城市軌道交通供配電系統(tǒng)

單元5

城市軌道交通供配電系統(tǒng)教學(xué)目標(biāo)1.掌握變電所的分類(lèi)及各自的特點(diǎn)2.了解變電所的電氣設(shè)備3.掌握接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)形式及供電方式4.了解遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控的概念和結(jié)構(gòu)5.1

概

述一、城市軌道交通供配電系統(tǒng)的功能城市軌道交通系統(tǒng)的能源供應(yīng)。1)、電動(dòng)車(chē)組運(yùn)行所需的電能供應(yīng)：牽引用電。2)、機(jī)電設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)所需的電能供應(yīng)：風(fēng)機(jī)、

水泵、空調(diào)、

自動(dòng)扶梯、加工設(shè)備等。3)、城市軌道交通通信信號(hào)設(shè)備運(yùn)行所需的電能供應(yīng)。4)、照明及其他生產(chǎn)生活用電供應(yīng)。5.1

概

述二、城市軌道交通供配電系統(tǒng)的組成城市軌道交通是一個(gè)重要的用電部門(mén)其一次供電系統(tǒng)定為一級(jí)負(fù)荷，按規(guī)定需

由兩路獨(dú)立的電源供電，當(dāng)其中一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路應(yīng)能保證一級(jí)負(fù)荷的全部用電需要。因此，城市軌道交通牽引

變電所的電源進(jìn)線來(lái)自兩個(gè)區(qū)域變電所或

來(lái)自一個(gè)區(qū)域變電所的兩路獨(dú)立電源，當(dāng)

一路電源失壓時(shí)，另一路電源立即自動(dòng)切入，使軌道交通系統(tǒng)能獲得不間斷的電源。鋼軌F?

、F?城市電網(wǎng)發(fā)電廠

L?

~L,傳輸線B?

~B?

城市電網(wǎng)區(qū)

域變電所B?、B?地鐵牽引變電所

B?地鐵降壓變電所5.1

概

述1、

牽引供電系統(tǒng)：A

牽引變電所：供給地鐵一定區(qū)域內(nèi)牽引電能的

變電所。饋電線

饋電線電分段

回流線饋電線饋電線回流線電分段圖5-2地鐵牽引供電系統(tǒng)示意圖牽引變電站

牽引變電站接觸網(wǎng)鋼軌地鐵主變電站地鐵主變電站接的網(wǎng)5.1

概

述B

接觸網(wǎng)(或接觸軌):經(jīng)過(guò)電動(dòng)列車(chē)的

受電器向電動(dòng)列車(chē)供給電能的導(dǎo)電網(wǎng)(北京、天津地鐵采用接觸軌方式，上

海地鐵采用架空接觸網(wǎng)方式)。C饋電線：從牽引變電所向接觸網(wǎng)輸送牽

引電能的導(dǎo)線。D

軌道電路：列車(chē)行走時(shí)，利用走行軌作

為牽引電流回流的電路。E

回流線：用以供牽引電流返回牽引變電

所的導(dǎo)線。5.1

概

述x

接觸網(wǎng)(軌)、饋電線、軌道、回流

線總稱為牽引網(wǎng)。×牽引供電系統(tǒng)由牽引變電所和牽引網(wǎng)

組成，其中牽引變電所和接觸網(wǎng)(軌)

是牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分。×在各種牽引供電系統(tǒng)中，根據(jù)電流形

式可分為直流制和交流制兩種。

我國(guó)

已建成通車(chē)的北京、天津地鐵和上海

地鐵等均采用直流制供電。5.1

概

述2、

動(dòng)力照明供電系統(tǒng)圖5-3地鐵動(dòng)力照明供電系統(tǒng)示意圖區(qū)間.區(qū)間

配電·配電減正

變電站減區(qū)變電站地鐵主變電站地鐵主變電站區(qū)間配電一車(chē)站

配電車(chē)站

配電區(qū)間配電5.1

概

述A

降壓變電所：將三相電源進(jìn)線電壓(10kV)降壓為三相380V交流電，提供機(jī)電設(shè)備如風(fēng)

機(jī)、水泵等動(dòng)力用電和照明、信號(hào)、通信、防災(zāi)、報(bào)警設(shè)備用電，

也可稱為動(dòng)力變電所。B配電所：配電所(室)起電能分配作用，將降壓變電所引入的三相交流380V和單相220V

交流電，分別供給動(dòng)力、照明設(shè)備。車(chē)站配

電所負(fù)責(zé)車(chē)站電能配置，

區(qū)間配電所負(fù)責(zé)車(chē)

站兩側(cè)區(qū)間動(dòng)力與照明用電配電。C配電線路：

配電所(室)、用電設(shè)備之間的連線路。5.1

概

述x布

置

：在動(dòng)力照明供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，降

壓變電所一般按每站一個(gè)設(shè)置，也可以

幾個(gè)車(chē)站合設(shè)一個(gè)。也可將降壓(動(dòng)力)

變電所附設(shè)在某個(gè)牽引變電所之中，形成一個(gè)牽引與動(dòng)力混合變電所。×變電所和接觸網(wǎng)是城市軌道交通供電系

統(tǒng)中最重要的組成部分。5.1

概

述三、城市軌道交通供電制式簡(jiǎn)介x

軌道交通采用直流供電，因?yàn)橹绷麟娺m合于電氣牽引的調(diào)速要求，而且直流牽引接

觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，建設(shè)投資少，電壓質(zhì)量高。x

我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用DC750V和DC1500V兩種。直流

系統(tǒng)電壓V標(biāo)準(zhǔn)最低最高7505009001500100018003000200036001、

直流制：采用IEC國(guó)際電工委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)，見(jiàn)表，如上

海為1500V2、

交流制：

一般多用于電氣化鐵路牽引供電方式

(距離遠(yuǎn)、需裝車(chē)載整流裝置)5.1

概

述地鐵變電所(室)一般是在地鐵沿線設(shè)置

的，地鐵變電所(室)可以建在地下，也可

以建在地面，地鐵變電所(室)尤其是地下

變電所(室)在防火方面都有一

定的要求。

地鐵變電所(室)根據(jù)不同類(lèi)型分為三種基

本類(lèi)型：高壓主變電所(室)、牽引變電所

(室)和降壓變電所(室)。地鐵變電所(室)是由各種不同用途的電氣設(shè)備按照一

定的電氣主結(jié)線聯(lián)結(jié)而構(gòu)成的。5.2

變

電

所5.2

變

電

所一、電氣設(shè)備主要電氣設(shè)備變壓器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、母線、熔斷器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、蒼流器等。1、變壓器：一種傳遞和變換交流電

能的靜止變化器。按功能分為：升壓變壓器、降壓變壓器按相數(shù)分：?jiǎn)蜗唷⑷?、多相變壓按絕緣方式分：干式、澆注式、油浸式變壓器等等。器5.2

變

電

所2、

斷路器：

一種對(duì)電路進(jìn)行控制(開(kāi)斷、關(guān)合)和保護(hù)

的高壓電器開(kāi)關(guān)，用于自動(dòng)切斷負(fù)載電流和短路電流。按絕緣方式和熄弧介質(zhì)分：油斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器、空氣斷路器等。5.2

變

電

所3、

隔離開(kāi)關(guān)：

一種沒(méi)有熄弧裝置的高壓電氣開(kāi)關(guān)。不能

切斷負(fù)載電流和短路電流，但可在無(wú)負(fù)荷電流時(shí)接通和斷開(kāi)電路。在斷開(kāi)狀態(tài)，能起到隔離電壓的作用。為運(yùn)行、操作、檢修提供方便和安全條件。5.2

變

電

所4、

母線：一種匯合和分配電能的導(dǎo)線。室外常用軟質(zhì)母線，如鋼芯鋁鉸線；室內(nèi)則采用硬質(zhì)母線，如鋁排。母線常用顏色標(biāo)記識(shí)別，在三相交流系統(tǒng)中：黃線——A相，綠

線

——B相，

紅線——C

相；在直流系統(tǒng)中：

紅色——

正極，

藍(lán)色——負(fù)極，黑色—-零線

及接地線。5.2

變

電

所5、

熔斷器：是一種過(guò)負(fù)荷和短路電流導(dǎo)致熔體發(fā)熱熔斷的保護(hù)電器。5.2

變

電

所6、

電壓互感器：

又稱壓變，是電氣測(cè)量，控制

和保護(hù)回路用的變壓器。5.2

變

電

所7、

電流互感器：

又稱流比，是電氣測(cè)量、控制

和保護(hù)調(diào)路用交流器。5.2

變

電

所8、

避雷器：

是防止從線路侵入的雷電波損壞電氣設(shè)備絕緣的保護(hù)電器。9、

整流器：

是一種與牽引變壓器組合成整流機(jī)組的電流變換器。5.2

變

電

所二、電氣主結(jié)線1、組成與功能：

變壓器、斷路器、隔離開(kāi)

關(guān)、母線等電氣設(shè)備及連接導(dǎo)線組成的接

受分配電能的電路x電氣主結(jié)線反映變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能，

在運(yùn)行中，表達(dá)電能輸送的分配的關(guān)系，

成為實(shí)際運(yùn)行操作的依據(jù)2、

種類(lèi)：

單母線型主結(jié)線、雙母線型主結(jié)

線和橋型主結(jié)線5.2

變

電

所1)、單母線型主結(jié)線5.2

變

電

所特點(diǎn)：×結(jié)線簡(jiǎn)單，設(shè)備少，費(fèi)用低x每一個(gè)回路均由斷路器切斷負(fù)載電流與短路

電流，斷路器兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)可使斷路器與電

源隔離，保證維修人員安全操作x母線發(fā)生故障，全線停電x單母線型主結(jié)線改進(jìn)型：在母線中加裝一個(gè)

母線斷路器

(MD)

或隔離開(kāi)關(guān)，將母線分

段，提高供電檢修的靈活性，稱為單母線分

段主結(jié)線負(fù)荷出線5.2

變

電

所2)、雙母線主結(jié)線*在單母線型基礎(chǔ)上

加裝一套

母線，使

故障檢修

時(shí)縮短停

電時(shí)間圖4—14

雙母線型主結(jié)線3)、

橋型主結(jié)線x

采用兩條電源進(jìn)線和兩臺(tái)變壓器，在電源進(jìn)線間用橫向母線及斷路器或隔離開(kāi)關(guān)連

接

。如果橋接母

線在變壓器外側(cè)，

進(jìn)線斷路器內(nèi)側(cè)時(shí)成為內(nèi)橋結(jié)線，

橋接母線在進(jìn)線

斷路器外側(cè)的成為外橋結(jié)線。(a)

內(nèi)橋

(b)

外橋圖4

—

15

橋型主結(jié)線示意圖5.2

變

電

所5.2

變

電

所x

橋型主結(jié)線的特點(diǎn)：

正常運(yùn)行時(shí)，

兩臺(tái)變壓器并列運(yùn)行，橋接母線斷

路器或隔離開(kāi)關(guān)全部閉合；當(dāng)兩臺(tái)

變壓器分別工作時(shí)，則母線斷路器

或隔離開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，當(dāng)一路故障時(shí)，

可切換線路，使兩臺(tái)變壓器均由正

常工作的一路提供電源。5.2

變

電

所三、

主變電所×

城市軌道交通供電系統(tǒng)中，由上一級(jí)供電區(qū)

域獲得高壓(如110kV或220kV)

電能，經(jīng)降

壓后以中高壓電壓等級(jí)(如35kV或10kV)向

牽引變電所和降壓變電所供電的一類(lèi)變電所AC110Kv

→

AC35Kv

和AC10Kv×

為保證軌道交通牽引負(fù)荷一級(jí)用電需要，需

設(shè)置2或2座以上主變電所；兩路電源進(jìn)路配

置兩臺(tái)相應(yīng)的變壓器。如主變電

所以不同

電壓等級(jí)

向附近牽

引變電所、

降壓變電

所供電，

主變壓器

可采用三

相三線有

載調(diào)壓變

壓器。結(jié)

構(gòu)如圖5.2

變

電

所圖4

—

16

主變電所的主結(jié)線(內(nèi)橋結(jié)線類(lèi)型)35

kV

線路

聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)x接觸網(wǎng)饋線

接觸網(wǎng)饋線《左側(cè)區(qū)間)

(右側(cè)區(qū)間)圖4

—

17

牽引變電所的主結(jié)線,四率引變電所5.2

變

電

所x由區(qū)域變電所或主變電所獲取中壓電壓等級(jí)電能，

經(jīng)降壓與整流變換為可供列車(chē)牽引用直流電?！?/p>

牽引變電所的關(guān)鍵設(shè)備是整流機(jī)組，其中的整流元

件由于較長(zhǎng)時(shí)間流過(guò)超出允許值的電流而導(dǎo)致元件

溫度過(guò)高時(shí)，容易引起元件損壞和整流機(jī)組停止工

作，為此需采取有效的過(guò)電流保護(hù)和降溫冷卻保護(hù)。5.2

變

電

所五、

降壓變電所×將區(qū)域變電所或主變電

所所輸出的中壓等級(jí)電

壓降壓變成低壓交流電，

并通過(guò)配電所(室)分

配給各種設(shè)備用電。x

降壓變電所一般設(shè)在車(chē)站附近，既可對(duì)車(chē)站較

集中的電器設(shè)備供電，

也可方便向車(chē)站兩側(cè)區(qū)

間的用電設(shè)備供電x

結(jié)線見(jiàn)圖5.2

變

電

所降壓變電所主結(jié)線示意醫(yī)x電能從牽引變電所輸出，經(jīng)饋電線、接觸

網(wǎng)到電動(dòng)車(chē)組，

再經(jīng)走行軌或

負(fù)饋電線、回

流線返回牽引

變電所構(gòu)成牽

引供電回路。如

圖饋電線接觸網(wǎng)

(受電弓或受流器)電動(dòng)車(chē)組5.3

接觸網(wǎng)走行軌(負(fù)饋電線)回流

線牽引變電所5.3

接觸網(wǎng)x

由于接觸網(wǎng)是無(wú)備用設(shè)備又極易損

耗的供電系統(tǒng)終端裝置，受環(huán)境和

氣候的影較大，

一旦設(shè)備損壞就會(huì)

造成牽引供電中斷，從而導(dǎo)致電動(dòng)

列車(chē)無(wú)法運(yùn)行，線路運(yùn)行停頓和秩

序混亂，對(duì)軌道交通造成較大損害?！烈虼?，

對(duì)接觸網(wǎng)有較高要求。5.3

接觸網(wǎng)一、接觸網(wǎng)應(yīng)滿足的基本要求1)在規(guī)定的車(chē)速內(nèi)，接觸導(dǎo)線應(yīng)始終與滑行的車(chē)輛受

電設(shè)備保持可靠的接觸——不間斷地穩(wěn)定可靠供電，不產(chǎn)生電弧火花2)接觸網(wǎng)導(dǎo)線與走行軌的相對(duì)位置應(yīng)保持穩(wěn)定3)接觸網(wǎng)有較均勻的彈性，適應(yīng)車(chē)輛運(yùn)動(dòng)時(shí)振動(dòng)力的影響(該振動(dòng)力與速度成正比)4)具有良好的穩(wěn)定性、耐磨性和耐腐蝕性能5)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)盡量簡(jiǎn)單，以保障施工和維修方便6)在氣候變化時(shí)，能保證高度、彈性與穩(wěn)定性變化量達(dá)到最小5.3

接觸網(wǎng)二、

接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)類(lèi)型1)接觸軌式：又稱第三軌供電方式x

在走行軌一側(cè)

1設(shè)置附加的第三軌，電動(dòng)車(chē)輛安裝在底部

走行斜或側(cè)面的受流器與第三軌接

扣件觸受電，

受

流器也可稱為受

交

雜

&電靴ATE

信考教澀凝土檔板授融氧5.3

接觸網(wǎng)接觸軌供電可分為上磨式和下磨式接觸物鼻架接觸稅上磨式下磨式絕緣體5.3

接觸網(wǎng)x上磨式優(yōu)點(diǎn)：

固定方便，接觸效果好，但加防

護(hù)罩困難，接觸軌面易污染，無(wú)防護(hù)罩的帶電

接觸軌對(duì)工作人員威脅大x下磨式優(yōu)點(diǎn)：

與上磨式相反接觸軌供電方式的特點(diǎn)：x隧道凈空高度低，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，造價(jià)低，

維修易。人身安全與防火條件差，難與架空線

銜接。x

第三軌供電一般采用直流，電壓為750V及以下5.32、

架空式×架空式接觸網(wǎng)架設(shè)在軌道交通線路上方，電動(dòng)車(chē)輛車(chē)頂安置受電弓與接觸網(wǎng)的導(dǎo)線相接觸受電x

架空式接觸網(wǎng)分為地面架空式和地下架空式接觸網(wǎng)5.3

接觸網(wǎng)(1)地面架空式接觸網(wǎng)組成x

接觸懸掛：

由承力索、吊弦、接觸導(dǎo)線組成，直

接與受電弓接觸，并保持良好接觸性能×支持系統(tǒng)：

由腕臂、拉桿和絕緣子組成，支持接觸懸掛×

定位裝置：

由定位器和定位管組成，保證接觸導(dǎo)

線與受電弓的相對(duì)位置在規(guī)定范圍內(nèi)x

支柱和基礎(chǔ)：承受接觸懸掛和支持定位裝置的負(fù)荷，固定接觸懸掛高度5.3

接觸網(wǎng)(2)地下(隧道)架空式×

隧道架空式的懸掛與地面架空式有所不同，

一方面隧

道內(nèi)不能立支柱，支持裝置是直接設(shè)置在洞頂或洞壁，另一方面又必須考慮隧道斷面、凈空高度、帶電體對(duì)接地體的絕緣距離、導(dǎo)線的弛度等因素的限制。并性支架隧道拱頂談電線連接線接地戰(zhàn)調(diào)解臂絕緣子受電碼`接觸纜5.3

接觸網(wǎng)三

、供電方式和電分段1)供電方式：

牽引變電所通過(guò)接觸網(wǎng)向電動(dòng)車(chē)組供電，每個(gè)牽引變電所負(fù)責(zé)向兩側(cè)區(qū)間供電，如果供電距離過(guò)長(zhǎng)，牽引電流在接觸網(wǎng)上的電

壓降就會(huì)很大，導(dǎo)致末端電壓過(guò)低及電能損耗

過(guò)大，直接影響電動(dòng)車(chē)組運(yùn)行；距離短，牽引

變電所數(shù)量多，投資大。分為：

單邊供電和雙邊供電5.3

接觸網(wǎng)如圖所示：接觸網(wǎng)在相鄰的兩個(gè)牽引變電所中部斷開(kāi)，

形成兩個(gè)供電區(qū)域，每個(gè)供電分區(qū)稱為一個(gè)供電臂。單邊供電：

電動(dòng)車(chē)組僅從所在供電臂上的牽引變電所

獲得牽引電能如果在中間斷開(kāi)處設(shè)置開(kāi)關(guān)并使其連通，則電動(dòng)車(chē)組

可同時(shí)從兩個(gè)牽引變電所獲得電能，稱為雙邊供電

L接觸網(wǎng)供電方式牽引變電牽引變電牽引變電5.3

接觸網(wǎng)×單邊供電優(yōu)點(diǎn)：故障影響范圍小，牽引

變電所保護(hù)較簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)：電動(dòng)車(chē)組所

需牽引電能全部由一邊流過(guò)接觸網(wǎng)，電

壓降和電能損耗大。x

雙邊供電正相反。x因此，

正常行車(chē)采用雙邊供電，某一牽

引變電所故障時(shí)，采用臨時(shí)單邊供電5.3

接觸網(wǎng)2)電分段×通過(guò)設(shè)置隔離開(kāi)關(guān)使接觸網(wǎng)分成若干供電分段，

保

證供電可靠性和靈活性?！廉?dāng)某一供電分段發(fā)生故障或檢修時(shí)，可以打開(kāi)相應(yīng)

分段的隔離開(kāi)關(guān)，使故障與停電檢修范圍縮至最小，

同時(shí)又不影響其他各段接觸網(wǎng)的正常供電。牽引變電到變電牽引變電接觸網(wǎng)供電方式5.4

遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控及地下迷流一、遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控1、基本概念X

地鐵運(yùn)行的管理和調(diào)度是由控制中心來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其

中的電力調(diào)度室是地鐵供電系統(tǒng)運(yùn)行的管理和調(diào)度

部門(mén)。X

遠(yuǎn)動(dòng)技術(shù)，通過(guò)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控設(shè)備對(duì)各類(lèi)變電所(室)

進(jìn)行直接的集中監(jiān)視和控制。遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控設(shè)備是調(diào)度端與各被監(jiān)控端之間實(shí)現(xiàn)遙信、

遙測(cè)、遙控和遙調(diào)功能的設(shè)備。我國(guó)地鐵牽引供電系統(tǒng)已被規(guī)定應(yīng)優(yōu)先采用計(jì)算機(jī)

遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，上海地鐵將采用先進(jìn)的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)

控設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)地鐵供電系統(tǒng)的現(xiàn)代化管理和集中調(diào)

度。5.4遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控及地下迷流2、

遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控的通道和信息傳送方式x遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)組成：

調(diào)度端裝置、被監(jiān)控端

裝置和通道。x

通道是傳送遠(yuǎn)動(dòng)信息的傳輸設(shè)備，包括：通

信線路和調(diào)制器、解調(diào)器。x

遠(yuǎn)動(dòng)通道的種類(lèi)：

架空明線、無(wú)線通道(高

頻、微波)、有線電纜和光纜通道。

Eg:

北京地鐵采用有線電纜通道，上海地鐵采用光

纜通道。5.4

遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控及地下迷流×遠(yuǎn)動(dòng)信息傳送方式：

問(wèn)答式，循環(huán)式。x問(wèn)答式：是指信息的傳送采取查詢式問(wèn)答

方式，當(dāng)主站發(fā)出查詢命令時(shí)，被查詢的

分站按查詢的要求回送以相應(yīng)信息，既按

需傳送信息；x循環(huán)式：是指各分站按掃描周期循環(huán)不斷

的向主站傳送信息，既按時(shí)傳送信息。在傳送周期允許的情況下，也即時(shí)間響應(yīng)要

求不高時(shí)，大都采用問(wèn)答式傳送方式。5.4

遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控及地下迷流3、

遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)x

地鐵供電遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)一般采用1:N鏈狀式結(jié)構(gòu)，由調(diào)度端的主站(MS)對(duì)N

個(gè)變電所的分站(RTU)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控。x主站裝置結(jié)構(gòu)一般用兩臺(tái)微型計(jì)算機(jī)(主機(jī))、通

信處理機(jī)以及其他功能子系統(tǒng)模塊組成。x

分站裝置結(jié)構(gòu)由主機(jī)(微處理機(jī))以及其他功能子

系統(tǒng)模塊來(lái)組成。5.4遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控及地下迷流二、

地下迷流×1、地下迷流：