城市轨道交通供电系统

城市轨道交通系统概论第六章城市轨道交通供电与牵引系统要点:2.城市轨道交通供电系统；1.城市轨道交通电力牵引系统；3.城市轨道交通牵引供电行业标准；4.城市轨道交通牵引供电产业发展概况。城市轨道交通系统概论6.2.2牵引供电计算的条件及需用参数6.2城市轨道交通供电系统6.2.3牵引变电所6.2.4降压变电所6.2.5供电系统的保护6.2.6接触网6.2.7城轨供电SCADA系统6.2.8地下杂散电流及其防护6.2.1概述6.2.9城市轨道车辆用直线感应电机6.2.8直流电力牵引系统城市轨道交通系统概论1.城市轨道供电系统的构成6.2.1概述城市轨道交通供电系统外部电源主变电所牵引供电系统动力照明供电系统电力监控系统牵引变电所牵引网系统降压变电所动力照明城市轨道交通系统概论1.电力牵引系统工作原理及能量传递过程6.1.1概述车上受电弓牵引变压器牵引整流器转向架牵引电机机车车辆27.5KV单相接触网交流直流机械能电能城市轨道交通系统概论牵引供电系统电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给电动列车，再从电动列车经钢轨、回流线流回牵引变电所。牵引负荷为一级负荷，规定有两路独立的电源双边供电，当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证一级负荷的全部用电。123466512223由区域变电所来（或地铁主变所来）由区域变电所来（或地铁主变所来）77牵引变电所接触网馈电线回流线电分段电动车组轨道受电器城市轨道交通系统概论动力照明系统动力照明供电系统由降压变电所及动力照明组成。每个车站应设降压变电所，若地下车站负荷较大，一般设于站台两端，其中一端可以和牵引变电所合建成混合变电所；若地面车站负荷较小，可设一个降压变电所。降压变电所降压变电所车站配电所车站配电所区间配电所区间配电所区间配电所区间配电所区域变电所（或地铁主变电所）区域变电所（或地铁主变电所）城市轨道交通系统概论2.城市电网对轨道交通的供电方式及负荷等级城市轨道交通系统的外部电源方案，根据城市电网构成的不同特点，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何种方式，应通过计算确定需要负荷之后，根据城市轨道交通路网规划、城市电网构成特点、工程实际情况综合分析确定。（1）集中式供电：在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路长短，建设专用的主变电所，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。上海、广州、南京、香港、德黑兰（2）分散式供电：不设主变电所，而直接由城市电网区域变电所的35（33）kV或10kV中压输电线直接向城市轨道交通沿线设置的牵引变电所、降压变电所供电并形成环网。沈阳地铁、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线（3）混合式供电：将前两种供电方式结合起来，一般以集中式供电为主，个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充，使供电系统更加完善和可靠。北京地铁一线和环线城市轨道交通系统概论城市轨道交通供电系统的负荷等级共分为三个：（1）地下铁道重要的电力用户如车站站厅和站台层的事故救援及照明、电动车辆、通信、信号、防灾装置为一级负荷；一级负荷规定有两路独立的电源双边供电，当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证一级负荷的全部用电；（2）车站站厅和站台层的一般照明、设备及管理用房照明、出入口照明、一般风机、直升电梯、自动扶梯为二级负荷；（3）车站内广告照明、冷水机组及配套设备、电热设备、清洁机械设备等为三级负荷。城市轨道交通系统概论3.城市轨道供电系统的功能和作用城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运行所需要的牵引负荷；二是车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，诸如：通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。在上述用电群体中，有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷；有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准，而且这种要求和标准又相差甚远。城市轨道供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求，以使其发挥各自的功能与作用。城市轨道交通系统概论4.城市轨道供电原理城市轨道交通的供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和轨道交通供电系统实现输送或变换，最后以适当的电流形成（直流或交流电）和电压等级供给用电设备。城市电网一次电力系统轨道交通供电系统城市轨道交通系统概论城市电网一次电力系统由国家电力部门建造与管理，包括发电厂（站）、传输线路及区域变电所。①发电厂（站）：分为火力、水力、核动力等各种能源发电厂（站）。②传输线路：需升压为超高电压（110kV或220kV），通过三相传输线输送到区域变电所。③区域变电所：将超高压电能降压为所需电压等级（如10kV或35kV），再经过三相输送电线输送到本区域内的牵引变电所和降压变电所，并再降压为所需的电压等级（如1500V或380V等）。城市轨道交通是一个重要的用电部门，按规定须由两路独立的电源供电，当其中任何一路电源发生故障时，另一路应能保证一级负荷的全部用电的需要。因此，城市轨道牵引变电所的电源进线来自两个区域变电所或来自一个区域变电所的两路独立电源，当一路电源失压时，另一路电源自动切入，使轨道交通系统能获得不间断的电源。城市轨道交通系统概论轨道交通供电制式是指供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流和电压制式。电压制由低压到高压，有600V、750V、825V、1000V、1200V和1500V等，其发展趋向是国际IEC电压标准，为600V、750V、1500V，而我国国标电压标准为750V和1500V两种。所以，目前国内各城市的地铁和轻轨采用的电压制均为750V和1500V之间进行选择。电流制有直流、交流两类，国际电力牵引设备委员会建议采用下列数值：直流：600，750，1500，3000V（标称值）；交流：6250，15000，25000V（标称值）。动力牵引方式直流牵引系统交流牵引系统直-直流牵引系统交-直流牵引系统交交变频器交直交变频器城市轨道交通系统概论1.中压网络的功能及其两大属性6.2.2中压网络通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所、降压变电所连接起来，横向把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来，便形成了中压网络，其功能类似于电力系统中的输电线路。中压网络不是供电系统中独立的子系统，但它是供电系统设计的核心内容，设计外部电源方案、主变电所的位置和数量、牵引变电所及降压变电所的数量、牵引变电所与降压变电所的主接线等。中压网络的两大属性是电压等级和构成形式。根据中压网络功能的不同，为牵引变电所供电的中压网络称为牵引供电网络（简称牵引网络）；为降压变电所供电的中压网络称为动力照明供电网络（简称动力照明网络）；目前，国内城市轨道交通工程经常采用的形式有牵引动力照明混合网络与牵引动力照明独立网络。城市轨道交通系统概论2.中压网络的电压等级我国现行中压配电标准电压等级有：35kV、20kV、10kV、6kV和3kV；目前，国内城市轨道交通普遍采用牵引动力照明混合网络，电压为10kV或10kV。牵引动力照明混合网络采用同一电压等级，并通过公用电源电缆同时向牵引变电所、降压变电所提供中压电能，供电系统的整体性较好。牵引动力照明独立网络既可以采用不同的电压等级，也可以采用同一电压等级，牵引网络与动力照明网络相对独立，彼此相互影响较小。对于集中式供电系统，牵引网络和动力照明网络可以采用相对独立的形式，即牵引动力照明网络独立网络，也可以共用混合网络；对于分散式供电系统，则采用牵引动力照明混合网络。中压网络内部结构形式涉及中压网络供电安全准则及其运行方式。城市轨道交通系统概论3.中压网络的构成形式在城轨供电系统中压网络设计中，应根据中压网络优化准则，结合外部电源的实际情况，通过对供电分区的用电性质、负荷密度的分析研究，确定安全可靠、经济实用的中压网络接线方式。中压网络的重要指标是供电可靠性。中压网络的构成原则：（1）满足安全可靠的供电要求；（2）每一个变电所均应有两个独立电源；（3）满足潮流计算要求，即设备容量及电压降满足要求；（4）满足负荷分配平衡的要求；（5）供电分区应就近引入电源，尽量避免反送电；（6）具有良好的经济指标；（7）满足继电保护的要求；（8）系统接线方式尽量简单；（9）全线牵引变电所、降压变电所的主接线尽量一致；（10）满足运行管理、倒闸操作的要求；（11）满足设备选型要求。城市轨道交通系统概论1.牵引供电计算的条件6.2.3牵引供电计算的条件及需用参数城市轨道交通列车（车辆）是以变化的速度沿区间运行的，因此牵引负荷是变化的；此外，牵引负荷也随时间而变化，当线路上列车（车辆）密集则负荷大，反之负荷小，甚至为零。线路的技术条件（包括纵断面和限坡要求）：（1）线路年输送能力；（2）信号的闭塞方式；（3）电动列车(车辆)类型；（4）电动列车(车辆)载客量；（5）线路行车间隔时间和每天最多开行列车对数。城市轨道交通系统概论2.牵引供电计算需用的参数牵引供电计算需用的参数：（1）电牵引年用电量（应分别计算年总用电量和电力系统所需增加的功率）；（2）列车电流的平均值和有效值；（3）供电臂电流的平均值和有效值（与线路的供电方式有关）；（4）供电臂瞬时最大电流和短路电流（与主变压器接线方式有关）；（5）牵引网阻抗；（6）电牵引供电系统能耗（应包括牵引变电站内主变压器和牵引网的电能损失）。由于电动列车（车辆）的工作电压要求有一定范围，我国直流牵引供电系统巳经规定采用IEC标准。直流系统电压（V）标准750最低500最高900150010001800300020003600城市轨道交通系统概论1.变电所分类6.2.4牵引变电所根据变电所的功能不同，可分为以下三类：（1）高压主变电所由发电厂或区域变电所直接供电。在主变电所降压后，分别以不同电压等级向牵引变电所和降压变电所供电，是城市轨道交通供电系统的集中变电所（用于三级电压供电）。（2）牵引变电所城市轨道交通供电系统的主要用电对象是电动车组，即牵引用电。为确保牵引供电的质量，牵引变电所的设置（数量、位置）和容量应该按远期列车编组，运行密度进行牵引供电计算后确定。牵引变电所引入两个独立的中压交流电源，并将交流电能转换为直流电能，承担着向电动列车提供直流牵引电能的功能。根据制式的不同牵引变电所又分为直流牵引变电所和交流牵引变电所。根据不同的牵引制式，变电所内完成相应的变压、变相、变流作用。目前我国的牵引变电所主要有电气化铁路的单相工频交流制牵引变电所和城市轨道交通系统（地铁和轻轨）的直流牵引变电所。（3）降压（动力）变电所降压（动力）变电所根据动力用电量确定其设置数量和容量。城市轨道交通系统概论2.变电所的供电方式（1）二级电压供电：由区域变电所输出中高压等级（10kV或35kV），直接向牵引变电所和降压变电所供电。由牵引变电所降压和整流为直流牵引电压等级（如750V或1500V）；由降压变电所降为380V动力电压等级。再分别向接触网、电动车组供电或向动力用电设备供电。（2）三级电压供电：需设置轨道交通系统高压变电所，即由区域变电所输出高压等级（如110kV或220kV）对主变电所供电。再由主变电所将高压等级降为中高压等级，分别向牵引变电所和降压变电所供电。我国北京、天津地下铁道采用二级电压供电方式，上海地铁则采用三级电压供电方式。城市轨道交通系统概论3.变电所的主要电气设备主要设备包括：变压器、断路器、隔离开关、母线、熔断器、电压互感器、电流互感器、避雷器、整流器等。①变压器：一种传递和变换交流电能的静止变换器。按应用功能分升压变压器和降压变压器；按相数分单相、三相、多相变压器；按线圈数分单相线圈（自耦变压器）、双线圈、三线圈变压器；按调压方式分空载调压（不带负载调压）、有载调压变压器；按绝缘方式分干式、浇注式、油浸式变压器。②断路器：一种对电路进行控制（开断、关合）和保护的高压电器开关，用于自动切断负载电流和短路电流。按绝缘方式和熄弧介质分为：油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器