01、城市軌道交通供電系統介紹

城市軌道交通供電系統是為城市軌道交通運營(yíng)提供所需電能的系統，不僅為城市軌道交通電動(dòng)列車(chē)提供牽引用電，而且還為城市軌道交通運營(yíng)服務(wù)的其他設施提供電能，如照明、通風(fēng)、空調、給排水、通信、信號、防災報警、自動(dòng)扶梯等，應具備安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、調度方便和經(jīng)濟合理等特點(diǎn)。

在城市軌道交通的運營(yíng)中，供電一旦中斷，不僅會(huì )造成城市軌道交通運輸系統的癱瘓，還會(huì )危及乘客生命與財產(chǎn)安全。因此，高度安全可靠而又經(jīng)濟合理的電力供給是城市軌道交通正常運營(yíng)的重要保證和前提。

城市軌道交通的用電負荷按其功能不同可分為兩大用電群體。

一是電動(dòng)客車(chē)運行所需要的牽引負荷。

二是車(chē)站、 區間、車(chē)輛段、控制中心等其他建筑物所需要的動(dòng)力照明用電，諸如：通風(fēng)機、空調、自動(dòng)扶梯、電梯、水泵、照明、AFC系統、FAS、BAS、通信系統、信號系統等。

在上述用電群體中， 有不同電壓等級直流負荷、不同電壓等級交流負荷，有固定負荷、有時(shí)刻在變化的運動(dòng)負荷。每種用電設備都有自己的用電要求和技術(shù)標準，而且這種要求和標準又相差甚遠。城市軌道供電系統就是要滿(mǎn)足這些不同用戶(hù)對電能的不同需求，以使其發(fā)揮各自的功能與作用。

02、城市軌道交通供電系統的組成

城市軌道交通供電系統一般包括外部電源 、主變電所（或電源開(kāi)閉所）、牽引供電系統、動(dòng)力照明供電系統、電力監控系統。其中，牽引供電系統包括牽引變電所和牽引網(wǎng)，動(dòng)力照明供電系統包括降壓變電所和動(dòng)力照明配電系統。

城市軌道交通供電系統中一般設置三類(lèi)變電所，即主變電所（分散式供電方式為電源開(kāi)閉所）、降壓變電所及牽引降壓混合變電所。

主變電所是指采用集中供電方式時(shí)，接受城市電網(wǎng)35kV及以上電壓等級的電源，經(jīng)其降壓后以中壓供給牽引變電所和降壓變電所的一種地鐵變電所，是專(zhuān)為城市軌道交通系統提供能源的樞紐。

降壓變電所：從主變電所(電源開(kāi)閉所)獲得電能并降壓變成低壓交流電，為車(chē)站、隧道動(dòng)力照明負荷提供電源。

牽引變電所：從主變電所（電源開(kāi)閉所）獲得電能，經(jīng)過(guò)降壓和整流變成電動(dòng)列車(chē)牽引所需要的直流電。

F1、F2-城市電網(wǎng)發(fā)電廠(chǎng);

B1、B2、B3-城市電網(wǎng)區域變電所;

B4、B5一地鐵牽引變電所;

B6-地鐵降壓變電所。

03、外部電源系統--城市電網(wǎng)

城市軌道交通作為城市電網(wǎng)的一個(gè)用戶(hù)，一般都直接從城市電網(wǎng)取得電能，無(wú)需單獨建設電廠(chǎng)，而城市電網(wǎng)的電能來(lái)源于各種發(fā)電廠(chǎng)。城市電網(wǎng)對城市軌道交通進(jìn)行供電，供電結構通常有集中供電、分散供電和混合供電。

（1）集中式供電

在城市軌道交通沿線(xiàn)，根據用電容量和線(xiàn)路長(cháng)短，建設專(zhuān)用的主變電所。主變電所進(jìn)線(xiàn)電壓一般為110kV，經(jīng)降壓后變成35kV或10kV，供給牽引變電所與降壓變電所。主變電所應有兩路獨立的進(jìn)線(xiàn)電源。集中式供電，有利于城市軌道交通供電形成獨立體系，便于管理和運營(yíng)。采用集中式供電的有上海、 廣州、南京、香港、德黑蘭地鐵等。

（2）分散式供電

在地鐵沿線(xiàn)直接由城市電網(wǎng)引入多路電源構成供電系統。一般為10kV電壓級。分散式供電要保證每座牽引變電所和降壓變電所均獲得雙路電源，要求城市軌道交通沿線(xiàn)有足夠的電源引入點(diǎn)及備用容量。比如沈陽(yáng)地鐵、長(cháng)春輕軌、大連輕軌、北京城鐵、北京八通線(xiàn)、北京地鐵5號線(xiàn)等。

（3）混合式供電

將前兩種供電方式結合起來(lái)，一 般以集中式供電為主，個(gè)別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中式供電的補充，使供電系統更加完善和可靠。北京地鐵一線(xiàn)和環(huán)線(xiàn)、武漢軌道交通工程、青島地鐵南北線(xiàn)程等即為混合式供電方案。

集中式供電的優(yōu)點(diǎn)：

（1）可靠性高，便于集中統一調度和集中管理。

（2）施工方便，維護容易，電纜敷設徑路比較好走。

（3）抑制諧波的效果較好。為減少諧波對電網(wǎng)的影響和危害，一是采用較高脈波（24脈波）整流機組；二是選用較高電壓（110kV）的電源，因為大容量、高電壓電網(wǎng)的承受能力強，同時(shí)國標規定的諧波總畸變率和諧波電壓含有率比小容量、低電壓電網(wǎng)要低得多，而且也有利于今后集中采取高次諧波防治措施。

（4）計費方便、簡(jiǎn)單。采用110kV電壓集中供電方式，運行管理單位與電業(yè)部門(mén)的電度計費在主變電所設總計量就行，不必在各變電所分別計量。

04、城市軌道交通內部供電系統

城市軌道交通內部供電系統主要由動(dòng)力照明供電系統和牽引供電系統組成。一條軌交線(xiàn)的降壓供電系統有多個(gè)降壓變電站，每個(gè)車(chē)站設1~2座，為車(chē)站用戶(hù)和負荷供電，包括：通信、信號、車(chē)站照明、AFC、FAS、BAS、商業(yè)用電等等。牽引供電系統為城軌列車(chē)供電，每隔3~5 k m設一個(gè)牽引變電站。

（1）動(dòng)力照明供電系統

動(dòng)力照明供電系統:提供車(chē)站和區間各類(lèi)照明、扶梯、風(fēng)機、水泵等動(dòng)力機械設備電源和通信、信號、自動(dòng)化等設備電源，由降壓變電所和動(dòng)力照明配電線(xiàn)路組成。

a. 降壓變電所：將三相電源進(jìn)線(xiàn)電壓（10kV）降壓為三相380V交流電，提供機電設備如風(fēng)機、水泵等動(dòng)力用電，也可稱(chēng)為動(dòng)力變電所。

b. 配電所：配電所（室）起電能分配作用，將降壓變電所引入的三相交流380V和單相220V交流電，分別供給動(dòng)力、照明設備。車(chē)站配電所負責車(chē)站電能配置，區間配電所負責車(chē)站兩側區間動(dòng)力與照明用電配電。

c. 配電線(xiàn)路:配電所(室)與用電設備之間的連接線(xiàn)路。

（2）牽引供電系統

牽引供電系統：牽引變電所將三相高壓交流電變成適合電動(dòng)車(chē)輛應用的低壓直流電。饋電線(xiàn)再將牽引變電所的直流電送到接觸網(wǎng)上，電動(dòng)車(chē)輛通過(guò)其受流器與接觸網(wǎng)的直接接觸而獲得電能。

a. 牽引變電所：對軌道交通某一供電區段提供牽引電能的變電所;

b. 接觸網(wǎng)：分架空線(xiàn)和接觸軌兩種受流方式，對軌道交通列車(chē)供電的導線(xiàn)；

e. 饋電線(xiàn)：從牽引變電所向接觸網(wǎng)輸送牽引電能的導線(xiàn)；

d. 軌道電路：利用走行鋼軌作為牽引電流回路；

e. 回流線(xiàn)：供牽引電流從鋼軌返回牽引變電所的導線(xiàn)。

牽引供電系統兩種運行方式：

（1）正常運行：雙邊供電

正線(xiàn)各供電區間，均由相鄰牽引變電所雙邊供電，車(chē)輛段內接觸網(wǎng)由車(chē)輛段牽引變電所供電，停車(chē)場(chǎng)內接觸網(wǎng)由停車(chē)場(chǎng)牽引變電所供電。

（2）任一牽引變電所解列時(shí)的運行方式-大雙邊供電

當任一 牽引變電所解列（不含線(xiàn)路端頭牽引變電所），由相鄰變電所越區“大雙邊供電。當正線(xiàn)線(xiàn)路端頭的牽引變電所解列，分別由相鄰的牽引變電所單邊供電。

05、供電系統的要求

（1）供電系統必須可靠

城市軌道交通電動(dòng)列車(chē)和車(chē)站設備都是為乘客提供服務(wù)的設備，在運營(yíng)過(guò)程中，一旦供電中斷，受影響最大的是行車(chē)和客運兩個(gè)部門(mén)。所以城市軌道交通供電系統，必須具有高度的可靠性。為此，各變電站采用兩路進(jìn)線(xiàn)，并互為備用；電源容量設計時(shí)應為發(fā)展留有余地；而且應選用先進(jìn)、可靠的電氣設備，采用模塊化的計算機控制系統，實(shí)現實(shí)時(shí)監控，調度自動(dòng)化的運行模式；以專(zhuān)人定時(shí)巡視檢查為輔助手段。

（2）供電系統必須滿(mǎn)足不同用戶(hù)的需求

地鐵系統是一個(gè)重要的用電負荷。按規定應為一級負荷，即應由兩路電源供電，當任何一路電源發(fā)生故障中斷供電時(shí)，另一路應能保證地鐵重要負荷的全部用電需要。在地鐵供電系統中牽引用電負荷為一級負荷，而動(dòng)力照明等用電負荷根據它們的實(shí)際情沉可分為一級、二級或三級負荷。

按供電對象的重要性，將供電系統分成三級符合：

一級負荷：城市軌道交通電動(dòng)列車(chē)、通信、信號設備、消防設備等用戶(hù)，必須確保不間斷供電。為此，必須采取兩路電源供電，當任何一路電源失電后，應自動(dòng)、迅速切換至另一路電源。

二級負荷：城市軌道交通車(chē)站照明、自動(dòng)扶梯等用戶(hù)，應確保連續供電，萬(wàn)一停電后會(huì )影響客運服務(wù)質(zhì)量，但并不影響列車(chē)運行安全。設計時(shí)，一般采用二路進(jìn)線(xiàn)電源，再分片分區供給。

三級負荷：城市軌道交通的商業(yè)用電、廣告照明等用戶(hù)，應確保其正常供電這些用戶(hù)并直接不影響客運服務(wù)質(zhì)量，其用電可根據電網(wǎng)負荷情況講行調整。

按用戶(hù)負荷變化及用途可作以下分類(lèi)：

① 負荷變化不大的低壓交直流負荷

此類(lèi)負荷要求有很高的供電可靠性和良好的供電質(zhì)量。如變電站控制設備的低壓交直流負荷。

② 負荷變化大的直流供電

它們對供電、供電設備的可靠性要求高，用電量隨客運的高峰低谷變化而變化。如客運列車(chē)，它是城市軌道交通供電系統中的最主要負荷，而且是直流負荷。在夜間列車(chē)停運時(shí)，負荷為零。

③ 負荷變化大的交流供電

車(chē)站用戶(hù)多為低壓用戶(hù)，如車(chē)站電梯和自動(dòng)扶梯、環(huán)控設備、照明、售檢票系統、消防報警系統、給排水系統、通信、信號等。這些用戶(hù)，在客運時(shí)段是用電高峰列車(chē)停運時(shí)段是用電低谷，而且必須向通信、信號專(zhuān)業(yè)設備提供24h不間斷的連續供電。

④ 夜間用電

停車(chē)場(chǎng)的車(chē)輛維修作業(yè)區等夜間用電用戶(hù)。白天列車(chē)運行的時(shí)間段，由于絕大部分的電動(dòng)列車(chē)都在正線(xiàn)運行，因此，列車(chē)檢修用電是低谷，反之在夜間客運終止，回庫列車(chē)的檢修作業(yè)用電是高峰時(shí)段。

⑤ 非重要用戶(hù)

車(chē)站商業(yè)等不直接影響運營(yíng)質(zhì)量的用戶(hù)， 盡管其用電量較大，但這些用戶(hù)的列車(chē)運營(yíng)沒(méi)有直接關(guān)系，我們將這些用戶(hù)歸類(lèi)為非重要用戶(hù)。

綜上所述，城市軌道交通供電系統，必須依據不同用電需求區別對待，即重要的一級負荷：二路電源供電，并能自動(dòng)切換。二級負荷：也是二路電源進(jìn)線(xiàn)分片分區供給。三級負荷：一路電源供電在供電能力緊張，停止三級負荷供電，只有這樣才能滿(mǎn)足和保障用戶(hù)的用電要求，實(shí)現城市軌道交通運營(yíng)的正常進(jìn)行。

06、城軌供電系統的供電制式

城軌供電系統的供電制式是指供電系統向電動(dòng)車(chē)輛或電力機車(chē)供電所采用的方式，主要包括：電流制式、電壓等級和饋電方式。

（1）電流制式

城市軌道交通的牽引供電系統幾乎毫無(wú)例外地都采用較低電壓等級的直流電流供電制式。

采用直流制式的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1）由于直流制供電無(wú)電抗壓降，因而比交流制供電的電壓損失小。

2）電網(wǎng)的供電范圍（距離）、電動(dòng)車(chē)輛的功率都不大，均不需太高的供電電壓。

3）城市軌道交通和地鐵的供電線(xiàn)路都處在城市建筑群之間，供電電壓不宜過(guò)高，以確保安全。

4）直流制供電的對象，即早期使用的直流牽引電動(dòng)機和近期采用的變頻調速異步牽引電動(dòng)機均具有良好的起動(dòng)和調速特性，可充分滿(mǎn)足電動(dòng)車(chē)輛牽引特性的要求。

（2）電壓等級

世界各國城市軌道交通的供電電壓均在 550~ 1500V之間，其中間檔級很多，這是由各種不同交通形式、不同發(fā)展歷史時(shí)期造成的?，F國際電工委員會(huì )擬定的電壓標準為: 600V、 750V、 1500V三種，后兩種電壓為推薦值。我國國標亦規定為750V和1500V，不推薦600V電壓等級。

（3）饋電方式

牽引網(wǎng)的饋電方式有架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種方式。電壓等級與饋電方式是牽引網(wǎng)供電制式的關(guān)鍵點(diǎn)，兩者密切相關(guān)。對于一個(gè)具體的城市，電壓等級與饋電方式的選擇，應該結合起來(lái)，統一考慮。我國牽引網(wǎng)供電制式可以選擇以下四種方式：直流1500V架空接觸網(wǎng)、直流1500V接觸軌、直流750V架空接觸網(wǎng)、直流750V接觸軌。

列車(chē)受電普遍采用兩種方式：

1、架空接觸網(wǎng)供電 。這個(gè)和高鐵比較相似，地鐵隧道上方架設剛性或彈性裝置、懸掛接觸網(wǎng)，車(chē)輛通過(guò)受電弓從接觸線(xiàn)中獲取電流，多采用1500伏電壓。

此法安全系數高，但技術(shù)含量大，鋪設難度大，費用高昂。廣州、上海等城市的地鐵線(xiàn)路用此法。

2、第三軌供電。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是從地上取電，供電不是列車(chē)軌道，而是與軌道平行的第三軌，通常是用較輕的工型鋼。但也有例外（北京地鐵采用60公斤/米的標準工型鋼）。電壓750V。

車(chē)輛通過(guò)集電裝置與接觸軌接觸取電，接觸軌外設有防護罩保障安全。根據接觸面的位置不同，可分為上部授流、下部授流和側部授流接觸軌。

此法不太安全，但價(jià)格低廉，技術(shù)含量低，易于鋪設。另外，英國倫敦采用的四軌供電，即在鐵道中央在鋪設一條零線(xiàn)軌，是三軌的變種。

建造較早的地鐵基本上都是三軌供電。例如：北京、天津、莫斯科、平壤、基輔、東京（部分）、大阪（部分）等等。

注：地鐵采用以上哪種供電方式，要考慮城市特點(diǎn)、客流大小、列車(chē)編組、美觀(guān)需求等各方面因素。

7、電力監控系統SCADA組成及功能介紹

電力監控系統SCADA：保證控制中心對主變電所、牽引變電所、降壓變電所等供電設備運行狀態(tài)監視、控制和數據采集。

（1）遙控功能

① 選點(diǎn)式操作，即單控。調度員可根據站名、開(kāi)關(guān)號以及動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行選擇操作。

② 選站式操作，調度員通過(guò)對所控站名、動(dòng)作狀態(tài)的選擇，按系統的運行方式發(fā)出指令，進(jìn)行停送電操作。

③選線(xiàn)式操作，調度員對運行線(xiàn)名、動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行選擇，實(shí)現全線(xiàn)停送電操作。

（2）遙測功能

控制中心對各變電所的量值遙測。遙測的主要參數包括進(jìn)線(xiàn)、母線(xiàn)、饋線(xiàn)的電壓、電流、有功電度、無(wú)功電度、有功功率、無(wú)功功率及主變壓器溫度等。

（3）遙信功能

變電所的各種實(shí)時(shí)信息，包括斷路器開(kāi)關(guān)的位置、保護信號和預告信號，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò )傳輸到控制中心，并顯示在模擬屏上。

（4）其他功能

自檢功能、顯示功能、數據處理功能、打印功能、漢字功能、口令功能、培訓功能。