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1、 北车建设工程有限责任公司 工程部 四电处 城市轨道交通供电系统 培训材料 城市轨道交通供电系统的作用 城市轨道交通电力系统是城市交通的重要组成部分，城市轨道交 通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 通供电系统实现车头或变换，最后以适当的电压等级一定的电流形式 （直流或交流电）供给通信、信号、通风、空调、照明、给排水、防 灾报警、电动扶梯等用电设备。 城市轨道交通供电系统的构成 城市轨道交通供电系统 外部电源主变电所牵引供电系统动力照明系统 牵引变电所牵引网降压变电所动力照明 电力监控系统 外部电源的供电方式 城市轨道交通作为城市电网的一个用户，一般都直接从城 市电网取
2、得电能，无需单独建设电厂，城市电网对城市轨道交 通进行供电，供电方式有集中供电、分散供电和混合供电。 城市轨道交通牵引供电系统构成示意图 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，如上海、广州、南京、香港、德黑兰地铁等采用此种供电方 式。 电力系统区域骨干网（110kV） 城市轨道交通降 压变电站 （110kV/35kV） 城市轨道交通降 压变电站 （110kV/35kV） 35kV供电环网 牵引/降压 变电站 牵引/降压 变电站
3、三级电压制集中供电方式结构示意图 两级电压制集中供电方式结构示意图 重庆地铁四号线供电系统图 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，电缆敷设径路比较方便。 （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
4、所设总计量就行，不必在各变电所分 别计量。 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。 沈阳现代有轨电车、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八 通线、北京地铁5号线等都采用分散式供电方式。 电力系统城市供电网 （10kV） 牵引/降压 变电站 牵引/降压 变电站 列 车 供 电 动 力 照 明 供 电 列 车 供 电 动 力 照 明 供 电 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
5、的补充，使供电系统更加完善和可 靠。北京地铁一号线和环线、建设中的武汉轨道交通工程、青岛地铁 南北线工程等采用混合式供电方案。 由于混合供电方式结构复杂，设备选型繁琐，且外电源电压不相 同，难以调度，不便管理，所以一般不补采用。 变电所的主要电气设备及功能 变 压 器：用于传递和变换交流电能的电力设备 110kV变压器 整流变压器 变电所的主要电气设备及功能 整 流 器：用于与牵引变压器组合为变压整流的变换装置 整流器与整流变压器配合使用，将交换电转换成1500V或750V电 动机车使用的直流电。 变电所的主要电气设备及功能 断 路 器：对电路进行控制和保护的高压电气开关，用于自动切断负载电流
6、和短路电。 隔离开关：高压电气开关，可在无负荷电流时接通和断开电路 熔 断 器：利用过负荷或短路电流导致熔体发热熔断原理设计的保护电气设备 母 线：导线，用于汇合和分配电能 变电所的主要电气设备及功能 互 感 器：用于测量、控制和保护回路用的变流器 避 雷 器：防止雷电波损坏电气设备绝缘的保护电气 主变电所设备 110kV开关：开关是通、断电路的重要设备 主变压器：将110kV的交流电压降至35kV的交流电 35kV开关：负责通、断电路的开关装置 隔离开关：闸刀，接通或切断接入的电路 继电保护系统：检测设备运行状态，切除故障，保障系统安全 保护电力设备自动监控设备：电气设备的监测和控制 牵引变
7、电所 构成：由35kV交流开关柜、整流变压器、整流器、直流开关柜、 所用交直流屏和钢轨电位限制器等设备构成。 作用：将来自主变电所或相邻35kV变电所的35kV交流电源，通 过整流变压器降压和整流器整流形成等效24脉波直流向 接触网供电，给电车提供电能。 分布：一般设置在车站和车辆段附近，相邻的牵引变电所之间 距离一般为2公里左右。 牵引变电所主接线 35kV进线35kV馈线35kV进线35kV馈线 母线一（35kV）母线二（35kV）分段开关 牵引变压器1、2 整流装置1、2 1500V直流 接触网 配电变压器1、2配电变压器3、4 母线1、2（400V）母线3、4（400V） 分段开关分段
8、开关 再生 电能 回收 装置 互感器互感器 避雷器 互感器 降压变电所 构成：降压变电所一般由35kV交流开关柜、配电变压器、400V交 流开关柜等设备组成。附属设备包括保护装置、计量仪表 （电压、电流等）、蓄电池、阻燃性导线、灭火设备等。 作用：降压变电所向城市轨道系统的环控和系统服务等设备提供 用电，一般是三相380V或者220V低压供电。 降压变电所主接线 两路电源可以来自主 变电所，也可来自相 邻牵引变电所。单母 线分段，根据系统需 要，也可以不设分段 开关。 接触网系统 接触网的构成 接触网：经过电动车组的受电器向电动列车从给电能的导电网 馈电线：从牵引变电所向接触网输送电能的导线
9、轨 道：在电力牵引时，它需要完成导通回流的任务 回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所 沿线路敷设的专为电动车辆供给电源的装置。 接触网的分类 接触网按其安装位置和接触导线的不同可分为： 1、架空式接触网 按其接触悬挂的不同，可分为 （1）柔性接触网：适用于地下线路、地面线路及高架线路 （2）刚性接触网：适用于地下线路 2、接触轨式接触网：适用于地下线路、地面线路及高架线路 世界城市轨道交通除巴黎个别线路为第四轨回流外，基本采用走 行轨回流。 柔性接触网刚性接触网接触轨供电 上部接触 下部接触 侧面接触 接触轨接触方式分类 接触轨的主要优点： 使用寿命长、维修量小，在地面对城市景观没有影响，适应
10、于 电压较低的制式。 主要缺点： 车辆不能脱离电源；电压偏低，对于大运量的车辆供电，使得 牵引变电所的距离较近。 北京地铁采用了750V接触轨供电的方式。 接触网的主要优点： 安全性较好，车辆可随时落弓脱离电源；电压相对较高，适应 于大运量系统供电。 上海、广州地铁均采用了1500V接触网供电的方式。 牵引供电系统运行方式 牵引变电所 向接触网供电有 两种方式： 1、单边供电 2、双边供电 在故障情 况下，还可采 取越区供电方 式。 动力与照明供电系统 区域变电所 （或地铁主 变电所） 相邻降压变电 所（或地铁主 变电所） 降压变电所降压变电所 区间配电所区间配电所区间配电所 车站配电所 车站
11、配电所 负荷等级 分为一级负荷、二级负荷、三级负荷 一级负荷： 与行车密切相关的通信、信号及信息系统的主要设备； 动车组运用检修设备中与动车组运用密切的相关设施； 电气化各所的所用电； 车站及有关大型建筑应急照明和大型站房、特大型站房公共区照 明、防灾报警系统； 长大隧道应急疏散照明等 其中一级负荷中特别重要的负荷有： 与行车密切相关的通信、信号及信息系统的主要设备； 特大型站重要场所等影响公共安全的用电设施、应急照明、防灾 报警系统等。 负荷等级 二级负荷： 通信、信号主要设备配置的专用空调、人员密集场所的车站候车 室及贵宾候车室空调； 综合维修段(工区)、检测中心； 给排水设施；道岔融雪设
12、备； 中间站公共区照明负荷；站、段（所、场）接触网上电动隔离开 关操作电源； 隧道的正常照明等。 三级负荷： 除一、二级之外的其它负荷为三级负荷。 负荷供电方式与形式 一级负荷：由两路相对独立电源分别供电至用电设备或低压双电源切 换装置处，当两个电源中一个电源发生故障时，由另一个电源不应同 时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除设两路电源外，还必须 设置应急电源隧道的正常照明等。 二级负荷：有条件时提供两路高压电源供电，当两路电源供电确有困 难时可提供一路可靠电源供电。 三级负荷：供电一般采用单回路供电，当供电系统为非正常运行方 式时，允许将其切除。 低压配电系统的几种形式：放射式、树干式、
13、混合式等 低压配电接地系统 常见的接地配置方式： TT系统 TT方式是指将电气设备的金属外壳直接接地的保护系统，称为 保护接地系统，也称TT系统。第一个符号T表示电力系统中性点直接 接地；第二个符号T表示负载设备外露不与带电体相接的金属导电部 分与大地直接联接，而与系统如何接地无关。在TT系统中负载的所 有接地均称为保护接地。 L1 L2 L3 N 低压系统 电源接地点 外露导 电部分 接地装置 TT系统 低压配电接地系统 常见的接地配置方式 TN系统 这种供电系统是将电气设备的金属外壳与工作零线相接的保护系 统，称作接零保护系统，用TN表示。 TN系统根据其保护零线PE是否与工作零线N分开而
14、划分为TN-C 、TN-S和TN-C-S等三种。 TN-C：在全系统内N线和PE线是合一的。 TN-S：在全系统内N线和PE线是分开的。 TN-C-S：在全系统内，通常仅在低压电气装置电源进线点前N线和PE 线是合一的，电源进线点后即分为两根线。 PE L1 L2 L3 N TN-S系统 L1 L2 L3 PE/N TN-C-S系统 N PE L1 L2 L3 PE/N TN-C系统 电力监控系统SCADA SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）系统， 即监测监控及数据采集系统。是基于计算机、通讯和控制技术 发展起来的一种数据采集与控制系
15、统，是数字化管理的基础。 它可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、 设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。 电力监控系统的主要功能 遥控功能： 选点式操作，即单控。调度员可根据站名、开关号以及动作 状态进行选择操作。 选站式操作，调度员通过对所控站名、动作状态的选择，按 系统的运行方式发出指令，进行停送电操作。 选线式操作，调度员对运行线名、动作状态进行选择，实现 全线停送电操作 遥测功能： 控制中心对各变电所的量值遥测。遥测的主要参数包括进 线、母线、馈线的电压、电流、有功电度、无功电度、有功功 率、无功功率及主变压器温度等。 遥信功能： 变电所的各种实时信息，包
16、括断路器开关的位置、保护信 号和预告信号，通过通信网络传输到控制中心，并显示在模拟 屏上。 遥调功能： 能对远方变电所内被控设备的工作状态和参数进行调整。 电力监控系统的主要任务和作用 集中监视： 正常状态下实现合理的系统运行方式；事故时，及时了解事 故发生和范围，加快事故处理，提高安全经济水平。 集中控制： 实现无人化或少人化，提高运行操作质量，改善劳动条件。 电力监控系统结构示意图 城市轨道交通供电系统设备试验 试验方法 绝缘电阻试验 交流耐压试验 直流耐压 变比、极性与组别试验 直流电阻试验 高压断路器特性试验 互感器特性试验 城市轨道交通供电系统设备试验 变电所单体设备试验 设备安装就位，所内具有稳定可靠试验电源，且现场环境 达到试验要求后即可开展调试工作。针对不同设备，使用专用 试验仪器，按规定的试验方法对设备的电气参数、电气性能、 机械性能等进行调试，应符合有关标准或满足厂家技术要求。 主要设备的主要项目如下： 变电所单体设备试验 牵引变压器、低
