城市轨道交通供电系统..

城市轨道交通供电系统一、地铁供电系统的组成与功能地铁供电系统是为地铁运营提供所需电能的系统，它不仅为地铁电动列车提供牵引用电，而且还为地铁运营服务的其它设施提供电能，如照明、通风、空调、给排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。地铁供电系统一般包括外部电源、主变电所（或电源开闭所）、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统。其中，牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网，动力照明供电系统包括降压变电所和动力照明配电系统。地铁系统是一个重要的用电负荷。按规定应为一级负荷，即应由两路电源供电，当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证地铁重要负荷的全部用电需要。在地铁供电系统中牵引用电负荷为一级负荷，而动力照明等用电负荷根据它们的实际情况可分为一级、二级或三级负荷。地铁外部电源供电方案，可根据实际情况不同分为集中供电方式、分散供电方式和混合供电方式。在地铁牵引供电系统中采用直流供电制，标称电压为1500V，允许波动范围为1000V～1800V。牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网，牵引网由馈电线、接触网、轨道回路及回流线组成，牵引变电所和接触网是牵引供电系统的主要组成部分。接触网按其结构可分为架空式和接触轨式，按其悬挂方式又可分为柔性（弹性）接触网和刚性接触网。习惯上，由于接触轨式是沿线路敷设的与轨道平行的附加轨，故又称第三轨；而采用架空方式时，才称为“接触网”。二、直流牵引供电地铁供电系统中一般设置三类变电所，即主变电所（分散式供电方式为电源开闭所）、降压变电所及牵引降压混合变电所。主变电所是指采用集中供电方式时，接受城市电网35kV及以上电压等级的电源，经其降压后以中压供给牵引变电所和降压变电所的一种地铁变电所。降压变电所从主变电所（电源开闭所）获得电能并降压变成低压交流电。牵引变电所从主变电所（电源开闭所）获得电能，经过降压和整流变成电动列车牵引所需要的直流电。三、变电所的分类主变电所专为城市轨道交通系统提供能源的枢纽牵引变电所为列车提供适应的电源降压变电所（配电变电所）为车站、隧道动力照明负荷提供电源供电系统——变电所•典型牵引降压混合变电所差动过流延时速断定时限过流反时限过流失灵保护（跳进线）变压器本体温度保护母联自投母联自投四、外部电源方案•城市轨道交通作为城市电网的特殊用户，一般用电范围多在10km~30km之间。城市轨道交通系统的外部电源方案，主要有集中式、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。集中式供电方案•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。主变电所进线电压一般为110kV，经降压后变成35kV或10kV，供牵引变电所与降压变电所。主变电所应有两路独立的进线电源。集中式供电，有利于城市轨道交通供电形成独立体系，便于管理和运营。上海、广州、南京、香港、德黑兰地铁等即为集中式供电方案。集中供电方式。瑶台主变电站河南主变电站三元里广州火车站越秀公园纪念堂公园前海珠广场赤岗客村鹭江中大晓港江南西市二宫磨碟沙车辆段新港东琶洲分散式供电方案•根据城市轨道交通供电的需要，在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源，构成供电系统，称为分散式供电。这种供电方式一般为10kV电压级。分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所均获得双路电源，要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。建设中的沈阳地铁、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线等即为分散式供电方案。分散供电方式混合式供电•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。这种方式称为混合式供电。北京地铁一线和环线、建设中的武汉轨道交通工程、青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。混合供电方式五、供电系统——中压网络•典型地铁供电系统图中压网络•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。中压网络分类•根据网络功能的不同，把为牵引变电所供电的中压网络，称为牵引网络；同样，把为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。中压网络属性•中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。•中压网络不是供电系统中独立的子系统，但是它却是供电系统设计的核心内容。它的设计牵扯到外部电源方案、主变电所的位置及数量、牵引变电所及降压变电所的位置与数量、牵引变电所与降压变电所的主接线等。应用•国内既有城市轨道交通的中压网络电压等级采用了35kV(若采用国外设备则是33kV)或10kV。北京地铁、天津地铁、长春轨道交通环线一期工程、大连快速轨道交通3号线的中压网络为10kV；上海地铁1、2号线的牵引网络采用了33kV，动力照明网络采用了10kV；上海地铁明珠线的牵引网络采用了35kV，动力照明网络采用了10kV；广州地铁1、2号线采用了33kV的牵引动力照明混合网络；南京地铁南北线一期工程、深圳地铁采用了35kV的牵引动力照明混合网络；武汉轨道交通一期工程、重庆轨道交通较新线工程采用了10kV的牵引动力照明混合网络。不同中压网络特点•(1)35kV中压网络，国家标准电压级。输电容量较大、距离较长；设备来源国内；设备体积较大，占用变电所面积较大，不利于减小车站体量；设备价格适中；国内没有环网开关，因而不能用(相对于断路器柜)价格较便宜的环网开关，构成接线与保护简单、操作灵活的环网系统；广州地铁、上海地铁已经采用。•(2)10kV中压网络，国家标准电压级。输电容量较小、距离较短；设备来源国内；设备体积适中；设备价格较低；环网开关技术成熟、运营经验丰厚，可用其构成保护简单、操作灵活的环网系统；国内外地铁广为采用。中压系统构成•对于集中式外部电源方案，牵引网络和动力照明网络，可以采用相对独立的形式，即牵引动力照明独立网络，也可以共用同一个中压网络，即牵引动力照明混合网络。对于分散式外部电源方案，采用牵引动力照明混合网络。•牵引动力照明独立网络的特点：牵引网络与动力照明网络，两者相对独立、相互影响较小；35(33)kV较高的电压级与较重的牵引负载相适用，而10kV较低的电压级则与较小的动力照明负荷相适用。•牵引动力照明混合网络的特点：供电系统的整体性比较好，设备布置可以统筹考虑。•牵引网络与动力照明网络，可以采用同一个电压级，也可以采用两个不同电压级。•目前，我国城市轨道交通工程有的采用了牵引动力照明混合网络，有的则采用了牵引动力照明独立网络；国外有的地铁采用了牵引动力照明独立网络。构成原则•(1)满足安全可靠的供电要求；•(2)满足潮流计算要求，即设备容量及电压降要满足要求；•(3)满足负荷分配平衡的要求；•(4)满足继电保护的要求；•(5)满足运行管理、倒闸操作的要求；•(6)每一个牵引变电所、降压变电所均应有两路电源；•(7)系统接线方式尽量简单；•(8)供电分区应就近引入电源，必要时可从负荷中心处引入电源，尽量避免返送电；•(9)全线牵引变电所、降压变电所的主接线尽量一致；•(10)满足设备选型要求。独立35(33)kV牵引网络＋独立10kV动力照明网络的接线方式•lA型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采用断路器；牵引变电所的两路电源，来自于同一个主变电所的不同母线；该类型接线适用于位于线路起始部分、线路终端部分、主变电所附近的牵引变电所电源引入。•lB型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采用断路器；两个牵引变电所为一组；这一组牵引变电所的两路电源，来自于同一个主变电所的不同母线，每个牵引变电所均从主变电所接入一路主电源，两个牵引变电所通过联络电缆实现电源互为备用；该类型接线适用于位于线路起始部分、线路终端部分的牵引变电所电源引入。•lC型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采用断路器；两个牵引变电所为一组；这一组牵引变电所的两路电源，来自于不同的主变电所，左侧牵引变电所从左侧主变电所接入一路主电源，右侧牵引变电所从右侧主变电所接入一路主电源，两个牵引变电所通过联络电缆实现电源互为备用；该类型接线适用于位于两个主变电所之间的牵引变电所电源引入。•lD型：牵引变电所主接线为单母线；牵引变电所的进线与出线，均采用断路器；牵引变电所的两路电源，来自于左右两侧不同的主变电所；该类型接线适用于位于两个主变电所之间的牵引变电所电源引入。10kV动力照明网络的接线方式•全线的降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过3个地下站；每一个供电分区均从主变电所(或中心降压变电所)的35(33)/10kV主变压器，就近引入两路10kV电源；中压网络采用双线双环网接线方式；相邻供电分区间通过环网电缆联络；降压变电所主接线采用分段单母线形式；降压变电所进线开关采用断路器。该接线方式运行灵活。六、牵引变电所施工准备组建施工机构技术准备工机具准备材料准备设备运输进所变压器开关柜配电屏蓄电池备品备件接地装置施工室内接地母线制安室外地网施工电缆桥、支架施工电缆桥、支架安装电缆非标支架安装桥、支架接地线制安设备安装交流开关柜对接、固定、充气直流开关柜对接，对地绝缘处理，固定配电屏固定安装配电屏柜补装元器件及配线蓄电池安装、充放电及维护电缆施工电缆运输到所电缆展放整理、绑扎、挂牌电缆头制作与设备或端子连接试验、试验高压电缆调试开关柜试验设备功能调试继电器保护整定系统联调工程收尾孔洞封堵模拟盘制安编号粘贴设备防火器材配置防鼠板制安验收、整改受电、开通受电空载试运行直流馈线短路试验进入保质期测试通道1测试通道2测试通道3高速记录仪引出铜导线电流钳型线夹专用测试线走行轨接触网（轨）分流器正母线负母线电流互感器七、牵引网•牵引网是包括了接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线的一个大的范畴，它是轨道交通供电系统中向电动车组供电的直接环节。•接触网是一种悬挂在轨道上方沿轨道敷设的和铁路轨顶保持一定距离的输电网。通过电动车组的受电弓（或受电流器）和接触网的滑动接触，牵引电能就由接触网进入电动车组，驱动牵引电动机使列车运行。•馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，它把经牵引变电所变换成合乎牵引制式用的电能馈送给接触网。•轨道在非电牵引情况下只作为列车的导轨。在电力牵引时，轨道除仍具有导轨功能外还需要完成导通回流的任务，因此，电力牵引的轨道，还需要具有畅通导电的性能。•回流线是连接轨道和牵引变电所的导线，通过回流线吧轨道中的回路电流导入牵引变电所。牵引网工作特点•（1）没有备用•牵引负荷时重要的一级负荷，向牵引变电所供电的电源线均设置两个回路，牵引变电所内主变压器及其他重要设备也在设计中考虑了备用措施，一旦主电源、主要设备故障时，备用电源、备用设备可及时投入运行，以保证对接触网的不间断供电。接触网由于与电动车组在空间上的关系，和轨道一样无法采取备用措施。所以一旦接触网故障，整个供电区间即全部停电，在其间运行的电动车组失去电能供应，列车停运。•（2）经常处在动态运行状态中•和一般的电力线路只在两点间固定传输电能的作用不同，在接触网下沿线有许多电动车组告诉运动取流。电动车组受电弓（或受流器）以对接触网一定的压力和速度与接触网接触摩擦运行，通过接触网的电流很大。运行中不可避免地会产生受电弓离线而引起电弧，再加上在露天区段还要承受风、雾、雨、雪及大气污染的作用，使接触网昼夜不停的处在振动、摩擦、电弧、污染、伸缩的动态运行之中。这些因素对接触网各种线索、零件都产生恶劣影响，使其发生故障的可能性较一般电力线路的概率要大得多。•（3）结构复杂，技术要求高•接触网的运行环境和运行特点决定了接触网的结构较一般电力线路有很大的不同，为了保证电动车组安全、可靠、质量良好地从接触网取流，接触网的结构比较复杂，技术要求也比较高，如对接触网导线的高度、拉力值、定位器的坡度，接触网的弹性、均匀度等都有定量的要求。接触网基本要求•接触网