《城市轨道交通供电技术与应用》-单元1

１.１城市轨道交通概述１.１.１城市轨道交通的分类城市轨道交通存在的困扰问题，必须从载运工具革新和运输模式方面加以调整解决。目前，国内外较多采用的公共客运工具由地铁、轻轨、独轨和磁浮列车等组成，大多数采用全封闭道路，其行车密度大，旅行速度快，载客能力大，其运输能力与传统的公共交通相比具有极大的优越性。１.地铁地铁是地下铁道交通的简称，是一种在城市中修建的快速、大运量的轨道交通，通常以电力牵引，其单向高峰小时客运能力可达３万人次，它的线路通常设在地下隧道内，也有的在城市中心以外地区从地下转到地面或高架桥上。下一页返回１.１城市轨道交通概述目前世界上一些著名的大城市，如纽约、巴黎、莫斯科、东京等，均已形成一定的城轨交通规模和网络，且以地铁为主干。地铁的主要特征：（１）全部或大部分线路建于地面以下；（２）建设费用高，周期长，成本回收慢；（３）行车密度大，速度快；（４）客运量大，一般在高峰时单向客运量为３万～７万人次／ｈ；（５）地铁列车的编组数取决于客运量和站台的长度，一般为２～８辆；上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述（６）地铁车辆的消声、减振和防火均有严格要求，既安全又舒适；（７）供电制式主要有直流７５０Ｖ和直流１５００Ｖ。２.轻轨轻轨是一种中等运量的轨道运输系统，主要在城市地面或者高架桥上运行，线路采用地面专用轨道或高架轨道，遇到繁华区，也可以进入地下。轻轨的运输能力为１万～３万人次／ｈ，它的车辆轴重较轻，施加在轨道上的载荷相对于地铁的载荷来说比较小，因而被称为轻轨。轻轨与地铁的不同之处在于其运量、采用车辆及线路曲线半径均较小，除此之外和地铁并无太大区别。不能认为位于地面和高架桥上的线路是轻轨，而地铁必须位于地下隧道内。上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述例如，上海轨道交通３号线全部采用高架线路，许多人称之为轻轨，是不正确的，因为它完全是按照地铁标准设计的，运输能力达到３万人次／ｈ。而位于地下的线路如果运输量较低，也只能称之为轻轨。轻轨的主要特征：（１）它是采用钢轮和钢轨为车辆提供走行的一种交通方式，车辆由电力提供牵引动力，可以采用直流、交流或线性电动机驱动；（２）轻轨的建设费用比地铁低，每公里单线路造价仅为地铁的１／５～１／２；（３）轻轨交通的每小时单向运输能力一般为１万～３万人次，介于地铁和公共汽车之间，属于中等运量的一种公共交通形式；上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述（４）轻轨线路可以为地面、地下和高架混合型，一般与地面道路完全隔离，采用半封闭或全封闭专用车道；（５）轻轨交通对车辆和线路的消声和减振有较高要求；（６）电压制式以直流７５０Ｖ或直流１５００Ｖ为主；（７）轻轨车站分为地面、高架和地下三种形式。３.独轨独轨铁路简称独轨，是指车辆在一根轨道上运行的一种轨道交通系统。通常分为跨坐式和悬挂式两种类型，前者车辆的转向架跨骑在走行轨道上，其车体重心处于走行轨道上方；后者车体悬挂于可在轨道梁上行走的走行装置的下面，其重心处于走行装置的下面。上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述独轨交通的优点：（１）独轨铁路线路占地少，可充分利用城市空间，适宜在大城市的繁华中心区建设，对于城市景观及日照影响小；（２）独轨铁路构造简单，建设费用低，为地铁的１／３左右；（３）能实现大坡度和小曲线半径运行，可绕行城市的建筑物；（４）一般采用轻型车辆，列车编组为４～６辆；（５）走行装置采用空气弹簧和橡胶轮结构，并采用电力驱动，故运行噪声低，无废气，乘坐舒适；（６）独轨铁路架于空中，具有交通和观光旅游的双重功能；上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述（７）跨坐式轨道梁采用预应力混凝土梁制成，悬挂式轨道梁一般为箱形断面的钢结构。独轨交通的缺点：（１）能耗大，由于其走行装置采用橡胶轮，它与混凝土轨面的滚动摩擦阻力比钢轨大，故能耗比一般轨道交通大４０％左右，且有轻度的橡胶粉尘污染；（２）运能较小，每小时单向最大客运量为１万～２万人次；（３）独轨铁路不能与常规的地铁、轻轨等接轨；（４）道岔结构复杂，笨重，转换时间长，从而延长了列车折返时间；上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述（５）列车运行至区间时若发生事故，疏散和救援工作困难。４.磁浮列车磁浮列车是一种靠磁浮力（即磁的吸力和排斥力）来推动的列车。由于其轨道的磁力使之悬浮在空中，行走时不同于其他列车需要接触地面，因此只受来自空气的阻力。磁浮列车的速度可达４００ｋｍ／ｈ，比轮轨高速列车的３８０ｋｍ／ｈ还要快。磁浮技术的研究源于德国，早在１９２２年，德国工程师赫尔曼·肯佩尔就提出了电磁悬浮原理，并于１９３４年申请了磁浮列车的专利。１９７０年以后，随着世界工业化国家经济实力的不断加强，为提高交通运输能力以适应其经济发展的需要，德国等发达国家以及中国都相继开始筹划进行磁浮运输系统的开发。上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述１.１.２城市轨道交通的功用（１）城轨交通的建设与发展推动着城镇化的进程与城市繁荣。（２）发展城市轨道交通有利于发挥大城市的辐射功能。（３）发展城市轨道交通可有效缓解大城市交通拥堵，有利于节能减排。１.１.３城市轨道交通的特点城市轨道交通是城市公共交通的一个重要组成部分，随着城市的不断发展，它逐步成为城市中最主要的交通工具，并以其鲜明的特点赢得了城市管理者和市民的青睐，成为“城市交通的主动脉”。它的特点包括以下几点。上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述（１）安全。城市轨道交通大部分与地面隔离，其特定的路权方式使系统安全可靠。此外，因为城市轨道交通具有运量大的特点，人们在设计、建设、管理以及资金的投入方面，对其安全也特别重视。（２）快捷。城市轨道交通的线路条件不受地面环境影响，并具有良好的控制体系，速度快。（３）准时。城市轨道交通在其专用的轨道上行驶，在可靠的技术支持下，按照运营计划行驶，一般都会正常准时运营。上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述（４）舒适。城市轨道交通有良好的环控体系和候车环境，乘车舒适性好。（５）运量大。城市轨道交通的车辆空间大，一列城市轨道列车可载１４００人。（６）无污染。城市轨道交通的动力是电能，没有污染。（７）占地少，不破坏地面景观。城市轨道交通的线路主要在地下，占用城市地面面积少，不会破坏地面景观。（８）投资大，技术复杂，建设周期长。上一页下一页返回１.１城市轨道交通概述城市轨道交通是一个庞大的系统工程，它涉及土建、机械、电子、供电、通信、信号等技术，设备多，技术要求高，系统性、严密性、联动性要求高。土建工程大而多，且建设周期长，涉及的资金投入一般每公里４亿～６亿元。一般城市建设一条地铁网，投资往往达到上千亿元，建设周期要１０年左右。１.１.４城市轨道交通系统的组成城市轨道交通系统由车辆系统、供电系统、通信系统、信号系统、自动售检票、暖通空调、屏蔽门（安全门）、自助扶梯和电梯、防火灭火系统、给排水系统、综合监控系统组成。上一页下一页返回１.２城市轨道交通供电系统概述１.２.１城市轨道交通供电系统的功能１.全方位的服务功能供电系统的服务对象除运送旅客的电动车辆外，还有保证旅客在旅行中有良好卫生环境和秩序的通风换气、空调设施、自动扶梯、自动售检票、屏蔽门、排水泵、排污泵、通信信号、消防设施和各种照明设备。在这个庞大的用电群体中，用电设备有不同的电压等级，不同的电压制式，既有固定的，也有时刻在变化着的，供电系统就是要满足这些不同用途的用电设备对电源的不同需求，使城市轨道交通系统的每种用电设备都能发挥各自的功能和作用，保证城市轨道交通系统能够安全、可靠地运营。下一页返回１.２城市轨道交通供电系统概述２.故障自救功能无论供电系统如何构成，采用什么样的设备，安全、可靠地供电总是第一位的。在系统中发生任何一种故障，系统本身都应有备用措施，以保证城市轨道交通系统的正常运营。供电系统设计以双电源为主要原则，当一路电源故障时，另一路电源应能保证系统正常供电。如主变电所、牵引变电所和降压变电所为双电源、双机组，动力照明的一、二级负荷采用双电源、双回路供电，牵引网同一馈电区采用双边供电（双电源供电）方式，当一座牵引变电所故障解列时，靠两个相邻变电所的过负荷能力对牵引网进行大双边供电，保证列车可以正常运行。上一页下一页返回１.２城市轨道交通供电系统概述３.系统的自我保护功能系统应有完善、协调的保护措施，供电系统的各级保护应相互协调和配合，当系统发生故障时，应当只切除故障部分的设备，从而使故障范围缩小。系统的各级保护应当满足可靠性、灵敏性、速动性和选择性的要求。对牵引供电系统而言，为保证旅客的安全，保护速动性是第一位的，其保护的原则是“宁可误动作，不可不动作”。误动作可以用自动重合闸校正，而保护不动作则是很危险的，因为直流电弧在不切断电源时可以长时间维持燃烧，从而威胁乘客安全。城轨供电系统中压交流侧保护，应和城市电网的保护相配合和协调，因而其保护的选择性也受到制约。上一页下一页返回１.２城市轨道交通供电系统概述４.防止误操作的功能系统中任何一个环节的操作都应有相应的条件，不允许因误操作而导致发生故障。尤其是各种隔离开关，不允许带负荷操作，防止误操作的联锁条件可以是机械的，也可以是电气的，还可以是电气设备本身所具备的或是在操作规程和程序上严格规定的。防止误操作，是使系统安全、可靠地运行所不可或缺的环节。５.方便灵活的调度功能系统应能在控制中心进行集中控制、监视和测量，并能根据运行需要方便灵活地进行调度，变更运行方式，分配负荷潮流，使系统的运行更加经济合理。当系统发生故障而使一路或两路电源退出运行时，为保证城轨列车的正常运行，电力调度可以对供电分区进行调度和调整，以达到安全可靠、经济运行的目的。上一页下一页返回１.２城市轨道交通供电系统概述６.完善的控制、显示和计量功能系统应能进行本地和远程控制，并可以方便地进行操作转换，系统各环节的状态应有明确的显示，使运行人员一目了然。各种信号显示明确，事故信号、预告信号分别显示。各种电量的测量和电能的计量应明确，并便于运行人员查证和分析。牵引用电和动力照明用电应分别计量，以利于对用电指标进行考核与经济分析。在控制中心，应能对整个供电系统进行控制、信号显示、各种量值的计量统计。上一页下一页返回１.２城市轨道交通供电系统概述７.电磁兼容功能国际电工委员会（ＩＥＣ）对电磁兼容（ＥＭＣ）的定义为“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁干扰的能力”，其中，“任何事物”可以是设备、装置、系统，也可以是有生命或无生命的物体。城轨车辆是强电、弱电多个系统共存的电磁环境，为了使各种设备或系统在这个环境中能正常工作，且不对该环境中其他设备、装置或系统构成不能承受的电磁干扰，各种电气和电子设备的系统内部以及和其他系统之间的电磁兼容显得尤为重要。供电系统以及设备在地铁这个电磁环境中，首先是作为电磁干扰源存在的，同时也是敏感设备。在城市轨道的电磁环境中，供电系统与其他设备、装置或系统应是电磁兼容的。上一页下一页返回１.２城市轨道交通供电系统概述在技术上应采取措施，抑制干扰源、消除或减弱电磁耦合，提高敏感设备的抗干扰能力，以达到各系统的电磁兼容，使城轨车辆安全可靠地运行。１.２.２城市轨道交通供电系统的供电制式电力牵引用于轨道交通系统已有１００多年的历史，随着经济和科学技术的不断发展，用于轨道交通的电力牵引方式有许多不同的制式出现。这里所说的制式，是指供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流和电压制式，如直流制或交流制、电压等级、交流制中的频率（工频或低频）以及交流制中是单相或三相等。上一页返回１.３电力系统概述１.３.１电力系统的定义电能既可以方便地远距离传输，又能很容易地转换为其他形式的能量，其运行过程易于控制，因此电能已经广泛应用于国民经济和社会生活的各个方面，成为主要的能源和动力。电能是由发电厂生产的，为了降低成本，发电厂大多建在煤、石油、水、太阳能、原子核能、风能等资源丰富的地方，而电能用户一般在大中城市和负荷集中的大工业区，这就需要将电能通过线路输送到城市或工业企业。为了减少输电时的电能损耗，输送电能时要升压，采用高压输电线路将电能输送给用户；同时，为了满足用户对电压的要求，输送到用户之后还要经过降压，并且要合理地将电能分配到用户或生产车间的各个用电设备。下一页返回１.３电力系统概述为了提高供电的可靠性和经济性，将各种发电厂通过电力网连接起来并联运行，组成庞大的联合动力系统。将各种类型发电厂中的发电机、升压变压器、输电线路以及各种用电设备组联系在一起构成的统一整体就是电力系统，用以实现完整的发电、输电、变电、配电和用电。图１－４所示为电力系统的示意图。１.３.２电力系统的组成发电厂生产的电能受发电机制造电压的限制，发电机出口电压不能过高，所以要想远距离输送，通常使发电机的电压经过升压变压器升压达２２０～５００ｋＶ，再通过超高压远距离送往远离发电厂的城市或工业集中地区，上一页下一页返回１.３电力系统概述通过那里的区域降压变电所将电压降低到３５～１１０ｋＶ，然后再用３５～１１０ｋＶ的高压输电线路将电能送至工厂降压变电所降至６～１０ｋＶ配电或终端变电所，如图１－５所示。１.３.３组成电力系统的优越性通常国家供电系统总是把在同一个区域的许多发电厂通过高压输电线和变电所连接起来成为一个大的统一的供电系统，向该区域的负荷供电。组成统一的电力系统有以下一些优越性：（１）可以充分利用动力资源。火力发电厂发出多少电能就需要相应地消耗多少燃料，而其他某些类型的发电厂，它能发出多少电能取决于当时该发电厂的动力资源情况，如水电站水位高低，它随自然条件的变化而变化。上一页下一页返回１.３电力系统概述因此，组成统一的电力系统以后，在任何时候都可以动态地调整各种动力资源，以求发挥最大效益。（２）减少燃料运输，降低发电成本。大容量火力发电厂所消耗的燃料是很可观的，如果不用高压远距离输电，则发电厂必然要建在负荷中心附近而不能建在燃料资源的生产地，这样就要大量运输燃料，造成发电成本升高。采用高压输电电力系统以后就可以解决以上问题，将发电厂建在动力资源丰富的地方。上一页下一页返回１.３电力系统概述（３）提高供电的可靠性。由于供电区域内的负荷是由多个发电厂组成的电力系统共同供电的，这样与单个发电厂独立向自己的负荷供电比较起来，对负荷的供电可靠性就可以提高很多，因为系统内发电厂之间可以起到互为备用的作用。与此同时，整个系统的发电设备容量也可以减少很多，降低了设备的投资费用。（４）提高发电效率。没有组成电力系统之前，每个发电厂的容量是按照它的供电负荷大小来设计选择的，如果该地区负荷小，则发电设备单机容量就小。上一页下一页返回１.３电力系统概述通常单机小容量的发电设备总是比大容量的设备运行效率低一些，组成电力系统后，不但各发电厂的单机容量可以尽可能选得大一些，以提高单机的运行效率，而且总机组数目也可减少，还不受各地区负荷大小的牵制，因为它们是由统一系统供电的，这就达到了提高发电效率的目的。上一页返回１.４电力系统供电的主要质量指标及额定电压的国家标准

１.４.１衡量电能的质量指标１.电压质量指标交流电压质量包括电压数值与波形两个方面。电压质量对各类用电设备的工作性能、使用寿命、安全及经济运行都有直接的影响。用电设备在其额定电压下工作，既能保证设备运行正常，又能获得最大的经济效益。电网的电压偏差过大时，不仅影响电力系统的正常运行，而且对用电设备的危害很大。以照明用的白炽灯为例，当加在灯泡上的电压低于其额定电压时，发光效率降低，使人的身体健康受到影响，降低劳动生产率。白炽灯的端电压降低１０％，发光效率会下降３０％以上，灯光明显变暗；当端电压升高１０％时，发光效率将提高１／３，但使用寿命只有原来的１／３。下一页返回１.４电力系统供电的主要质量指标及额定电压的国家标准

例如，某车间由于夜间电压比额定电压高５％～１０％，致使灯泡损坏率达３０％以上。电压偏差对荧光灯等气体放电灯的影响不像白炽灯那么明显，但也会影响起燃，同样影响照度和寿命。电动机运行电压低于其额定电压时，将使电动机的转矩下降，可能导致工厂产品报废。电压过低，造成电动机启动困难，运行中的电动机电压过低，绕组中电流增大，温升超过允许值，加速设备绝缘老化，甚至烧毁电动机。电压过低将增加电网中的电能损耗，且电气设备的容量不能被充分利用。当电力系统的电压下降３０％左右时，电压下降可能引起系统解列，造成大面积停电，是电力系统最严重的事故。而当电力系统电压升高超出规定范围时，同样会造成严重的后果，加速设备绝缘老化，缩短设备寿命，甚至直接烧毁设备。因此，国家规定了电压幅值波动偏差的要求：上一页下一页返回１.４电力系统供电的主要质量指标及额定电压的国家标准

（１）３５ｋＶ及以上高压供电用户，电压偏差值不超过额定值的±１０％。（２）１０ｋＶ及以下的三相用户，电压偏差值不超过额定值的±７％。（３）２２０Ｖ单相供电的用户，电压偏差值不超过额定值的－１０％～７％。电力系统供电电压的波形畸变，使电能质量下降，产生高次谐波，谐波电流增加了电网的能量损耗，降低旋转电机、变压器、电缆等电气元件的寿命，还将影响电子设备的正常工作，使自动化、远动、通信都受到干扰。上一页下一页返回１.４电力系统供电的主要质量指标及额定电压的国家标准

２.频率质量指标我国采用的工业频率为５０Ｈｚ。电网低频率运行时，所有用户的交流电动机转速都将相应降低，这将导致许多工厂的产量和质量不同程度地受到影响。例如，频率降至４８Ｈｚ时，电动机转速降低４％，纺织、机械、造纸等工业的产量相应降低；有些工业产品的质量也受到影响，如纺织品出现断线、纸张厚薄不均匀、印刷品深浅不规律等。频率的变化对电力系统运行的稳定性影响很大，因而对频率的要求比对电压的要求要严格。国家标准规定频率偏差范围一般为±０.５％。当电力系统容量达３０００ＭＷ及以上时，频率偏差范围规定不超过±２％。频率的调整主要依靠发电厂。上一页下一页返回１.４电力系统供电的主要质量指标及额定电压的国家标准

１.４.２额定电压的国家标准由于三相功率Ｓ和线电压Ｕ、线电流Ｉ之间的关系为Ｓ＝３ＵＩ，所以在输送功率一定时，输电电压越高，输电电流越小，从而可减小线路上的电能损失和电压损失，同时又可减小导线截面，节约有色金属。而对于某一截面的线路，当输电电压越高时，其输送功率越大，输送距离越远；但是电压高，绝缘材料所需的投资也相应增加，因而对应一定输送功率和输送距离均有相应技术上的合理输电电压等级，同时还需考虑设备制造的标准化、系列化等因素，因此电力系统额定电压的等级也不宜过多。按照ＧＢ１５６—２００３《标准电压》规定，我国三相交流电网、发电机和电力变压器的额定电压如表１－１所示。上一页下一页返回１.４电力系统供电的主要质量指标及额定电压的国家标准

１.４.３供电电压的选择提高供电电压可以减少电能损耗，提高电压质量，节约有色金属，但却增加了线路及设备投资，所以对应一个电压等级要有一个合理的输送功率与输送距离。常用各级电压的经济输送功率与输送距离的关系如表１－２所示。上一页返回１.５电力系统的中性点运行方式１.５.１中性点直接接地的运行方式中性点直接接地运行方式发生一相对地绝缘损坏时，就构成单相短路，供电中断，可靠性会降低，但是，这种方式下的非故障相对地电压不变，电气设备绝缘按相考虑，可降低设备要求。中性点直接接地系统主要有以下几个特点：（１）当发生单相接地故障时，形成单相短路，由于短路电流较大，保护装置动作，立即切断电源，使系统中的非故障部位迅速恢复正常运行。对于大电流接地系统，系统通常采用零序电流保护来实施保护，切断故障。下一页返回１.５电力系统的中性点运行方式（２）中性点直接接地后，中性点经常保持零电位。在发生单相接地时，其他非故障两相电压不会升高，因此用电设备的相对地绝缘只需按照相电压考虑，从而降低设备和电网造价，网络电压越高，其经济效益越显著。对于１１０ｋＶ以上系统具有较大经济价值，所以，我国１１０ｋＶ及以上电网多采用中性点直接接地的运行方式。１.５.２中性点不接地的运行方式３～６６ｋＶ系统，特别是３～１０ｋＶ系统，为了提高供电可靠性，一般采用中性点不接地的运行方式，当发生单相接地时，由于不能构成回路，所以故障电流很小，又称小电流接地系统。当接地电流不满足要求时，可采用中性点经消弧线圈或电阻接地的运行方式。上一页下一页返回１.５电力系统的中性点运行方式图１－１１和图１－１２所示为电源中性点不接地的电力系统在正常运行时的电路图和相量图。为了使问题简化，假设图中所示三相系统的电源电压和电路参数都是对称的，而且将相对地之间的分布电容用一个集中电容Ｃ来表示，线间电容电流数值很小，可不考虑。１.５.３低压配电系统的中性点运行方式我国的低压配电系统，广泛采用中性点直接接地的运行方式，如三相四线制供电和三相五线制供电，可提供３８０Ｖ和２２０Ｖ两种电压，供电方式更为灵活，低压供电系统中性点直接接地后，当发生一相接地故障时，由于能限制非故障相对地电压的升高，可保证单相用电设备安全。上一页下一页返回１.５电力系统的中性点运行方式中性点直接接地后，一相接地故障电流较大，一般可使漏电保护或过电流保护装置动作，切断电源，造成停电。发生人身单相对地触电时，危险也较大。此外，在中性点直接接地的低压电网中可接入单相负荷，并且中性点引出线的名称分别为Ｎ线（ｎｅｕｔｒａｌｗｉｒｅ）、ＰＥ线（ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅｗｉｒｅ）、ＰＥＮ线（ＰＥＮｗｉｒｅ）。上一页返回１.６城市轨道交通供电系统的组成１.６.１城市轨道交通供电系统的外部供电系统从发电厂经升压变压器、高压输电网、区域变电站至主降压变电站部分通常被称为牵引供电系统的“外部供电系统”。如图１－１９所示，虚线２以上为外部供电系统。发电厂是发出电能的中心，为了减少线路的电压损失和能量损耗，发电厂中发电机发出的电能要先经过升压变压器升高电压，然后以１１０ｋＶ或２２０ｋＶ的高压，通过三相传输线输送到区域变电站。在区域变电站中，电能先经过降压变压器把１１０ｋＶ或２２０ｋＶ的高压降低电压等级，降为１０ｋＶ或３５ｋＶ，再经过三相输电线输送给本区域内的各用电中心。下一页返回１.６城市轨道交通供电系统的组成城市轨道交通牵引用电既可从区域变电所高压线路得电，也可以从下一级电压的城市地方电网得电，这取决于系统和城市地方电网的具体情况以及牵引用电容量的大小。对于直接从系统高压电网获得电力的城市轨道交通系统，往往需要再设置一级主降压变电站，将系统输电电压如１１０ｋＶ或２２０ｋＶ降低到１０ｋＶ或３５ｋＶ以适应直流牵引变电所的需要。从管理的角度上看，主降压变电站可以由电力部门直接管理，也可以归属地方城市轨道交通管理部门管理。电源由城市电网引入，根据不同城市的电网构成采用合适的供电方式。上一页下一页返回１.６城市轨道交通供电系统的组成城市轨道交通系统作为城市电网的特殊用户，一般用电范围多在几千米到几十千米，采用何种供电方式，与城市电网的构成、城市轨道交通线路的分布及电源的容量有密切关系。城市轨道交通供电系统对城市电网来说是用户，对于城市轨道交通各类负荷来说又是电源。外部供电电源依靠中压供电网分别与沿线牵引变电所、降压变电所连接，构成后两者的电源进线，外部供电系统向牵引变电所的供电方式可以分为三种形式，即集中供电方式、分散供电方式及混合供电方式。上一页下一页返回１.６城市轨道交通供电系统的组成１.６.２城市轨道交通供电系统的牵引供电系统主降压变电站及其以后部分统称为“牵引供电系统”，它应该包括直流牵引变电所、馈电线、接触网、走行轨及回流线等。在城市轨道交通供电系统中，电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给电动列车，再从电动列车经钢轨（称轨道回路）、回流线流回牵引变电所。由馈电线、接触网、走行轨及回流线组成的供电网络称为牵引网。因此城市轨道交通牵引供电系统即由直流牵引变电所和牵引网组成，如图１－２６所示。上一页下一页返回１.６城市轨道交通供电系统的组成牵引网的馈电方式有架空接触网和接触轨两种。电压等级与馈电方式是牵引网供电制式的关键点，两者密切相关。对于一个具体的城市，电压等级与馈电方式的选择应该结合起来，统一考虑。我国牵引网供电制式可以选择以下四种方式：直流１５００Ｖ架空接触网、直流１５００Ｖ接触轨、直流７５０Ｖ架空接触网、直流７５０Ｖ接触轨。架空式系统又分为柔性接触网和刚性接触网。习惯上，由于接触轨是沿线路敷设的与轨道平行的附加轨，故又称第三轨，而采用架空方式时才称为接触网。直流接触轨也有上部接触、下部接触、侧面接触三种方式，而以下部接触为佳。表１－５所示为国内部分轨道交通的供电制式及馈电方式。上一页下一页返回１.６城市轨道交通供电系统的组成１.６.３城市轨道交通动力照明系统城市轨道交通动力照明系统如图１－２８所示。动力照明系统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，其中包括通信、信号、事故照明和计算机系统等许多一级负荷。这些一级负荷均与城市轨道交通正常运营密不可分，所以在设计、设备选型和施工过程中都应对动力照明系统给予足够的重视。城市轨道交通降压变电所与城市网络１０ｋＶ变电所一样，都是将中压电经变压器变为３８０Ｖ／２２０Ｖ电源供动力照明负荷用电。在引入电源方面，每座降压变电所均从中压环网引入两路电源，有条件时还应从相邻变电所或市电引一路备用电源，对于特别重要的负荷（如控制系统计算机设备等负荷）还应设蓄电池作为备用电源。上一页返回１.７城市轨道交通迷流及防护措施１.７.１迷流的定义直流牵引供电系统在理想的情况下，牵引电流由牵引变电所的正极出发，经由接触网、电动列车、走行轨和回流线返回牵引变电所的负极。但由于钢轨与道床等结构之间的绝缘电阻不是无限大，这样势必造成流经钢轨的牵引电流不能全部经钢轨流回牵引变电所的负极，有一部分牵引电流会泄漏到道床等结构钢上，然后经过大地流回牵引变电所的负极，这部分泄漏电流因大地土壤的导电性质及地下金属管道的位置不同，可以分布很广，故称为“迷流”或“杂散电流”。直流牵引杂散电流示意图如图１－２９所示。下一页返回１