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模块6 城市轨道交通供电系统
了解城市轨道交通供电系统的基本要求。
掌握城市轨道交通供电系统的供电原理。
掌握城市轨道交通供电系统牵引网供电的制式。
掌握城市轨道交通供电系统的构成。
学习目标
了解城市轨道交通供电系统的功能。
城市轨道交通供电系统的功能和要求
CONTENETS
6.3
6.2
6.1
城市轨道交通供电系统的供电原理与方式
城市轨道交通供电系统的构成
城市轨道交通供电系统的功能和要求
6.1
城市轨道交通供电系统是由电力系统经高压输电网、主变电所降压、配电网络和牵引变电所降压、整流等环节向城市轨道交通系统输送电力的能源系统。由于城市轨道交通系统与一般电力用户有很大区别，因此其供电系统的功能、要求和供电原理等也存在一定的特殊性。
城市轨道交通供电系统是城市轨道交通运营的动力源泉，负责为电动列车提供牵引用电，为车站、区间、车辆段、控制中心等建筑物提供动力和照明用电。因此，其应具备安全可靠、经济适用、调度方便的特点，具备供电服务，故障自救，自我保护，防误操作，灵活调度，控制、显示和计量，电磁兼容等功能。
6.1.1 城市轨道交通供电系统的功能
为城市轨道交通安全运营服务是城市轨道交通供电系统的最基本功能，即为所有用电设备提供安全、可靠的电能。城市轨道交通系统中的用电设备既有风机、水泵、照明灯具等固定设备，也有运动着的列车，这些设备的电压等级、制式不同，对电源的要求也不同。城市轨道交通供电系统就是为这些用电设备提供合格的电能，使其正常运行，保证城市轨道交通的安全运营。
1. 供电服务功能
系统的安全性、可靠性是供电系统的首要要求，城市轨道交通供电系统应设置必要的备用措施，以保证供电系统发生任何一种故障时都不影响城市轨道交通的正常运行。双电源是城市轨道交通供电系统的主要原则，两路电源互为备用，一路电源发生故障时，另一路电源应能满足系统正常供电的要求。
2. 故障自救功能
城市轨道交通供电系统应设置完整、协调的保护措施，各级保护应相互配合和协调，保护装置应满足可靠性、灵敏性、速动性、选择性的要求。在系统某处发生故障时，应使最近的保护装置动作，只切除故障部分的设备，从而缩小故障影响范围。
01
防止误操作是保证系统安全、可靠运行所不可缺少的环节。供电系统中任何一个环节的操作都应有相应的联锁条件，避免因误操作而发生故障。
01
3. 自我保护功能
4. 防误操作功能
城市轨道交通供电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，实现系统在更加经济合理的模式下运行。
01
城市轨道交通供电系统应能方便地进行各种控制操作，各环节的运行状态应有明确的显示，各种电量的测量和电能的计量应准确。另外,城市轨道交通供电系统应具备远距离控制、监视和测量功能，即在控制中心可根据运行需要方便地进行调度，提高系统运行的经济性。
01
5.灵活调度功能
6.控制、显示和计量功能
城市轨道交通处于强电、弱电多个系统共存的电磁环境中，为了使各种设备或系统在这个电磁环境下能正常工作且不对该环境中的其他设备、装置或系统造成不能承受的电磁干扰，各种电气和电子设备的系统内部及和其他系统之间的电磁兼容显得尤为重要。供电系统既是电磁干扰源，又是电磁敏感设备，因此要在技术上采取措施抑制干扰，提高抗干扰能力。
7.电磁兼容功能
由于城市轨道交通供电系统对保证城市轨道交通正常、安全运行起到很大的作用，因此其应满足安全可靠、经济适用和满足不同用户需求的基本要求。
6.1.2 城市轨道交通供电系统的基本要求
1. 供电系统必须安全可靠
城市轨道交通电动列车和车站设备都是为乘客提供服务的设备，它们在运营过程中，一旦发生供电中断，受影响最大的是行车和客运两个部门。因此，城市轨道交通供电系统，必须具有高度的安全可靠性，以保证供电的连续性和稳定性。为此，各变电站均采用两路进线，并互为备用；电源容量设计时应为发展留有余地；应选用先进、可靠的电气设备，采用模块化的计算机控制系统，实现实时监控、调度自动化的运行模式；以专人定时巡视检查来进一步保障供电运行的安全可靠。
经济是指在满足供电系统的安全可靠的前提下，实现项目全生命周期内供电系统费用的最低化。经济性不但要求节省初期的工程投资，还要求尽量降低运营成本，以保证项目全生命周期内实现最佳的技术经济效果。
适用是指城市轨道交通供电系统的建设应满足业主的建设目的和对性能的要求。这项要求主要通过系统设计来实现。
2.供电系统必须经济适用
无论是车站还是列车的用电设备，对供电都有不同的要求，为了分析其用电要求，首先应对供电负荷进行分类。根据供电对象的重要性可将用电负荷分为三类。负荷的具体分类及应满足的相关供电要求如下。
（1）一级负荷。一级负荷必须连续供电，不可间断，一旦停电将造成重大人员伤亡和经济损失。城市轨道交通电动列车、通信、信号设备、车站通风、消防设备等属于一级负荷，必须确保不间断供电。为此，必须采取两路电源供电，当任何一路电源失电后，应自动、迅速切换至另一路电源。除由两个电源供电外，还应增设应急电源，并严禁将其他负荷接入应急供电系统。可作为应急电源的有独立于正常电源的发电机组、供电网络中独立于正常电源的专用的馈电线路、蓄电池、干电池。
3.供电系统必须满足不同用户的需求
（2）二级负荷。二级负荷为不可停电负荷，一旦停电将造成较大人员伤亡和经济损失。城市轨道交通车站照明、自动扶梯等设备属于二级负荷。对于二级负荷，应确保连续供电，如果停电会在一定程度上影响客运服务质量，但并不会影响列车运行安全。设计时，一般采用二路进线电源，再分片分区供电。
3.供电系统必须满足不同用户的需求
（3）三级负荷。三级负荷是除一、二级负荷以外的负荷。城市轨道交通的商业用电、广告照明等设备属于此类负荷。对于三级负荷，应确保其正常供电，在维修保养或其他必要期间（如负荷高峰）可以停电。停电后不会影响客运服务质量和列车运行，其用电可根据电网负荷情况进行调整。
城市轨道交通供电系统必须依据不同的用电需求区别对待，才能满足和保障用户的用电需求，实现城市轨道交通的正常运营。
3.供电系统必须满足不同用户的需求
城市轨道交通供电系统的供电原理与方式
6.2
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（从发电厂经升压、高压输电网、区域输电网、区域变电站至主降压变电所部分通常被称为城市电网一次电力系统）和轨道交通供电系统实现输送或变换，最后以适当的电流形成（直流或交流）和电压等级供给用电设备。其中，牵引供电系统和动力照明系统是城市轨道交通供电系统中最主要的组成部分。城市轨道交通供电原理如图6-1所示。
城市轨道牵引变电所的电源进线来自两个区域变电所或来自一个区域变电所的两路独立电源，当一路电源失压时，另一路电源自动切入，使轨道交通系统能获得不间断的电源。
6.2.1 城市轨道交通供电系统的供电原理
图6-1城市轨道交通供电原理
6.2.2 牵引网供电制式
牵引网供电制式是指轨道交通的供电系统向电动车组或电力机车供电所采用的电流制式、电压等级等。一个地区的轨道交通牵引供电制式，影响到整个线网的供电设施和车辆配置、城市景观、居民出行的方便、城市轨道交通工程建设的投资和效益等，其具有重要的社会意义和经济意义。
目前城市轨道交通电力机车基本上都采用直流制。直流馈电方式不但适用于电阻启动控制方式，也适用于斩波调压和变频调压等电子控制方式。采用直流供电的电动车辆具有调速范围大、调速方便、易于控制、启动制动平稳、接触网简单、节约投资、电压质量高等优点。
1.牵引网的电流制
目前，世界上城市轨道交通中的直流牵引电压等级繁多，如570 V、600 V、625 V、650 V、700 V、750 V、780 V、825 V、900 V、1 000 V、1 100 V、1 200 V、1 500 V、3 000 V，其发展趋向是国际电工委员会（International Electrotechnical Commission，IEC）所制定的标准中的600 V、750 V和1 500 V，而我国国家标准规定为750 V、1 500 V两种，其电压允许波动范围分别为500~900 V、1 000~1 800 V。在选择电压等级时，要结合系统馈电方式，根据车辆、线路等工程特点综合比较确定。
2.牵引网的电压等级
电压等级与馈电方式是牵引网供电制式中的关键点，两者密切相关。对于一个具体的轨道交通工程，电压等级与馈电方式的选择应该结合起来统一考虑。牵引网的馈电方式有架空接触网和接触轨两种方式，我国牵引网供电制式有直流1 500 V架空接触网、直流1 500 V 接触轨、直流750 V架空接触网、直流750 V接触轨四种方式。
与750 V电压等级相比，1 500 V电压等级的供电距离更远，电压损失和电能损耗更小，但防护要求也更高。在我国早期城市轨道交通项目中，1 500 V电压等级主要用于架空接触网，但随着支撑材料和防护材料的不断发展，目前在接触轨系统中也大量应用，而且直流1 500 V 接触轨在供电能力、施工难度、对城市景观的影响等诸多方面都更有优势。
3.牵引网馈电方式及其与电压等级的关系
城市轨道交通供电系统的构成
6.3
城市轨道交通供电系统包括外部电源、主变电所或电源开闭所、牵引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统、杂散电流腐蚀防护系统，其中，牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网系统，动力照明供电系统包括降压变电所和动力照明。
6.3.1 外部电源
城市轨道交通供电系统的外部电源就是为系统的主变电所或电源开闭提供电力的外部城市电网电源，它包括发电厂、高压输电线路和区域变电所。城市轨道交通供电系统作为城市电网的特殊用户，一条线路的用电范围是10~40 km，负荷呈线状分布。
根据线路和城市电网的实际情况，城市轨道交通供电系统外部电源的供电方式有集中式供电、分散式供电和混合式供电。
集中式供电是指由城市轨道交通供电系统的主变电所引入两路独立的电源，降压后经中压网络集中为牵引变电所和降压变电所提供电力的外部电源供电方式，如图6-2所示。主变电所进线电压一般为110 kV，经降压后变成35 kV或10 kV进入中压网络。每个牵引变电所和降压变电所均从中压网络获得两个独立的引入电源。
1.集中式供电
图6-2集中式供电
分散式供电是指在轨道交通沿线由城市中压电网通过电源开闭所向牵引变电所和降压变电所分散供电，或直接由城市中压电网向牵引变电所和降压变电所供电的外部电源供电方式，如图6-3所示。分散式供电一般从城市电网引入10 kV中压电源，但也有少量的35 kV 中压电源。
2. 分散式供电
图6-3分散式供电
混合式供电是指以集中式供电为主、以分散式供电为辅，或以分散式供电为主、以集中式供电为辅的供电方式，是介于集中式供电和分散式供电之间的一种混合供电方案。
3. 混合式供电
6.3.2 主变电所或电源开闭所
主变电所适用于外部电源集中供电方式，其功能是接受城市电网高压电源经降压向牵引变电所和降压变电所提供中压电源。电源开闭所适用于外部电源分散供电方式，一般与车站牵引（或降压）变电所合建，其功能是接受城市高压电源为牵引变电所和降压变电所转供中压电源。
主变电所至少应设置两台变压器，有开关电路的开关设备，汇集电流的母线，计算和控制互感器、仪表、继电保护装置和防雷保护装置、调度通信装置等。电源开闭所通常由开关柜、母线、控制和保护装置等设备组成。
牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网，其功能是将交流中压电压经降压整流变成直流1 500 V或直流750 V电压，为电动列车提供牵引供电。图6?4为牵引供电系统示意图。
区域变电所或主变电所将供电部门送来的三相高压交流电降压为所需电压等级10 kV，将它通过三相线路送到牵引变电所，再降压并整流为适于电动车组工作的1 500 V或750 V直流电。这种直流电通过电动车组受流装置与接触网或接触轨滑动接触将直流电引入电动车组。工作后的电流经车体、轮对、轨道由回流线流回牵引变电所。
6.3.3 牵引供电系统
图6-4牵引供电系统示意图
（1）牵引变电所的功能。牵引变电所的功能是将由区域变电所或主变电所获取的中压电压等级为35 kV或10 kV 的电能，经降压与整理变换为可供列车牵引用的直流电1 500 V或750 V，并以直流电的形式把电能经馈电线送至接触网。
（2）牵引变电所的组成。牵引变电所主要由交流开关柜、整流变压器、整流器、直流开关柜、交直流屏和钢轨电位限制器等设备组成，其主要设备是整流变压器和整流器。
1. 牵引变电所
（3）牵引变电所的设置。牵引变电所的容量与设置距离应根据牵引供电计算结果，进行经济技术分析比较后确定。牵引变电所沿线路布置，每一个牵引变电所有一定的供电范围。供电距离过长会使末端电压过低及电能损耗过大；供电距离过短又会使变电所数目太多而不经济。一般相邻牵引变电所之间的距离为2~4 km。牵引变电所分为正线牵引变电所和车辆段或停车场牵引变电所。其中，正线牵引变电所又分为车站牵引变电所和区间牵引变电所。牵引变电所一般采用在建筑物内设变电所的形式，也有少量的箱式牵引变电所。
1. 牵引变电所
（4）牵引变电所的供电方式。由于轨道交通运输的重要性，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，因此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。又由于轨道交通线路分布范围较广，通常需要在轨道沿线设置多个牵引变电所向它供电，再加上电源线路的具体分布情况不同，因此牵引变电所的供电方式复杂多样，但可以将它们归纳为以下几种典型的供电方式。
1. 牵引变电所
①环形供电。将两个或两个以上的地区变电所（或地铁主变电所）与所有的牵引变电所用输电线联成一个环形进行供电的方式称为环形供电，如图6-5所示。环形供电可靠性好，当任一输电线或电源发生故障时都不影响牵引变电所的正常供电。但因牵引变电所一次侧进出线多且开关多，继电保护复杂，会使成本增加。
1. 牵引变电所
图6-5环形供电
②双边供电。电源来自电力系统的两个地区变电所，给城市轨道交通供电的输电线是联络这两个地区变电所的线路，这种供电方式称为双边供电，如图6-6所示。根据可靠性的要求及实际情况，双边供电可分为双路输电线和单路输电线两种方式。但不论采用哪种方式，各路输电线的容量应不小于相关牵引变电所的容量之和。单路输电线方式一次侧进出开关少，投资也少，但供电可靠性不及双路输电线方式。当采用双路输电线方式时，即使一路输电线或一路电源出现故障，也不会导致牵引变电所失电。
1. 牵引变电所
图6-6双边供电
③单边供电。当轨道沿线附近只有一侧有电源时，需采用单边供电，如图6-7所示。单边供电较环形供电的可靠性差，因此为了提高可靠性，应用双回路输电线供电。单边供电设备较少，投资也少。在单边供电的情况下，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入一个，这样可以减少进线的数目，降低变电所的投资。
1. 牵引变电所
图6-7单边供电
④放射式供电。放射式供电是指每个牵引变电所用两路独立输电线与地区变电所连接，供电方式如图6-8所示。这种接线方式适合于轨道线路成弧形的情况。这种接线方式比较简单，但当主降压变电所停电时，全线将停电。
1. 牵引变电所
图6-8放射式供电
2.牵引网
牵引网是城市轨道交通供电系统中向电动车组供电的直接环节，包括接触网、馈电线、电分段、轨道和回流线。
接触网是沿轨道线路敷设，专为电动车组提供电能的系统。接触网有柔性接触网和刚性接触网之分，柔性接触网和刚性接触网悬挂在轨道上方，接触轨一般布置在行车方向的左侧，岔道区等个别区段布置在右侧。电动车组通过受电弓或集电靴和接触网保持滑动接触，将电能从接触网引进电动车组，获得牵引动力和其他车载电器所需的电能。馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，它将牵引变电所输出的满足牵引制式的电能馈送给接触网。将接触网从电气连接上分开的装置，为了便于检修和缩小事故范围，将接触网分成的若干段称为电分段。城市轨道交通供电系统的回流轨一般不单独设置，而是利用走行钢轨兼作回流用。因此，导航用的轨道还需要具有畅通导电的能力。回流线是连接轨道和牵引变电所的导线，负责把轨道中的回路电流导入牵引变电所。
2.牵引网
1
没有备用线路
结构复杂，技术要求高
2
3
2. 牵引网
在牵引网的构成环节中，接触网的作用最为重要，要求也更严格，下面具体介绍一下接触网。
（1）接触网的工作特点。接触网没有备用线路，经常处于动态运动中，且结构复杂、技术要求高。其具体工作特点如下：
经常处于动态运动中
2.牵引网
（2）接触网的基本要求。城市轨道交通电动车组运行时，由于受电弓滑板或受流器滑靴与接触网形成滑动摩擦接触，因此需要保持一定的接触压力才能保证连续向电动车组供电。电动车组运行时，由于受电弓的振动、接触线不够平直、悬挂零件不符合要求超出接触面等原因，会造成滑板与接触线脱离而形成电弧或碰撞现象，从而发生取流不良、机械损伤或断线事故。因此，为了保证对电动车组的供电效果，对接触网有以下一些基本的要求。
1
接触网在机械结构上应具有稳定性和足够的弹性，安装高度尽量一致，以保证电动车组在高速运行和恶劣的气候条件下正常取流。
2
接触网的设备及零件要有互换性，应具有较强的耐磨性和抗腐蚀能力，以延长接触网的使用年限。
接触网的结构应尽量简单，以便于施工和利于运营及维修，以及在事故情况下的抢修和迅速恢复送电工作。
3
2.牵引网
4
接触网的建设应注意节约有色金属及钢材，以降低成本。
1
承担所属线路的车辆停放、清洁、列检工作。
2
承担所在线路车辆的定修（年检）及以下车辆检查维修和临修工作。
承担所属线路和由多条联络线互相沟通的线路架修、大修工作。
3
2. 车辆段
4
承担车辆部件的检测、修理工作，满足车辆各修程对互换部件的需求。其维修能力的设置也可使其成为地铁网络的车辆部件维修点，为其他车辆段服务。
车辆段是城市轨道交通系统中对车辆进行运用管理、停放及维修保养的场所。车辆段除具有停车场的功能外，还是对城市轨道交通车辆进行较大修程的场所。车辆段主要拥有以下功能：
（3）接触网的分类。接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网两种，如图6-9所示。
2. 车辆段
图6-9接触网的分类
①架空式接触网。架空式接触网是架设在走行轨上部的接触网，由电动列车顶部伸出的受电弓与之接触取得电能。按照不同的分类方式，架空式接触网又可分为以下几种不同的种类。
2. 车辆段
a.按线路形式可分为地面架空式接触网和隧道架空式接触网。
·地面架空式接触网。地面架空式接触网主要包括接触悬挂装置、支持装置、定位装置、支柱与基础等部分。接触悬挂装置包括承力索、吊弦和接触线，其作用是直接为电动列车提供电流，使其正常运行；支持装置包括腕臂、拉杆和绝缘子，其作用是支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其他建筑物的结构；定位装置包括定位器和定位管，其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内；支柱与基础的作用是用来支承接触悬挂装置和支持装置，并将接触悬挂装置固定在规定高度。地面架空式接触网的组成如图6-10所示。
2. 车辆段
图6-10地面架空式接触网的组成
·隧道架空式接触网。隧道架空式接触网的悬挂方式与地面架空式有所不同，一方面是隧道内不能立支柱，支持装置直接设置在洞顶或洞壁上；另一方面是必须考虑隧道断面、净空高度、带电体对接地体的绝缘距离、导线的驰度等因素的限制。为了减小隧道的净空，需要在隧道内采用一些特殊的支持与固定装置。隧道架空式接触网又可分为柔性悬挂接触网和刚性悬挂接触网。隧道内常用的柔性悬挂接触网有“人”字形、T字形及弹性支架的支持与固定装置等，如图6-11~图6-13所示。
2. 车辆段
2. 车辆段
图6-11隧道内“人”字形支撑装置
图6-12隧道内T字形支持装置
图6-13隧道内弹性支架装置
b.按架空接触网与机车受电弓的配合关系及抬升情况，可分为柔性悬挂接触网和刚性悬挂接触网。
·柔性悬挂接触网。柔性悬挂是指固定的导电体在受流过程中在受电弓（一般不采用集电靴）的作用下有一定程度的变形。
地面架空接触网属于柔性架空接触网，其悬挂形式可采用简单悬挂和链形悬挂，如图6-14和图6-15所示。
2. 车辆段
2. 车辆段
图6-14简单悬挂
图6-15链形悬挂
挂做了很多改进和研究，将其发展成为带补偿装置及弹性吊弦式的简单悬挂，在弹性吊弦悬挂处装设了张力补偿装置，在悬挂点加装8~16 m长的弹性吊弦。
链形悬挂是一种运行性能较好的悬挂形式，它的特点是接触线通过吊弦悬挂到承力索，承力索通过悬吊滑轮悬挂在支持装置的腕臂上，使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，通过调整吊弦长度使接触线在整个跨距内对轨面的高度基本保持一致，减少了接触线在跨距中的驰度，改善了弹性，增加了悬挂重量，提高了稳定性。链形悬挂有简单链形悬挂、弹性链形悬挂、复链形悬挂等多种形式。
2. 车辆段
2. 车辆段
·刚性悬挂接触网。刚性悬挂是指固定的导电体在受流过程中在受电弓或集电靴的作用下基本不变形。汇流排是刚性悬挂的关键部件，一般用铝合金材料制成。刚性悬挂接触网将传统的接触线夹装在汇流排中，用汇流排取代了承力索和馈线，并靠它自身的刚性保持接触线的固定位置，使接触线不因重力而产生较大驰度。刚性悬挂接触网有两种典型代表，即以日本为代表的T形结构和以法国、瑞士等国为代表的∏形结构，如图6-16和图6-17所示。
刚性悬挂所需要的隧道净空小、投资小，而且导电铜线无张力架设，不必设置下锚装置，也不会发生断线事故。刚性悬挂零部件少，载流量大，安全可靠且维护量小，维护成本低，其优越性是柔性悬挂法难以比拟的。
2. 车辆段
图6-16T形刚性悬挂接触网
图6-17∏形刚性悬挂接触网
②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件第三轨，故又称第三轨。电动车组通过转向架上伸出的授流器(集电靴）从接触轨获取电能。接触轨根据授流方式可分为上部授流、下部授流和侧部授流三种形式，如图6-18所示。接触轨多用于净空受限的地下线路，在地面线路也有少量应用。在我国城市轨道交通系统中，架空接触网和接触轨均有采用。
2. 车辆段
图6-18接触轨的形式
架空接触网的安装位置较高，一般情况下乘客及司乘人员不会碰到，安全性较高，所以当牵引网电压等级为1 500 V时宜采用架空接触网。但对于地面线路，架空接触网有可能对城市景观造成影响。接触轨的安装位置较低，有可能被人员碰到而发生危险，所以一般用于空间受限的线路和750 V电压等级牵引网，但随着防护技术的发展，在牵引网电压等级为1 500 V的线路中也有应用。
2. 车辆段
（4）接触网的供电方式。牵引变电所向接触网供电的方式主要根据牵引变电所的分布情况、供电臂的长短、线路状态的供电可靠性而定，通常有单边供电和双边供电两种。
为了能安全、可靠地供电，通常将相邻的两个牵引变电所之间的接触网中央处断开，把两牵引变电所之间的接触网分成相互绝缘的两部分，每一部分都称为供电分区。在供电分区的末端设置有断路器和隔离开关的分区亭，以便对接触网起到分断与保护作用，同时还可以通过分区亭内的开关设备将供电分区联结起来，如图6-19所示。
2. 车辆段
图6-19牵引变电所向牵引网供电的原理
2. 车辆段
每个供电分区的接触网只从一端的牵引变电所获取电流，这种供电方式为单边供电。如果将分区亭开关闭合，则相邻牵引变电所之间的两个接触网供电分区可同时从两个牵引变电所获取电流，这种供电方式称为双边供电。单边供电时，一旦接触网发生故障只影响本供电分区，因此故障范围较小；双边供电虽然可提高供电电压水平，但一旦发生故障，影响范围较大，因此目前较少应用。
当某个牵引变电所发生故障或停电检修时，该变电所承担的供电任务通过分区亭开关闭合，由两侧相邻的牵引变电所负责越区供电。在越区供电方式下，供电末端的接触网或接触轨的电压较低，电能损耗较大，因此要视情况适当减少同时处在该供电区段的列车数目。越区供电只是在特殊情况下短时采用的一种运行方式。
动力照明供电系统由降压变电所和动力照明系统构成，其功能是将中压网络的交流高压电压降压变成交220/380 V电压，为轨道交通系统运营需要的各种机电设备提供低压电源，如图6-20所示。动力照明供电系统的中压侧电压和牵引供电系统的中压侧电压可以一致也可以不一致，国内一般采用10 kV或35 kV。例如，采用混合网络的北京地铁、大连轻轨采用10 kV，广州地铁、南京地铁采用35 kV；采用独立网络的上海地铁1号线、2号线牵引网采用33 kV，而供配电系统采用10 kV。
6.3.4 动力照明供电系统
图6-20动力照明供电系统
降压变电所将三相电源进线电压降为三相380 V交流电。降压变电所可以分成车站降压变电所、车辆段或停车场降压变电所、控制中心降压变电所，可与牵引变电所合建成牵引、降压混合变电所，对于地面轨道交通线路还可以采用厢式降压变电所。
1. 降压变电所
动力照明系统是给车站空调、给排水泵、自动扶梯等动力设备及照明、通信信号、防灾报警、设备监控等设备供电的系统。降压变电所通过配电所(室）将三相380 V和单相220 V交流电分别供给动力照明设备。
2. 动力照明系统
（1）车站用电负荷。根据用电设备的用途和重要性，车站用电负荷分为以下三级。
①一级负荷包括排烟风机、消防泵、主排水泵、自动售检票机、屏蔽门、电力监控、变电所操作电源、防灾报警、通信信号、人防系统、地下车站站台和站厅照明及应急照明等。
②二级负荷包括局部通风机、普通风机、排污泵、自动扶梯、电梯等。
③三级负荷包括空调、冷冻机、热风幕、广告照明、维修电源等。
2. 动力照明系统
（2）对用电负荷供电的技术要求。对三种负荷供电的技术要求如下。
①一级负荷为双电源、双回路，供电末端自动切换，来电自复。
②二级负荷为双电源、单回路，在电源端自动切换，来电自复。
③三级负荷为单电源、单回路，当电源失压时，可以自动切除。
2. 动力照明系统
④对于一级负荷，大功率设备的双电源可以来自变电所两端母线，小功率设备的双电源可以来自不同母线上的配电箱。
⑤对于二级负荷，两路电源，单回路供电，电源在变电所自动切换。
⑥对于三级负荷，由一路电源供电，当一台配电变压器故障解列时，可根据需要自动切除，另一台配电变压器可以承担全部一、二级负荷。
2. 动力照明系统
电力监控系统（supervisor control and data acquisition，SCADA）实现在控制中心（operation control center，OCC）对供电系统进行集中管理和调度、实时控制和数据采集。除利用“五遥”（遥控、遥信、遥测、遥调、遥视）功能监控供电系统设备的运行情况，及时掌握和处理供电系统的各种事故、报警事件外，还可利用该系统的后台工作站对供电系统进行数据归档和报表统计，以便更好地管理供电系统。
6.3.5 电力监控系统
SCADA系统的作用主要有在线监控、经济调度、安全分析和事故处理等。通过SCADA系统，调度人员在控制中心可以实现对供电系统中各类变电所内的供电设备运行状态的监视、控制及数据采集，直观地了解电力设备的工作状况，确保城市轨道交通供电系统安全、可靠、经济地运行。
1.电力监控系统的作用
（1）在线监控。当城市轨道交通供电系统正常运行时，调度管理人员通过SCADA系统对供电系统的电压、潮流、负荷、设备运行状态及各项工况指标进行监视和控制，以保证供电质量满足用户的用电要求。
（2）经济调度。在实现对供电系统安全监控的基础上，SCADA系统根据供电系统的各类运行参数，对系统进行经济调度，以达到降低损耗、节约电能的目的。
（3）安全分析和事故处理。对供电系统发生事故之前、之后或事故发生时的信息要进行及时的采集、分析和处理，以缩小事故范围。根据历史数据记录和分析，提供事故处理对策和相应的监控手段，尽量在事故发生前作出预警和干预，避免事故发生或减小事故范围，及时处理已发生的事故，以减少事故造成的损失。
1.电力监控系统的作用
自20世纪90年代末开始，随着计算机和通信技术的发展，以计算机为基础的变电所综合自动化技术为供电系统的运行管理带来了一次变革，它为推行变电所无人值班提供了强大的技术支持。SCADA系统则是在变电所综合自动化基础上发展而来的，它包含计算机技术、通信技术、自动控制技术等多方面现代技术。为了确保系统功能的实现和可靠运行，对SCADA系统有如下具体的要
2.电力监控系统的一般要求
（1）SCADA系统在控制中心设置电力调度中心。单独建立的SCADA系统必须在控制中心设置一套中央监控系统，采集各变电所的“三遥”（遥测、遥信、遥视）信息，实现对全线供电系统的远程监控。当SCADA系统集成于综合监控系统时，电力调度中心由综合监控系统统一设计。
（2）中央监控系统的构成方式应该保证系统运行的可靠性，独立建设电力监控系统时，系统中的关键设备，如系统服务器、前置数据处理机、交换机等要进行冗余配置。
（3）为了满足电力调度中心与变电所值班、维护人员的通信需求，在电力调度中心须设置电力调度电话总机，在各变电所内设电力调度分机。主变电所根据当地电力部门的要求装设与上级电力管理部门联系的调度电话。
2.电力监控系统的一般要求
（4）SCADA系统的通信通道必须进行冗余设置，主、备用通信通道应支持手/自动切换功能。在满足通信速率不低于相关规范的要求下，通信接口类型可以选择串口或以太网等。
（5）全线各变电所设置变电所综合自动化系统，各变电所综合自动化系统均可以脱离控制中心独立运行。变电所综合自动化系统为分层、分散式结构。根据设备功能，自动化系统分为间隔设备层、网络通信层、站级管理层。
（6）如果变电所无人值守，且经济条件许可，可在变电所内的主要设备间中设置闭路电视监控装置，在控制中心设置图像监视终端，以实时监视变电所内的情况。
2.电力监控系统的一般要求
（7）SCADA系统软、硬件属于国内成熟产品。因此在选择产品上应该优先选用技术成熟、功能完善、性能优越、国内领先的产品，设备选型应立足于国产化设备。
（8）各级监控网络及系统设备应满足电磁兼容的各项标准和要求。
（9）如果所建设的工程有远期延伸计划，则系统设计时应适度预留远期扩展裕量。
2.电力监控系统的一般要求
SCADA系统既可独立建设，也可集成于综合监控系统，目前后者应用比较广泛。虽然两种类型的SCADA系统在结构上有一定区别，但其基本结构是类似的，都是由电力调度中心主站系统、变电所综合自动化系统、通信信道和供电复示系统组成。
3.电力监控系统的构成
3.电力监控系统的构成
（1）电力调度中心主站系统。电力调度中心主站系统可采用客户/服务网器网络结构，通过以太网形成计算机监控网络，配置专用服务器，采用双机冗余工作方式，并具有软硬件自诊断功能。
电力调度中心主站系统作为全线电力监控系统的中心，可将全线各变电所自动化的信息汇集到实时数据库中，支持各电力操作站的监管功能，支持全线供电 SCADA 功能，并完成历史数据的处理与存储功能。
3.电力监控系统的构成
（2）变电所综合自动化系统。变电所综合自动化系统通过通信信道与电力调度中心进行通信，接受调度中心的控制命令，向调度中心主机传送变电所操作、事故、预告、测量等信息。但变电所综合自动化系统的运行不依赖于中央监控系统，在通信故障时，变电所综合自动化系统可以脱离控制中心独立运行。
3.电力监控系统的构成
（3）通信信道。SCADA系统的通信信道一般由城市轨道交通通信系统统一组建，SCADA系统向通信系统提出通道要求。当通信系统难以为SCADA系统提供通信通道时，SCADA需要建设独立的通信信道。
（4）供电复示系统。供电复示系统通过电力调度中心主站系统采集全线供电系统的各类信息，用于供电系统维护人员监视、统计各类设备的运行数据。
由于在直流牵引系统中走行轨对地存在电位差，而走行轨虽然采用了绝缘安装方式但并不能绝对绝缘，因此会产生泄漏电流，这类电流称为杂散电流。杂散电流会对走行轨、结构体的金属构件、线路周围的埋地金属管线造成电腐蚀，影响构件强度，造成管线穿孔等情况。
6.3.6 杂散电流腐蚀防护系统
目前，国内城市轨道交通都采用直流牵引供电方式，牵引变电所正极通过架空接触网或接触轨为列车送电，再经过走行轨流回牵引变电所负极。由于走行轨自身存在电阻，在列车与牵引变电所之间的部分走行轨会与大地存在电位差，因此部分回流电流不是从走行轨直接回流到负极，而是由走行轨向地泄漏，然后在某些地方重新流回走行轨或直接回到负极。
1.杂散电流的产生
（1）引起接地电位过高。
A
（2）引起框架保护误动作。
B
2.杂散电流的危害
C
（4）引起结构体中钢筋的腐蚀。
杂散电流对城市轨道交通系统来说是一种有害的电流。因为杂散电流不仅会使电气系统的部分地点发生电位变化，而且会对系统内外的金属体产生电腐蚀。归纳起来，杂散电流的危害主要有以下几个方面。
（3）引起走行轨及其附件的腐蚀。
（5）引起线路周围埋地金属管线的腐蚀。
对杂散电流的防护与监测主要从控制杂散电流的产生、设置杂散电流的收集装置、监测杂散电流三个方面进行。
（1）控制杂散电流的产生。杂散电流的防护是以防为主，即从源头上控制和减小杂散电流的产生。杂散电流的大小与走行轨的电位成正比，与走行轨对地泄漏电阻成反比。走行轨电位与牵引变电所的距离、走行轨的纵向电阻、牵引电流有关。所以，控制杂散电流的产生就要从影响杂散电流大小的因素入手，如在变电所设置钢轨电位限制装置来控制钢轨电位；减小钢轨纵向电阻，即减小钢轨纵向电压降；使用绝缘扣件、绝缘垫、绝缘缓冲垫板等增加走行轨与道床之间的绝缘过渡电阻以减小杂散电流。
3.杂散电流的防护与监测
（2）设置杂散电流收集装置。城市轨道交通投入运营的初期，由于杂散电流防护措施到位，能有效限制杂散电流的产生。但随着运行时间的推移，走行轨对地绝缘水平下降，杂散电流有可能超标，此时就要采取必要的措施以降低杂散电流的危害，设置排流装置是有效、可行的方法。因此，在城市轨道交通建设时，适当设置杂散电流收集网及排流装置，以便在必要时将杂散电流引回牵引变电所。
3.杂散电流的防护与监测
（3）监测杂散电流。虽然城市轨道交通已经设置了完善的杂散电流控制措施，并设置了排流装置作为应急措施，但还要加强对杂散电流的监测。对杂散电流监测，一是在杂散电流临时超标时控制排流装置启动，二是在杂散电流经常超标或严重超标时采取措施提高走行轨对地绝缘水平。
3.杂散电流的防护与监测
(1)简述城市轨道交通供电系统的功能和基本要求。
(2)城市轨道交通牵引网供电有几种电压等级？
(3)简述用电负荷的分类。
(4)简述城市轨道交通供电系统的构成。
(5)什么是集中式供电？什么是分散式供电？
思考与练习
(6)简述牵引变电所的供电方式。
(7)简述接触网的工作特点。
(8)简述接触网的分类。
(9)什么是SCADA？SCADA系统有什么作用？
(10)什么是杂散电流？杂散电流有哪些危害？如何减少杂散电流？
思考与练习
Thanks.

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