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1、一、 轨道交通供电系统概述一概论城市轨道交通供电系统的功能：城市轨道交通供电系统，担负着运行所需的一切电能的供给与传输，是城市轨道交通平安可靠运行的重要保证。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。城市轨道交通供电系
2、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。保证电动客车畅行，平安、可靠、迅捷、舒适地运送乘客，是供电系统的根本目的。 二供电系统的组成根据功能的不同，对于集中式供电，城市轨道交通供电系统可分成以下几局部：外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。对于分散式供电，城市轨道交通供电系统那么可分成以下几局部：外部电源、(电源开闭所)、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。牵引供电系统，又可分成牵引变电所与牵引网系统。动力照明配电系统，又可分成降压变电所与动力照明。但在进行初步设计与施工设计时，为便于设计管理，供电
3、系统往往被划分成：系统设计；主变电所设计；牵引变电所(或牵引降压混合变电所)及降压变电所设计；牵引网设计；电力监控系统设计；杂散电流腐蚀防护设计(注：动力照明随同土建一起设计)。根据城市电网构成的不同特点，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式：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，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。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、德黑兰地铁等即为集
4、中式供电方案。2、分散式供电根据城市轨道交通供电的需要，在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源，构成供电系统，称为分散式供电。这种供电方式一般为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号线等即为分散式供电方案。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。这种方式称为混合式供电。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
5、方案。全线的牵引降压混合变电所及降压变电所被分成假设干个供电分区，每个供电分区一般不超过3个车站；每一个供电分区均从主变电所的不同母线就近引入两路10kV电源(对于地面线路，供电分区的来自于主变电所的两路10kV电源也可以从牵引变电所处引入，不一定就近引入)。牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线均采用分段单母线形式。地下降压变电所主接线可采用分段单母线形式，地面降压变电所主接线那么可以采用两段母线形式，同一工程的地下降压变电所与地面降压变电所主接线，应尽量一致。地面降压变电所的配电变压器，也可以采用负荷开关熔断器组合电器保护。牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线，均采用分段单母线形式。降压
6、变电所的主接线可按跟随式降压变电所考虑。该接线方式比拟复杂。为同一电源开闭所供电的两路市网10kV电源，最好来自于不同的地区变电所。该方式对城市电网10kV电源点的数量要求不多。三变电所牵引变电所是一个统称，实际上它还包括供电系统中的开闭所、分区所自耦变压器所。这些供电设施构成了电气化铁路的牵引供电系统，如下图牵引供电系统SS牵引变电所；SP分区所；SSP1、SSP2开闭所；ATP自耦变压器所牵引变电所的作用 牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电变换成适合电力机车使用的电能。我国电气化铁路采用的是工频单相25 kV交流制，而电力系统是一个三相交流
7、系统，电压标准也不同，不能直接使用，需要经过变换电压等级和由三相变换成单相才能使用。电气化铁路产生的负序和高次谐波对电力系统会造成多种不良影响，也需要通过牵引变电所来解决。因此，牵引变电所的作用有以下几个方面：1、将电力系统的电能变换成适合电力机车使用的电能2、降低电气化铁路对电力系统的影响四向牵引变电所供电的接线图由于交通运输的重要性，所有轨道交通的牵引供电都属于电力部门供电的一级负荷，即要确保向它供电的可靠性。为此，牵引变电所均由两个独立的电源供电，再加上电源线路的具体分布情况不同，因此，造成向牵引变电所供电的形式复杂多样，但可以将它归纳成以下几种典型的形式。1、环行供电接线图1图1 环行
8、供电接线图a-牵引变电所；b主降压变电站所；c线表示一路三相输电线；d轨道线由两个或两个主降压变电站和所有的牵引变电所用输电线联成一个环行。环行供电是很可靠的供电线路，因为在这种情况下，一路输电线和一个主降压变电站同时停止工作时，只要其母线仍保持通电，就不致中断任何一个牵引变电所的正常供电。但其投资较大。2、双边供电接线图2 图2 双边供电接线图a-牵引变电所；b主降压变电站所；c线表示一路三相输电线；d轨道线由两个主降压变电所向沿线牵引变电所供电，通往牵引变电所的输电线都经过其母线联接，为了增加供电的可靠性，用双路输电线供电，而每路按输送功率计算。这种接线可靠性稍低于环行供电。当引入数目较多
9、时。开关设备多，投资增加。3、单边供电接线图3 图3 单边供电接线图a-牵引变电所；b主降压变电站所；c线表示一路三相输电线；d轨道线当轨道沿线附近只有一侧有电源时，那么采用单边供电。单边供电较环行供电和双边供电的可靠性差，为了提高可靠性，应用双回路输电线供电。单边供电设备少，投资也少些。在双边供电和单边供电的情况下，每路输电线可以不必都进入所有的牵引变电所，而是轮流地每隔一个进一个，这样可以减少进线的数目而降低变电所的投资。4、辐射形供电接线图4图4 辐射形供电接线图a-牵引变电所；b主降压变电站所；c线表示一路三相输电线；d轨道线每个牵引边用两路独立输电线与主降压变电站联接。这种接线方式适
10、合于轨道线路成弧形的情况。这种接线简单，但当主降压变电所停电时，将全线停电。应当指出，实际情况常常是以上某些典型接线方式的综合。变配电接线图的选择应该是这样的，当供电系统的一个元件损坏时，它应能自动解列而不致破坏牵引供电。五牵引变电所电气主接线电气主接线main electrical connection scheme按牵引变电所和铁路变、配电所或发电所接受输送电能和分溜配电能的要求，表征其主要电气设备相互之间连接关系的总电路。通常以单线图表示。电气主接线中表示的主要电气设备有电力变压器、发电机、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、接地装置以及各种无功补偿装置等。常用的主接
11、线形式有:单母线接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路母线接线、桥形接线和双T形或T形分支接线等。电气主接线包括从电源进线侧到各级负荷电压侧的全部一次接线，有时还包括各类变、配电所或发电所的自用电局部，后者常称作自用电接线。1、主要功能电气主接线反映了牵引变电所和铁路变、配电所发电所的根本结构和功能。在运行中，它说明本变电所发电所与高压电网、馈电线的连接方式以及相关一次设备的运行方式，成为调度控制和设备实际操作的依据；同时，电气主接线对牵引供电和铁路电力供电系统运行的可能性、电能质量、经济性和操作灵活性起着决定性作用；在设计中，电气主接线对变电所发电所电气设备选择、配电装置布置、继电保护方式及
12、其配置与整定计算、自动装置和控制方式选择都有重大影响，因此，电气主接线及其组成的电气设备，是牵引变电所和铁路变、配电所发电所的主体局部。2、根本要求 电气主接线应满足以下根本要求：牵引变电所、铁路变电所电气主接应综合考虑电源进线情况有无穿越通过、负荷重要程度、主变压器容量和台数，以及进线和馈出线回路数量、断路器备用方式和电气设备特点等条件确定，并具有相应的平安可靠性、运行灵活和经济性。具有一级电力负荷的牵引变电所，向运输生产、平安环卫等一级电力负荷供电的铁路变电所，城市轨道交通降压变电所见电力负荷、电力牵引负荷应有两回路相互独立的电源进线，每路电源进线应能保证对全部负荷的供电。没有一级电力负荷
13、的铁路变、配电所，应有一回路可靠的进线电源，有条件时宜设置两回路进线电源。主变压器的台数和容量能满足规划期间供电负荷的需要，并能满足当变压器故障或检修时供电负荷的需要。在三相交流牵引变电所和铁路变电所中，当出现三级电压且中压或低压侧负荷超过变压器额定容量的15%时，通常应彩三绕组变压器为主变压器。按电力系统无功功率就地平衡的要求，交流牵引变电所和铁路变、配电所需分层次装设并联电容补偿设备与相应主接线配电单元。为改善注入电力统的谐波含量，交流牵引变电所牵引电压侧母线，还需要考虑接入无功、谐波综合并联补偿装置回路见并联综合补偿装置。对于直流制干线电气化铁路，为减轻直流12相脉动电压牵引网负荷对沿线
14、平行通信线路的干扰影响，需在牵引变电所直流正、负母线间设置550 Hz、650Hz等谐波的并联滤波回路。电源进出线电压等级及其回路数、断路器备用方式和检修周期，对电气主接线形式的选择有重大影响。当交、直流牵引变电所35 kV220 kV电压的电源进线为两回路时，宜采用双T形分支接线或桥形接线的主接线，当进出线不超过四回路及以上时，可采用单母线或分段单母线的主接线；进出线为四回路及以上时，宜采用带旁路母线的分段单线线主接线。对于有两路电源并联运行的6kV10 kV铁路地区变、配电所，宜采用带断路器分段的单母线接线；电源进线为一主一备时，分段开关可采用隔离开关。无地方电源的铁路站、段发电所，装机容
15、量一般在2 000 kVA以下，额定电压定为400 V或6.3 kV，其电气主接线宜采用单母线或隔离开关分段的单母线接线。交、直流牵引变电所牵引负荷侧电气接线形式，应根据主变压器类型单相、三相或其他及数量、断路器或直流快速开关类型和备用方式、馈线数目和线路的年运输量或者客流量因素确定。一般宜采用单母线分段的接线，当馈线数在四回路以上时，应采用单母线分段带旁路母线的接线。二、接触网一概论接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备，它的功能是向走行在铁路线上的电力机车不间断地供给电能。但是，接触网与一般的输电线路不同，它必须架设在线路的正上方，电力机车利用顶部的受电弓与接触线滑动摩擦而获得电能。因此，只要有电力机车走行的线路，都必须架设接触网。 由于接触网是露天设置，受着各种恶劣气象条件的影响，其工作状态又是随着电力机车的运行而变化，而且没有备用，因而使得接触网的工作条件非常复杂，对它的要求非常严格。1、接触网的组成电力机车实际上是一个边受流边行驶的移动负荷。为了保证不间断地供给
