城市軌道交通車輛牽引與供電系統(tǒng)概述

項(xiàng)目5：城市軌道交通車輛牽引與供電系統(tǒng)制作：高鐵二班余春麗、盧雨琪、喻慧婕、周玉玲城市軌道交通車輛牽引傳動(dòng)系統(tǒng)的構(gòu)成牽引傳動(dòng)裝置接觸網(wǎng)（第三軌）受流器變流裝置牽引電機(jī)齒輪傳動(dòng)箱輪對(duì)列車運(yùn)行

城市軌道交通車輛牽引與供電系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，其電力牽引系統(tǒng)是以城市電網(wǎng)的電力為動(dòng)力源，將電能轉(zhuǎn)為機(jī)械能，牽引列車運(yùn)行的一種城市軌道交通牽引動(dòng)力形式。城市軌道交通車輛供電系統(tǒng)是由電力系統(tǒng)經(jīng)高壓輸電網(wǎng)、主變電所降壓、配電網(wǎng)絡(luò)和牽引變電所降壓等環(huán)節(jié)，向城市軌道交通列車輸送電力的全部供電系統(tǒng)。介紹電力牽引系統(tǒng)工作原理及能量傳遞過程車上受電弓牽引變壓器牽引整流器轉(zhuǎn)向架牽引電機(jī)機(jī)車車輛27.5KV單相接觸網(wǎng)交流直流機(jī)械能電能城市軌道交通車輛電氣傳動(dòng)及控制方式牽引電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)線性電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)交流電動(dòng)機(jī)變壓變頻控制凸輪變阻斬波調(diào)阻變阻控制斬波調(diào)壓控制（一）受流器的形式1.受電弓形式直流1500V供電采用架空線接觸網(wǎng)式，車輛采用受電弓受流2.集電靴形式集電靴是安裝在車輛轉(zhuǎn)向架上，為列車從剛性供電進(jìn)行動(dòng)態(tài)取流，滿足列車電力需求的一套動(dòng)態(tài)受流設(shè)備。受流設(shè)備1.受電弓結(jié)構(gòu)受電弓安裝位置：

車體幾何中心點(diǎn)最近的車頂上部。工作方式：

當(dāng)受電弓升起時(shí)，弓與網(wǎng)接觸滑行，從接觸網(wǎng)受取電流，通過車頂母線傳送到車輛內(nèi)部。類型：

氣動(dòng)弓和電動(dòng)弓母線：用高導(dǎo)電率的銅、鋁質(zhì)材料制成，用以傳輸電能，具有匯集和分配電力能力的產(chǎn)品。受電弓的結(jié)構(gòu)組成圖1-6單臂受電弓的結(jié)構(gòu)組成基礎(chǔ)框架1：

通過絕緣子3固定安裝在車頂；

作為框架4、軸承、下部導(dǎo)桿等支承和安裝。框架4：

包括下部支桿5、下部導(dǎo)桿6、上部支桿7和上部導(dǎo)桿8；

采用高強(qiáng)度冷拔無縫管制作。高度止擋2：

安裝在下部導(dǎo)桿側(cè)下方的基礎(chǔ)框架上；

用以限制受電弓的最大升弓高度。弓頭：

是弓與網(wǎng)相接觸的部分；

由集流頭9、接觸帶10、轉(zhuǎn)軸、端角11和彈簧盒組成。升降弓裝置12：

由傳動(dòng)風(fēng)缸、拉伸彈簧及氣路電磁閥組成。詳情請(qǐng)翻開書p131集電靴集電靴部件的主要作用1.集電靴的設(shè)置要使機(jī)車在通過三軌電區(qū)時(shí)不發(fā)生瞬間斷電現(xiàn)象，即兩電氣連通的集電靴間的最小距離要大于三軌斷電區(qū)的長(zhǎng)度。2.由于三軌在道岔和車站站臺(tái)換邊布置，因此要求車輛的兩側(cè)都要設(shè)置集電靴。集電靴的設(shè)置要求

牽引電動(dòng)機(jī)是城市軌道交通車輛得以實(shí)現(xiàn)牽引機(jī)點(diǎn)及電制動(dòng)的動(dòng)力機(jī)械。牽引電動(dòng)機(jī)懸掛在車輛轉(zhuǎn)向架或車軸上，并借助傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輛前進(jìn)。

牽引電動(dòng)機(jī)分為旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)和線性電動(dòng)機(jī)兩大類。旋轉(zhuǎn)電動(dòng)機(jī)有直流電動(dòng)機(jī)和交流電動(dòng)機(jī)。線性電動(dòng)機(jī)即直線牽引電動(dòng)機(jī)，是異步感應(yīng)電動(dòng)機(jī)的簡(jiǎn)稱牽引電動(dòng)機(jī)直流電動(dòng)機(jī)

直流電動(dòng)機(jī)由定子轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。極掌NS·

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NS極心勵(lì)磁繞組機(jī)座轉(zhuǎn)子直流電動(dòng)機(jī)的磁極和磁路直流電動(dòng)機(jī)各部分的作用定子的作用是用來產(chǎn)生磁場(chǎng)，提供磁路和作為電機(jī)的機(jī)械支撐轉(zhuǎn)子部分是用來產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)和電磁轉(zhuǎn)矩從而實(shí)現(xiàn)機(jī)電能量轉(zhuǎn)換的主要部件轉(zhuǎn)子通過軸承與定子保持相對(duì)位置，使兩者之間有一個(gè)空氣隙直流電動(dòng)機(jī)工作原理：拓展友情提示：本知識(shí)點(diǎn)涉及高中物理知識(shí)個(gè)，感興趣的同學(xué)可以上網(wǎng)搜索更加詳細(xì)的直流電動(dòng)機(jī)系統(tǒng)知識(shí)直流牽引電動(dòng)機(jī)的調(diào)速有兩種基本形式：變阻控制和斬波調(diào)壓控制1.變阻控制：通過調(diào)節(jié)串入電動(dòng)機(jī)回路以改變直流牽引電動(dòng)機(jī)端電壓來達(dá)到調(diào)速目的2.斬波調(diào)壓控制：通過接在電網(wǎng)與牽引電動(dòng)機(jī)之間斬波器的導(dǎo)通與關(guān)斷來改變牽引電動(dòng)機(jī)端電壓，實(shí)現(xiàn)調(diào)速直流電動(dòng)機(jī)的調(diào)速方式

變阻控制

調(diào)節(jié)電阻的方法又可分為兩類，即采用有觸點(diǎn)組合式凸輪開關(guān)調(diào)阻和無觸點(diǎn)斬波調(diào)阻。有觸點(diǎn)開關(guān)調(diào)阻斬波調(diào)阻斬波調(diào)壓

直流斬波電路原理直流斬波電壓波形不懂把，我也不懂??！交流電動(dòng)機(jī)1軸承2前端蓋3轉(zhuǎn)軸4接線盒5吊環(huán)6定子鐵心7轉(zhuǎn)子8定子繞組9機(jī)座10后端蓋11風(fēng)罩12風(fēng)扇封閉式三相籠型異步電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

定子鐵心：由內(nèi)周有槽的硅鋼片疊成。三相繞組A----XB----YC----Z機(jī)座：鑄鋼或鑄鐵轉(zhuǎn)子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1)鼠籠式轉(zhuǎn)子鐵芯槽內(nèi)放銅條，端部用短路環(huán)形成一體；或鑄鋁形成轉(zhuǎn)子繞組。(2)繞線式轉(zhuǎn)子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。鼠籠轉(zhuǎn)子氣隙：定子和轉(zhuǎn)子之間必須有一個(gè)氣隙交流電動(dòng)機(jī)沒有轉(zhuǎn)向器，構(gòu)造簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，效率較高，維護(hù)很少，價(jià)格低廉；轉(zhuǎn)子堅(jiān)固，定子繞組沿圓周均勻分布，電動(dòng)機(jī)體積小，能夠獲得較大的單位質(zhì)量功率；其機(jī)械特性較硬，具有較好的防空轉(zhuǎn)性能，使黏著利用提高；且微電子技術(shù)的發(fā)展使異步電動(dòng)機(jī)的調(diào)壓變頻調(diào)速得以順利實(shí)現(xiàn)。交流電動(dòng)機(jī)的特點(diǎn)前方高能直線電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成及工作原理事件管理器（EV）SVPWM信號(hào)驅(qū)動(dòng)電路牽引逆變器直線電動(dòng)機(jī)MVBC01USB接口512KBRAM512KBFLASHTMS320F2812內(nèi)核E2PROMI/O控制電路A/D電流檢測(cè)故障檢測(cè)控制電路MVBPTU

直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)直線電機(jī)的結(jié)構(gòu)可以看作是將一臺(tái)旋轉(zhuǎn)電機(jī)沿徑向剖開，并將電機(jī)的圓周展開成直線而形成的。其中電機(jī)內(nèi)部的定子相當(dāng)于現(xiàn)在直線步進(jìn)電機(jī)的初級(jí)，而其轉(zhuǎn)子則相當(dāng)于其直線步進(jìn)電機(jī)的次級(jí)，每當(dāng)其初級(jí)進(jìn)行通入電流之后，則就會(huì)在其直線電機(jī)的初次級(jí)之間的氣隙當(dāng)中產(chǎn)生行波式磁場(chǎng)，在行波式的磁場(chǎng)與次級(jí)永磁體的相互作用之下產(chǎn)生了電機(jī)驅(qū)動(dòng)力，從而實(shí)現(xiàn)了其運(yùn)動(dòng)部件的直線運(yùn)動(dòng)能力。

直線電機(jī)的工作原理設(shè)想把一臺(tái)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的感應(yīng)電動(dòng)機(jī)沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就形成了一臺(tái)直線型的感應(yīng)圖步進(jìn)電機(jī)。初級(jí)做得很長(zhǎng)，延伸到運(yùn)動(dòng)所需要達(dá)到的理想位置，也可以把次級(jí)做得很長(zhǎng)；既可以初級(jí)固定、次級(jí)移動(dòng)，也可以次級(jí)固定、初

級(jí)移動(dòng)．通入交流電后在定子中產(chǎn)生的磁通，根據(jù)楞次定律，在動(dòng)體的金屬板上感應(yīng)出渦流。設(shè)引起渦流的感應(yīng)電壓為E，金屬板上有電感L和電阻R，渦流電流和磁通密度將按費(fèi)來明法則產(chǎn)生連續(xù)的推力F。直線電機(jī)的特點(diǎn)高速響應(yīng)

由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應(yīng)時(shí)間常數(shù)較大的如絲杠等機(jī)械傳動(dòng)件，使整個(gè)閉環(huán)控制系統(tǒng)動(dòng)態(tài)響應(yīng)性能大大提高，反應(yīng)異常靈敏快捷。位精度高

線驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)取消了由于絲杠等機(jī)械機(jī)構(gòu)引起的傳動(dòng)誤差減少了插補(bǔ)時(shí)因傳動(dòng)系統(tǒng)滯后帶來跟蹤誤差。通過直線位置檢測(cè)反饋控制，即可大大提高機(jī)床的定位精度。傳動(dòng)環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨損和反向間隙造成的運(yùn)動(dòng)滯后現(xiàn)象，同時(shí)提高了其傳動(dòng)剛度。

速度快、加減速過程短行程長(zhǎng)度不受限制

在導(dǎo)軌上通過串聯(lián)直線電機(jī)，就可以無限延長(zhǎng)其行程長(zhǎng)度。動(dòng)安靜、噪音低

由于取消了傳動(dòng)絲杠等部件的機(jī)械摩擦，且導(dǎo)軌又可采用滾動(dòng)導(dǎo)軌或磁墊懸浮導(dǎo)軌（無機(jī)械接觸），其運(yùn)動(dòng)時(shí)噪音將大大降低。效率高

由于無中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，消除了機(jī)械摩擦?xí)r的能量損耗。城市軌道交通車輛的控制電路，是低電壓小功率電路，分為有接點(diǎn)的直流電路和無接點(diǎn)的電子電路。有接點(diǎn)的直流電路由主控制器、繼電器、電氣控制的低壓部分、聯(lián)鎖接點(diǎn)組成；無接點(diǎn)的電子電路由微機(jī)及各種電子單元組成，如列車牽引系統(tǒng)控制單元、制動(dòng)控制單元、空調(diào)控制單元等。列車控制系統(tǒng)工作原理控制系統(tǒng)的作用是控制牽引系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)各個(gè)電器的動(dòng)作，通過司機(jī)或檢修人員控制車輛的運(yùn)行。主電路、輔助電路、控制電路在電氣設(shè)備方面互相隔離，分別裝置在操縱臺(tái)和各種設(shè)備箱、電器柜中，但又通過電磁或機(jī)械傳動(dòng)等方式，互相聯(lián)系、互相配合動(dòng)作，形成完整統(tǒng)一的車輛電氣系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)整個(gè)列車的正常運(yùn)行?？刂葡到y(tǒng)的組成及作用1.主電路控制

2.輔助電路控制

3.列車照明控制

4.車鉤監(jiān)控

5.空調(diào)控制系統(tǒng)

6.列車門控系統(tǒng)

7.列車運(yùn)行自動(dòng)控制系統(tǒng)為主電路提供回流通路，使電流經(jīng)輪對(duì)到達(dá)鋼軌，構(gòu)成完整的回路

防止電流通過軸承噪聲軸承內(nèi)潤(rùn)滑油層的電腐蝕；

提高軸承的使用壽命接地裝置安裝位置：安裝于轉(zhuǎn)向架軸端，分別在A車轉(zhuǎn)向架的第2軸的右側(cè)和第3軸左側(cè)軸端各安裝了一個(gè)，分別在B車和C車的轉(zhuǎn)向架第1、3軸的左側(cè)軸端各安裝了一個(gè)，在第2、4軸的右側(cè)軸端各安裝了一個(gè)。接地裝置主要由接觸盤、碳刷架、彈簧支撐組成?？刂齐娐冯娖黢{駛控制器城軌車輛司機(jī)控制器為凸輪觸點(diǎn)式控制器。駕駛控制器結(jié)構(gòu)駕駛控制器的結(jié)構(gòu)1.主控制手柄2.方式/方向手柄3.主控器鑰匙4.警惕開關(guān)5.電位器6.轉(zhuǎn)換開關(guān)組7.凸輪組

位于主控手柄的上端的兩個(gè)半圓頭開關(guān)。正常工作時(shí)，司機(jī)必須用大拇指將兩個(gè)半圓合攏，只有停車時(shí)才放開。人工駕駛時(shí)只有按下警惕開關(guān)，操作主控器手柄，列車才能啟動(dòng)。若松開警惕開關(guān)3秒鐘（在彈簧作用下兩個(gè)半圓頭分開），列車立即進(jìn)入緊急制動(dòng)狀態(tài)。主控制手柄主控手柄有零位、牽引、制動(dòng)、快速制動(dòng)四個(gè)位置。“0”位————機(jī)械零位。“牽引”位——向前推動(dòng)手柄（遠(yuǎn)離司機(jī)），牽引給定值可無

級(jí)輸入，最前端位置為“100%牽引位”?！爸苿?dòng)”位——向內(nèi)拉動(dòng)手柄（拉向司機(jī)），制動(dòng)給定值可無

級(jí)輸入，在“100%制動(dòng)位”有一阻滯，最里端

位置為“緊急（快速）制動(dòng)位”，快速制動(dòng)帶

有限位凹槽。方式/方向手柄方式方向手柄用于選擇駕駛方向，有向前、0、后退三個(gè)位置。運(yùn)行方向必須在車輛運(yùn)行前選擇，并且到下一站前保持有效?！癆TC”列車自動(dòng)控制位：通過系統(tǒng)操作或手動(dòng)控制向前運(yùn)行。

在制動(dòng)位上通過操作主控器手柄，可擺脫“ATC”的指令進(jìn)行制動(dòng)?！?”位置：沒有駕駛模式被激活。“后退”位置：人工倒車模式。方式/方向手柄與主控制手柄間存在機(jī)械連鎖。

只有當(dāng)主控器手柄在“0”位，方式/方向手柄才進(jìn)行向前或向后位置轉(zhuǎn)換。只有當(dāng)選擇好方向，即方式/方向手柄在非零位，主控器手柄才可進(jìn)行牽引或制動(dòng)操作。一旦方式/方向手柄在非允許情況下改變了方向手柄的位置，則系統(tǒng)自動(dòng)啟動(dòng)緊急制動(dòng)。3.主控器鑰匙

主控器鑰匙用于激活司機(jī)臺(tái)，有兩個(gè)位置：“0”位置：關(guān)閉位置，只能在此位置取出或插入鑰匙。

主控器鑰匙零位時(shí)，主控器手柄和方式/方向手

柄被鎖死，不能操作且都處于零位?！?”位置：激活司機(jī)臺(tái)。司機(jī)可進(jìn)一步操作其它開關(guān)激活車輛。

一旦主控器手柄和方式方向手柄處于非零位，則主控器鑰匙被鎖死不能回零位。只有當(dāng)主控器手柄和方式/方向手柄雙零位時(shí)，主控器鑰匙開關(guān)才能從“1”位移回“0”位。駕駛控制器司機(jī)室司機(jī)臺(tái)輔助電路電器主要包括：空氣壓縮機(jī)裝置、照明和空調(diào)等。

城軌列車的每個(gè)單元，即A、B和C車車頂上都安裝了兩個(gè)相同的空調(diào)裝置（A/C），該空調(diào)裝置一般不能用來取曖。

空調(diào)裝置把空氣吸入到安裝在車頂板上部的風(fēng)道里，空氣在風(fēng)道里按整車長(zhǎng)度均勻分配，并通過安裝在車頂上的空氣隔柵吹入客室。

A車除了有客室通風(fēng)系統(tǒng)，還安裝了單獨(dú)的司機(jī)室通風(fēng)單元，司機(jī)室通風(fēng)單元與風(fēng)道系統(tǒng)相連，由人工控制。

新鮮空氣通過四個(gè)橫向的隔柵（新風(fēng)入口）進(jìn)入A/C單元，與從客室來的循環(huán)空氣混合。循環(huán)空氣通過空調(diào)單元端部的返回入風(fēng)口進(jìn)入空調(diào)。混合空氣經(jīng)處理后，經(jīng)空氣分配風(fēng)道強(qiáng)迫進(jìn)入客室。

空調(diào)裝置

空調(diào)裝置

空調(diào)裝置

空調(diào)裝置

空調(diào)裝置客室空調(diào)送回風(fēng)口分布圖空調(diào)機(jī)組的主要部件及其分布見下圖所示：11:51:06任務(wù)2客室空調(diào)控制器客室空調(diào)控制柜作用：確保車內(nèi)有一個(gè)舒適的環(huán)境溫度和濕度，即使室外的溫度和濕度很高，空調(diào)裝置也能夠給旅客提供充足的新鮮空氣?？照{(diào)壓縮機(jī)空調(diào)蒸發(fā)風(fēng)機(jī)冷凝風(fēng)機(jī)蒸發(fā)器1.空調(diào)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成2個(gè)冷凝盤管、2個(gè)軸流風(fēng)扇電機(jī)（即室外熱交換機(jī)）

作用：將室外風(fēng)機(jī)吸入的新鮮空氣經(jīng)過盤管，實(shí)現(xiàn)內(nèi)部制冷劑的冷凝；2個(gè)渦旋式壓縮機(jī)：吸入低溫的制冷劑將其壓縮為高溫高壓的制冷劑后送出；2個(gè)干燥過濾器：用以吸收制冷劑中的水分，同時(shí)過濾制冷劑中的雜質(zhì)，避

免制冷系統(tǒng)出現(xiàn)臟堵；1套蒸發(fā)器包括：1個(gè)帶有兩個(gè)熱力膨脹閥的蒸發(fā)器盤管、1套風(fēng)扇及其驅(qū)動(dòng)

電機(jī)、1個(gè)壓力開關(guān)、1個(gè)供風(fēng)溫度傳感器、1個(gè)空氣過濾器

作用：將制冷劑與混合空氣進(jìn)行熱交換。1個(gè)基于微處理器的溫度控制器控制板：通過數(shù)字輸入/輸出和MVB總線與車輛信息系統(tǒng)連接，用來報(bào)告

故障，啟動(dòng)命令，啟動(dòng)授權(quán)和自檢測(cè)結(jié)果。11:51:062.空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行模式⑴通風(fēng)（無制冷）⑵預(yù)制冷（只有循環(huán)空氣）⑶制冷--一般新鮮空氣模式⑷制冷--減少新鮮空氣模式⑸緊急通風(fēng)（只有新鮮空氣）⑹試驗(yàn)?zāi)Ｊ酵ǔ５娜N-----空調(diào)系統(tǒng)啟動(dòng)時(shí)，預(yù)制冷模式自動(dòng)啟動(dòng)，一直保持到發(fā)出駕駛指令，在這期間沒有新風(fēng)被送入客室。

來自客室的循環(huán)空氣和吸入的新鮮空氣混合后，通過相應(yīng)的空氣調(diào)節(jié)風(fēng)門進(jìn)入蒸發(fā)器模塊，被風(fēng)扇強(qiáng)迫吹過蒸發(fā)器盤管，利用制冷劑，空氣熱量被翅片吸收，使溫度下降后即冷卻空氣送入客室。

可以在每輛車的控制板上選擇?？照{(diào)系統(tǒng)一啟動(dòng)，就開始系列試驗(yàn)，檢查系統(tǒng)的正常工作。-------------車載供電系統(tǒng)故障時(shí)，例:如果車載380VAC供電系統(tǒng)故障，空調(diào)無法使用。為了保持向客室內(nèi)供應(yīng)新鮮空氣，地板下的一個(gè)靜止逆變器啟動(dòng)，由蓄電池供電，供風(fēng)風(fēng)扇工作，同時(shí)循環(huán)空氣蓋被關(guān)閉，只允許外部空氣供向車內(nèi)。

--11:51:06空調(diào)的控制車鉤是用來實(shí)現(xiàn)機(jī)車和車輛或車輛和車輛之間的連掛，傳遞牽引力及沖擊力，并使車輛之間保持一定距離的連接狀態(tài)的車鉤車輛部件。車鉤按開啟方式分為上作用式及下作用式兩種。通過車鉤鉤頭上部的提升機(jī)構(gòu)開啟的叫上作用式（一般貨車大都采用此式）；借助鉤頭下部推頂杠桿的動(dòng)作實(shí)現(xiàn)開啟的叫下作用式（客車采用）。車鉤按其結(jié)構(gòu)類型分為螺旋車鉤、密接式自動(dòng)車鉤、自動(dòng)車鉤及旋轉(zhuǎn)車鉤等。螺旋車鉤使用最早，但因缺點(diǎn)較多已被淘汰，密接式自動(dòng)車鉤多為高速鐵路車輛所用。中國除在大秦鐵路重載單元列車上使用旋轉(zhuǎn)車鉤外，現(xiàn)一律采用自動(dòng)車鉤。所謂自動(dòng)車鉤，就是先將一個(gè)車鉤的提桿提起后，再用機(jī)車?yán)_車輛或與另一車輛車鉤碰撞時(shí)，能自動(dòng)完成摘構(gòu)或掛鉤的動(dòng)作的車鉤。中國鐵道部門1956年確定1、2號(hào)車鉤為標(biāo)準(zhǔn)型車鉤。但隨著列車速度的提高和牽引噸位的增加，又于1957、1965年先后設(shè)計(jì)制造了15號(hào)車鉤和13號(hào)車鉤?？蛙囀褂?5號(hào)車鉤，貨車則逐步用13號(hào)車鉤代替2號(hào)車鉤車鉤監(jiān)控列車自動(dòng)控制系統(tǒng)本小節(jié)其他相關(guān)案例請(qǐng)閱讀課本P136-137城市軌道交通供電系統(tǒng)是軌道交通的重要的組成部分年，它不但為列車提供牽引動(dòng)力，而且還為地鐵運(yùn)營服務(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)營期間供電一旦中斷，不僅列車運(yùn)行癱瘓，還會(huì)導(dǎo)致現(xiàn)場(chǎng)及附近地區(qū)一起極大的混亂。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)營的重要設(shè)施。認(rèn)知城市軌道交通車輛供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)的組成城市軌道交通供電系統(tǒng)外部電源主變電所牽引供電系統(tǒng)動(dòng)力照明供電系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)牽引變電所牽引網(wǎng)系統(tǒng)降壓變電所動(dòng)力照明電能從牽引變電所經(jīng)饋電線、接觸網(wǎng)輸送給電動(dòng)列車，再從電動(dòng)列車經(jīng)鋼軌、回流線流回牽引變電所。牽引負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，規(guī)定有兩路獨(dú)立的電源雙邊供電，當(dāng)任何一路電源發(fā)生故障中斷供電時(shí)，另一路應(yīng)能保證一級(jí)負(fù)荷的全部用電。牽引變電所接觸網(wǎng)饋電線回流線電分段電動(dòng)車組軌道受電器牽引供電系統(tǒng)列車動(dòng)力照明系統(tǒng)

動(dòng)力照明供電系統(tǒng)由降壓變電所及動(dòng)力照明組成。每個(gè)車站應(yīng)設(shè)降壓變電所，若地下車站負(fù)荷較大，一般設(shè)于站臺(tái)兩端，其中一端可以和牽引變電所合建成混合變電所；若地面車站負(fù)荷較小，可設(shè)一個(gè)降壓變電所。

城市軌道交通系統(tǒng)的外部電源方案，根據(jù)城市電網(wǎng)構(gòu)成的不同特點(diǎn)，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何種方式，應(yīng)通過計(jì)算確定需要負(fù)荷之后，根據(jù)城市軌道交通路網(wǎng)規(guī)劃、城市電網(wǎng)構(gòu)成特點(diǎn)、工程實(shí)際情況綜合分析確定。（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，這種由主變電所構(gòu)成的供電方案，稱為集中式供電。上海、廣州、南京、香港、德黑蘭

（2）分散式供電：不設(shè)主變電所，而直接由城市電網(wǎng)區(qū)域變電所的35（33）kV或10kV中壓輸電線直接向城市軌道交通沿線設(shè)置的牽引變電所、降壓變電所供電并形成環(huán)網(wǎng)。沈陽地鐵、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

（3）混合式供電：將前兩種供電方式結(jié)合起來，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)線城市電網(wǎng)對(duì)軌道交通的供電方式及負(fù)荷等級(jí)

城市軌道交通供電系統(tǒng)的負(fù)荷等級(jí)共分為三個(gè)：（1）地下鐵道重要的電力用戶如車站站廳和站臺(tái)層的事故救援及照明、電動(dòng)車輛、通信、信號(hào)、防災(zāi)裝置為一級(jí)負(fù)荷；一級(jí)負(fù)荷規(guī)定有兩路獨(dú)立的電源雙邊供電，當(dāng)任何一路電源發(fā)生故障中斷供電時(shí)，另一路應(yīng)能保證一級(jí)負(fù)荷的全部用電；（2）車站站廳和站臺(tái)層的一般照明、設(shè)備及管理用房照明、出入口照明、一般風(fēng)機(jī)、直升電梯、自動(dòng)扶梯為二級(jí)負(fù)荷；

（3）車站內(nèi)廣告照明、冷水機(jī)組及配套設(shè)備、電熱設(shè)備、清潔機(jī)械設(shè)備等為三級(jí)負(fù)荷。

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。城市軌道供電系統(tǒng)的功能和作用

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)城市軌道供電原理

城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)由國家電力部門建造與管理，包括發(fā)電廠（站）、傳輸線路及區(qū)域變電所。①發(fā)電廠（站）：分為火力、水力、核動(dòng)力等各種能源發(fā)電廠（站）。②傳輸線路：需升壓為超高電壓（110kV或220kV），通過三相傳輸線輸送到區(qū)域變電所。③區(qū)域變電所：將超高壓電能降壓為所需電壓等級(jí)（如10kV或35kV），再經(jīng)過三相輸送電線輸送到本區(qū)域內(nèi)的牽引變電所和降壓變電所，并再降壓為所需的電壓等級(jí)（如1500V或380V等）。

城市軌道交通是一個(gè)重要的用電部門，按規(guī)定須由兩路獨(dú)立的電源供電，當(dāng)其中任何一路電源發(fā)生故障時(shí)，另一路應(yīng)能保證一級(jí)負(fù)荷的全部用電的需要。因此，城市軌道牽引變電所的電源進(jìn)線來自兩個(gè)區(qū)域變電所或來自一個(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)，另一路電源自動(dòng)切入，使軌道交通系統(tǒng)能獲得不間斷的電源。1.集中式供電2.分散式供電3.混合式供電城市軌道交通外部供電方式變電所是電力系統(tǒng)中，變換電壓、接受和分配電能、控制電流向和調(diào)整電壓的電力設(shè)施，它通過降壓變壓器將電網(wǎng)和用戶聯(lián)系起來。變電所可以通、斷用戶電能的供路改變或調(diào)整電壓；變電所也是輸電和配電的集結(jié)點(diǎn)。變電所

主要設(shè)備包括：變壓器、斷路器、隔離開關(guān)、母線、熔斷器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、整流器等。①變壓器：一種傳遞和變換交流電能的靜止變換器。按應(yīng)用功能分升壓變壓器和降壓變壓器；按相數(shù)分單相、三相、多相變壓器；按線圈數(shù)分單相線圈（自耦變壓器）、雙線圈、三線圈變壓器；按調(diào)壓方式分空載調(diào)壓（不帶負(fù)載調(diào)壓）、有載調(diào)壓變壓器；按絕緣方式分干式、澆注式、油浸式變壓器。②斷路器：一種對(duì)電路進(jìn)行控制（開斷、關(guān)合）和保護(hù)的高壓電器開關(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)分為：油斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器、空氣斷路器等。③隔離開關(guān)：一種沒有熄弧裝置的高壓電器開關(guān)。不能切斷負(fù)載電流和短路電流，但可在無負(fù)荷電流時(shí)接通和斷開電路。在斷開狀態(tài)，能起到隔離電壓作用。為運(yùn)行、操作和檢修提供方便和安全條件，電路停電時(shí)應(yīng)斷開斷路器，后拉開隔離開關(guān)；送電時(shí)則先合上隔離開關(guān)，再閉合斷路器。變電所的主要電氣設(shè)備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，如蕊芯鋁絞線；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：黃色－A相，綠色B相，紅色－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熔斷器：一種利用過負(fù)荷或短路電流導(dǎo)致熔體發(fā)熱熔斷原理設(shè)計(jì)的保護(hù)電器設(shè)備，低壓熔斷器一般采用插入式纖維管瓷管熔斷器。高壓熔斷器有充石英砂瓷管熔斷器、室外用角式和跌落式熔斷器。熔斷器在電流超過最小熔斷電流時(shí)，熔斷時(shí)間隨電流增大而縮短，一旦熔體熔斷，須停電更換熔體。⑥電壓互感器：一種用于測(cè)量、控制和保護(hù)回路用的變壓器。其一次繞組并聯(lián)在一次電路中，二次繞組則并聯(lián)儀表、繼電器的電壓線圈。由于二次儀表、繼電器的電壓線圈阻抗很大，所以電壓互感器工作時(shí)二次回路接近于空載狀態(tài)。二次繞組的電壓一般為10V。電壓互感器分為雙繞和三繞組；單相和三相；干式、油浸式和澆注式，屋內(nèi)和屋外等分區(qū)。⑦電流互感器：是一種電氣測(cè)量、控制和保護(hù)回路用的變流器。將其一次線圈串連在一次回路中，二次繞組與儀表、繼電器等的電流線圈串連，形成閉合回路。電流互感器有單匝和多匝式，干式、油浸式和澆注式，屋內(nèi)和屋外等分⑧避雷器：一種防止從線路浸入的雷電波損壞電器設(shè)備絕緣的保護(hù)電器，一般有保護(hù)間隙型（角型）、管型、閥型等。⑨整流器：一種與牽引變壓器組合成變壓整流機(jī)組的電流變換設(shè)備。通過整流器，將牽引變壓器輸出的交流電變?yōu)橐欢妷旱燃?jí)的直流電流，當(dāng)牽引變壓器是多相變壓器時(shí)，整流器變換成的直流電較為平滑，即直流電中含有的交流成分少。

變電所的類型

根據(jù)變電所的功能不同，可分為以下三類：（1）高壓主變電所由發(fā)電廠或區(qū)域變電所直接供電。在主變電所降壓后，分別以不同電壓等級(jí)向牽引變電所和降壓變電所供電，是城市軌道交通供電系統(tǒng)的集中變電所（用于三級(jí)電壓供電）。（2）牽引變電所

城市軌道交通供電系統(tǒng)的主要用電對(duì)象是電動(dòng)車組，即牽引用電。為確保牽引供電的質(zhì)量，牽引變電所的設(shè)置（數(shù)量、位置）和容量應(yīng)該按遠(yuǎn)期列車編組，運(yùn)行密度進(jìn)行牽引供電計(jì)算后確定。牽引變電所引入兩個(gè)獨(dú)立的中壓交流電源，并將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，承擔(dān)著向電動(dòng)列車提供直流牽引電能的功能。根據(jù)制式的不同牽引變電所又分為直流牽引變電所和交流牽引變電所。根據(jù)不同的牽引制式，變電所內(nèi)完成相應(yīng)的變壓、變相、變流作用。目前我國的牽引變電所主要有電氣化鐵路的單相工頻交流制牽引變電所和城市軌道交通系統(tǒng)（地鐵和輕軌）的直流牽引變電所。（3）降壓（動(dòng)力）變電所降壓（動(dòng)力）變電所根據(jù)動(dòng)力用電量確定其設(shè)置數(shù)量和容量。

（1）二級(jí)電壓供電：由區(qū)域變電所輸出中高壓等級(jí)（10kV或35kV），直接向牽引變電所和降壓變電所供電。由牽引變電所降壓和整流為直流牽引電壓等級(jí)（如750V或1500V）；由降壓變電所降為380V動(dòng)力電壓等級(jí)。再分別向接觸網(wǎng)、電動(dòng)車組供電或向動(dòng)力用電設(shè)備供電。（2）三級(jí)電壓供電：需設(shè)置軌道交通系統(tǒng)高壓變電所，即由區(qū)域變電所輸出高壓等級(jí)（如110kV或220kV）對(duì)主變電所供電。再由主變電所將高壓等級(jí)降為中高壓等級(jí)，分別向牽引變電所和降壓變電所供電。我國北京、天津地下鐵道采用二級(jí)電壓供電方式，上海地鐵則采用三級(jí)電壓供電方式。變電所的供電方式接觸網(wǎng)

接觸網(wǎng)即經(jīng)過電動(dòng)列車的受電器向電動(dòng)列車供給電能的導(dǎo)電網(wǎng)（有接觸軌方式和架空接觸網(wǎng)兩種方式）。城市軌道交通系統(tǒng)的牽引網(wǎng)是沿線路敷設(shè)的專為電動(dòng)車輛供給電源的裝置，是軌道交通供電系統(tǒng)中電動(dòng)車組供電的直接環(huán)節(jié)，它由兩部分組成，正極接觸網(wǎng)供電，負(fù)極走行軌回流。牽引網(wǎng)包括接觸網(wǎng)、鋼軌回路（包括大地）、饋電線和回流線等，饋電線是連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線，把牽引變電所電能變換成牽引制式用電能并饋送給接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)是一種懸掛在軌道上方沿軌道敷設(shè)的、與鐵路頂軌保持一定距離的輸電網(wǎng)。通過電動(dòng)車組的受電弓（或受流器）和接觸網(wǎng)的滑動(dòng)接觸，牽引電能就由接觸網(wǎng)進(jìn)入電動(dòng)車組，驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)使列車運(yùn)行。接觸網(wǎng)可分為接觸軌和架空接觸網(wǎng)兩種類型。接觸軌的主要優(yōu)點(diǎn)是：使用壽命長(zhǎng)，維修量小，在地面對(duì)城市景觀沒有影響，適應(yīng)于電壓較低的制式。接觸網(wǎng)的主要優(yōu)點(diǎn)是：安全性較好，適應(yīng)于電壓較高的制式。接觸軌和接觸網(wǎng)兩種供電方式，目前在世界上許多國家同時(shí)并存，到底用哪種方式要根據(jù)城市自身的特點(diǎn)決定。接觸網(wǎng)應(yīng)滿足的要求

（1）由于接觸網(wǎng)在工作中無備用網(wǎng)，因而要求接觸網(wǎng)強(qiáng)度高、且安全可靠；（2）要求在各種氣候條件下均應(yīng)受流良好；（3）因接觸網(wǎng)部件更換困難，因此要求接觸網(wǎng)性能好、運(yùn)行壽命長(zhǎng)；（4）因其維修是利用行車中的間隔時(shí)間進(jìn)行的，故要求結(jié)構(gòu)輕巧，零部件互換性強(qiáng)，便于施工、維護(hù)和搶修；（5）因接觸網(wǎng)無法避開腐蝕強(qiáng)、污穢嚴(yán)重等異常環(huán)境，應(yīng)采用耐腐蝕和防污穢技術(shù)措施；（6）因采用與受電器摩擦接觸的受流方式，因此要求接觸網(wǎng)有較均勻的彈性，接觸線等部位要有良好的耐磨性。接觸網(wǎng)的電分段

電分段是為了便于檢修和縮小事故范圍而將接觸網(wǎng)分為若干段。電分段根據(jù)設(shè)置位置分為縱向電分段和橫向電分段，縱向電分段指的是沿線路方向進(jìn)行分段，橫向電分段式在線路之間的分段，如在車輛段的各股道之間進(jìn)行的分段等。電分段通常用分段絕緣器來實(shí)現(xiàn)。分段絕緣器是用以實(shí)現(xiàn)電分段的專用絕緣裝置。目前，廣泛采用環(huán)氧樹脂分段絕緣器，其結(jié)構(gòu)主要由環(huán)氧樹脂絕緣板、鋁合金導(dǎo)流滑板等組成。接觸網(wǎng)在正常工作狀態(tài)下，從牽引變電所直接得到饋電，并構(gòu)成雙邊供電。接觸網(wǎng)的電分段設(shè)在下列各處：（1）車輛出行處（進(jìn)站端）；（2）輔助線與正線的銜接處；（3）車輛段與正線的銜接處；（4）車輛段庫線入口處。接觸網(wǎng)的供電原理及方式

牽引供電所向接觸網(wǎng)供電有兩種方式：?jiǎn)芜吂╇姾碗p邊供電。接觸網(wǎng)通常在相鄰兩牽引變電所間的中央斷開，將兩牽引變電所之間兩供電臂的接觸網(wǎng)分為兩個(gè)供電分區(qū)。每一供電分區(qū)的接觸網(wǎng)只從一端的牽引變電所獲得電流，稱為單邊供電。如果在中央斷開處設(shè)置開關(guān)設(shè)備時(shí)，可將兩供電分區(qū)連通，此處稱為分區(qū)亭。經(jīng)分區(qū)亭的斷路器閉合，則相鄰牽引變電所間的兩個(gè)接觸網(wǎng)供電分區(qū)均可同時(shí)從兩個(gè)變電所獲得電流，則稱為雙邊供電。

結(jié)構(gòu)形式以及懸掛類型

牽引供電所向接觸網(wǎng)供電有兩種方式：?jiǎn)芜吂╇姾碗p邊供電。接觸網(wǎng)分為架空式接觸網(wǎng)和接觸軌(也稱第三軌)式接觸網(wǎng)。接觸軌式接觸網(wǎng)僅用于地鐵與封閉的城市鐵路和輕軌，架空式接觸網(wǎng)除此還可用于鐵路干線、城市地面和工礦電機(jī)車電力牽引線路。

1.架空式接觸網(wǎng)架空式接觸網(wǎng)是架設(shè)在走行軌道上部的接觸網(wǎng)，由電動(dòng)列車頂部伸出的受電弓與之接觸取得電能。架空式接觸網(wǎng)用于城市地面以及低下、鐵路干線、工礦的電力牽引線路。一般，牽引網(wǎng)電壓較高時(shí)，為了安全和保證一定的絕緣距離，宜采用高架式接觸網(wǎng)。架空接觸網(wǎng)可分為地面架空式和隧道架空式兩種。

（1）地面架空式由以下幾個(gè)部分組成。①接觸懸掛：包括承力索、吊弦、接觸線。②支持裝置：其作用是用以支持接觸懸掛，并將其負(fù)荷傳給支柱或其他建筑物的結(jié)構(gòu)，包括腕臂、拉桿和絕緣子。③定位裝置：其作用是保證接觸線與受電弓的相對(duì)位置在規(guī)定范圍內(nèi)，包括定位器與定位管。④支柱與基礎(chǔ)：其作用是用以支承接觸懸掛和支持裝置，并將接觸懸掛固定在規(guī)定高度。

（2）隧道架空式因?yàn)樗淼纼?nèi)空間狹窄，所以隧道架空式接觸網(wǎng)必須考慮隧道斷面、凈空高度、帶電體對(duì)接地體的絕緣距離等因素的限制。此外隧道架空式接觸網(wǎng)的支持裝置可直接設(shè)置在洞頂或洞壁上，而不需要專門立支柱。只有合理的選擇和確定懸掛方式，才能充分地利用有效的凈空高度，改善接觸網(wǎng)的工作性能。安裝在絕緣子上的饋電線通過聯(lián)接線與接觸線聯(lián)接，使接觸線受電。接觸線由調(diào)節(jié)臂固定，調(diào)節(jié)臂帶棒式絕緣子，一端固定安裝在隧道洞頂一側(cè)的彈性支架上。調(diào)節(jié)臂可用來調(diào)整接觸線與軌面之間的高度，彈性支架通過調(diào)節(jié)臂使接觸線與受電弓之間保持足夠的彈性，以保證它們之間的良好接觸受流。地面與隧道架空式懸掛均屬柔性接觸懸掛，還有一種懸掛方式為剛性架空式接觸懸接，可適用于低凈空隧道。在日本的東京、大阪等地的地鐵中已有應(yīng)用，但在彈性方面不如柔性接觸懸掛。剛性懸掛

接觸軌是沿線走行軌道一側(cè)平行鋪設(shè)的附加第三軌，故又稱第三軌。在凈空受到限制的線路和電壓等級(jí)較低時(shí)多采用接觸軌式接觸網(wǎng)。接觸軌受電方式