城轨交通供电系统课件

第4章城市轨道交通供电系统•城市轨道交通供电系统是轨道交通的重要组成部分，它不但为列车提供牵引动力，而且还为地铁运营服务的辅助设施，如照明、通风、空调、排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等提供电力。如果在地铁运营期间供电一旦中断，不仅列车运行瘫痪，现场及附近地区引起极大的混乱。所以城市轨道交通供电系统是确保城市轨道交通正常运营的重要设施。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•第一节供电系统的组成及要求•一、供电系统的组成•城市轨道交通供电系统主要由降压供电系统和牵引供电系统组成。一条轨交线的降压供电系统有多个降压变电站，每个车站设1～2座，为车站用户和负荷供电，包括：通信、信号、车站照明、AFC、FAS、BAS、商业用电等等。牵引供电系统为城轨列车供电，每隔3～5km设一个牵引变电站。•二、供电系统的基本要求•1．供电系统必须可靠•城市轨道交通电动列车和车站设备都是为乘客提供服务的设备，在运营过程中，一旦供电中断，受影响最大的是行车和客运两个部门。所以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；而且应选用先进、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。•(1)按供电对象的重要性，将供电系统分成三级•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；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:•城市轨道交通车站照明、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；设计时，一般采用二路进线电源，再分片分区供给。•三级负荷:•城市轨道交通的商业用电、广告照明等用户，应确保其正常供电，这些用户并直接不影响客运服务质量，其用电可根据电网负荷情况进行调整。•(2)按用户负荷变化及用途可作以下分类•①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。•②负荷变化大的直流供电•它们对供电、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。•③负荷变化大的交流供电•车站用户多为是低压用户，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24h不间断的连续供电•④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正线运行，因此，列车检修用电是低谷，反之在夜间客运终止，回库列车的检修作业用电是高峰时段。•⑤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，但这些用户的列车运营没有直接关系，我们将这些用户归类为非重要用户。•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，即重要的一级负荷，二路电源供电，并能自动切换。二级负荷，也是二路电源进线分片分区供给。三级负荷一路电源供电，在供电能力紧张，停止三级负荷供电，只有这样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。•三、供电系统的主要电器设备•1.变压器•2.断路器(高压开关)•3.隔离开关•4.母线•5.熔断器•6.电压互感器•7电流互感器•8.避雷器•9.整流器•10.继电保护装置•四、供电系统的功能•1.接收并分配电能•2.降压整流及传输直流电能•3.降压及动力配电•4.电力监控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。•五、供电方式•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。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。主变电所城市电网中压网络牵引或降压变电所•2.分散式供电在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源构成供电系统。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10kV牵引或降压变电所10kV10kV10kV10kV10kV10kV区域变电所•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、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。•集中供电方式的优点：•（1）可靠性高，便于集中统一调度和集中管理。•（2）施工方便，维护容易，电缆敷设径路比较好走。•（3）抑制谐波的效果较好。为减少谐波对电网的影响和危害，一是采用较高脉波（24脉波）整流机组，二是选用较高电压（110kV）的电源，因为大容量、高电压电网的承受能力强，同时国标规定的谐波总畸变率和谐波电压含有率比小容量、低电压电网要低得多，而且也有利于今后集中采取高次谐波防治措施。•（4）计费方便、简单。采用110kV电压集中供电方式，运行管理单位与电业部门的电度计费在主变电所设总计量就行，不必在各变电所分别计量。•城市轨道交通内部供电系统:•牵引供电系统,动力照明供电系统•牵引供电系统：牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电。馈电线再将牵引变电所的直流电送到接触网上，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电能•动力照明供电系统：提供车站和区间各类照明、扶梯、风机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设备电源，由降压变电所和动力照明配电线路组成。电气化铁路的供电方式•1、BT供电方式•在牵引供电系统中加装吸流变压器-回流线装置的供电方式，称为吸流变压器供电方式，简称BT（BoosterTransformer）供电方式。它是在牵引网中，每相距1.5-4km，设置一台变比为1：1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网，二次线圈串接在回流线中，（即吸流变压器-回流线方式，简称吸-回方式），或串接在轨道中（即吸流变压器-轨道方式，简称吸-轨方式）。•吸轨方式需要自吸流变压器处作绝缘轨缝，将轨道进行绝缘分段，依靠吸流变压器的作用，使绝大部分回归电流流经由轨道和吸流变压器二次线圈流回牵引变电所。与吸--回方式相比，吸轨方式造价要低得多，对接触网的运行维护也比较有利，对于地形比较困难，或穿越长大隧道的的电气化区段是有意义的。但是，对邻近线路的防护效果要差一些。而且，在绝缘轨缝两侧的轨端之间可能出现数百伏的电压，对线路维修人员的安全是个威胁，为了解决这个矛盾，可在吸流变压器出做两个绝缘轨缝，以加长带有不同电位的两段钢轨之间的距离，此外，当列车通过绝缘轨缝的整段时间内，吸流变压器由于副边线路被短路而失去作用。•吸--回方式比吸--轨方式抑制通信干扰的效果好。我国采用的BT方式均为吸-回方式，日本东海道新干线也如此，而英国、法国、瑞典两种方式都有应用，挪威只用BT-钢轨方式。•吸流变压器采用变比为1：1的特殊变压器，其特点是要求励磁电流小。吸流变压器的原边串接在接触网上，次边串接在回流线中。间隔约1.5-4km设置一台吸流变压器，在两个吸流变压器中间，把轨道和回流线连接起来，这个连接成为吸上线。它是机车电流返回回流线的通路。吸流变压器工作时，使接触网和回流线间集中的加强了互感耦合，设吸流变压器的原边电流为I1，匝数为w1，负边电流为I2，匝数为w2，根据变压器的原理，I1w1=I2w2，而w1=w2，所以，I1=I2，I1和I2的差别是I1种含有吸流变压器的励磁电流，励磁电流流经轨道和大地，但数值很小。•吸--回方式能迫使由轨道回路和大地返回牵引变电所的机车牵引电流的绝大部分经由回流线路流回牵引变电所，而不经由轨道和大地。从而把本来距离很大的接触网—轨道大地回路，改变为距离相对很小的接触网—回流线线路。而且，回流线中流回的电流与接触网内流过的牵引电流大小基本相等，方向相反，它们形成的电磁场相互抵消，这样就达到了牵引供电回路比较对称的目的，显著的消弱了接触网和回流线周围空间的交变磁场，使牵引电流在邻近的通信线路中的电磁感应影响大大的减小。•BT方式牵引网结构复杂，造价较高，由于吸流变压器串入接触网，使得牵引网阻抗变大，供电臂长度将减小；因存在BT分段（火花间隙），不利于高速、重载等大电流运行；但BT方式的钢轨电位低，抑制通信干扰的效果很好。•2.AT供电方式•AT供电方式又称为自耦变压器供电方式。自耦变压器（Auto-Transformer）是一种电力变压器，它并接与接触网、钢轨和正馈线之中。这种方式由接触网、钢轨、正馈线和自耦变压器组成供电回路，并在接触网和正馈线之间每隔10-15公里并入一台自耦变压器，其中心抽头与钢轨连接，正馈线与接触悬挂同杆架设，架设于接触网支柱的田野侧。在AT牵引变电所中，牵引变压器将110千伏三相•电降压成单相55千伏，则钢轨与接触网间的电压正好是自耦变压器两端的电压的一半即27.5千伏。•AT线圈两端分别接到接触网(T)和正馈线(AF)上，其中点抽头与钢轨(R)相接，AF与T架设在同一支柱上。牵引变压器的次边以55kV，在供电臂上并接AT。AT两半线圈匝数n1＝n2，即原、次边变比为2：1，使供给接触网上的电压仍按27．5kV馈出。•设机车取流为I，则AT原边电流为I／2，即牵引变压器次边为机车取流的一半。由于接在T与R间和AF与R间的AT两半线圈是电压相等的，在理想情况下，T与AF中流过的电流大小相等，方向相反，正馈线如同BT方式中的回流线作用一样，因此可以对通信明线的影响进行有效地防护。•AT方式与BT方式相比，在机车取流相同情况下，从变电所至最靠近机车的AT间，接触网与正馈线上电流只有机车电流的一半，对通信明线干扰将大大减弱。另外，在机车取流的两个AT间的区段内，机车电流总是由左右两侧接触网双边供给，方向相反，对通信明线的干扰互相抵消，因此具有更好的防护效果。应当指出，实际上AT供电回路中的电流分布是非常复杂的。电力机车在任意一个AT区间取流时，除相邻的两个AT供给电流外，供电臂上其它的AT也要向该机车供给部分电流。机车电流通过该供电臂中所有AT的正馈线和钢轨之间的线圈与钢轨——大地形成的链形电路返回变电所，这种电流分布用一般的方法来计算将十分困难，通常都采用电子计算机计算。•实际的AT供电方式往往还增加一根接地保护线PW。在AT处，保护线与接触悬挂金属支座或双重绝缘子中部相连，并与钢轨连接，在自动闭塞区段则与轨道电路中的信号扼流线圈中点相连。保护线电位一般在500V以下，正常情况下不流过牵引电流。当绝缘子发生闪络时，短路电流可通过保护线作回路而不经