城市軌道交通系統(tǒng)及供電系統(tǒng)概述課件城市軌道交通供電系統(tǒng)

1城市軌道交通系統(tǒng)及供電系統(tǒng)概述（1）掌握城市軌道交通系統(tǒng)的定義及特點(diǎn)。（2）掌握城市軌道交通的類(lèi)型。（3）了解城市軌道交通的主要技術(shù)特征。（4）掌握城市軌道交通的發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題。（5）掌握城市軌道交通供電系統(tǒng)的各子系統(tǒng)。（6）掌握城市軌道交通所采用的供電方式。（7）掌握不同類(lèi)型變電站的功能。（8）掌握雜散電流的形成、危害和防護(hù)。知識(shí)目標(biāo)（1）會(huì)區(qū)分不同類(lèi)型的城市軌道交通。（2）會(huì)區(qū)分城市軌道交通供電系統(tǒng)的各子系統(tǒng)。（3）會(huì)介紹城市軌道交通所采用的供電方式。（4）會(huì)介紹不同類(lèi)型變電站的功能。（5）會(huì)介紹雜散電流產(chǎn)生的原因。技能目標(biāo)CONTENT03/城市軌道交通雜散電流01/02/城市軌道交通供電系統(tǒng)概述城市軌道交通系統(tǒng)概述1.1城市軌道交通系統(tǒng)概述123%Option11.1.1城市軌道交通系統(tǒng)的定義、技術(shù)特征及特點(diǎn)1.城市軌道交通系統(tǒng)的定義

“城市軌道交通”是一個(gè)范圍較大的概念，在國(guó)際上沒(méi)有統(tǒng)一的定義。一般而言，城市中車(chē)輛在固定的軌道上運(yùn)行并主要用于城市客運(yùn)的交通系統(tǒng)稱(chēng)為城市軌道交通。廣義的城市軌道交通是指以軌道交通運(yùn)輸方式為主要技術(shù)特征，在城市公共客運(yùn)交通系統(tǒng)中具有中等以上運(yùn)量的交通系統(tǒng)，主要為城市公共客運(yùn)服務(wù)，是一種在城市公共客運(yùn)交通中起骨干作用的現(xiàn)代化立體交通系統(tǒng)。狹義的城市軌道交通是指地鐵、輕軌和單軌?！冻鞘泄步煌ǚ诸?lèi)標(biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T114—2007）中將城市軌道交通定義為：“城市軌道交通為采用軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行承重和導(dǎo)向的車(chē)輛運(yùn)輸系統(tǒng)，依據(jù)城市交通總體規(guī)劃的要求，設(shè)置全封閉或部分封閉的專(zhuān)用軌道線(xiàn)路，以列車(chē)或單車(chē)形式，運(yùn)送相當(dāng)規(guī)?？土髁康墓步煌ǚ绞健０ǖ罔F系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車(chē)、磁浮系統(tǒng)、自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)和市域快速軌道系統(tǒng)?！?

采用列車(chē)編組化運(yùn)行，運(yùn)量大。2

良好的線(xiàn)路條件與控制體系，速度快。電力牽引，污染少、環(huán)保。32.城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)特征城市軌道交通系統(tǒng)的主要技術(shù)特征有以下幾個(gè)：4

可采用地下和高架敷設(shè)方式，占地面積小。5

全隔離的路權(quán)方式，安全性、可靠性好。良好的環(huán)控體系和候車(chē)環(huán)境，乘車(chē)舒適性佳。62.城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)特征30%Option223%Option1（2）規(guī)劃布局要求的科學(xué)性和合理性。（1）樣式的多樣性。3.城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)城市軌道交通系統(tǒng)具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：（3）建設(shè)和服務(wù)的高標(biāo)準(zhǔn)化。3.城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)·軌道交通設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，技術(shù)裝備水平低。·軌道交通在城市交通中所占份額有限。76%②成長(zhǎng)期的技術(shù)特點(diǎn)。25%

（4）發(fā)展性和復(fù)雜性。城市軌道交通的發(fā)展經(jīng)歷了生成期、成長(zhǎng)期和成熟期三個(gè)階段，每個(gè)時(shí)期均有其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)。①生成期的技術(shù)特點(diǎn)?！ぴ谟布矫?，先進(jìn)技術(shù)的采用主要表現(xiàn)為城市軌道交通運(yùn)輸工具的更新與完善?！ぴ谲浖矫?，先進(jìn)技術(shù)的采用主要表現(xiàn)在城市規(guī)劃與城市交通布局及軌道交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展開(kāi)始以先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)。3.城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)

③成熟期的技術(shù)特點(diǎn)。城市交通體系不再單一，更注重公交協(xié)調(diào)合作的作用，強(qiáng)調(diào)大小公交的銜接和一體化，大容量快速軌道交通與傳統(tǒng)汽（電）車(chē)地面交通兩大類(lèi)運(yùn)輸方式形成全方位、立體化、多層次的格局。3.城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)20%（5）綜合性。①建設(shè)規(guī)模大，一個(gè)城市的軌道交通線(xiàn)網(wǎng)一般有近百千米至數(shù)百千米。②技術(shù)要求高，涉及現(xiàn)代土木工程、機(jī)電設(shè)備工程等多個(gè)高新技術(shù)領(lǐng)域。③項(xiàng)目投資大，每千米造價(jià)達(dá)3億～4億元。④建設(shè)周期長(zhǎng)，單線(xiàn)建設(shè)周期要4～5年，線(xiàn)網(wǎng)建設(shè)周期一般要30～50年。⑤信息量大，建設(shè)、運(yùn)營(yíng)過(guò)程中所產(chǎn)生的信息量很大，處理工作非常繁重。⑥系統(tǒng)復(fù)雜，要考慮軌道交通與其他交通方式、城市發(fā)展的關(guān)系，考慮軌道交通線(xiàn)網(wǎng)布局、建設(shè)次序、資源共享的關(guān)系，考慮軌道交通工程策劃、建設(shè)、運(yùn)營(yíng)、資源利用的關(guān)系等。

城市軌道交通系統(tǒng)由車(chē)輛系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票機(jī)、暖通空調(diào)、屏蔽（安全）門(mén)、自動(dòng)扶梯和電梯、防火滅火系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)組成。1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成1.車(chē)輛系統(tǒng)

城市軌道交通的車(chē)輛是用來(lái)運(yùn)輸乘客的工具，按有無(wú)動(dòng)力可分為兩大類(lèi)：拖車(chē)（T），本身無(wú)動(dòng)力牽引裝置；動(dòng)車(chē)（M），本身帶有動(dòng)力牽引裝置。在運(yùn)營(yíng)時(shí)，城市軌道交通列車(chē)一般采用動(dòng)拖結(jié)合、固定編組的電動(dòng)列車(chē)組形式。城市軌道交通車(chē)輛不僅要有良好的牽引、制動(dòng)性能，保證運(yùn)行安全、正點(diǎn)、快速；同時(shí)要有良好的乘客服務(wù)設(shè)施，使乘客感到舒適、文明、方便。1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成

電能是城市軌道車(chē)輛電力牽引系統(tǒng)必需的能源，電動(dòng)車(chē)輛及為軌道交通運(yùn)營(yíng)服務(wù)的機(jī)電設(shè)備，包括通風(fēng)、空調(diào)、照明、通信、信號(hào)、給排水、防災(zāi)報(bào)警、電梯、自動(dòng)扶梯等也都依賴(lài)并消耗電能。在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)中，供電一旦中斷，不僅會(huì)造成城市軌道交通運(yùn)營(yíng)癱瘓，而且有可能危及乘客的生命安全，造成財(cái)產(chǎn)損失。因此，高度安全、可靠而又經(jīng)濟(jì)、合理的供電系統(tǒng)是城市軌道交通正常運(yùn)營(yíng)的重要條件和保證。城市軌道交通供電電源一般取自城市電網(wǎng)，通過(guò)城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和軌道交通供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送或變換，最后以適當(dāng)?shù)碾妷旱燃?jí)和一定的電流形式（直流或交流）供給車(chē)輛和其他用電設(shè)備。2.供電系統(tǒng)1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成3.通信系統(tǒng)

城市軌道交通的通信系統(tǒng)是傳遞語(yǔ)言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等多種信息的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字系統(tǒng)。它包括數(shù)字傳輸、電話(huà)交換、有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)通信、閉路電視、有線(xiàn)廣播、時(shí)鐘、電源等設(shè)備系統(tǒng)。城市軌道交通通信系統(tǒng)要求高可靠、易擴(kuò)充、組網(wǎng)靈活、獨(dú)立采用通信網(wǎng)絡(luò)，并能與公共通信系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成4.信號(hào)系統(tǒng)

城市軌道交通信號(hào)系統(tǒng)是保證列車(chē)運(yùn)行安全和提高線(xiàn)路通過(guò)能力的重要設(shè)施。以前列車(chē)運(yùn)行，主要是駕駛員根據(jù)色燈信號(hào)（紅、黃、綠）進(jìn)行操作。而城市軌道交通具有高密度、短間隔、短站距和快速等特點(diǎn)，其信號(hào)系統(tǒng)也從傳統(tǒng)的方式，即以地面信號(hào)的顯示傳遞行車(chē)命令，駕駛員按行車(chē)規(guī)則操作列車(chē)運(yùn)行的方式，發(fā)展到按地面發(fā)送的信息自動(dòng)監(jiān)控列車(chē)速度和自動(dòng)調(diào)整列車(chē)追蹤間隔的方式。實(shí)現(xiàn)這一方式的關(guān)鍵設(shè)備是列車(chē)自動(dòng)控制系統(tǒng)。1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成

自動(dòng)售檢票機(jī)、暖通空調(diào)、屏蔽（安全）門(mén)、自動(dòng)扶梯和電梯等車(chē)站設(shè)施及防火滅火系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等環(huán)控設(shè)施，在保證乘客有一個(gè)良好的候車(chē)環(huán)境的同時(shí)，更保證了乘客能夠安全、快捷地乘坐列車(chē)。綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括電力監(jiān)控（supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA）系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、屏蔽門(mén)監(jiān)控系統(tǒng)、防淹門(mén)互聯(lián)系統(tǒng)、火災(zāi)自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、車(chē)載信息系統(tǒng)、車(chē)站信息系統(tǒng)、自動(dòng)售檢票系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)和時(shí)鐘系統(tǒng)。它涉及的專(zhuān)業(yè)門(mén)類(lèi)較多，是一個(gè)真正意義的綜合系統(tǒng)。5.其他1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成

城市軌道交通系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)發(fā)展較快，地區(qū)、國(guó)家、城市的不同，服務(wù)對(duì)象的不同等，使得城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展成為多種類(lèi)型，技術(shù)指標(biāo)差異較大，目前尚無(wú)十分統(tǒng)一的分類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)。（1）按導(dǎo)向方式的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為輪軌導(dǎo)向的城市軌道交通系統(tǒng)和導(dǎo)向輪導(dǎo)向的城市軌道交通系統(tǒng)。（2）按線(xiàn)路架設(shè)方式的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為地下（水下）城市軌道交通系統(tǒng)、高架城市軌道交通系統(tǒng)和地面城市軌道交通系統(tǒng)。1.1.3城市軌道交通系統(tǒng)的分類(lèi)

（3）按線(xiàn)路隔離程度的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為全隔離城市軌道交通系統(tǒng)、半隔離城市軌道交通系統(tǒng)和不隔離城市軌道交通系統(tǒng)。（4）按軌道材料的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為鋼輪鋼軌城市軌道交通系統(tǒng)和橡膠輪混凝土軌道交通系統(tǒng)。（5）按牽引方式的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為旋轉(zhuǎn)式直流電動(dòng)機(jī)牽引城市軌道交通系統(tǒng)、交流電動(dòng)機(jī)牽引城市軌道交通系統(tǒng)和直流電動(dòng)機(jī)牽引城市軌道交通系統(tǒng)。（6）按運(yùn)營(yíng)組織方式的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為傳統(tǒng)城市軌道交通、區(qū)域快速軌道交通和城市（市郊）鐵路。1.1.3城市軌道交通系統(tǒng)的分類(lèi)

（7）按高峰小時(shí)單向運(yùn)輸能力的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為高運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)、中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)和低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)。高運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)的高峰小時(shí)單向運(yùn)輸能力在30000人次以上，屬于該種類(lèi)型的軌道交通系統(tǒng)主要有地下鐵道和高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的輕軌鐵路。中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)的高峰小時(shí)單向運(yùn)輸能力為10000～30000人次，屬于該種類(lèi)型的軌道交通系統(tǒng)主要有輕軌和獨(dú)軌。低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)的高峰小時(shí)單向運(yùn)輸能力為5000～10000人次，屬于該種類(lèi)型的軌道交通系統(tǒng)主要有低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的有軌電車(chē)。（8）按動(dòng)能范圍、車(chē)輛類(lèi)型及主要技術(shù)特征的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為有軌電車(chē)、地鐵、輕軌、城市（市郊、城際）鐵路、獨(dú)軌交通、新交通系統(tǒng)、磁浮交通。1.1.3城市軌道交通系統(tǒng)的分類(lèi)1.1.4我國(guó)城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問(wèn)題1.發(fā)展現(xiàn)狀

近年來(lái)，我國(guó)城市軌道交通發(fā)展迅猛，在優(yōu)化城市結(jié)構(gòu)布局、緩解城市交通擁堵及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展等方面的作用日益凸顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2018年年末，我國(guó)內(nèi)地共計(jì)35個(gè)城市開(kāi)通城市軌道交通并投入運(yùn)營(yíng)，運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路總長(zhǎng)度達(dá)到5766.6km。預(yù)計(jì)到2020年左右，中國(guó)內(nèi)地城市軌道交通運(yùn)營(yíng)線(xiàn)路總規(guī)模將達(dá)到9000km。我國(guó)經(jīng)濟(jì)向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)型，需要大力推動(dòng)軌道交通裝備向綠色、智能方向發(fā)展。1.發(fā)展現(xiàn)狀

中國(guó)城市軌道交通的快速發(fā)展在改善城市交通狀況、改變市民出行和生活方式、服務(wù)和促進(jìn)城市發(fā)展、推動(dòng)產(chǎn)業(yè)進(jìn)步與升級(jí)等方面發(fā)揮了重要作用。北京、上海、廣州、深圳等城市的城市軌道交通已形成網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營(yíng)格局，城市軌道交通在公共交通體系中起到了骨干作用。中國(guó)城市軌道交通在服務(wù)和促進(jìn)城市發(fā)展的同時(shí)，大規(guī)模的建設(shè)也造就了涵蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、運(yùn)營(yíng)管理、技術(shù)裝備等各領(lǐng)域的完整產(chǎn)業(yè)鏈。與高速鐵路一樣，中國(guó)城市軌道交通在過(guò)去20年間取得了巨大的進(jìn)步和成績(jī)，并在積極跨出國(guó)門(mén)，走向世界。2.存在的問(wèn)題

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市人口的快速膨脹，軌道交通建設(shè)突飛猛進(jìn)?！秶?guó)家發(fā)展改革委關(guān)于加強(qiáng)城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的通知》（發(fā)改基礎(chǔ)〔2015〕49號(hào)）明確提出應(yīng)超前編制線(xiàn)網(wǎng)規(guī)劃，并提出了城市軌道交通長(zhǎng)遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展的總體性方案。而目前，在軌道交通的快速發(fā)展中，軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)暴露出不少問(wèn)題。76%

對(duì)城市未來(lái)發(fā)展的認(rèn)識(shí)不足，剖析不夠，對(duì)軌道交通戰(zhàn)略定位不準(zhǔn)，發(fā)展模式單一；或因城市空間結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模等不穩(wěn)定，軌道交通選取的系統(tǒng)規(guī)模與客流需求不匹配。01

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃缺乏前瞻性，規(guī)劃設(shè)計(jì)忽略城市特性和實(shí)際需要，網(wǎng)絡(luò)層次及系統(tǒng)選型單一，后期運(yùn)營(yíng)組織靈活度差，服務(wù)水平較低，運(yùn)營(yíng)效率不高。02

軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)與周邊地下空間開(kāi)發(fā)結(jié)合度不高，設(shè)計(jì)靈活度較差，地下空間沒(méi)有得到高效利用，造成地下空間資源浪費(fèi)。032.存在的問(wèn)題1.2城市軌道交通供電系統(tǒng)概述2

城市軌道交通供電系統(tǒng)是城市軌道交通的動(dòng)力源泉，在為線(xiàn)路上運(yùn)行的機(jī)車(chē)提供所需要的牽引負(fù)荷的同時(shí)，為車(chē)站、區(qū)間、車(chē)輛段、控制中心（operatingcontrolcenter，OCC）等其他建筑物提供其所需要的動(dòng)力照明電能。在城市軌道交通運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，供電一旦中斷，不僅會(huì)造成城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)的癱瘓，而且會(huì)危及乘客的生命安全，造成財(cái)產(chǎn)損失。因此，城市軌道交通供電系統(tǒng)的有效運(yùn)行是城市軌道交通系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要保障。

電力牽引用于軌道交通系統(tǒng)已有100多年的歷史，隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，用于軌道交通的電力牽引方式有許多不同的制式出現(xiàn)。這里所說(shuō)的制式，是指供電系統(tǒng)向電動(dòng)車(chē)輛或電力機(jī)車(chē)供電所采用的電流和電壓制式，如直流制或交流制、電壓等級(jí)、交流制中的頻率（工頻或低頻）及交流制中是單相或三相等。1.2.1城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電制式城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電制式經(jīng)過(guò)了如下幾個(gè)發(fā)展階段：3調(diào)速性能。在調(diào)速過(guò)程中既要達(dá)到變速，還要盡可能經(jīng)濟(jì)，不要有太大的能量損耗，同時(shí)還希望容易實(shí)現(xiàn)調(diào)速。2

動(dòng)力設(shè)備容量利用。對(duì)列車(chē)的主要?jiǎng)恿υO(shè)備——牽引電動(dòng)機(jī)的基本性能要求為：列車(chē)輕載時(shí)運(yùn)行速度可以高一些，列車(chē)重載時(shí)運(yùn)行速度可以低一些。這樣無(wú)論列車(chē)重載或輕載，都可以實(shí)現(xiàn)牽引電動(dòng)機(jī)容量的充分利用，因?yàn)榱熊?chē)的牽引力與運(yùn)行速度的乘積為其功率容量，這時(shí)近于常數(shù)。1

起動(dòng)加速性能。要求起動(dòng)加速力大且平穩(wěn)，即恒定的、大的起動(dòng)力矩，便于列車(chē)快速平穩(wěn)起動(dòng)。1.供電制式的發(fā)展

（1）直流制式。為了滿(mǎn)足城市軌道交通車(chē)輛速度快、能耗小、平穩(wěn)舒適的運(yùn)輸要求，對(duì)動(dòng)力車(chē)輛有如下要求：1.供電制式的發(fā)展

直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性(轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系特性)正符合重載時(shí)速度低、輕載時(shí)速度高的要求。此外，從直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)的起動(dòng)和調(diào)速方法看，也是比較容易實(shí)現(xiàn)的。為了限制直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)剛接通電源時(shí)起動(dòng)電流太大和正常運(yùn)行時(shí)為了降速而降低其端電壓，最早采用在電動(dòng)機(jī)回路中串聯(lián)大功率電阻的方法來(lái)達(dá)到限流和降壓的目的。這種方法容易實(shí)現(xiàn)，但在列車(chē)起動(dòng)和調(diào)速過(guò)程中卻造成了大量的能量損耗，很不經(jīng)濟(jì)。盡管如此，由于局限于一定時(shí)期的技術(shù)發(fā)展水平，采用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)作為牽引動(dòng)力就成為最早也是迄今為止被長(zhǎng)期采用的形式，這就是供電系統(tǒng)直接以直流電向電動(dòng)車(chē)輛或電力機(jī)車(chē)供電的電力牽引“直流制式”。76%1.供電制式的發(fā)展

（2）低頻單相交流制。隨著礦山和干線(xiàn)電力牽引的發(fā)展，列車(chē)需要的功率越來(lái)越大，如果采用直流供電制式，則受直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)端電壓不能太高的限制，會(huì)導(dǎo)致供電電流很大，因而供電系統(tǒng)的電壓損失和能量損耗必然增大，由此出現(xiàn)了低頻單相交流制。低頻單相交流制是交流供電方式，交流電可以通過(guò)變壓器升降壓，因此，可以升高供電系統(tǒng)的電壓，到了列車(chē)以后再經(jīng)車(chē)上的變壓器將電壓降低到適合牽引電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的電壓等級(jí)。由于早期整流技術(shù)的限制，這種制式采用了在原理上與直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)相似的單相交流整流子牽引電動(dòng)機(jī)。這種電動(dòng)機(jī)存在整流換向的問(wèn)題，其困難程度隨電源頻率的升高而增大。由于采用低頻電源使供電系統(tǒng)復(fù)雜化，需要由專(zhuān)用低頻電廠(chǎng)供電，或由變頻電站將國(guó)家統(tǒng)一工頻電源轉(zhuǎn)變成低頻電源再輸出，因此沒(méi)有得到廣泛應(yīng)用，只在少數(shù)國(guó)家的工礦和干線(xiàn)上應(yīng)用。1.供電制式的發(fā)展

（3）工頻單相交流制。工頻單相交流制式既保留了交流制可以升高供電電壓的長(zhǎng)處，又仍然采用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)作為牽引電動(dòng)機(jī)。在電力機(jī)車(chē)上裝設(shè)降壓變壓器和大功率整流設(shè)備，可將高壓電源降壓，再整流成適合直流牽引電動(dòng)機(jī)應(yīng)用的低壓直流電。電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓調(diào)速可以通過(guò)改變降壓變壓器的抽頭或可控整流裝置的電壓來(lái)實(shí)現(xiàn)。工頻單相交流制是當(dāng)今世界各國(guó)干線(xiàn)電氣化鐵路應(yīng)用較普遍的牽引供電制式。我國(guó)干線(xiàn)電氣化鐵路即采用這種制式，其供電電壓為25kV。76%1.供電制式的發(fā)展

（4）三相交流制。三相交流制式的供電網(wǎng)比較復(fù)雜，必須有兩根架空接觸線(xiàn)和走行軌道構(gòu)成三相交流電路，兩根架空接觸線(xiàn)之間又要高壓絕緣，造成的困難和投資更大，因此已經(jīng)被淘汰。

牽引網(wǎng)的供電制式主要指電流制、電壓等級(jí)和饋電方式。目前，城市軌道交通的直流牽引電壓等級(jí)有DC600V、DC750V和DC1500V等多種。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)》（GB/T10411—2005）規(guī)定了DC1500V和DC750V兩種電壓制式。電壓制式與饋電方式是密不可分的。一般架空接觸網(wǎng)饋電方式電壓等級(jí)采用DC1500V。第三軌饋電方式電壓等級(jí)主要采用DC750V，第三軌饋電方式電壓等級(jí)有向DC1500V發(fā)展的趨勢(shì)。2.供電制式的選擇原則2.供電制式的選擇原則供電制式的選擇原則如下：2

供電安全可靠。城市軌道交通是城市交通的骨干，一旦牽引網(wǎng)發(fā)生故障，造成列車(chē)停運(yùn)，就會(huì)影響市民出行，引起城市交通混亂。因此，安全可靠是選擇供電制式最重要的條件。1

供電制式與客流量相適應(yīng)?？土髁渴擒壍澜煌ㄔO(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)預(yù)測(cè)客流量大小，選擇適用的電動(dòng)客車(chē)類(lèi)型和列車(chē)編組數(shù)量，一般大運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)采用DC1500V電壓和架空接觸網(wǎng)饋電方式，中運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)采用DC750V電壓和接觸軌饋電方式。3城市軌道交通是城市的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)注重環(huán)境和景觀(guān)效果。4

牽引網(wǎng)使用壽命長(zhǎng)，維修工作量小，是降低軌道交通運(yùn)營(yíng)成本的重要條件。3

便于安裝和事故搶修。選用的牽引網(wǎng)應(yīng)便于施工安裝和日常維修；一旦發(fā)生牽引網(wǎng)故障，應(yīng)便于搶修，盡快恢復(fù)運(yùn)營(yíng)。2.供電制式的選擇原則1城市軌道電動(dòng)車(chē)輛的功率不是很大，供電半徑也不大，因此供電電壓不需要太高。2在同樣的電壓等級(jí)下，直流制因?yàn)闆](méi)有電抗壓降而比交流制的電壓損失小。城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電線(xiàn)路處在城市建筑群之間，供電電壓不宜太高，以確保安全。34大功率半導(dǎo)體整流元件（晶閘管）的出現(xiàn)，使得可在直流制電動(dòng)車(chē)輛上采用整流器對(duì)直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速，減少了能耗，給直流制增添了新的生命力。城市軌道交通幾乎毫無(wú)例外地都采用直流供電制式。采用直流供電制式的原因有如下幾點(diǎn)：3.采用直流供電制式的原因

（5）快速晶閘管出現(xiàn)后，由快速晶閘管等組成的逆變器可將直流電逆變成頻率可以調(diào)節(jié)的交流電，這樣就實(shí)現(xiàn)了多年來(lái)想采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)實(shí)的鼠籠式異步電動(dòng)機(jī)作為牽引電動(dòng)機(jī)的愿望。這種用改變頻率來(lái)改變異步電動(dòng)機(jī)速度的方法（簡(jiǎn)稱(chēng)變頻調(diào)速），可使異步牽引電動(dòng)機(jī)的性能滿(mǎn)足牽引列車(chē)特點(diǎn)的要求。雖然電動(dòng)車(chē)輛上采用的是交流異步牽引電動(dòng)機(jī)，但其供電電壓還是直流的，所以還屬于直流制式的范疇，這就給直流制的應(yīng)用提供了一個(gè)更廣闊的發(fā)展空間。3.采用直流供電制式的原因城市軌道交通作為城市電網(wǎng)的一個(gè)用戶(hù)，一般是從城市電網(wǎng)取得電能，無(wú)須單獨(dú)建設(shè)電廠(chǎng)，城市電網(wǎng)也把城市軌道交通作為一個(gè)重要用戶(hù)。因此，無(wú)論是干線(xiàn)電氣化鐵路、工礦電力牽引，還是城市軌道交通的電力牽引用電，均由國(guó)家統(tǒng)一電網(wǎng)供給。城市軌道交通供電系統(tǒng)主要由外部供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明供電系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)組成。1.2.2城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

發(fā)電廠(chǎng)（站）是發(fā)出電能的中心，一般可分為火力發(fā)電廠(chǎng)、水力發(fā)電站和原子能核電站等。為減少線(xiàn)路的電壓損失和能量損耗，發(fā)電廠(chǎng)中發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能要先經(jīng)過(guò)升壓變壓器升高電壓，然后以110kV或220kV的高壓，通過(guò)三相傳輸線(xiàn)輸送到區(qū)域變電站。在區(qū)域變電站中，電能先經(jīng)過(guò)降壓變壓器把110kV或220kV的高壓降低電壓等級(jí)（如10kV或35kV），再經(jīng)過(guò)三相輸電線(xiàn)輸送給本區(qū)域內(nèi)的各用電中心。城市軌道交通牽引用電既可以從區(qū)域變電站高壓線(xiàn)路得電，也可以從下一級(jí)電壓的城市地方電網(wǎng)得電，這取決于系統(tǒng)和城市地方電網(wǎng)的具體情況及牽引用電容量的大小。1.外部供電系統(tǒng)1.外部供電系統(tǒng)

對(duì)于直接從系統(tǒng)高壓電網(wǎng)獲得電力的城市軌道交通系統(tǒng)，往往需要再設(shè)置一級(jí)主降壓變電站，將系統(tǒng)輸電電壓由110kV或220kV降低到10kV或35kV，以適應(yīng)直流牽引變電所的需要。從管理的角度看，主降壓變電站可以由電力部門(mén)直接管理，也可以歸屬于地方城市軌道交通部門(mén)管理。

1.外部供電系統(tǒng)

如圖1-1所示，虛線(xiàn)2以上，即從發(fā)電廠(chǎng)（站）經(jīng)升壓變電站、高壓輸電網(wǎng)、區(qū)域變電站至主降壓變電站部分通常被稱(chēng)為城市軌道交通供電系統(tǒng)的外部（或一次）供電系統(tǒng)。城市軌道交通企業(yè)作為城市電網(wǎng)的重要用戶(hù)，屬于一級(jí)負(fù)荷，需要引入雙路高壓電源對(duì)其供電系統(tǒng)進(jìn)行供電。

電源由城市電網(wǎng)引入，根據(jù)不同城市的電網(wǎng)構(gòu)成，采用合適的供電方式。城市軌道交通系統(tǒng)作為城市電網(wǎng)的特殊用戶(hù)，一般用電范圍多在幾千米到幾十千米，采用何種供電方式，與城市電網(wǎng)的構(gòu)成及城市軌道交通線(xiàn)路的分布及電源的容量有密切關(guān)系。城市軌道交通供電系統(tǒng)對(duì)城市電網(wǎng)來(lái)說(shuō)是用戶(hù)，對(duì)城市軌道交通的各類(lèi)負(fù)荷來(lái)說(shuō)是電源。城市電網(wǎng)對(duì)城市軌道系統(tǒng)的供電方式可分為以下三種：1.外部供電系統(tǒng)（1）集中供電。由城市軌道專(zhuān)用主變電站構(gòu)成的供電方案稱(chēng)為集中供電。如圖1-2所示，沿著城市軌道交通線(xiàn)路，根據(jù)用電容量和城市軌道交通線(xiàn)路的長(zhǎng)短，建設(shè)一座或幾座軌道交通專(zhuān)用的主變電站。主變電站應(yīng)有兩路獨(dú)立的電源，一般為110kV或63kV，由發(fā)電廠(chǎng)或區(qū)域變電站對(duì)其供電。主變電站經(jīng)過(guò)變壓后，輸出AC35kV或AC10kV等級(jí)的電壓，給城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)和動(dòng)力照明系統(tǒng)供電。1.外部供電系統(tǒng)圖1-2集中供電上海、香港地鐵采用三級(jí)電壓制集中供電方式（見(jiàn)圖1-3），集中供電的牽引供電系統(tǒng)的電壓為35kV，供配電系統(tǒng)的電壓為10kV。目前，國(guó)內(nèi)只有少數(shù)城市采用這種形式。1.外部供電系統(tǒng)圖1-3三級(jí)電壓制集中供電方式廣州地鐵采用兩級(jí)電壓制集中供電方式（見(jiàn)圖1-4），牽引供電系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的電壓均采用33kV。目前，國(guó)內(nèi)采用集中供電的城市多采用此種形式。1.外部供電系統(tǒng)圖1-4兩級(jí)電壓制集中供電方式1.外部供電系統(tǒng)20%

①主變電站。城市軌道負(fù)荷作為一級(jí)負(fù)荷，主變電站進(jìn)線(xiàn)一般為雙電源。雙電源的設(shè)計(jì)有兩種：一種是兩路電源均為專(zhuān)用線(xiàn)路，電源可靠性高；另一種是一路電源為專(zhuān)用線(xiàn)路，另一路電源并接于供電線(xiàn)路，與其他用戶(hù)共享電源。并接電源的可靠性雖然相對(duì)來(lái)說(shuō)較差，但也能滿(mǎn)足地鐵供電的要求。兩路電源分列運(yùn)行，相互備用。同時(shí)，在設(shè)計(jì)中，通過(guò)地鐵環(huán)網(wǎng)電纜將兩座主變電站的母線(xiàn)進(jìn)行連接，即使兩路外部電源同時(shí)發(fā)生故障，也可以實(shí)現(xiàn)主變電站之間的相互支援，提高外部電源的安全可靠性。

主變電站進(jìn)線(xiàn)電源側(cè)可采用內(nèi)橋接線(xiàn)或線(xiàn)路變壓器組接線(xiàn)（見(jiàn)圖1-5），采用何種接線(xiàn)形式，主要考慮外部電源的可靠程度和電力部門(mén)的要求。內(nèi)橋接線(xiàn)的可靠性要略高于線(xiàn)路變壓器組接線(xiàn)，主要體現(xiàn)在當(dāng)一路進(jìn)線(xiàn)電源故障時(shí)，完全不影響地鐵供電系統(tǒng)的運(yùn)行，而此時(shí)線(xiàn)路變壓器組接線(xiàn)就只能有單臺(tái)主變壓器運(yùn)行。主變電站中壓側(cè)采用單母線(xiàn)分段接線(xiàn)形式，當(dāng)其中一臺(tái)主變壓器或一路中壓進(jìn)線(xiàn)不能正常運(yùn)行時(shí)，通過(guò)母聯(lián)開(kāi)關(guān)合閘來(lái)保證地鐵供電的可靠性。當(dāng)外部電源不穩(wěn)定時(shí)，通過(guò)主變壓器有載調(diào)壓開(kāi)關(guān)來(lái)保證地鐵電源的穩(wěn)定性和可靠性。圖1-5主變電站進(jìn)線(xiàn)電源側(cè)接線(xiàn)形式1.外部供電系統(tǒng)1.外部供電系統(tǒng)

②中壓供電網(wǎng)絡(luò)。中壓電纜可縱向把上級(jí)主變電站和下級(jí)牽引變電所、降壓變電站連接起來(lái)，橫向把全線(xiàn)的各個(gè)牽引變電所、降壓變電站連接起來(lái)，便構(gòu)成了中壓供電網(wǎng)絡(luò)，其功能類(lèi)似于電力系統(tǒng)中的輸電線(xiàn)路。城市軌道交通的中壓交流環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)可采用牽引與動(dòng)力照明相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)形式，也可采用牽引與動(dòng)力照明混合的網(wǎng)絡(luò)形式。對(duì)于牽引與動(dòng)力照明相對(duì)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，牽引供電網(wǎng)絡(luò)與動(dòng)力照明網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)可以相同，也可以不同。供電系統(tǒng)中的中壓供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按列車(chē)運(yùn)行的遠(yuǎn)期通過(guò)能力設(shè)計(jì)，對(duì)互為備用線(xiàn)路，當(dāng)一路退出運(yùn)行時(shí)，另一路應(yīng)能承擔(dān)其一、二級(jí)負(fù)荷的供電，線(xiàn)路末端電壓損失不宜超過(guò)5％。1.外部供電系統(tǒng)

一個(gè)運(yùn)行可靠、調(diào)度靈活的環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)一般需滿(mǎn)足以下設(shè)計(jì)原則和技術(shù)條件：·供電系統(tǒng)應(yīng)滿(mǎn)足經(jīng)濟(jì)、可靠、接線(xiàn)簡(jiǎn)單、運(yùn)行靈活的要求?！す╇娤到y(tǒng)(含牽引供電)容量按遠(yuǎn)期高峰小時(shí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃的設(shè)計(jì)可預(yù)留一定裕度?！す╇娤到y(tǒng)按一級(jí)負(fù)荷設(shè)計(jì)，即平時(shí)由兩路互為備用的獨(dú)立電源供電，以實(shí)現(xiàn)不間斷供電。·環(huán)網(wǎng)設(shè)備容量應(yīng)滿(mǎn)足遠(yuǎn)期最大高峰小時(shí)負(fù)荷的要求，并滿(mǎn)足當(dāng)一個(gè)主變電站發(fā)生故障時(shí)（不含中壓母線(xiàn)故障），另一個(gè)主變電站能承擔(dān)全線(xiàn)牽引負(fù)荷及全線(xiàn)動(dòng)力照明一、二級(jí)負(fù)荷的供電。1.外部供電系統(tǒng)

·電纜載流量不僅應(yīng)滿(mǎn)足最大高峰小時(shí)負(fù)荷的要求，同時(shí)當(dāng)主變電站正常運(yùn)行，環(huán)網(wǎng)中一條電纜故障時(shí)，應(yīng)能保證城市軌道交通正常運(yùn)行。此時(shí)可不考慮主變電站和環(huán)網(wǎng)電纜同時(shí)故障的情況，但需考慮主變電站與一個(gè)牽引變電所同時(shí)故障（三級(jí)負(fù)荷除外）的情況。在中壓環(huán)網(wǎng)電壓等級(jí)的選取上，國(guó)內(nèi)一般有35kV/33kV和10kV兩種等級(jí)，環(huán)網(wǎng)電壓高，可相應(yīng)減少主變電站的個(gè)數(shù)和降低線(xiàn)路損耗。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)開(kāi)通和即將開(kāi)通的地鐵線(xiàn)路多數(shù)采用集中供電方式，中壓環(huán)網(wǎng)電壓多采用35kV/33kV等級(jí)。

（2）分散供電。在地鐵沿線(xiàn)直接由城市電網(wǎng)引入多路地鐵所需要的電源而構(gòu)成的供電系統(tǒng)稱(chēng)為分散供電，如圖1-6所示。這種供電方式多為10kV電壓等級(jí)。因?yàn)槲覈?guó)各大城市的電網(wǎng)在逐漸取消或改造35kV這一電壓等級(jí)，因此要想在幾千米到幾十千米的范圍內(nèi)引入多路35kV電源是不可能的。分散供電要保證每座牽引變電所或降壓變電站皆能獲得雙路電源。北京地鐵主要采用分散供電方式。采用分散供電方式，可以取消地鐵主變電站，從而節(jié)省主變電站的投資，但是地鐵電源系統(tǒng)能否采用這種方式與城市電網(wǎng)的發(fā)達(dá)情況密切相關(guān)。采用集中供電方式可使地鐵供電系統(tǒng)與外界的接點(diǎn)減少，便于日后的運(yùn)營(yíng)維護(hù)。圖1-6分散供電1.外部供電系統(tǒng)1.外部供電系統(tǒng)

（3）混合供電?；旌瞎╇姺绞绞乔皟煞N供電方式的結(jié)合，以集中供電方式為主，在個(gè)別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中供電方式的補(bǔ)充，使供電系統(tǒng)更加完善和可靠。武漢軌道交通、北京城市軌道交通1號(hào)線(xiàn)和2號(hào)線(xiàn)即采用此種供電方式。

2.牽引供電系統(tǒng)

城市軌道交通的電能由國(guó)家統(tǒng)一電網(wǎng)供給，其電力牽引供電系統(tǒng)如圖1-7所示。主降壓變電站（當(dāng)它不屬于電力部門(mén)時(shí)）及其以后部分分為以牽引變電所為主的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電站為主的動(dòng)力照明供電系統(tǒng)。

2.牽引供電系統(tǒng)

如圖1-8所示，主降壓變電站及其以后部分統(tǒng)稱(chēng)為牽引供電系統(tǒng)，其包括牽引變電所、饋電線(xiàn)、接觸網(wǎng)、鋼軌及回流線(xiàn)等。在城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中，電能從牽引變電所經(jīng)饋電線(xiàn)、接觸網(wǎng)輸送給電動(dòng)列車(chē)，再?gòu)碾妱?dòng)列車(chē)經(jīng)鋼軌（軌道回路）、回流線(xiàn)流回牽引變電所。由饋電線(xiàn)、接觸網(wǎng)、軌道回路及回流線(xiàn)組成的供電網(wǎng)絡(luò)稱(chēng)為牽引網(wǎng)。牽引供電系統(tǒng)即由牽引變電所和牽引網(wǎng)組成，其中，牽引變電所和接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分。

（1）牽引變電所。牽引變電所是牽引供電系統(tǒng)的核心，一般由進(jìn)出線(xiàn)單元、變壓變流單元和饋出單元構(gòu)成。其主要功能是將中壓環(huán)網(wǎng)的AC35kV或AC10kV三相高壓交流電源經(jīng)變壓變流單元轉(zhuǎn)換為城市軌道交通列車(chē)所需的電能，并分配到上下行區(qū)間供列車(chē)牽引用。在城市軌道交通工程中，由于地下土建工程造價(jià)較高，因而在地面有條件時(shí)最好將牽引變電所建于地面。但降壓變電站由于壓損的要求仍應(yīng)設(shè)在車(chē)站內(nèi)，這樣可以有效地降低工程造價(jià)。2.牽引供電系統(tǒng)①饋電線(xiàn)。②接觸網(wǎng)。30%③軌道回路。40%④回流線(xiàn)。75%2.牽引供電系統(tǒng)20%（2）牽引網(wǎng)。

動(dòng)力照明供電系統(tǒng)可為除城市軌道交通列車(chē)以外的其他所有地鐵用電負(fù)荷提供電能，其中包括通信、信號(hào)、事故照明和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等許多一級(jí)負(fù)荷。這些一級(jí)負(fù)荷均與城市軌道交通正常運(yùn)營(yíng)密不可分，所以在設(shè)計(jì)、設(shè)備選型和施工過(guò)程中都應(yīng)對(duì)動(dòng)力照明供電系統(tǒng)給予足夠的重視。城市軌道交通降壓變電站與城網(wǎng)10kV變電站一樣，都是將中壓電經(jīng)變壓器變?yōu)?80V或220V電源供動(dòng)力照明負(fù)荷用電。在引入電源方面，每座降壓變電站均從中壓環(huán)網(wǎng)引入兩路電源，有條件時(shí)還應(yīng)從相鄰變電站或市電引一路備用電源；對(duì)于特別重要的負(fù)荷（如控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)備等負(fù)荷），還應(yīng)設(shè)蓄電池作為備用電源。城市軌道交通動(dòng)力照明供電系統(tǒng)如圖1-9所示。圖1-9城市軌道交通動(dòng)力照明供電系統(tǒng)3.動(dòng)力照明供電系統(tǒng)3.動(dòng)力照明供電系統(tǒng)20%

其中，降壓變電站將三相電源進(jìn)線(xiàn)電壓降壓變?yōu)槿?80V交流電，其主要用電設(shè)備是風(fēng)機(jī)、水泵、照明設(shè)備、通信設(shè)備、信號(hào)設(shè)備、防火報(bào)警設(shè)備等。在動(dòng)力供電系統(tǒng)中，降壓變電站一般每個(gè)車(chē)站設(shè)置一個(gè)，有時(shí)也可幾個(gè)車(chē)站合設(shè)一個(gè)；也可將降壓（動(dòng)力）變壓器附設(shè)在某個(gè)牽引變電所之中，構(gòu)成牽引與動(dòng)力混合變電站。配電所（室）僅起到電能分配的作用。降壓變電站通過(guò)配電所（室）將三相380V和單相220V交流電分別供給動(dòng)力、照明設(shè)備，各配電所（室）對(duì)本車(chē)站及其兩側(cè)區(qū)間動(dòng)力和照明等設(shè)備配電。3.動(dòng)力照明供電系統(tǒng)20%

地鐵車(chē)站及區(qū)間照明電源采用380V/220V系統(tǒng)三相五線(xiàn)制系統(tǒng)配電。正常時(shí)，工作照明、事故照明均由交流電源供電；當(dāng)交流電源失去時(shí)，事故照明自動(dòng)切換為蓄電池供電，確保事故期間必要的緊急照明。配電所（室）與用電設(shè)備之間的導(dǎo)線(xiàn)為配電線(xiàn)路。車(chē)站設(shè)備負(fù)荷可分為3級(jí)：一級(jí)負(fù)荷（包括事故風(fēng)機(jī)、消防泵、主排水站、售檢票機(jī)、防災(zāi)報(bào)警、通信信號(hào)、事故照明）、二級(jí)負(fù)荷（包括自動(dòng)扶梯、普通風(fēng)機(jī)、排污泵、工作照明）和三級(jí)負(fù)荷（包括空調(diào)、冷凍機(jī)、廣告照明、維修電源）。對(duì)于一、二級(jí)負(fù)荷，一般有兩路電源供電，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障解列時(shí)，另一臺(tái)變壓器可承擔(dān)全部一、二級(jí)負(fù)荷。三級(jí)負(fù)荷由一路電源供電，當(dāng)一臺(tái)變壓器故障解列時(shí)，可根據(jù)運(yùn)營(yíng)需要自動(dòng)切除。

SCADA系統(tǒng)是貫穿于整個(gè)供電系統(tǒng)的監(jiān)視和控制部分，是控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。SCADA系統(tǒng)由控制中心、通信通道和被控站系統(tǒng)組成，對(duì)全線(xiàn)變電站及沿線(xiàn)供電設(shè)備實(shí)行集中監(jiān)視、控制和測(cè)量。其中，控制中心由數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信前置機(jī)、工程師工作站及模擬盤(pán)顯示器等組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)所采集數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算、存儲(chǔ)、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及控制命令的發(fā)送等功能。被控站系統(tǒng)由變電站上位可編程邏輯控制器（programmablelogiccontroller，PLC）或后臺(tái)計(jì)算機(jī)、所內(nèi)通信通道及下位PLC組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備狀態(tài)、信號(hào)等數(shù)據(jù)的采集、整理、簡(jiǎn)單分析計(jì)算及所內(nèi)控制等功能。4.SCADA系統(tǒng)62

城市軌道交通供電系統(tǒng)應(yīng)具備安全、可靠、調(diào)度方便、技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、經(jīng)濟(jì)合理的特點(diǎn)，并應(yīng)具備以下一些功能。1.2.3城市軌道交通供電系統(tǒng)的功能65%85%50%65%45%

供電系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象除運(yùn)送乘客的電動(dòng)車(chē)輛外，還有保證乘客在旅行中有良好衛(wèi)生環(huán)境和秩序的通風(fēng)換氣、空調(diào)設(shè)施、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)售檢票、屏蔽門(mén)、排水泵、排污泵、通信信號(hào)、消防設(shè)施和各種照明設(shè)備。在這個(gè)龐大的用電群體中，用電設(shè)備有不同的電壓等級(jí)和電壓制式，既有固定的，也有時(shí)刻在變化著的，供電系統(tǒng)就是要滿(mǎn)足這些不同用途的用電設(shè)備對(duì)電源的不同需求，使城市軌道系統(tǒng)的每種用電設(shè)備都能發(fā)揮各自的功能和作用，保證城市軌道系統(tǒng)能夠安全、可靠地運(yùn)營(yíng)。1.全方位的服務(wù)功能

無(wú)論供電系統(tǒng)如何構(gòu)成，采用什么樣的設(shè)備，安全、可靠地供電總是第一位的。在系統(tǒng)中發(fā)生任何一種故障，系統(tǒng)本身都應(yīng)有備用措施，以保證城市軌道系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)以雙電源為主要原則，當(dāng)一路電源故障時(shí)，另一路電源應(yīng)能保證系統(tǒng)的正常供電。例如，主變電站、牽引變電所和降壓變電站為雙電源、雙機(jī)組；動(dòng)力照明的一、二級(jí)負(fù)荷采用雙電源、雙回路供電；牽引網(wǎng)同一饋電區(qū)采用雙邊供電（雙電源供電）方式，當(dāng)一座牽引變電所故障解列時(shí)，靠?jī)蓚€(gè)相鄰變電站的過(guò)負(fù)荷能力對(duì)牽引網(wǎng)進(jìn)行大雙邊供電，保證列車(chē)可以照常運(yùn)行而不受影響。2.故障自救功能

系統(tǒng)應(yīng)有完善、協(xié)調(diào)的保護(hù)措施，供電系統(tǒng)的各級(jí)繼電保護(hù)應(yīng)相互配合和協(xié)調(diào)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)只切除故障部分的設(shè)備，從而使故障范圍縮小。系統(tǒng)的各級(jí)保護(hù)應(yīng)當(dāng)滿(mǎn)足可靠性、靈敏性、速動(dòng)性、選擇性的要求。對(duì)牽引供電系統(tǒng)而言，為保證乘客的安全，保護(hù)的速動(dòng)性是第一位的，其保護(hù)的原則是“寧可誤動(dòng)作，不可不動(dòng)作”。誤動(dòng)作可以用自動(dòng)重合閘校正，而保護(hù)不動(dòng)作則很危險(xiǎn)，因?yàn)橹绷麟娀≡诓磺袛嚯娫磿r(shí)可以長(zhǎng)時(shí)間地維持燃燒，從而威脅乘客安全。由于城市軌道交通供電系統(tǒng)中壓交流側(cè)保護(hù)應(yīng)與城市電網(wǎng)的保護(hù)相配合和協(xié)調(diào)，因此，其保護(hù)的選擇性也受到制約。3.自我保護(hù)功能

系統(tǒng)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的操作都應(yīng)有相應(yīng)的聯(lián)鎖條件，不允許因誤操作而導(dǎo)致發(fā)生故障。尤其是各種隔離開(kāi)關(guān)（無(wú)論是電動(dòng)還是手動(dòng)）或手車(chē)式開(kāi)關(guān)的隔離觸頭，都不允許帶負(fù)荷操作。防止誤操作的聯(lián)鎖條件可以是機(jī)械的，也可以是電氣的，還可以是電氣設(shè)備本身所具備的或是在操作規(guī)程和程序上嚴(yán)格規(guī)定的。防止誤操作是保證系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行所不可缺少的環(huán)節(jié)。4.防止誤操作的功能

系統(tǒng)應(yīng)能在控制中心進(jìn)行集中控制、監(jiān)視和測(cè)量，并應(yīng)能根據(jù)運(yùn)行需要，方便、靈活地進(jìn)行調(diào)度，變更運(yùn)行方式，分配負(fù)荷潮流，使系統(tǒng)的運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)合理。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而使一路或兩路電源退出運(yùn)行時(shí)，為保證地鐵列車(chē)的正常運(yùn)行，電力調(diào)度可以對(duì)供電分區(qū)進(jìn)行調(diào)度和調(diào)整，以達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。5.方便靈活的調(diào)度功能

系統(tǒng)應(yīng)能進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程控制，并可以方便地進(jìn)行操作轉(zhuǎn)換，系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)有明確的顯示，使運(yùn)行人員一目了然。各種信號(hào)顯示應(yīng)明確，事故信號(hào)和預(yù)告信號(hào)應(yīng)分別顯示。各種電量的測(cè)量和電能的計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確，并便于運(yùn)行人員查證和分析，牽引用電和動(dòng)力照明用電應(yīng)分別計(jì)量，以利于對(duì)用電指標(biāo)進(jìn)行考核和經(jīng)濟(jì)分析。在控制中心應(yīng)能對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)進(jìn)行控制、信號(hào)顯示、各種量值的計(jì)量統(tǒng)計(jì)。6.完善的控制、顯示和計(jì)量功能7.電磁兼容功能20%

國(guó)際電工委員會(huì)（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）對(duì)電磁兼容性（electromagneticcompatibility，EMC）的定義為設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。其中，“任何事物”可以是設(shè)備、裝置、系統(tǒng)，也可以是有生命的生物或無(wú)生命的物體。城市軌道車(chē)輛是強(qiáng)電、弱電多個(gè)系統(tǒng)共存的電磁環(huán)境，為了使各種設(shè)備或系統(tǒng)能在這個(gè)環(huán)境中正常工作，且不對(duì)該環(huán)境中其他設(shè)備、裝置或系統(tǒng)構(gòu)成不能承受的電磁騷擾，各種電氣和電子設(shè)備的系統(tǒng)內(nèi)部以及與其他系統(tǒng)之間的電磁兼容顯得尤為重要。供電系統(tǒng)及其設(shè)備在地鐵這個(gè)電磁環(huán)境中，首先是作為電磁騷擾源存在的，同時(shí)也是敏感設(shè)備。在城市軌道的電磁環(huán)境中，供電系統(tǒng)與其他設(shè)備、裝置或系統(tǒng)應(yīng)是電磁兼容的。在技術(shù)上應(yīng)采取措施抑制騷擾源，消除或減弱電磁耦合，提高敏感設(shè)備的抗干擾能力，以達(dá)到各系統(tǒng)的電磁兼容，使城市軌道車(chē)輛安全可靠地運(yùn)行。我國(guó)自1969年在北京建成第一條地下鐵道以來(lái)，相繼已有上海、廣州、南京等城市的軌道交通投入商業(yè)運(yùn)營(yíng)。國(guó)內(nèi)正在運(yùn)營(yíng)或?qū)⒁\(yùn)營(yíng)的城市軌道交通的供電系統(tǒng)主要采用架空式接觸網(wǎng)和接觸軌式（第三軌式）接觸網(wǎng)兩種饋電類(lèi)型。其中，北京、天津等地鐵采用DC750V的第三軌饋電，無(wú)錫地鐵采用DC1500V的第三軌饋電，電壓提高到1500V是第三軌饋電技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方向；上海、南京等地鐵采用DC1500V架空式接觸網(wǎng)饋電。1.2.4國(guó)內(nèi)城市軌道交通供電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀1.3城市軌道交通雜散電流3

在理想的狀況下，直流牽引供電系統(tǒng)的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(dòng)列車(chē)和回流軌（鋼軌）返回牽引變電所的負(fù)極。但由于鋼軌與隧道或道床等結(jié)構(gòu)鋼之間的絕緣電阻不是無(wú)限大，因此勢(shì)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(fù)極，有一部分的牽引電流會(huì)泄漏到隧道或道床等結(jié)構(gòu)鋼上，然后經(jīng)過(guò)結(jié)構(gòu)鋼和大地流回牽引變電所的負(fù)極，這部分泄漏電流因大地土壤的導(dǎo)電性質(zhì)及地下金屬管道的位置不同可以分布很廣，故稱(chēng)為雜散電流或迷流。圖1-10所示為直流牽引雜散電流。圖1-10直流牽引雜散電流1.3.1雜散電流的形成

根據(jù)圖1-10，在牽引變電所回流線(xiàn)與鋼軌相接的回流點(diǎn)處，雜散電流回到牽引變電所。當(dāng)軌道沿線(xiàn)的地下有金屬管道或建筑物鋼筋等導(dǎo)電物時(shí)，雜散電流必沿金屬導(dǎo)體流動(dòng)，到回流點(diǎn)附近再通過(guò)鋼軌流回變電所，在回流點(diǎn)附近的金屬管道上形成陽(yáng)極區(qū)，如圖1-11所示。而且陽(yáng)極區(qū)總是在回流點(diǎn)處不動(dòng)，使得陽(yáng)極區(qū)的金屬正離子流向大地，發(fā)生電解腐蝕，從而損壞金屬。當(dāng)接觸網(wǎng)為負(fù)極性時(shí)，陽(yáng)極區(qū)與陰極區(qū)將轉(zhuǎn)變，陽(yáng)極區(qū)將隨著列車(chē)的移動(dòng)而移動(dòng)，這樣陽(yáng)極區(qū)是不固定的。由于金屬物的腐蝕現(xiàn)象較均勻，因而腐蝕情況不會(huì)太嚴(yán)重。圖1-11雜散電流腐蝕原理1.3.1雜散電流的形成城市軌道中的雜散電流是一種有害的電流，不僅會(huì)對(duì)城市軌道交通中的電氣設(shè)備設(shè)施的正常運(yùn)行造成不同程度的影響，還會(huì)對(duì)隧道、道床的結(jié)構(gòu)鋼和附近的金屬管線(xiàn)造成危害。這種危害主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：（1）若地下雜散電流流入電氣接地裝置，則會(huì)引起過(guò)高的接地電位，使某些設(shè)備無(wú)法正常工作。1.3.2雜散電流的危害

（2）若鋼軌局部或整體對(duì)地的絕緣能力變差，則此鋼軌對(duì)大地的泄漏電流增大，地下的雜散電流增大，這樣就有可能引起牽引變電所的框架保護(hù)動(dòng)作。而框架保護(hù)動(dòng)作會(huì)引起整個(gè)牽引變電所的斷路器跳閘，全所失電，同時(shí)還會(huì)聯(lián)跳相鄰牽引變電所對(duì)應(yīng)的饋線(xiàn)斷路器，從而造成較大范圍的停電事故，影響城市軌道交通系統(tǒng)的正常運(yùn)營(yíng)。

（3）對(duì)隧道、道床或其他建筑物的結(jié)構(gòu)鋼和附近的金屬管線(xiàn)（如電纜、金屬管件等）造成電腐蝕。如果這種電腐蝕長(zhǎng)期存在，將會(huì)嚴(yán)重?fù)p壞城市軌道交通系統(tǒng)附近的各種結(jié)構(gòu)鋼和地下金屬管線(xiàn)，從而破壞結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，縮短其使用壽命。1.3.2雜散電流的危害工程上可以采取增加軌道與大地間的絕緣、降低鋼軌道的電阻、縮短變電站之間的距離、金屬管道遠(yuǎn)離軌道線(xiàn)路、設(shè)置其他專(zhuān)門(mén)的電保護(hù)等措施使軌道電流少泄入大地。即使有少量雜散電流泄入大地，也會(huì)通過(guò)地下回流點(diǎn)處專(zhuān)設(shè)的“電旁泄通道”直接流回變電站，不形成腐蝕陽(yáng)極區(qū)?！半娕孕雇ǖ馈笔且环N專(zhuān)設(shè)的電流通道，它保證雜散電流從地下建筑物回流到鋼軌、牽引變電所回流線(xiàn)或直接流入與鋼軌網(wǎng)相連的牽引變電所母線(xiàn)，使地下建筑物處于陰極狀態(tài)。1.3.3雜散電流的防護(hù)1231.雜散電流的防護(hù)原則

為了改善地下電流造成的迷流腐蝕狀況，應(yīng)采取“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)測(cè)”的原則。

防。防就是隔離和控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進(jìn)入城市軌道交通的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備及可能與其相關(guān)的設(shè)施。

排。排就是通過(guò)雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回至牽引變電所負(fù)極的通路，防止雜散電流繼續(xù)向本系統(tǒng)外泄漏，以減少腐蝕。

監(jiān)測(cè)。設(shè)計(jì)完備的雜散電流監(jiān)測(cè)系統(tǒng)對(duì)雜散電流的大小進(jìn)行監(jiān)視、測(cè)量，為運(yùn)營(yíng)維護(hù)提供依據(jù)。2.雜散電流的防護(hù)措施20%

（1）降低鋼軌對(duì)地電位。牽引供電系統(tǒng)采用雙邊供電方式。正常運(yùn)行時(shí)采用雙邊供電方式，事故狀態(tài)（一座牽引變電所解列）時(shí)也應(yīng)采用大雙邊供電方式。因?yàn)殡p邊供電比單邊供電有更多優(yōu)點(diǎn)，降低鋼軌對(duì)地電位就是其中之一，無(wú)論是軌道中平均電壓損失還是最大電壓損失，雙邊供電都為單邊供電的1/4～1/3，即雙邊供電軌道對(duì)地電位為單邊供電時(shí)的1/4～1/3，在線(xiàn)