所間距離僅幾千米，一般不設(shè)分區(qū)所和開閉所。 由兩個或兩個以上主降壓變電站和所有的牽引變電所用輸電線聯(lián)成一個環(huán)形，環(huán)形供電是很可靠的供電線路，因為在這種情況下，一路輸電線和一個主降壓變電站同時停止工作時，只要其母線仍保持通電，就不致中斷任何一個牽引變電所的正常供電，但其投資較大。110kVth1B2B1城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 6.2.5 降壓變電所降壓變電所 城市軌道交通的正常運行中，除了牽引用電之外，在環(huán)境控制和系統(tǒng)服務(wù)等方面還有眾多用電設(shè)備，如通風(fēng)機、

27、給排水泵、自動扶梯等動力設(shè)備，以及照明、通信信號設(shè)備等。這些設(shè)備一般均使用三相380V或單相220V交流電。降壓變電所即是將區(qū)域變電所或諸變電所輸入的中壓等級電壓降壓變成低壓交流電，并通過配電（所）室分配各種設(shè)備用電。 降壓變電所一般設(shè)在車站附近，即可對車站較集中的電氣設(shè)備供電，也方便向車站兩側(cè)區(qū)間用電設(shè)備供電。此外，車輛基地、系統(tǒng)調(diào)度控制中心需要專門設(shè)置的降壓變電所供電。1. 降壓變電所降壓變電所城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 2. 降壓變電所負荷分類降壓變電所負荷分類 一級負荷：消防用電、防災(zāi)報警、設(shè)備監(jiān)控、通信、信號、售檢票、排風(fēng)/排煙機以及相關(guān)風(fēng)閥、事故照明（含疏散指示照明）

28、、廢水泵和降壓變所自用電、屏蔽門系統(tǒng)、交直流屏。 二級負荷：一般照明、節(jié)電照明、設(shè)備及管理用房照明、出入口照明、標志燈箱、污水泵、直升電梯、自動扶梯等。由降壓變電所任一段低壓母線供電，必要時可切除。 三級負荷：廣告照明、冷水機組及配套設(shè)備、電熱設(shè)備、清潔機械等。由降壓變電所的任一段低壓母線供電，當變電所只有一路電源時自動切除。 一級負荷中的事故照明由交、直流屏供電，消防泵、噴淋泵、廢水泵、防災(zāi)報警、設(shè)備監(jiān)控、通信、信號、售檢票采用雙電源末端自切，雙電源引自降壓變電所的兩端低壓母線；其他一級負荷均接在環(huán)控室低壓母線上，該母線由降壓變電所雙路供電，在環(huán)控電控柜自切。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通

29、系統(tǒng)概論 3. 動力照明系統(tǒng)動力照明系統(tǒng) 車站動力照明采用380/220V三相五線制系統(tǒng)配電。 照明電源引自降壓變電所0.4kV兩段母線，照明配電箱分別設(shè)于站臺層、設(shè)備層及站廳層的配電室內(nèi)，按不同照明種類分別設(shè)置照明配電箱。 事故照明（包括誘導(dǎo)照明）由降壓變電所交直流屏供電。站臺下安全照明，折返線檢查坑和車輛段檢查坑內(nèi)的安全照明或攜帶式照明用插座采用交流36V安全電壓，其余均采用交流220V電壓。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 6.2.6 供電系統(tǒng)的保護供電系統(tǒng)的保護 （1）35kV進、出線； （2）35kV母聯(lián)； （3）35kV整流機組饋線； （4）35kV動力變壓器饋線； （5）

30、直流1500V進線； （6）直流1500V饋線； （7）1500V直流設(shè)備。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 1. 牽引網(wǎng)與接觸網(wǎng)牽引網(wǎng)與接觸網(wǎng)6.2.7 接觸網(wǎng)接觸網(wǎng) 接觸網(wǎng)即經(jīng)過電動列車的受電器向電動列車供給電能的導(dǎo)電網(wǎng)（有接觸軌方式和架空接觸網(wǎng)兩種方式）。城市軌道交通系統(tǒng)的牽引網(wǎng)是沿線路敷設(shè)的專為電動車輛供給電源的裝置，是軌道交通供電系統(tǒng)中電動車組供電的直接環(huán)節(jié)，它由兩部分組成，正極接觸網(wǎng)供電，負極走行軌回流。牽引網(wǎng)包括接觸網(wǎng)、鋼軌回路（包括大地）、饋電線和回流線等，饋電線是連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線，把牽引變電所電能變換成牽引制式用電能并饋送給接觸網(wǎng)。 接觸網(wǎng)是一種懸掛在軌道

31、上方沿軌道敷設(shè)的、與鐵路頂軌保持一定距離的輸電網(wǎng)。通過電動車組的受電弓（或受流器）和接觸網(wǎng)的滑動接觸，牽引電能就由接觸網(wǎng)進入電動車組，驅(qū)動牽引電動機使列車運行。接觸網(wǎng)可分為接觸軌和架空接觸網(wǎng)兩種類型。接觸軌的主要優(yōu)點是：使用壽命長，維修量小，在地面對城市景觀沒有影響，適應(yīng)于電壓較低的制式。接觸網(wǎng)的主要優(yōu)點是：安全性較好，適應(yīng)于電壓較高的制式。 接觸軌和接觸網(wǎng)兩種供電方式，目前在世界上許多國家同時并存，到底用哪種方式要根據(jù)城市自身的特點決定。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 2. 接觸網(wǎng)應(yīng)滿足的要求接觸網(wǎng)應(yīng)滿足的要求 （1）由于接觸網(wǎng)在工作中無備用網(wǎng)，因而要求接觸網(wǎng)強度高、且安全可靠；

32、（2）要求在各種氣候條件下均應(yīng)受流良好； （3）因接觸網(wǎng)部件更換困難，因此要求接觸網(wǎng)性能好、運行壽命長； （4）因其維修是利用行車中的間隔時間進行的，故要求結(jié)構(gòu)輕巧，零部件互換性強，便于施工、維護和搶修； （5）因接觸網(wǎng)無法避開腐蝕強、污穢嚴重等異常環(huán)境，應(yīng)采用耐腐蝕和防污穢技術(shù)措施； （6）因采用與受電器摩擦接觸的受流方式，因此要求接觸網(wǎng)有較均勻的彈性，接觸線等部位要有良好的耐磨性。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 3. 接觸網(wǎng)的電分段接觸網(wǎng)的電分段 電分段是為了便于檢修和縮小事故范圍而將接觸網(wǎng)分為若干段。電分段根據(jù)設(shè)置位置分為縱向電分段和橫向電分段，縱向電分段指的是沿線路方向進行分

33、段，橫向電分段式在線路之間的分段，如在車輛段的各股道之間進行的分段等。 電分段通常用分段絕緣器來實現(xiàn)。分段絕緣器是用以實現(xiàn)電分段的專用絕緣裝置。目前，廣泛采用環(huán)氧樹脂分段絕緣器，其結(jié)構(gòu)主要由環(huán)氧樹脂絕緣板、鋁合金導(dǎo)流滑板等組成。 接觸網(wǎng)在正常工作狀態(tài)下，從牽引變電所直接得到饋電，并構(gòu)成雙邊供電。接觸網(wǎng)的電分段設(shè)在下列各處： （1）車輛出行處（進站端）； （2）輔助線與正線的銜接處； （3）車輛段與正線的銜接處； （4）車輛段庫線入口處。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 4. 接觸網(wǎng)的供電原理及方式接觸網(wǎng)的供電原理及方式 牽引供電所向接觸網(wǎng)供電有兩種方式：單邊供電和雙邊供電。 接觸網(wǎng)通常

34、在相鄰兩牽引變電所間的中央斷開，將兩牽引變電所之間兩供電臂的接觸網(wǎng)分為兩個供電分區(qū)。每一供電分區(qū)的接觸網(wǎng)只從一端的牽引變電所獲得電流，稱為單邊供電。 如果在中央斷開處設(shè)置開關(guān)設(shè)備時，可將兩供電分區(qū)連通，此處稱為分區(qū)亭。經(jīng)分區(qū)亭的斷路器閉合，則相鄰牽引變電所間的兩個接觸網(wǎng)供電分區(qū)均可同時從兩個變電所獲得電流，則稱為雙邊供電。 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 5. 接觸網(wǎng)的類型接觸網(wǎng)的類型 牽引供電所向接觸網(wǎng)供電有兩種方式：單邊供電和雙邊供電。 接觸網(wǎng)分為架空式接觸網(wǎng)和接觸軌(也稱第三軌)式接觸網(wǎng)。接觸軌式接觸網(wǎng)僅用于地鐵與封閉的城市鐵路和輕軌，架空式接觸網(wǎng)除此還可用于鐵路干線、城市地面

35、和工礦電機車電力牽引線路。 1.架空式接觸網(wǎng) 架空式接觸網(wǎng)是架設(shè)在走行軌道上部的接觸網(wǎng)，由電動列車頂部伸出的受電弓與之接觸取得電能。架空式接觸網(wǎng)用于城市地面以及低下、鐵路干線、工礦的電力牽引線路。一般，牽引網(wǎng)電壓較高時，為了安全和保證一定的絕緣距離，宜采用高架式接觸網(wǎng)。架空接觸網(wǎng)可分為地面架空式和隧道架空式兩種。 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 （1）地面架空式 由以下幾個部分組成。 接觸懸掛：包括承力索、吊弦、接觸線。支持裝置：其作用是用以支持接觸懸掛，并將其負荷傳給支柱或其他建筑物的結(jié)構(gòu)，包括腕臂、拉桿和絕緣子。定位裝置：其作用是保證接觸線與受電弓的相對位置在規(guī)定范圍內(nèi)，包括定位

36、器與定位管。支柱與基礎(chǔ)：其作用是用以支承接觸懸掛和支持裝置，并將接觸懸掛固定在規(guī)定高度。 圖 10-9 地面架空式接觸網(wǎng)示意圖 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 （2）隧道架空式 因為隧道內(nèi)空間狹窄，所以隧道架空式接觸網(wǎng)必須考慮隧道斷面、凈空高度、帶電體對接地體的絕緣距離等因素的限制。此外隧道架空式接觸網(wǎng)的支持裝置可直接設(shè)置在洞頂或洞壁上，而不需要專門立支柱。只有合理的選擇和確定懸掛方式，才能充分地利用有效的凈空高度，改善接觸網(wǎng)的工作性能。 安裝在絕緣子上的饋電線通過聯(lián)接線與接觸線聯(lián)接，使接觸線受電。接觸線由調(diào)節(jié)臂固定，調(diào)節(jié)臂帶棒式絕緣子，一端固定安裝在隧道洞頂一側(cè)的彈性支架上。調(diào)節(jié)臂

37、可用來調(diào)整接觸線與軌面之間的高度，彈性支架通過調(diào)節(jié)臂使接觸線與受電弓之間保持足夠的彈性，以保證它們之間的良好接觸受流。 地面與隧道架空式懸掛均屬柔性接觸懸掛，還有一種懸掛方式為剛性架空式接觸懸接，可適用于低凈空隧道。在日本的東京、大阪等地的地鐵中已有應(yīng)用，但在彈性方面不如柔性接觸懸掛。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 圖 10-10 隧道架空式接觸網(wǎng)示意圖 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 6. 接觸軌接觸軌 接觸軌是沿線走行軌道一側(cè)平行鋪設(shè)的附加第三軌，故又稱第三軌。在凈空受到限制的線路和電壓等級較低時多采用接觸軌式接觸網(wǎng)。 接觸軌受電方式最早在倫敦城市軌道采用，由于接觸軌構(gòu)

38、造簡單，安裝方便，可維修性好，并對隧道建筑結(jié)構(gòu)等凈空要求低，受流性能滿足DC750V供電的需要，因而在標準電壓DC750V供電系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。接觸軌系統(tǒng)允許電壓波動范圍為DC750VDC900V。第三軌接觸網(wǎng)的電壓據(jù)IEC標準為DC 600V和DC 750V，北京地鐵采用了750V的接觸軌供電的方式。但也有國家采用較高電壓，如西班牙巴塞羅那地鐵就采用了DC 1500V和1200 V。 接觸軌可以有三種布置方式即，上磨式、下磨式以及側(cè)磨式。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 （1）上磨式 接觸軌裝在專用絕緣子上，底朝下。取流時，接觸靴自上壓向接觸軌。上磨式的接觸力不由受流器（集電靴）

39、的重量和磨耗情況決定，而只受彈簧支座特性的控制，受流平穩(wěn)，由于端部彎頭的過渡作用，能夠減少在斷電區(qū)的電流沖擊。 上磨式接觸軌因接觸靴在其上面滑動，所以固定方便，但不易加防護罩。上磨式接觸軌施工作業(yè)簡便，可以在軌頭上部通過支架安裝不同類型的防護板。北京地鐵、紐約地鐵都是采用上接觸式第三軌。 （2）下磨式 下磨式軌頭朝下，通過絕緣肩架、橡膠墊、扣板收緊螺栓、支架等安裝在底座上。下接觸式的優(yōu)點是防護罩從上部通過橡膠墊直接固定在接觸軌周圍，對人員安全性好。 （3）側(cè)磨式接觸式 側(cè)面接觸式就是接觸軌軌頭端面朝向走行軌，集電靴從側(cè)面受流?？缱姜氒壾囕v就采用側(cè)面接觸形式。其受流器裝在轉(zhuǎn)向架下部，接觸軌裝在

40、軌道梁上。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 6.2.8 城軌供電城軌供電SCADA系統(tǒng)系統(tǒng) 電力監(jiān)控系統(tǒng)（簡稱SCADA系統(tǒng)）實現(xiàn)在控制中心（OCC）對供電系統(tǒng)的主變電所、牽引變電所和降壓變電所的供電設(shè)備等的運行狀態(tài)進行集中管理和調(diào)度、實施控制和數(shù)據(jù)采集。除利用“四遙”（遙控、遙信、遙測、遙調(diào)）功能監(jiān)控供電系統(tǒng)設(shè)備的運行情況，及時掌握和處理供電系統(tǒng)的各種事故、報警事件功能外，利用該系統(tǒng)的后臺工作站還可以對系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)歸檔和統(tǒng)計報表功能，以便更好地管理供電系統(tǒng)。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 1. 雜散電流的產(chǎn)生雜散電流的產(chǎn)生6.2.9 地下雜散電流及其防護地下雜散電流及其防護

41、 直流牽引供電系統(tǒng)在理想的狀況下，牽引電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由接觸網(wǎng)、電動列車和走行軌返回牽引變電所的負極。但鋼軌與隧道或道床等結(jié)構(gòu)鋼之間的絕緣電阻不是很大，這樣勢必造成流經(jīng)牽引軌的牽引電流不能全部經(jīng)由鋼軌流回牽引變電所的負極，有一部分的牽引電流會泄露到隧道或道床等結(jié)構(gòu)鋼上，然后經(jīng)過結(jié)構(gòu)鋼和大地流回牽引變電所的負極，這部分泄露的電流就是雜散電流，又稱迷流。接觸網(wǎng) 地鐵列車 牽 引 變電所 鋼軌 I I 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 2. 雜散電流的危害雜散電流的危害 （1）雜散電流會造成地下金屬結(jié)構(gòu)的電腐蝕。如果這種電腐蝕長期存在，將會嚴重損壞地鐵附近的各種結(jié)構(gòu)鋼筋和地下金

42、屬管線、破壞了結(jié)構(gòu)鋼的強度，影響其使用壽命。當軌道沿線地下有金屬管道或建筑物鋼筋等導(dǎo)電物時，地中雜散電流必多沿金屬導(dǎo)體流動，到了回流點附近再流向鋼軌回變電所，因此在回流點附近的金屬管道形成了陽極區(qū)（對大地為正）。對“正”接觸導(dǎo)線情況，陽極區(qū)總是在回流點處不動，這就使陽極區(qū)內(nèi)的金屬物正離子流向大地，發(fā)生電解腐蝕現(xiàn)象，損壞了金屬。迷流。電旁泄陰極區(qū)陽極區(qū)直流電源接地陽極陽極區(qū)陰極保護城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 （2）若雜散電流流入電氣接地裝置，又將引起過高的接地點位，導(dǎo)致某些設(shè)備無法正常工作。 （3）若鋼軌（走行軌）局部或整體的絕緣變差，則此鋼軌對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大

43、，這時就有可能引起牽引變電所的框架保護動作。而框架保護動作，引起整個變電所的斷路器跳閘，全所失電，同時還會聯(lián)跳相鄰牽引變電所對應(yīng)的饋線斷路器，從而造成較大范圍的停電事故，影響地鐵正常運營。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 3. 軌道交通車輛的結(jié)構(gòu)與特性軌道交通車輛的結(jié)構(gòu)與特性有軌電車 電動車組特種電動車 獨軌電動車 輕軌車 磁浮列車城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 4. 牽引主回路及其控制牽引主回路及其控制主電路輔助電路控制電路機車電路城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 主電路功能：牽引和制動時，完成能量傳遞和轉(zhuǎn)換；特點：大功率、高電壓、大電流；主要包括：牽引變壓器、整流

44、器、牽引電機圖圖 5.18 直直流流傳傳動動系系統(tǒng)統(tǒng)主主回回路路結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)框框圖圖 1 受電弓2 主斷路器（牽引斷路器）3 電壓檢測環(huán)節(jié)4 接地開關(guān)5 負載接觸器6 濾波電抗器7 濾波電容器8 凸輪調(diào)速變阻器9 牽引電動機10 信號發(fā)生器11 控制電子裝置12 司機控制器城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 輔助電路（有兩類）（1）交流輔助電路功能：給主電路的通風(fēng)、冷卻輔助電機等；特點：三相380V交流供電,功率較??；包括：單三相變換器、通風(fēng)電機、壓縮電機等（2）直流輔助電路功能：給電器控制、電子控制及照明、空調(diào)設(shè)備供電；特點：直流110V供電，有蓄電池作后備電源；包括：DC110V交直流變

45、換電源、蓄電池、車燈、空調(diào)等。此外，用于客車牽引的機車上有DC600V直流電源供客車車廂內(nèi)空調(diào)、采暖、照明及旅客信息服務(wù)系統(tǒng)供電。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 控制電路（有兩類）（1）電器控制功能：完成電路和氣路的開關(guān)及邏輯互鎖；特點：電動或氣動的邏輯開關(guān)包括：繼電器、電控閥、氣動開關(guān)等。近年來生產(chǎn)機車上的邏輯聯(lián)鎖已由邏輯控制單元（LCU)完成。（2）電子控制功能：配合主輔助電路完成機車的控制；特點：弱電控制、控制復(fù)雜；包括：給定積分器、特性控制、防空轉(zhuǎn)防滑、移相控制、功率放大、脈沖變壓器等控制單元。城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 1. 交流牽引系統(tǒng)特點及發(fā)展概況交流牽引

46、系統(tǒng)特點及發(fā)展概況 直流電力傳動優(yōu)點直流電力傳動優(yōu)點：具有良好的調(diào)速性能 直流電力傳動缺點直流電力傳動缺點：防空轉(zhuǎn)性能較差；換向器與電刷，因而帶來了較大的體積與重量，容易產(chǎn)生環(huán)火以及繁雜的維護問題交流電力傳動特點交流電力傳動特點：電機結(jié)構(gòu)簡單，成本較低；正作可靠，壽命長，維修、運行費用低；防空轉(zhuǎn)能力好城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 2. 三相異步電動機三相異步電動機1 軸承2 前端蓋3 轉(zhuǎn)軸4 接線盒5 吊環(huán)6 定子鐵心7 轉(zhuǎn)子8 定子繞組9 機座10 后端蓋11 風(fēng)罩12 風(fēng)扇 封閉式三相籠型異步電動機結(jié)構(gòu) 城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 定子鐵心：由內(nèi)周有槽 的硅鋼片疊

47、成。A -X B -Y C- Z三相繞組機座：鑄鋼或鑄鐵轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1) 鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體；或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2) 繞線式轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠轉(zhuǎn)子城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 3. 三相異步電機工作原理三相異步電機工作原理定子三相繞組通入三 相交流電(星形聯(lián)接)BiAXBYCZAiCi 120sin120sinsinmCmBmAtIitIitIi CiAiBiitmIo城市軌道交通系統(tǒng)概論城市軌道交通系統(tǒng)概論 0n i : “+” 首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 i : “” 尾端流入，首端流出。尾端流入，首端流出。 AYCBZX()電流出電流出( )電流入電流入iCiAiBimIot城市軌道交通系