《城市轨道交通概论》课件-项目五-城市轨道交通供电系统

项目五城市轨道交通供电系统任务一了解城市轨道交通外部供电方式。任务二了解城市轨道交通供电系统组成。任务三认识牵引供电系统。任务四认识动力照明供电系统。任务五认识杂散电流。任务六认识电力监控系统。任务一了解城市轨道交通外部供电方式项目五城市轨道供电系统供电系统是城市轨道交通的动力能源，负责为列车和车站负荷提供电源。供电要求：高度安全、可靠和经济合理。城市轨道交通供电简介：AC110KVAC110KV发电厂区域变电所主变电所降压变电所牵引变电所车站列车发电厂区域变电所AC220KVAC220KVDC1500V或DC750VAC380V或AC220VAC35KV或AC10KV一城市轨道交通供电系统概述简介一城市轨道交通供电系统概述简介平面动画-城市轨道交通供电系统介绍1、集中式供电：

专门设置主变电所为地铁系统供电。一城市轨道交通供电系统概述供电方式分类城市轨道交通集中式供电2、分散式供电：

分散引入的城市中压电源（区域变电所）直接为地铁系统供电。3、混合式供电：

以主变电所为主，在线路适当引入城市中压电源（区域变电所）为辅，为地铁系统供电。一城市轨道交通供电系统概述供电方式分类城市轨道交通分散式供电供电方式优点缺点集中式供电供电可靠性高，受外界因素影响较小；主变电所采用110/35KV有载自动调压变压器，并有专用供电回路，供电质量好；地铁供电可独立进行调度和运营管理；检修维护工作独立进行，相对方便；提高地铁供电的可靠性和灵活性；牵引电流负荷对城市电网的影响小。投资较大。分散式供电只涉及城市电网几个220kv变电站的增容改造，工程量较小，易于实现；投资较小；便于城市电网进行统一规划和管理。容易受外界10KV和110KV电网故障影响；10KV电网直接面向一般用户供电，故障几率相对较大，可靠性较低；与城市电网接口多，调度和运营管理环节增多，故障状态下转电不方便；牵引电流产生的高次谐波直接进入10KV电网，对其他用户的影响较大；要求城市电网的变电所有足够的备用容量，以满足地铁牵引供电的要求，这就涉及到较多110KV变电站的增容改造，工程量较大。二不同供电方式优缺点比较案例分享对于采用集中式供电方式的地铁供电系统，地铁所有设备用电都来自于主变电所，所以主变电所的运行的可靠性非常重要。地铁除了对主变电所例行巡查与检修外，还需要对主变电所与区域变电所之间的电缆定时巡查，主要查看电缆附近是否有施工、周围结构是否破坏导致电缆泡水、或者自然环境变化导致电缆受影响等。路面的施工单位在施工前，也要查看地面是否有电缆管线，施工应避开埋设电缆的位置；如无法避免在电缆附近的位置施工，应提前和有关单位联系，做好评估和防护。地铁对外部供电缆网巡查任务二了解城市轨道交通供电系统组成项目五城市轨道供电系统

按照用电性质的不同，城市轨道交通供电系统可分为两部分：牵引供电系统和动力照明供电系统。一城市轨道交通供电系统组成概述电压等级说明AC110KV/AC63KV主变电所的电源电压，其中，AC63kV电压级为东北电网所特有AC35KV主变电所电源电压或牵引供电系统电源电压AC10KV牵引供电系统、动力照明供电系统和电力监控系统电压电压AC380V/AC220V动力照明等低压负荷用电的电源电压AC36V安全照明电源电压DC1500V/DC750V接触网（轨）电源电压DC220V/DC110V变电所直流操作电源电压和事故照明电压一城市轨道交通供电系统组成概述设计要求至少设置两路电源。每个进线电源的容量应满足变电所全部1、2级负荷的要求。两路电源要求来自不同的变电所或同一变电所的不同母线。每座变电所设置2台主变压器。两路电源应分别运行，互为备用。（当一路发生故障时，另一路电源自动恢复供电）一城市轨道交通供电系统组成主变电所成都地铁三号线主变电所1、牵引变电系统组成：

牵引变电所或混合变电所、牵引网系统。2、牵引变电所设计：

单独建立或与降压变电所建在一起。3、牵引变电所变电：

将中压环网的AC35KV或AC10KV电源经变压

变流单元转换为750V或1500V的直流电源。4、系统功能：

为列车运行提供电能。一城市轨道交通供电系统组成牵引变电所某地铁牵引变电所变电柜1、动力照明供电系统组成：降压变电所、动力照明配电系统；系统功能：为除城市轨道交通电动车辆以外的所有动力照明负荷及通信、信号、AFC等设备提供电源。2、电力监控系统组成：由控制中心、通信通道和被控站系统等组成；系统功能：对全线变电所及沿线供电设备实行集中监视、控制和测量。3、杂散电流防护系统

尽量减少杂散电流，使杂散电流对车站内部及附近金属结构的腐蚀在设计年限内不造成影响。一城市轨道交通供电系统组成其他1、定义：负荷一旦供电中断，就会导致中断运营；2、设计要求：必须有两路以上线路电源，两路电源互为备用，部分重要负荷，除双路供电外，还应有应急电源；3、一级负荷系统/设备：通信、信号、电力监控系统、火灾自动报警系统、消防系统设备、消防电梯、事故风机、自动售检票系统、排烟系统风机及电动阀门、防淹门、防护门、应急照明、诱导照明、应急疏散照明指示系统、全新风机、环境与设备监控系统设备、排雨泵、车站排水泵等。二供电系统用电负荷分类一级负荷1、定义：负荷一旦供电中断，也会对轨道交通的运营造成很大影响；2、设计要求：两路以上线路电源，两路电源互为备用；3、二级负荷系统/设备：地面站厅站台照明、附属房间照明、普通风机、组合空调器、排污泵、电梯和自动扶梯、维修电源和商铺电源等。二供电系统用电负荷分类二级负荷1、定义：负荷一旦停电，不会对运营造成大的影响；2、设计要求：平时可为单电源单回线路供电，当该电源故障时可中断供电，当只有一路电源时应将其从电网中切除；3、三级负荷系统/设备：非消防用电扶梯、空调制冷及水系统设备、广告照明、清洁设备、锅炉设备、电热设备等。二供电系统用电负荷分类三级负荷案例分享1、什么事倒闸？电气设备分为运行、备用、检修三种状态。将电气设备由一种状态转变为另一种状态的过程叫倒闸，所进行的操作叫倒闸操作。倒闸操作即通过操作隔离开关、断路器以及挂、拆接地线将电气设备从一种状态转换为另一种状态或使系统改变了运行方式的过程。地铁倒闸操作某地铁倒闸操作票案例分享2、倒闸操作要求操作中，操作监护人和操作人必须按操作票（如图5-4某地铁倒闸票）填写的顺序进行操作，严格执行“操作六要领”，即：核对设备位置及编号、唱票、复颂、模拟操作手势、执行操作、复查。严格做到“五防”，即：放置带负荷拉、合刀闸，放置带地线合闸，放置误入带电间隔，防止误拉、误合断路器，防止带电挂接地线。切实做好“三不伤害”，即：不伤害自己、不伤害他人、不被他人伤害。3、倒闸操作程序详见书稿XX页地铁倒闸操作某地铁倒闸操作票任务三认识牵引供电系统项目五城市轨道供电系统城市电网的交流电压（一般为110kV、35kV或10kV）牵引变电所牵引网系统（600~3000V，国际电工委员会（IEC）推荐的直流供电电压为DC750V和DC1500V）一牵引变电所定义一牵引变电所定义平面动画-城市轨道交通牵引供电系统设置：位置、数量和容量：

根据远期运行高峰小时的车流密度、车辆编组及车辆形式确定。一般每隔2~4km设1座。每个牵引变电所由两路33kV电源供电。变电所采用单母线分段接线：每段母线均有一路进线电源，当一路电源故障时，可通过母联自投方式保证供电。牵引变电所应对各电气量进行测量。一牵引变电所设计

设置要求变电所设备的供电能力应满足远期运输能力的要求。系统中任意牵引变电所故障退出服务时，靠其相邻牵引变电所的过负荷能力，仍应能保证列车的正常运行，不影响运送能力。牵引网电压波动范围应符合《地铁设计规范》（GB50157-2013）的要求，比如额定电压为750V时，不应超过500~900V的范围。主接线应力求简单、可靠，网络接线设计应充分考虑继电保护配置的可实施性。变电所应设有大型设备的专用进出口及运输通道，满足使用要求。变电所的平面布置合理，应考虑人员操作、试验、运营管理、检修维护和设备运输通道。变电所的房屋结构应满足有关防火规程、规范的要求。变电所的设计应满足防灾，电磁兼容等使用要求。电源开闭锁内线路用电与外部电源应有明显的电气断开点。设计一牵引变电所1、组成

牵引网由馈电线、接触网、轨道和回流线组成。接触网是牵引网中最主要的组成部分，车上的受电装置通过与它可靠地直接滑动接触，不断取得电能，以保持电动车组的正常运行。2、牵引电压

牵引电压分为直流和交流两种。直流馈电具有易于控制、车辆启动和制动平稳、牵引接触网简单、投资省和电压质量高等优点，但也存在电网谐波、电腐蚀和电磁干扰等难以解决的危害。目前世界上的城市轨道交通大多采用直流牵引供电，采用的电压级一般为DC1500V和DC750V。牵引网对机车的供电方式主要有两种，即第三轨供电方式和架空接触网供电方式；二牵引网定义架空接触网供电方式牵引电压和馈电方式1、架空接触网供电方式：

架设在走行轨道上部的接触导线和承力索系统。电动车组从上部伸出的受电弓与接触导线滑动取得电能。二牵引网2、第三轨供电方式：

沿走行轨道一侧平行铺设第三轨，电动车组从侧面伸出受电器——接触靴与其接触而取得电能。第三轨供电方式牵引电压和馈电方式二牵引网牵引电压和馈电方式二牵引网第三轨供电方式1、第三轨采用的供电电压为DC750V，架空接触网采用的供电电压为DC1500V。2、架空接触网分为柔性接触网和刚性接触网两种。电压馈电方式优点缺点DC1500V架空接触网节省沿线牵引变电所的数量安全性较好对城市景观影响较大运营后的维护工作量也较大DC750V第三轨供电牵引变电所数量相对较多安全性一般美观维护工作量小牵引电压和馈电方式二牵引网两种供电方式优缺点比较

3、供电方式选择因素：

安全性、轨道交通的投资、维修工作量、杂散电流的影响及电磁干扰等。

通过比较两种供电方式，大多数情况下，综合结果显示架空接触网供电方式在安全性和经济效益方面优于第三轨的供电方式。

世界上目前约70%的城市轨道交通采用架空接触网供电，30%采用第三轨供电的情况是一致的。最终采用哪种供电方式，仍需依据各城市具体的情况综合比较确定。牵引电压和馈电方式二牵引网

回流方式特点备注走行轨回流方式简单投资省国内外多采用走行回流的方式第四轨回流成本较高有效解决了杂散电流、电磁干扰等危害牵引网的回流方式二牵引网两种回流方式比较三受流器受流器的形式从接触导线（接触网）或导电轨（第三轨）将电流引入动车的装置称为受流器。受流器按其受流方式可分为：杆形受流器轨道式受流器侧面受流器弓形受流器受电弓受流器常用受流器的形式根据线路供电方式的不同，列车受流器通常有：杆形受流器轨道式受流器受电弓受器集电靴受电弓三受流器受电弓1、受电弓形式

直流1500V供电采用架空线接触网式，车辆采用受电弓受流。受电弓是电力机车从接触网接触导线上受取电流的一种受流装置。它通过绝缘子安装在电力机车的车顶上，是一种铰接式的机械结构。当受电弓升起时，其滑板与接触网导线直接接触，从接触网到线上受取电流，并将其通过车顶母线传送至机车内部，供机车使用。受电弓（3D）三受流器受电弓2、受电弓的结构受电弓从结构上可分为单臂型和双臂型；从驱动上可分为气动型和电动型。两种受电弓均由滑板、上导杆、下导杆（双臂弓用下框架）、底架、升弓弹簧、传动气缸、支持绝缘子等部件组成。三受流器受电弓3、受电弓主要部件的作用通过支持绝缘子和三个安装座将受电弓安装到车顶上。底架安装在底架和下臂之间，它使得机车运行速度变化大时受电弓和接触网压力变化不大。阻尼器升弓装置是受电弓的动力装置，由气囊式气缸和导盘组成。升弓装置为钢管支撑受电弓质量，传递升弓力矩。其内有空气管路，通过管接头和软管连接，作为自动降弓装置空气的通路。下臂绝缘子安装在底部框架上，用于支撑底部框架，并将车体与受电弓隔离。绝缘子三受流器受电弓3、受电弓主要部件的作用分别接在上臂一端和底架上，用于调整最大升弓高度和滑板运行轨迹。下导杆为铝合金框架，用于支撑弓头质量，传递向上压力，保证受电弓工作高度。上臂一端接在下臂，另一端接在弓头支架的辐板下方，其作用是调整滑板在各运行高度均处于水平位置。上导杆弓头安装在受电弓框架的顶端，直接与接触网接触，汇集电流。弓头滑板中有气腔，内有压缩空气。当滑板出现磨损到限或断裂时，自动降弓装置发生作用，受电弓会迅速自动降下。滑板三受流器集电靴1、集电靴形式集电靴是安装在车辆转向架上，为列车从刚性供电进行动态取流，满足列车电力需求的一套动态受流装置。在车辆的转向架上装有集电靴，通过安装在动车或拖车上的一个或多个集电靴从承载电能的刚性接触轨（第三轨）获取电流而实现受流。集电靴安装在车辆转向架两侧（或底部），由绝缘安装底座（或外壳）、调节组件、受流摆臂组件和起复机构（隔离或复位装置）、受流滑板部件、熔断器组件等组成。三受流器集电靴2、集电靴的结构集电靴由绝缘底座、调整支架、调整丝槽、手动回退工具插入位置、气动回退装置、拉簧压力系统、集电靴止档、调整螺栓等部件构成。三受流器集电靴3、集电靴主要部件的作用1234通过调整螺栓可以整体调整集电靴高度，主要是调整臂轴的高度。调整支架集电靴止档手动回退工具插入位置拉簧压力系统集电靴止档有升靴止档和降靴止档，集电靴止档主要是调整集电靴升降靴的极限高度。通过在手动回退工具插入位置插入绝缘棒可以实现集电靴手动升降靴。用于保持集电靴升靴所需的力。三受流器集电靴3、集电靴主要部件的作用5236调整丝槽共有20个槽，每个丝槽距离为4mm，调整范围为80mm，这主要是针对列车轮对磨耗设计的，因为轮对磨耗范围一般是80mm，当列车轮对有磨耗时，可以通过调整集电靴在丝槽上的位置来调整集电靴臂轴的高度，保证臂轴高度为183±4mm。调整丝槽手动回退工具插入位置气动回退装置动回退装置主要由集电靴气缸和回退柄组成，气动控制集电靴升降。三受流器案例分享深夜，当最后一班地铁驶离站台的时候，意味着一天的运营终于要结束了。此刻的城市恢复了清静，但地铁人并没有闲下来。在漆黑的隧道，另一波地铁人的忙碌才刚刚开始。一起来看看接触网检修工在忙些什么吧！接触网检修工的工作日常详见书稿XX页接触网检修工的工作日常任务四认识动力照明供电系统项目五城市轨道供电系统

动力照明供电系统主要由降压变电所和动力照明配电系统组成，为除城市轨道交通列车以外的其他所有用电负荷提供电能。主变电所交流电压（一般为35kV）降压变电所动力照明配电系统（AC380V/220V）平面动画-低压配电及照明系统设在车站的负荷中心处；每个降压变电所由两路35kV电源供电采用单母线分段接线内设两台动力变压器一降压变电所设置要求某地铁降压变电所-低压室

正常运行时，降压变电所的两台动力变压器分别独立运行，分别担任其供电范围的一、二、三级负荷，当一台动力变压器退出工作时，0.4kV母联断路器投入，自动切除三级负荷，由另一台动力变压器负担全所供电范围动力照明一、二级负荷的供电。降压变电所设置高压室、低压室、控制室和检修储藏室。一降压变电所降压变电所运行

动力照明配电系统分为照明系统和低压配电系统两个子系统。照明配电室和环控电控室是低压配电及照明系统的主要组成部分。二动力照明配电系统组成1、作用：

车站照明配电供电室为车站的照明设备供电，保证照明设备正常运作。2、设置：根据用电量大小设置，普通的中间站设有四个照明配电室，分别在站台与站厅两端各负责站台或站厅一半的照明负荷，一个照明配电室根据负责照明区域的大小配有3-5个配电柜。二动力照明配电系统照明配电室平面动画-照明配电室1、作用：

车站环控电控室主要为车站隧道通风系统、大系统、小系统、水系统的相关设备供电。2、设置：

一般一个车站有两个环控电控室，安装在站厅两端的环控机房附近，各负责车站一半的环控设负荷。环控配电室二动力照明配电系统平面动画-环控配电室案例分享为了不影响正常运营，低压柜维保作业一般在非运营时间即夜里进行。确保人员和设备的安全是维保工作的核心。低压供电设备维护的详情请参考教材XX页低压供电设备维护任务五认识杂散电流项目五城市轨道供电系统

牵引电流通过接触网将电能输送给电动车辆（组），然后经轨道（走行轨）流回牵引变电所，有少量的电流不沿回流轨回到牵引变电所的负极，而流向电位低、电阻率低的位置（如流入大地），形成杂散电流，或称为迷流。一杂散电流的形成杂散电流形成平面动画-杂散电流的形成与危害

若地下杂散电流流入电气接地装置，电气接地装置与地面形成较高的电位差，使某些设备无法正常工作。二杂散电流的危害影响电气接地装置

若钢轨（走行轨）局部或整体对地的绝缘变差，则此钢轨（走行轨）对大地的泄露电流增大，地下杂散电流增大，这时又可能引起牵引变电所的框架保护工作。而框架保护动作则会引起整个牵引变电所的断路器跳闸，全所失电，同时还会联跳相邻牵引变电所对应的馈线断路器，从而造成较大范围的停电事故，中断地铁的运营。二杂散电流的危害严重时导致停电事故

对城市轨道隧道、道床或其他建筑物的结构钢以及地下的金属管线（如电缆、金属管件等）造成电腐蚀。如果这种腐蚀长期存在，将会严重损坏地铁附近的各种结构钢（例如燃气管道）和地下金属管线，从而破坏结构钢的强度，缩短其使用寿命。对地下结构造成腐蚀腐蚀的燃气管道二杂散电流的危害三杂散电流的防护措施原则：以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测。控制和削弱产生杂散电流的根源，降低钢轨和地面的电位差和加强对地绝缘。降低钢轨和地面的电位差加强对地绝缘1、使用长钢轨减小接触电阻；2、钢轨之间使用可靠的电气连接降低纵向电阻；3、缩短两变电所之间的距离；4、采用双边供电；1、供电系统采用不接地系统；2、加强钢轨薄弱环节和埋地金属管线的防水绝缘；3、提高金属管线的阻值；三杂散电流的防护措施控制杂散电流1、简介：

通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回至牵引变电所负母线的通路，防止杂散电流继续向本系统外泄漏，以减小腐蚀。2、分类：

排流法又可分为直接排流法、极性排流法、强制排流法3种。3、排流法比较：

极性排流法应用最为广泛有效。但是排流也会带来一些副作用，例如这会使那些没有接排流设备的结构物的腐蚀加剧、钢轨电位升高等。三杂散电流的防护措施排流保护措施1、阴极保护

通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回至牵引变电所负母线的通路，防止杂散电流继续向本系统外泄漏，以减小腐蚀。2、补偿法：

易友祥等提出了对杂散电流进行自动跟踪补偿的设想，这是一种减少杂散电流的积极的防护方案。三杂散电流的防护措施其他杂散电流防护方法案例分享地铁开通之后，邻近的地下燃气管、输油管腐蚀加速，机场下面的油料管道受影响，广州市区燃气管抢修量十年增加十倍。广州市安监局表示，这是他们遇到的“新情况”：地铁运行不可避免产生的杂散电流，对金属管道造成腐蚀。据不完全统计，全市光是燃气管道，就有上百公里与地铁并行，其中近85公里位于市区。杂散电流腐蚀是继大气腐蚀、土壤腐蚀和细菌腐蚀后又一种腐蚀类型。广州市安监局相关工作人员解释，牵引地铁的电流，从车顶的接触网向列车输送，再通过铁轨和导线返回变电站。在设计或规定的回路以外流动的电流，就是杂散电流。为什么会有杂散电流？由于运营环境、经济及其他方面因素的限制，列车轨道不可能完全与大地绝缘，电流从沿线地下的隧道、管道等金属和土壤回流到变电站，形成杂散电流。杂散电流会对地下金属管线产生电腐蚀。广州市安监局相关工作人员说：“杂散电流由管道流向土壤使管体遭受腐蚀。对于现有的阴极保护控制系统，杂散电流具有破坏性的作用，并可能带来危险。1安培直流杂散电流在一根钢管上流进流出，一年内将导致大约10公斤金属的蚀失。”1安培直流杂散电流

一年蚀10公斤金属