城軌交通供電系統(tǒng).ppt

第4章城市軌道交通供電系統(tǒng),城市軌道交通供電系統(tǒng)是軌道交通的重要組成部分，它不但為列車提供牽引動(dòng)力，而且還為地鐵運(yùn)營(yíng)服務(wù)的輔助設(shè)施，如照明、通風(fēng)、空調(diào)、排水、通信、信號(hào)、防災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)扶梯等提供電力。如果在地鐵運(yùn)營(yíng)期間供電一旦中斷，不僅列車運(yùn)行癱瘓，現(xiàn)場(chǎng)及附近地區(qū)引起極大的混亂。所以城市軌道交通供電系統(tǒng)是確保城市軌道交通正常運(yùn)營(yíng)的重要設(shè)施。,城市軌道供電原理:城市軌道交通的供電電源一般取自城市電網(wǎng)，通過城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和軌道交通供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送或變換，最后以適當(dāng)?shù)碾娏餍纬桑ㄖ绷骰蚪涣麟姡┖碗妷旱燃?jí)供給用電設(shè)備,城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng),軌道交通供電系統(tǒng),第一節(jié)供電系統(tǒng)的組成及要求一、供電系統(tǒng)的組成城市軌道交通供電系統(tǒng)主要由降壓供電系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)組成。一條軌交線的降壓供電系統(tǒng)有多個(gè)降壓變電站，每個(gè)車站設(shè)12座，為車站用戶和負(fù)荷供電，包括：通信、信號(hào)、車站照明、AFC、FAS、BAS、商業(yè)用電等等。牽引供電系統(tǒng)為城軌列車供電，每隔35km設(shè)一個(gè)牽引變電站。,二、供電系統(tǒng)的基本要求1供電系統(tǒng)必須可靠城市軌道交通電動(dòng)列車和車站設(shè)備都是為乘客提供服務(wù)的設(shè)備，在運(yùn)營(yíng)過程中，一旦供電中斷，受影響最大的是行車和客運(yùn)兩個(gè)部門。所以城市軌道交通供電系統(tǒng)，必須具有高度的可靠性。為此，各變電站采用兩路進(jìn)線，并互為備用；電源容量設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為發(fā)展留有余地；而且應(yīng)選用先進(jìn)、可靠的電氣設(shè)備，采用模塊化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，調(diào)度自動(dòng)化的運(yùn)行模式；以專人定時(shí)巡視檢查為輔助手段。,2供電系統(tǒng)必須滿足不同用戶的需求城市軌道交通系統(tǒng)內(nèi)各用電單位，對(duì)供電有不同的需求，為了滿足各單位的用電要求，首先對(duì)供電負(fù)荷進(jìn)行分類。(1)按供電對(duì)象的重要性，將供電系統(tǒng)分成三級(jí)一級(jí)負(fù)荷:城市軌道交通電動(dòng)列車、通信、信號(hào)設(shè)備、消防設(shè)備等用戶，必須確保不間斷供電；為此，必須采取兩路電源供電，當(dāng)任何一路電源失電后，應(yīng)自動(dòng)、迅速切換至另一路電源。二級(jí)負(fù)荷:城市軌道交通車站照明、自動(dòng)扶梯等用戶，應(yīng)確保連續(xù)供電，萬(wàn)一停電后會(huì)影響客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，但并不影響列車運(yùn)行安全；設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用二路進(jìn)線電源，再分片分區(qū)供給。三級(jí)負(fù)荷:城市軌道交通的商業(yè)用電、廣告照明等用戶，應(yīng)確保其正常供電，這些用戶并直接不影響客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，其用電可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況進(jìn)行調(diào)整。,(2)按用戶負(fù)荷變化及用途可作以下分類負(fù)荷變化不大的低壓交直流負(fù)荷此類負(fù)荷要求有很高的供電可靠性和良好的供電質(zhì)量。如：變電站控制設(shè)備的低壓交直流負(fù)荷。負(fù)荷變化大的直流供電它們對(duì)供電、供電設(shè)備的可靠性要求高，用電量隨客運(yùn)的高峰低谷變化而變化。如：客運(yùn)列車：它是城市軌道交通供電系統(tǒng)中的最主要負(fù)荷，而且是直流負(fù)荷。在夜間列車停運(yùn)時(shí)，負(fù)荷為零。負(fù)荷變化大的交流供電車站用戶多為是低壓用戶，如：車站電梯和自動(dòng)扶梯、環(huán)控設(shè)備、照明、售檢票系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通信、信號(hào)等。這些用戶，在客運(yùn)時(shí)段是用電高峰，列車停運(yùn)時(shí)段是用電低谷。而且必須向通信、信號(hào)專業(yè)設(shè)備提供24h不間斷的連續(xù)供電,夜間用電停車場(chǎng)的車輛維修作業(yè)區(qū)等夜間用電用戶。白天列車運(yùn)行的時(shí)間段，由于絕大部分的電動(dòng)列車都在正線運(yùn)行，因此，列車檢修用電是低谷，反之在夜間客運(yùn)終止，回庫(kù)列車的檢修作業(yè)用電是高峰時(shí)段。非重要用戶車站商業(yè)等不直接影響運(yùn)營(yíng)質(zhì)量的用戶，盡管其用電量較大，但這些用戶的列車運(yùn)營(yíng)沒有直接關(guān)系，我們將這些用戶歸類為非重要用戶。,綜上所述：城市軌道交通供電系統(tǒng)，必須依據(jù)不同用電需求區(qū)別對(duì)待，即重要的一級(jí)負(fù)荷，二路電源供電，并能自動(dòng)切換。二級(jí)負(fù)荷，也是二路電源進(jìn)線分片分區(qū)供給。三級(jí)負(fù)荷一路電源供電，在供電能力緊張，停止三級(jí)負(fù)荷供電，只有這樣才能滿足和保障用戶的用電要求，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的正常。,三、供電系統(tǒng)的主要電器設(shè)備1.變壓器2.斷路器(高壓開關(guān))3.隔離開關(guān)4.母線5.熔斷器6.電壓互感器7電流互感器8.避雷器9.整流器10.繼電保護(hù)裝置,四、供電系統(tǒng)的功能1.接收并分配電能2.降壓整流及傳輸直流電能3.降壓及動(dòng)力配電4.電力監(jiān)控,城市軌道供電系統(tǒng)的功能和作用,城市軌道交通的用電負(fù)荷按其功能不同可分為兩大用電群體。一是電動(dòng)客車運(yùn)行所需要的牽引負(fù)荷；二是車站、區(qū)間、車輛段、控制中心等其他建筑物所需要的動(dòng)力照明用電，諸如：通風(fēng)機(jī)、空調(diào)、自動(dòng)扶梯、電梯、水泵、照明、AFC系統(tǒng)、FAS、BAS、通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等。在上述用電群體中，有不同電壓等級(jí)直流負(fù)荷、不同電壓等級(jí)交流負(fù)荷；有固定負(fù)荷、有時(shí)刻在變化的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。每種用電設(shè)備都有自己的用電要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而且這種要求和標(biāo)準(zhǔn)又相差甚遠(yuǎn)。城市軌道供電系統(tǒng)就是要滿足這些不同用戶對(duì)電能的不同需求，以使其發(fā)揮各自的功能與作用。,五、供電方式1.集中式供電在城市軌道交通沿線，根據(jù)用電容量和線路長(zhǎng)短，建設(shè)專用的主變電所。主變電所進(jìn)線電壓一般為110kV，經(jīng)降壓后變成35kV或10kV，供牽引變電所與降壓變電所。主變電所應(yīng)有兩路獨(dú)立的進(jìn)線電源。集中式供電，有利于城市軌道交通供電形成獨(dú)立體系，便于管理和運(yùn)營(yíng)。上海、廣州、南京、香港、德黑蘭地鐵等。,2.分散式供電在地鐵沿線直接由城市電網(wǎng)引入多路電源構(gòu)成供電系統(tǒng)。一般為10kV電壓級(jí)。分散式供電要保證每座牽引變電所和降壓變電所均獲得雙路電源，要求城市軌道交通沿線有足夠的電源引入點(diǎn)及備用容量。建設(shè)中的沈陽(yáng)地鐵、長(zhǎng)春輕軌、大連輕軌、北京城鐵、北京八通線、北京地鐵5號(hào)線等,3.混合式供電將前兩種供電方式結(jié)合起來(lái)，一般以集中式供電為主，個(gè)別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中式供電的補(bǔ)充，使供電系統(tǒng)更加完善和可靠。北京地鐵一線和環(huán)線、建設(shè)中的武漢軌道交通工程、青島地鐵南北線工程等即為混合式供電方案。,集中供電方式的優(yōu)點(diǎn)：（1）可靠性高，便于集中統(tǒng)一調(diào)度和集中管理。（2）施工方便，維護(hù)容易，電纜敷設(shè)徑路比較好走。（3）抑制諧波的效果較好。為減少諧波對(duì)電網(wǎng)的影響和危害，一是采用較高脈波（24脈波）整流機(jī)組，二是選用較高電壓（110kV）的電源，因?yàn)榇笕萘?、高電壓電網(wǎng)的承受能力強(qiáng)，同時(shí)國(guó)標(biāo)規(guī)定的諧波總畸變率和諧波電壓含有率比小容量、低電壓電網(wǎng)要低得多，而且也有利于今后集中采取高次諧波防治措施。（4）計(jì)費(fèi)方便、簡(jiǎn)單。采用110kV電壓集中供電方式，運(yùn)行管理單位與電業(yè)部門的電度計(jì)費(fèi)在主變電所設(shè)總計(jì)量就行，不必在各變電所分別計(jì)量。,城市軌道交通內(nèi)部供電系統(tǒng):牽引供電系統(tǒng),動(dòng)力照明供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)：牽引變電所將三相高壓交流電變成適合電動(dòng)車輛應(yīng)用的低壓直流電。饋電線再將牽引變電所的直流電送到接觸網(wǎng)上，電動(dòng)車輛通過其受流器與接觸網(wǎng)的直接接觸而獲得電能動(dòng)力照明供電系統(tǒng)：提供車站和區(qū)間各類照明、扶梯、風(fēng)機(jī)、水泵等動(dòng)力機(jī)械設(shè)備電源和通信、信號(hào)、自動(dòng)化等設(shè)備電源，由降壓變電所和動(dòng)力照明配電線路組成。,電氣化鐵路的供電方式,1、BT供電方式在牽引供電系統(tǒng)中加裝吸流變壓器-回流線裝置的供電方式，稱為吸流變壓器供電方式，簡(jiǎn)稱BT（BoosterTransformer）供電方式。它是在牽引網(wǎng)中，每相距1.5-4km，設(shè)置一臺(tái)變比為1：1的吸流變壓器，其一次線圈串接入接觸網(wǎng)，二次線圈串接在回流線中，（即吸流變壓器-回流線方式，簡(jiǎn)稱吸-回方式），或串接在軌道中（即吸流變壓器-軌道方式，簡(jiǎn)稱吸-軌方式）。,吸軌方式需要自吸流變壓器處作絕緣軌縫，將軌道進(jìn)行絕緣分段，依靠吸流變壓器的作用，使絕大部分回歸電流流經(jīng)由軌道和吸流變壓器二次線圈流回牽引變電所。與吸-回方式相比，吸軌方式造價(jià)要低得多，對(duì)接觸網(wǎng)的運(yùn)行維護(hù)也比較有利，對(duì)于地形比較困難，或穿越長(zhǎng)大隧道的的電氣化區(qū)段是有意義的。但是，對(duì)鄰近線路的防護(hù)效果要差一些。而且，在絕緣軌縫兩側(cè)的軌端之間可能出現(xiàn)數(shù)百伏的電壓，對(duì)線路維修人員的安全是個(gè)威脅，為了解決這個(gè)矛盾，可在吸流變壓器出做兩個(gè)絕緣軌縫，以加長(zhǎng)帶有不同電位的兩段鋼軌之間的距離，此外，當(dāng)列車通過絕緣軌縫的整段時(shí)間內(nèi)，吸流變壓器由于副邊線路被短路而失去作用。吸-回方式比吸-軌方式抑制通信干擾的效果好。我國(guó)采用的BT方式均為吸-回方式，日本東海道新干線也如此，而英國(guó)、法國(guó)、瑞典兩種方式都有應(yīng)用，挪威只用BT-鋼軌方式。,吸流變壓器采用變比為1：1的特殊變壓器，其特點(diǎn)是要求勵(lì)磁電流小。吸流變壓器的原邊串接在接觸網(wǎng)上，次邊串接在回流線中。間隔約1.5-4km設(shè)置一臺(tái)吸流變壓器，在兩個(gè)吸流變壓器中間，把軌道和回流線連接起來(lái)，這個(gè)連接成為吸上線。它是機(jī)車電流返回回流線的通路。吸流變壓器工作時(shí)，使接觸網(wǎng)和回流線間集中的加強(qiáng)了互感耦合，設(shè)吸流變壓器的原邊電流為I1，匝數(shù)為w1，負(fù)邊電流為I2，匝數(shù)為w2，根據(jù)變壓器的原理，I1w1=I2w2，而w1=w2，所以，I1=I2，I1和I2的差別是I1種含有吸流變壓器的勵(lì)磁電流，勵(lì)磁電流流經(jīng)軌道和大地，但數(shù)值很小。,吸-回方式能迫使由軌道回路和大地返回牽引變電所的機(jī)車牽引電流的絕大部分經(jīng)由回流線路流回牽引變電所，而不經(jīng)由軌道和大地。從而把本來(lái)距離很大的接觸網(wǎng)軌道大地回路，改變?yōu)榫嚯x相對(duì)很小的接觸網(wǎng)回流線線路。而且，回流線中流回的電流與接觸網(wǎng)內(nèi)流過的牽引電流大小基本相等，方向相反，它們形成的電磁場(chǎng)相互抵消，這樣就達(dá)到了牽引供電回路比較對(duì)稱的目的，顯著的消弱了接觸網(wǎng)和回流線周圍空間的交變磁場(chǎng)，使?fàn)恳娏髟卩徑耐ㄐ啪€路中的電磁感應(yīng)影響大大的減小。,BT方式牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高，由于吸流變壓器串入接觸網(wǎng)，使得牽引網(wǎng)阻抗變大，供電臂長(zhǎng)度將減??；因存在BT分段（火花間隙），不利于高速、重載等大電流運(yùn)行；但BT方式的鋼軌電位低，抑制通信干擾的效果很好。,2.AT供電方式AT供電方式又稱為自耦變壓器供電方式。自耦變壓器（Auto-Transformer）是一種電力變壓器，它并接與接觸網(wǎng)、鋼軌和正饋線之中。這種方式由接觸網(wǎng)、鋼軌、正饋線和自耦變壓器組成供電回路，并在接觸網(wǎng)和正饋線之間每隔10-15公里并入一臺(tái)自耦變壓器，其中心抽頭與鋼軌連接，正饋線與接觸懸掛同桿架設(shè)，架設(shè)于接觸網(wǎng)支柱的田野側(cè)。在AT牽引變電所中，牽引變壓器將110千伏三相電降壓成單相55千伏，則鋼軌與接觸網(wǎng)間的電壓正好是自耦變壓器兩端的電壓的一半即27.5千伏。,AT線圈兩端分別接到接觸網(wǎng)(T)和正饋線(AF)上，其中點(diǎn)抽頭與鋼軌(R)相接，AF與T架設(shè)在同一支柱上。牽引變壓器的次邊以55kV，在供電臂上并接AT。AT兩半線圈匝數(shù)n1n2，即原、次邊變比為2：1，使供給接觸網(wǎng)上的電壓仍按275kV饋出。設(shè)機(jī)車取流為I，則AT原邊電流為I2，即牽引變壓器次邊為機(jī)車取流的一半。由于接在T與R間和AF與R間的AT兩半線圈是電壓相等的，在理想情況下，T與AF中流過的電流大小相等，方向相反，正饋線如同BT方式中的回流線作用一樣，因此可以對(duì)通信明線的影響進(jìn)行有效地防護(hù)。,AT方式與BT方式相比，在機(jī)車取流相同情況下，從變電所至最靠近機(jī)車的AT間，接觸網(wǎng)與正饋線上電流只有機(jī)車電流的一半，對(duì)通信明線干擾將大大減弱。另外，在機(jī)車取流的兩個(gè)AT間的區(qū)段內(nèi)，機(jī)車電流總是由左右兩側(cè)接觸網(wǎng)雙邊供給，方向相反，對(duì)通信明線的干擾互相抵消，因此具有更好的防護(hù)效果。應(yīng)當(dāng)指出，實(shí)際上AT供電回路中的電流分布是非常復(fù)雜的。電力機(jī)車在任意一個(gè)AT區(qū)間取流時(shí)，除相鄰的兩個(gè)AT供給電流外，供電臂上其它的AT也要向該機(jī)車供給部分電流。機(jī)車電流通過該供電臂中所有AT的正饋線和鋼軌之間的線圈與鋼軌大地形成的鏈形電路返回變電所，這種電流分布用一般的方法來(lái)計(jì)算將十分困難，通常都采用電子計(jì)算機(jī)計(jì)算。,實(shí)際的AT供電方式往往還增加一根接地保護(hù)線PW。在AT處，保護(hù)線與接觸懸掛金屬支座或雙重絕緣子中部相連，并與鋼軌連接，在自動(dòng)閉塞區(qū)段則與軌道電路中的信號(hào)扼流線圈中點(diǎn)相連。保護(hù)線電位一般在500V以下，正常情況下不流過牽引電流。當(dāng)絕緣子發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，短路電流可通過保護(hù)線作回路而不經(jīng)信號(hào)軌道電路提高了信號(hào)電路工作的可靠性。保護(hù)線又是隨接觸網(wǎng)支柱架空懸掛的，相當(dāng)于架空地線，對(duì)接觸網(wǎng)起屏蔽作用，減小對(duì)架空通信線的干擾，同時(shí)也起到避雷線的作用，通過放電器G入地。在鋼軌對(duì)地泄漏電阻和機(jī)車取流較大的情況下，為降低鋼軌電位，還可在AT區(qū)段中部加橫向連接線CPW，將鋼軌與保護(hù)線并接。AT并聯(lián)于牽引網(wǎng)中，克服了BT串入網(wǎng)中BT分段的缺陷，使供電電壓成倍提高，牽引網(wǎng)阻抗小，供電距離長(zhǎng)（改為直接供電方式的170%-200%），網(wǎng)上壓損和能損都小，是一種適于高速、重載等大電流牽引的供電方式。,在正線貫通方案上，牽引變電所的平均間距為48.6km，最大間距為58.6km，供電臂最大長(zhǎng)度為29.9km。,4.根據(jù)供電壓制式可分為直流:60075