城市轨道交通概论――单元5

单元5城市轨道交通供配电系统教学目标•1.了解城市轨道交通供配电系统的功能•2.掌握城市轨道交通供配电系统的组成•3.掌握变电站的分类及各自的特点•4.掌握接触网的结构形式及供电方式•5.了解远动监控的概念和结构•6.了解地下迷流的产生、危害及防护方法一、城市轨道交通供配电系统的功能——城市轨道交通系统的能源供应电动车组正常运行所需的电能供应。包括：主电路的电能供应、辅助电路的电能供应及控制电路的电能供应。轨道交通运营服务的机电设备所需的电能供应。如车站的通风、照明、空调、给排水、通信、信号、防灾报警、电梯、电动扶梯等机电设备；区间的通信、信号、隧道照明等机电设备；车辆段和系统控制中心等地的机电设备所需的电能供应。•1、供电系统必须可靠•城市轨道交通供电系统必须具有高度的可靠性。为此，各变电站采用两路进线，并互为备用；电源容量设计时应为发展留有余地；应选用先进、可靠的电气设备，采用模块化的计算机控制系统，实现实时监控，调度自动化的运行模式；以专人定时巡视检查为辅助手段。•2、供电系统必须满足不同用户的需求•城市轨道交通系统内各用电单位，对供电有不同的需求，为了满足各单位的用电要求，首先对供电负荷进行分类。二、供电系统的基本要求（1）按供电对象的重要性，将供电系统分为三级：负荷种类一级负荷二级负荷三级负荷短时间停电可能影响人身安全或设备安全，迫使生产活动停顿的负荷。一般采用双电源自动切换的供电方式。允许短时停电，但停电时间过长会损坏设备或影响生产的负荷。一般采用双电源手动切换的供电方式。长时间停电无影响的负荷，采用单电源供电即可。二、供电系统的基本要求•一级负荷：城市轨道交通电动列车、通信、信号设备、消防设备等用户，必须确保不间断供电，属于一级负荷。为此，必须采取两路电源供电，当任何一路电源失电后，应自动、迅速切换至另一路电源。•二级负荷：城市轨道交通空调、自动扶梯等用户，应确保连续供电，万一停电后会影响客运服务质量，但并不影响列车运行安全，属于二级负荷。设计时，可采用一路供电。•三级负荷：城市轨道交通的商业用电、广告照明等用户，应确保其正常用电，这些用户并不直接影响客运服务质量，属于三级负荷。其用电可根据电网负荷情况进行调整。二、供电系统的基本要求•负荷变化不大的低压交直流负荷•此类负荷要求有很高的供电可靠性和良好的供电质量。如：变电站控制设备的低压交直流负荷。•负荷变化大的直流供电•此类负荷对供电、供电设备的可靠性要求高，用电量随客运的高峰低谷变化而变化。如：客运列车，它是城市轨道交通供电系统中的最主要负荷，而且是直流负荷。在夜间列车停运时负荷为零。（2）按用户负荷变化及用途可作以下分类：二、供电系统的基本要求•负荷变化大的交流供电•车站用户多为低压用户，如：车站电梯和自动扶梯、环控设备、照明、售检票系统、消防报警系统、给排水系统、通信、信号等。这些用户在客运时段是用电高峰，列车停运时段是用电低谷。而且必须向通信、信号专业设备提供24小时不间断的连续供电。（2）按用户负荷变化及用途可作以下分类：二、供电系统的基本要求•夜间用电•停车场的车辆维修作业区等夜间用电用户，白天列车运行的时间段，由于绝大部分的电动列车都在争相运行，因此列车检修用电在白天为低谷，在夜间客运终止，回库列车的检修作业用电是高峰时段。•非重要用户•车站商业等不直接影响运营质量的用户，尽管其用电量较大，但这些用户跟列车运营没有直接关系，故将这些用户归类为非重要用户。（2）按用户负荷变化及用途可作以下分类：二、供电系统的基本要求•按供电对象的重要性分为：一级负荷、二级负荷、三级负荷。•按用户负荷变化及用途分为：负荷变化不大的低压交直流负荷、负荷变化大的直流供电、负荷变化大的交流供电、夜间用电、非重要用户等。•综上所述：城市轨道交通供电系统，必须依据不同用电需求区别对待，才能满足和保障用户的用电要求，实现城市轨道交通运营的正常。二、供电系统的基本要求•制式：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。•城市轨道交通的电流制有：直流（DC）和交流（AC）两类。•城市轨道交通的电压制有：直流电压750V、直流电压1500V，交流电压220V，交流电压380V等。（1）供电制式三、城市轨道交通供配电系统•常用外部电源的供电方式有：集中供电、分散供电及混合供电。•1）集中供电方式：由发电厂或区域变电站向主变电所供电，经主变电所降压后，分别以不同的电压等级对牵引变电所和降压变电所供电的方式。•2）分散供电方式：不设主变电所，由城市电网中的区域变电所直接对牵引变电所和降压变电所供电的方式。•我国城市轨道交通供配电系统多采用集中供电方式。三、城市轨道交通供配电系统（2）供电方式•城市轨道交通有多种降压模式。•三级降压供电模式（上海的一、二、三号线等）：110KV——35KV——10KV——380V•二级降压供电模式（上海的九号线等）：110KV——35KV——380V•二级电压供电模式因其供电质量、可靠性、损耗等指标比三级电压供电模式有显著提高，所以二级电压供电模式将成为城市轨道交通降压供电的主要模式。三、城市轨道交通供配电系统（3）降压供电模式•城市轨道交通供电系统的电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和城市轨道交通供配电系统实现输送或变换，最后以适当的电压等级和一定的电流形式（直流或交流）供给给电动列车及各类用电设备。三、城市轨道交通供配电系统（4）城市轨道交通供配电系统的组成三、城市轨道交通供配电系统城市轨道交通供配电系统城市轨道交通供电系统牵引供电系统动力照明系统牵引网牵引变电所降压变电所动力照明配电系统电动车辆车站内的动力、照明、通信、信号、防灾装置等用电负荷，区间内的用电负荷及车辆段、系统控制中心等的用电负荷。供电系统组成及供电范围框架图三、城市轨道交通供配电系统三、城市轨道交通供配电系统•牵引供电系统的组成部分：牵引变电站、馈电线、接触网（或接触轨）、轨道电路、回流线、电分段。（见书99页）•一般将馈电线、接触网（或接触轨）、轨道电路、回流线组成的供电网络称为牵引网。•牵引供电系统由牵引变电站和牵引网所组成。三、城市轨道交通供配电系统•动力照明系统的组成部分：降压变电所、配电所、配电线路。•降压变电所的主要用电设备是：机电设备如风机、水泵等动力用电，和照明、信号、通信、防灾、报警设备用电。•配电所仅起到电能的分配作用。车站配电所负责车站电能的配置；区间配电所负责车站两侧区间动力与照明用电的配置。•配电线路是配电所（室）与用电设备之间的导线。•城市轨道交通供配电系统的组成部分包括：主变电站、牵引变电站、降压变电站、馈电线、接触网、轨道电路、回流线、配电所、配电线路、远动监控等。•城市轨道交通供电系统的受电方式采用集中式供电模式，所以首先需要对来自电网的电压进行降压，使之符合设备要求。负责进行电压变换的场所就是变电站。三、城市轨道交通供配电系统（4）城市轨道交通供配电系统的组成•变电站：电力系统中，变换电压、接受和分配电能、控制电流的流向和调整电压的电力设备。它通过降压变压器将电网和用户联系起来；变电站可以通、断用户电能的供路，改变或调整电压；变电站也是输电和配电的集结点。•城市轨道交通变电站有5种类型，它们是：主变电站、牵引变电站、中心降压变电站、降压变电站和混合变电站。•110KV——35KV——10KV——380V•110KV——35KV——1500V（750V）三、城市轨道交通供配电系统（4）城市轨道交通供配电系统的组成•主变电站（简称主变）•将城市电网提供的110KV三相交流电压，降压为35KV，然后配送给城市轨道交通沿线的各个牵引变电站和中心降压变电。•主变承担着城市轨道交通所有用户的供电，要求主变的供电必须可靠。为此，主变设有两路以上的进线电源；为保证城市轨道交通牵引负荷一级用电的需要，需设置两座或两座以上主变电所；任一主变电所停电并且另一主变电所一路电源进线失压时，可切除供电系统属于二、三级负荷的用电，以保证全部牵引变电所不间断地供电，使电动列车仍能继续运行。三、城市轨道交通供配电系统（4）城市轨道交通供配电系统的组成•牵引变电站（简称牵引变）•为电动列车提供直流牵引电源，而进行降压、整流的场所。牵引变电站将35KV的电压经过整流、变换成1500V或750V直流电，再经馈电线输送到接触网，提供给电动列车作为牵引电源。•通常每三座车站的两个区间设置一座牵引变电站，万一发生局部供电故障，牵引变电站可进行跨区域的供电，以保证供电的可靠性。三、城市轨道交通供配电系统（4）城市轨道交通供配电系统的组成•中心降压变电站（简称中心变）•从主变电站引入两路电源，经动力变压器将电压降至10KV后，再以两路电源配送到各个降压变电站。•降压变电站（简称降压变）•从中心降压变电站输出的10KV电源，并不能直接提供给城市轨道交通系统内的设备使用，还必须进一步降压，经降压后再输出到不同的供电用户。城市轨道交通系统内，除电动列车外，专业设备都从降压变电站受电。•混合变电站•将牵引变电站和降压变电站合建在一起，成为混合变电站。三、城市轨道交通供配电系统（4）城市轨道交通供配电系统的组成中压环网示意图•中压环网：是城市轨道交通供电系统中，主变电所与牵引供电系统、动力照明供电系统间相互连接的重要环节。纵向把上级的主变电所和下级的牵引变电所、降压变电所连接起来；横向把全线的各个牵引变电所和降压变电所连接起来。三、城市轨道交通供配电系统•牵引供电的制式有直流制和交流制两种。•电气化铁路由于站间距长，周围空间环境宽，绝缘安全距离大，可选用较高的触网电压。我国电气化铁路的牵引供电采用单相工频（50Hz）25KV交流供电电压。•城市轨道交通由于站间距短，周围环境狭窄，绝缘安全距离小，触网电压不能选得很高；但考虑到电压损耗，触网电压又不能太低，故城市轨道交通采用直流供电较为妥当，因为直流电不产生电抗压降，在相同的电压等级下，在电压损失方面要优于交流供电，且触网结构较为简单。因此，城市轨道交通几乎都采用直流供电制式（DC1500V和DC750V）。（5）城市轨道交通牵引电力制式三、城市轨道交通供配电系统•架空线受电方式：电流通过架空线向列车供电。电流流线为：变电站整流器正极——架空线——列车电动机——轨道电路——回流线——变电站整流器负极，构成一个完整的回路。•三轨受电方式：除两条列车走行轨之外，还有一条受电轨。电流流线为：变电站整流器正极——第三轨（接触轨）——列车电动机——轨道电路——回流线——变电站整流器负极，构成一个完整的回路。•四轨受电方式：除两条列车走行轨之外，还有一条受电轨，一条回流轨。电流流线为：变电站整流器正极——受电轨——列车电动机——回流轨——回流线——变电站整流器负极，构成一个完整的回路。（6）城市轨道交通受电方式部分国外城市轨道交通供电和受电一览表三、城市轨道交通供配电系统•架空线和接触轨（三轨和四轨）统称为接触网。•接触网是牵引网中最主要的组成部分，其作用是通过它与车辆上的受流器可靠的直接滑动接触，将电能不断地传送到电动列车，保持电动列车的正常运行。•接触网应满足的基本要求：见书106页（6）城市轨道交通受电方式三、城市轨道交通供配电系统•架空线受电方式•优点：由于架空线远离乘客、行人和维修人员，较为安全。•缺点：由于架空线结构较为复杂，易受环境影响，因此供电的可靠性相对较低。•接触轨受电方式（三轨和四轨）•优点：建造成本较低；隧道净空高度低，结构简单；带电轨比架空线更适合小半径轮轨弯道；不妨碍城市景观。•缺点：乘客、行人和检修人员有触电的危险，人身和防火方面安全性差；难以与采用架空式接触网的地面或高架铁道衔接。（6）城市轨道交通受电方式三、城市轨道交通供配电系统•接触轨式接触网•分类：上磨式、下磨式、侧磨式三种。•受流器：集电靴•一般采用的电力制式：直流750V电压。•架空式接触网•分类：地面架空式接触网、隧道架空式接触网•受流器：受电弓•一般采用的电力制式：直流1500V电压。（6）城市轨道交通受电方式•上磨式接触轨•下磨式