城市轨道交通概论（第2版）课件：城市轨道交通供配电系统

城市轨道交通概论（第2版）

城市轨道交通供配电系统教学目标：1.掌握变电所的分类及各自的特点;2.了解变电所的电气设备;3.掌握接触网的结构形式及供电方式;4.了解远动监控系统的概念和结构。概述变电所12接触网远动监控(SCADA)系统及地下迷流34

电能是城市轨道车辆电力牵引系统必需的能源，电动车辆以及为轨道交通运营服务的机电设备，包括通风、空调、照明、通信、信号、给排水、防灾报警、电梯、电动扶梯等也都依赖并消耗电能。概述城市轨道交通供配电系统的组成图5-1城市电网一次电力系统和地铁供电系统

在城市轨道交通供电系统中，根据用电性质的不同可分为两部分，即由牵引变电站为主的牵引供电系统和降压(动力)变电站为主的动力照明供电系统。１)牵引供电系统的功能概述城市轨道交通供配电系统的组成图5-2地铁牵引供电系统示意图（1）牵引变电站，供给地铁一定区段内牵引电能的变电站。（2）接触网(架空接触网或接触轨)，经过电动列车的受电器向电动列车供给电能的导电网。(北京、天津地铁采用接触轨；上海地铁采用架空接触网。)（3）回流线,用以供牵引电流返回牵引变电站的导线。（4）馈电线，从牵引变电站向接触网输送牵引电能的导线。（5）电分段，为便于检修和缩小事故范围，将接触网分成若干段，称为电分段。（6）轨道电路，利用走行轨作为牵引电流回流的电路。概述城市轨道交通供配电系统的组成

２)动力照明供电系统的功能概述城市轨道交通供配电系统的组成图5-3地铁动力照明供电系统示意图（1）降压变电站：将三相电源进线电压降压变为三相380V交流电。（2）配电所(室)：配电所(室)仅起到电能分配作用。（3）配电线路：是配电所(室)与用电设备之间的导线。城市轨道交通采用直流供电，因为直流电适合于电气牵引的调速要求，而且直流牵引接触网结构简单，建设投资少，电压质量高。电气化铁路牵引供电一般多采用交流制，主要是因为供电距离远、需装车载整流装置等。国际电工委员会(IEC)拟定的电压标准为：直流电压750V、1500V和3000V三种，如表5-1所示。我国国家标准采用DC750V和DC1500V两种。北京城市轨道交通采用750V直流供电电压，上海、广州、南京、深圳等城市轨道交通采用1500V直流供电电压。概述城市轨道交通供配电系统的供电制式（1）变压器，是一种传送和交换交流电能的静止装置。（2）断路器，是一种对电路进行控制（开断、关合）和保护的高压电器开关，用于自动切断负载电流和短路电流。（3）隔离开关，是一种没有熄弧装置的高压电器，它不能切断负荷电流和短路电流，可在无负荷电流时接通和断开电路，断开时能起到隔离电压的作用。（4）母线，是一种汇总和分配电能的导电线。（5）熔断器，是一种过负荷和短路电流导致熔体发热熔断的保护电器。（6）电压互感器，又称压变，是电气测量、控制和保护回路用的变压器。（7）电流互感器，又称流比，是电气测量、控制和保护调路用变流器。（8）避雷器，是防止从线路侵入的雷电波损坏电气设备绝缘的保护电器。（9）整流器，是一种与牵引变压器组合成整流机组的电流变换器。变电所电气设备变电所电气设备图5-4三相干式整流变压器图5-5万能式空气断路器图5-6隔离开关变电所电气主结线1）电气主结线的组成和功能变电所的电气主结线是指由变压器、断路器、隔离开关、母线等及其连接导线所组成的接受和分配电能的电路。电气主结线反映了变电所（室）的基本结构和功能。2）电气主结线的种类（1）单母线型主结线。图5-7单母线及改进型主结线变电所电气主结线单母线型主结线的特点如下：①结线简单，设备少，费用低；②每一个回路均由断路器切断负载电流与短路电流，断路器两侧隔离开关可使断路器与电源隔离，保证维修人员安全操作；③母线发生故障，全线停电；④单母线型主结线改进型，是在母线中加装一个母线断路器（MD）或隔离开关，将母线分段，提高供电检修的灵活性，称为单母线分段主结线。变电所电气主结线（2）双母线型主结线。双母线型主结线的特点是：在单母线型基础上加装一套母线，使故障检修时缩短停电时间。图5-8双母线型主结线变电所电气主结线（3）桥型主结线。桥型主结线的特点是：正常运行时，两台变压器并列运行，桥接母线断路器或隔离开关全部闭合；当两台变压器分别工作时，则母线断路器或隔离开关断开；当一路故障时，可切换线路，使两台变压器均由正常工作的一路提供电源。图5-9桥型主结线变电所主变电所(室)主变电所（室）是由上一级的城市电网区域变电所获得高压（如110kV或220kV）电能，经其降压后以中压电压等级供给牵引变电所和降压变电所的一种地铁变电所（室）。图5-10主变电所(室)的主接线变电所牵引变电所（室）牵引变电所（室）从城市电网区域变电站或地铁主变电所（室）获得电能，经过降压和整流变成所需要的直流电。图5-11牵引变电所(室)的主接线形式变电所降压变电所(室)降压变电所（室）的作用就是从城市电网区域变电站或主变电站获得电能并降压变成低压交流电。然后再经过下设的配电所（室）分配给各种动力和照明等设备用电。图5-12降压变电所(室)的主接线形式接触网由接触网、馈电线、走行轨道和回流线组成的供电网络总称为牵引网。接触网是牵引网中最主要的组成部分，其作用是通过它与受电器可靠的直接滑动接触，将电能不断地传送到电动列车，保持电动列车的正常运行。图5-13电动列车的受电路径接触网接触网应满足的基本要求接触网是牵引供电系统的重要组成部分，一旦损坏将中断牵引供电。为此，接触网应满足以下基本要求：（1）由于接触网在工作中无备用网，因而要求接触网强度高且安全可靠。（2）要求接触网在各种气候条件下均能受流良好。（3）因接触网部件更换困难，因此要求接触网性能好、运行寿命长。（4）因接触网维修是利用行车中的间隔时间进行的，故要求其结构轻巧、零部件互换性强，以便于施工、维护和抢修。（5）因接触网无法避开腐蚀性强、污秽严重等异常环境，故应采取耐腐蚀和防污秽技术措施。（6）因采用与受电器摩擦接触的受流方式，因此，要求接触网有较均匀的弹性，接触线等部位要有良好的耐磨性。接触网接触网的结构形式接触网按其结构形式可分为接触轨式（也称第三轨）和架空式两大类型。１)接触轨式接触网接触轨是沿着走行轨道一侧平行铺设的附加轨，故又称第三轨。轨道交通电动列车（车辆）侧面或底部伸出的受电器与第三轨接触取得电能，这种受电器称为受电靴（接触靴），接触轨可分为上磨式、下磨式和侧磨式三种。图5-14接触轨结构图接触网接触网的结构形式2）架空式接触网架空式接触网是架设在轨道上部的接触网，电动列车上部伸出的受电弓与之接触取得电能。（1）地面架空式接触网。①接触悬挂。②支持装置。③定位装置。④支柱和基础。图5-15地面架空式接触网示意图接触网接触网的结构形式（2）隧道架空式接触网。隧道架空式接触网的悬挂与地面架空式有所不同。一方面隧道内不能立支柱，支持装置直接设置在洞顶或洞壁；另一方面又必须考虑隧道断面、净空高度、带电体对接地体的绝缘距离、导线的弛度等因素的限制。根据隧道断面和净空高度不同，接触悬挂有多种不同的方式。图5-16隧道架空式接触网示意图接触网接触网的结构形式我国以及世界主要城市轨道交通的接触网有哪些采用接触轨式供电？查一查接触网供电方式和电分段牵引变电所向接触网供电有两种方式：单边供电和双边供电。地铁接触网在每个牵引变电所附近断开，分成两个供电分区，每个供电分区也称为一个供电臂，若电动列车只从所在供电臂上的一个牵引变电所获得电源，则称为单边供电。若一个供电臂同时从相邻两个牵引变电所获得电源，则称为双边供电。双边供电时，若某一牵引变电所发生故障，则该故障所退出运行，此时该区段接触网就改为单边供电，或可通过闭合故障牵引变电所接触网的联络隔离闸刀，实施越区供电。接触网的电分段是保证供电可靠性和灵活性的另一种措施。被分段的接触网可以通过联络隔离闸刀连接，当某段发生故障或检修时，只需打开相应段的联络隔离闸刀，就可以使故障或检修停电范围缩小，同时不影响其他各段接触网的正常供电。接触网沿线路方向的分段称为纵向电分段；接触网线路与线路之间的分段称为横向电分段，如上、下行线路之间等。远动监控（SCADA）系统及地下迷流远动监控1）远动监控的基本概念远动技术，是调度所与各被控端之间实现遥控、遥调、遥测和遥信技术的总和。远动监控设备是调度端与各被监控端之间实现遥信、遥测、遥控和遥调功能的设备。调度端装置设置在控制中心内，一般称为主站；被监控端设置在变电所内，一般称为分站或远方数据终端。遥信是被监视的各种断路器和其他开关的位置（分或合）信号、状态预告信号和事故信号的远距离监视；遥测是被监视的变电所内各种交直流电压、电流、功率、电度量等电量的远距离测量；遥控是调度端对被监控的各种断路器和其他主要开关的远距离控制。通信通道（简称通道）是指调度端到被监控的下行信息（遥控、遥调）和被监控端到调度端的上行信息（遥信、遥测）传输设备的总称。我国地铁牵引供电系统已被规定应优先采用计算机远动监控设备，上海地铁采用先进的计算机远动监控设备来实现地铁供电系统的现代化管理和集中调度。远动监控（SCADA）系统及地下迷流远动监控2）远动监控的通道和信息传送方式调度端装置、被监控端装置和通道是远动监控系统的三个组成部分。远动通道的种类有以下几种：架空明线、无线通道（高频、微波）、有线电缆和光缆通道。其中，有线电缆和光缆通道易实现，抗干扰能力强，尽管投资费用大，但可以与其他方面（如通信、信号、数据传输等）合用一条多芯电缆或光缆，从而节省投资。北京地铁采用有线电缆通道，上海地铁采用抗干扰能力强、传送信息量大的光缆通道。通道是通信线路和调制器、解调器的总称。在远动监控系统中，通常是一个调度端装置中集中监控N个被监控的装置。主站和各个分站之间的远动信息传送方式有两种，一种是问答式，一种是循环式。问答式指信息的传送采取查询式问答方式，当主站发出查询命令时，被查询的分站按查询的要求回送以相应信息，即按需传送信息；循环式指各分站按扫描周期循环不断地向主站传送信息，即按时传送信息。在传送周期允许的情况下，即时间响应要求不高时，大都采用问答式传送方式。远动监控（SCADA）系统及地下迷流远动监控3）远动监控的系统结构地铁供电远动监控系统一般采用1∶N链状式结构，由调度端的主站（MS）对N个变电所的分站（RTU）实现远动监控。主站装置结构一般用两台微型计算机（主机）、通信处理机以及其他功能子系统模块组成。两台主机中任意一台作监控工作主机时，另一台转为在线备用主机，互为备用以提高可靠性和灵活性。通信处理机的功能是对通道与主机之间的信息进行交换与处理。系统总线是主站端内部传送信息的地址、数据和控制总线的总称，它的使用由总线控制器来管理。遥测显示子系统的任务是对遥测量处理后用数字直接显示其大小。模拟屏显示子系统的任务是对遥测信息处理后，输出相应的开关位置信号，以使模拟屏上对应信号灯亮或不亮。监控主机的键盘供调度人员打入各种命令，大屏幕彩色显示器除供主机正常显示外，又可用来显示变电所实际工况的主结线图形、遥测、遥信和其他有关信息。分站装置结构由主机（微处理机）以及其他功能子系统模块组成。系统总线、总线控制器和通信处理机的功能和主站相同。遥测子系统的任务是对被检测的电量（模拟量、数字量）进行数据采集与处理。遥信子系统用来对被监控的开关位置和状态转换成遥信信息。遥测量和遥信信息均由主机通过通信处理机和调制器发送到主站,以回答主站和分站的查询。远动监控（SCADA）系统及地下迷流地下迷流1）地下迷流的概念在直流牵引供电系统中，牵引电流并非全部由钢轨流回牵引变电所，还有一部分由钢轨杂散流入大地，再由大地流回钢轨和牵引变电所。走行钢轨中的牵引电流越大或钢轨对地绝缘程度越差，地下杂散电流也就相应增大。这种地下杂散电流又称为地下迷流。2）迷流的防护(1)在电力牵引方面。 ①选择较高的直流牵引供电电压，以减少牵引电流和迷流； ②缩短牵引变电站间的距离； ③采用迷流较小