《城市軌道交通變電所運(yùn)行與維護(hù)》 課件 項(xiàng)目1任務(wù)2 城市軌道交通供電系統(tǒng)的認(rèn)知

項(xiàng)目1供電系統(tǒng)的認(rèn)知任務(wù)2

城市軌道交通供電系統(tǒng)的認(rèn)知【任務(wù)描述】認(rèn)識(shí)城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成，識(shí)讀典型的城市軌道交通供電系統(tǒng)示意圖。01城市軌道交通的定義和分類(lèi)城市軌道交通的定義和分類(lèi)定義：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)。包括：地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、市域快速軌道系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車(chē)、自動(dòng)導(dǎo)向軌道系統(tǒng)、磁浮系統(tǒng)。城市軌道交通具有節(jié)能、省地、運(yùn)量大、全天候、無(wú)污染（或少污染）又安全等特點(diǎn)，屬于綠色環(huán)保交通體系，特別適應(yīng)于大中城市。02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)的供電制式為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)提供所需電能的系統(tǒng)稱為城市軌道交通供電系統(tǒng)。城市軌道交通的種類(lèi)形式繁雜多樣，其供電制式是指供電系統(tǒng)向電力機(jī)車(chē)供電所采用的方式，主要包括電流制式、電壓等級(jí)和饋電方式。1.電流制式世界各國(guó)城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)基本都采用了直流電流供電制式。2.電壓等級(jí)目前國(guó)際電工委員會(huì)擬定的城市軌道交通的直流牽引電壓等級(jí)有DC600V、DC750V和DC1500V三種，后兩種電壓為推薦值。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《地鐵直流牽引供電系統(tǒng)》規(guī)定了DC750V和DC1500V兩種電壓等級(jí)。3.饋電方式牽引網(wǎng)的饋電方式有架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種方式。電壓等級(jí)與饋電方式密切相關(guān)，組合起來(lái)共有四種：DC1500V架空接觸網(wǎng)、DC1500V接觸軌、DC750V架空接觸網(wǎng)、DC750V接觸軌。一般大運(yùn)量的城市軌道交通系統(tǒng)，多采用DC1500V架空接觸網(wǎng)方式；中小運(yùn)量的城市軌道交通系統(tǒng)多采用DC750V接觸軌方式。采用哪種供電制式必須根據(jù)城市具體條件與要求綜合分析論證后確定。03城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成城市軌道交通的供電負(fù)荷包括兩類(lèi)：一類(lèi)是為城市軌道交通電動(dòng)列車(chē)提供牽引用電；另一類(lèi)是為城市軌道交通車(chē)站運(yùn)營(yíng)所需要的動(dòng)力照明設(shè)備提供電能，如風(fēng)機(jī)、給排水站、售檢票機(jī)、防災(zāi)報(bào)警、通信、空調(diào)、照明等設(shè)備。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成城市軌道交通供電系統(tǒng)由五部分組成：外部電源、主變電所或電源開(kāi)閉所、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明供電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)。1.外部電源外部電源是為城市軌道交通供電系統(tǒng)提供電能的外部城市電網(wǎng)電源系統(tǒng)。因?yàn)槌鞘熊壍澜煌娏C(jī)車(chē)屬于一級(jí)負(fù)荷，所以需要由兩個(gè)獨(dú)立的電源供電。即由兩個(gè)發(fā)電機(jī)發(fā)出三相交流電，再經(jīng)過(guò)升壓變壓器變換為三相交流110kV的電壓。為了保證城市軌道交通供電的可靠性要求，對(duì)于外部電源提出了以下四個(gè)要求：1）數(shù)量要求：兩路獨(dú)立的進(jìn)線電源。這兩路電源可以來(lái)自城市電網(wǎng)的不同變電所，也可以來(lái)自城市電網(wǎng)的同一變電所的不同母線，但主變電所進(jìn)線電源應(yīng)至少有一路為專線電源。2）運(yùn)行方式要求：兩路電源應(yīng)分列運(yùn)行，互為備用。當(dāng)一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路電源不應(yīng)同時(shí)受到損壞，由另一路電源保證對(duì)城市軌道交通供電系統(tǒng)供電。3）進(jìn)線電源容量要求：每路進(jìn)線電源的容量應(yīng)滿足所內(nèi)全部一、二級(jí)負(fù)荷的要求。4）地理位置要求：為了便于運(yùn)營(yíng)管理和減少損耗，外部電源點(diǎn)應(yīng)盡可能地靠近城市軌道交通線路。線路越短，電能損耗越小。2.主變電所或電源開(kāi)閉所主變電所的功能是接受外部城市電網(wǎng)輸送的電能，將三相交流110kV的電壓變換為三相交流35kV或10kV電壓為牽引變電所、降壓變電所提供電源。01如果城市電網(wǎng)在城市軌道交通沿線有足夠的變電站和備用容量，并能滿足城市軌道交通牽引供電的可靠性要求。城市軌道交通也可以不設(shè)主變電所，而是設(shè)置電源開(kāi)閉所。電源開(kāi)閉所的功能是接受城市電網(wǎng)提供的中壓電源三相交流35kV或10kV，為牽引變電所、降壓變電所轉(zhuǎn)供中壓電源。因不設(shè)主變電所，大大降低了成本。022.主變電所或電源開(kāi)閉所根據(jù)城市電網(wǎng)實(shí)際構(gòu)成情況的不同，外部電源對(duì)于城市軌道交通的供電方式有三種，分別是集中式供電、分散式供電、分散與集中相結(jié)合的混合式供電主變電所或電源開(kāi)閉所（1）集中式供電集中式供電指的是在城市軌道交通線路附近設(shè)置兩座及以上的主變電所，通過(guò)主變電所集中從城市電網(wǎng)接受電能，經(jīng)主變電所降壓后再向軌道交通內(nèi)部牽引變電所或降壓變電所供電。集中式供電示意圖如圖所示，一個(gè)主變電所供沿線的多個(gè)牽引降壓混合所或降壓變電所。主變電所或電源開(kāi)閉所（1）集中式供電1）與城市電網(wǎng)接口少。2）受電電壓高，電能質(zhì)量好且供電可靠性高，受外部電網(wǎng)影響小。3）城市軌道交通供電系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，便于管理。集中式供電主要應(yīng)用于城市軌道交通與城市電網(wǎng)接口少，要求運(yùn)營(yíng)、調(diào)度、管理方便的場(chǎng)合。4）需要設(shè)置主變電所，投資較大。集中式供電方式有以下特點(diǎn)：主變電所或電源開(kāi)閉所（2）分散式供電分散式供電指不設(shè)主變電所，沿城市軌道交通線路的城市電網(wǎng)直接分散引入多路三相交流35kV或10kV（大多數(shù)是10kV）電源，經(jīng)電源開(kāi)閉所分別向沿線的各牽引變電所和降壓變電所供電。主變電所或電源開(kāi)閉所（2）分散式供電分散式供電有以下特點(diǎn)：1）與城市電網(wǎng)接口多，相鄰牽引變電所或降壓變電所由開(kāi)閉所連接，兩開(kāi)閉所之間的供電分區(qū)通過(guò)雙環(huán)網(wǎng)聯(lián)絡(luò)。2）受電電壓低，電能質(zhì)量較差且供電可靠性容易受外部電網(wǎng)影響。3）城市軌道交通供電系統(tǒng)獨(dú)立性差，運(yùn)營(yíng)管理相對(duì)復(fù)雜。4）不需要設(shè)置主變電所，投資較小。分散式供電主要應(yīng)用于城市軌道交通沿線電力資源豐富，與城市電網(wǎng)接口多的場(chǎng)合。主變電所或電源開(kāi)閉所（3）混合式供電混合式供電是將分散式與集中式相結(jié)合的供電方式，由主變電所和城市中壓電源共同為牽引變電所、降壓變電所供電。當(dāng)一條地鐵線路很長(zhǎng)，遠(yuǎn)端站點(diǎn)的變電所到主變電所的距離很遠(yuǎn)時(shí)，遠(yuǎn)端站點(diǎn)的變電所可以從附近的城市中壓電源獲取電能作為補(bǔ)充，構(gòu)成以集中式供電方式為主，分散式為輔的混合式供電方式。主要應(yīng)用于與城市電網(wǎng)接口數(shù)、城市電網(wǎng)容量介于集中式和分散式之間的場(chǎng)合。特別適合建設(shè)城市軌道交通延長(zhǎng)線，早期規(guī)劃的主線路采用集中式供電，后期建設(shè)的延長(zhǎng)線采用分散式供電，形成混合式供電方式。3.牽引供電系統(tǒng)（1）組成牽引供電系統(tǒng)包括牽引變電所與牽引網(wǎng)兩個(gè)部分。1）牽引變電所牽引變電所的功能是將主變電所或電源開(kāi)閉所提供的三相交流35kV或10kV電壓變換為直流1500V或直流750V電壓，為城軌電動(dòng)列車(chē)提供牽引供電，所以牽引變電所既要變換電壓，又要變換電流。3.牽引供電系統(tǒng)饋電線：用于連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線。由饋電線將牽引變電所變換后的電能輸送到接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)（軌）：沿鋼軌敷設(shè)的、和鋼軌保持一定距離的輸電網(wǎng)，主要起輸送電能的作用。通過(guò)受電弓滑板在接觸網(wǎng)的滑動(dòng)接觸，電能由接觸網(wǎng)進(jìn)入電動(dòng)車(chē)組，從而驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)列車(chē)運(yùn)行。城市軌道交通接觸網(wǎng)饋電形式按安裝位置和接觸導(dǎo)線的不同分為接觸軌和架空接觸網(wǎng)。通常接觸軌又稱為第三軌。架空接觸網(wǎng)按接觸懸掛方式的不同分為柔性架空接觸網(wǎng)和剛性架空接觸網(wǎng)。2）牽引網(wǎng)實(shí)質(zhì)是沿線路敷設(shè)的專為電動(dòng)列車(chē)提供電能的特殊供電回路3.牽引供電系統(tǒng)鋼軌：鋼軌是牽引回路的組成部分，列車(chē)行走時(shí)，牽引電流經(jīng)過(guò)鋼軌流向回流線。因此，鋼軌除了具有引導(dǎo)行駛軌道功能外，還需要完成導(dǎo)通回路電流的任務(wù)?；亓骶€：連接軌道和牽引變電所的導(dǎo)線，通過(guò)回流線把軌道中的回路電流導(dǎo)入到牽引變電所。通常將饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌回路和回流線稱為牽引網(wǎng)。由正極接觸網(wǎng)供電，負(fù)極走行軌回流。饋線側(cè)電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由饋電線、接觸網(wǎng)、電動(dòng)列車(chē)、鋼軌、回流線返回牽引變電所負(fù)極。接觸網(wǎng)沿線設(shè)置了電分段，將接觸網(wǎng)分為若干個(gè)小的區(qū)段，主要目的是便于檢修和縮小事故范圍。3.牽引供電系統(tǒng)1—牽引變電所2—饋電線3—接觸網(wǎng)(軌)4—電動(dòng)列車(chē)5—鋼軌6—回流線7—電分段（2）運(yùn)行方式牽引變電所向牽引網(wǎng)供電的方式有兩種，即單邊供電和雙邊供電。在每個(gè)牽引變電所附近，接觸網(wǎng)由電分段進(jìn)行電氣隔離，分成兩個(gè)供電分區(qū)，每個(gè)供電分區(qū)也稱為一個(gè)供電臂。3.牽引供電系統(tǒng)1—牽引變電所2—饋電線3—接觸網(wǎng)(軌)4—電動(dòng)列車(chē)5—鋼軌6—回流線7—電分段單邊供電是指列車(chē)只從所在供電臂上的一個(gè)牽引變電所獲得電能。車(chē)輛段內(nèi)一般采用單邊供電方式。雙邊供電是指一個(gè)供電臂同時(shí)從相鄰兩個(gè)牽引變電所獲得電能。正常運(yùn)行時(shí)，正線采用雙邊供電方式。在采用雙邊供電時(shí)，當(dāng)某牽引變電所發(fā)生故障退出運(yùn)行時(shí)，該段接觸網(wǎng)就變成了單邊供電方式。如圖所示，正常運(yùn)行時(shí)，列車(chē)以雙邊供電方式從B牽引變電所和C牽引變電所獲得電能，越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)QS2斷開(kāi)；當(dāng)B牽引變電所因故障退出運(yùn)行時(shí)，越區(qū)隔離開(kāi)關(guān)QS2合上，通過(guò)QS2由A牽引變電所和C牽引變電所進(jìn)行大雙邊供電。正線上任何牽引變電所因故障退出運(yùn)行時(shí)，均由相鄰牽引變電所越區(qū)供電。在越區(qū)供電方式下，供電末端的接觸網(wǎng)（或接觸軌）電壓較低，電能損耗較大。4.動(dòng)力照明供電系統(tǒng)城市軌道交通供電系統(tǒng)除了要向電動(dòng)列車(chē)提供牽引供電外，還需要向運(yùn)營(yíng)所需要的各種動(dòng)力照明設(shè)備供電。動(dòng)力照明供電系統(tǒng)的功能是將35kV或10kV三相交流電壓變換成0.4kV三相交流電壓，為城市軌道交通除電動(dòng)車(chē)輛以外的所有動(dòng)力照明負(fù)荷供電。它包括降壓變電所、動(dòng)力照明配電系統(tǒng)。4.動(dòng)力照明供電系統(tǒng)（1）降壓變電所將35kV或10kV三相交流電壓變換成0.4kV三相交流電壓，為風(fēng)機(jī)、給排水站、售檢票機(jī)、防災(zāi)報(bào)警、通信、空調(diào)、照明等設(shè)備供電。降壓變電所可以單獨(dú)建設(shè)，也可以與牽引變電所合建，合建時(shí)稱為牽引降壓混合所。（2）動(dòng)力照明配電系統(tǒng)動(dòng)力照明配電系統(tǒng)包括配電所和配電線路，其功能是分配、傳輸電能至用電設(shè)備。配電系統(tǒng)常采用TN-S系統(tǒng)，中性線和保護(hù)線分開(kāi)，即三根相線、一根中性線、一根保護(hù)線。正常時(shí)，工作、事故照明均由交流電源供電；交流電源失壓時(shí)，事故照明自動(dòng)切換為蓄電池供電，用于事故期間的緊急照明。4.動(dòng)力照明供電系統(tǒng)2）二級(jí)負(fù)荷包含地上站廳站臺(tái)等公共區(qū)照明、普通風(fēng)機(jī)、排污泵、電梯、自動(dòng)扶梯等；3）三級(jí)負(fù)荷包含區(qū)間檢修設(shè)備、車(chē)站空調(diào)制冷及水系統(tǒng)設(shè)備、廣告照明、清潔設(shè)備等。牽引用電負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷；動(dòng)力照明等用電負(fù)荷按供電可靠性要求及失電影響程度分為一級(jí)負(fù)荷、二級(jí)負(fù)荷、三級(jí)負(fù)荷。1）一級(jí)負(fù)荷包含防災(zāi)報(bào)警設(shè)備、消防泵、事故照明、主排水泵、通信系統(tǒng)設(shè)備、信號(hào)系統(tǒng)設(shè)備、綜合監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備、自動(dòng)售檢票設(shè)備、變電所操作電源等；4.動(dòng)力照明供電系統(tǒng)對(duì)于這三種負(fù)荷的供電要求是：一級(jí)負(fù)荷必須采用雙電源雙回線路供電，一級(jí)負(fù)荷中特別重要的負(fù)荷，應(yīng)增設(shè)應(yīng)急電源，并嚴(yán)禁其他負(fù)荷接入；二級(jí)負(fù)荷宜采用雙電源單回線路專線供電；三級(jí)負(fù)荷可采用單電源單回線路供電，當(dāng)系統(tǒng)中只有一個(gè)電源工作時(shí)可切除三級(jí)負(fù)荷。降壓變電所設(shè)置兩臺(tái)動(dòng)力變壓器，可以互為備用。正常時(shí)，兩臺(tái)動(dòng)力變壓器并列運(yùn)行；當(dāng)一臺(tái)動(dòng)力變壓器故障時(shí)，切除三級(jí)負(fù)荷，由另一臺(tái)動(dòng)力變壓器承擔(dān)全部一、二級(jí)負(fù)荷供電任務(wù)。5.電力監(jiān)控系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)又稱為電力SCADA（SupervisoryControlandDataAcquisition）系統(tǒng)或遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)，即監(jiān)視控制與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。電力監(jiān)控系統(tǒng)包括電力調(diào)度系統(tǒng)（也稱為主站或控制中心）、變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)（子站）、聯(lián)系主站和子站的專用數(shù)據(jù)傳輸通道。主站設(shè)在城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)控制中心（簡(jiǎn)稱OCC），用于對(duì)全線變電所及沿線供電設(shè)備實(shí)行集中監(jiān)視、測(cè)量和控制。變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)與各變電所主要設(shè)備通過(guò)通信接口連接，實(shí)現(xiàn)集中監(jiān)控。站級(jí)變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng)以供電設(shè)備為對(duì)象，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將所內(nèi)的間隔層設(shè)備連接起來(lái)。5.電力監(jiān)控系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能如下：（1）遙控遙控是指控制中心對(duì)變電所開(kāi)關(guān)設(shè)備進(jìn)行分合閘操作和保護(hù)及自動(dòng)裝置的投/退等。根據(jù)控制方式的不同遙控可分為：選點(diǎn)式、選站式、選線式控制。①選點(diǎn)式操作，即單控。調(diào)度員可根據(jù)站名、開(kāi)關(guān)號(hào)以及動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行選擇操作。②選站式操作，調(diào)度員通過(guò)對(duì)所控站名、動(dòng)作狀態(tài)的選擇，按系統(tǒng)的運(yùn)行方式發(fā)出指令，進(jìn)行停送電操作。③選線式操作，調(diào)度員對(duì)運(yùn)行線路號(hào)、動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)全線停送電操作。5.電力監(jiān)控系統(tǒng)（2）遙測(cè)遙測(cè)是指控制中心對(duì)供電系統(tǒng)中主要運(yùn)行參數(shù)的測(cè)量和數(shù)據(jù)采集。遙測(cè)的主要參數(shù)包括：變電所進(jìn)線的電壓、電流、功率、電能；母線電壓；饋線電流；整流機(jī)組電流與電能；動(dòng)力變壓器電流與電能等；（3）遙信遙信是指控制中心將變電所的各種實(shí)時(shí)信息包括開(kāi)關(guān)的位置信號(hào)、保護(hù)信號(hào)和預(yù)告信號(hào)等進(jìn)行采集處理，并顯示在模擬屏上。（4）遙調(diào)遙調(diào)是指控制中心對(duì)保護(hù)整定值和有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓開(kāi)關(guān)等參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)。（5）其他功能電力監(jiān)控系統(tǒng)還具備數(shù)據(jù)傳輸及處理、報(bào)警處理及統(tǒng)計(jì)報(bào)表、畫(huà)面顯示、自檢、維護(hù)和擴(kuò)展、信息查詢、安全管理、系統(tǒng)組態(tài)、在線檢測(cè)、