城市轨道交通再生电能回收技术方案分析与探讨
天津市地下铁道集团有限公司于喆汤尧
摘要：针对目前城市轨道交通中广泛应用的再生制动技术，如果采用车辆吸收电阻吸收地铁列车运行过程中的再生能量，则将带来隧道和站台内的温升问题，同时也增加了站内环控系统的负担，造成大量的能源浪费并使地铁的建设费用和运行费用增加。为了降低隧道洞体和车站内温度并提高洞内空气质量，应当进行再生能量吸收的相关技术系统研究并在地铁工程中使用成熟的再生能量回收装置。本文主要介绍了再生制动能量吸收电阻+逆变装置的设计重点，阐述了该装置工作的基本原理，并对其在变电所中的投运方式进行了探讨。
关键词：城市轨道交通；再生；吸收；技术方案
一、引言
在城市轨道交通车辆应用得较为广泛的调速技术主要有直流斩波调压、再生-电阻制动系统，交流变频变压调速（即VVVF系统）、再生电制动系统。北京地铁已采用了上述两种调速系统的电动客车，上海、广州地铁采用VVVF交流调速系统，重庆、武汉、深圳、天津城轨车辆也均采用VVVF交流调速、再生电制动系统。车辆在运行过程中，由于站间距一般较短，列车起制动频繁，因此要求起动加速度和制动减速度大，制动平稳并具有良好的起动和制动性能。从能量相互转换的角度看，制动能量是相当可观的。由于轨道交通整流设备采用的是二极管整流器，只能单向供电。当列车制动时，再生回馈能量通过机车变频装置向直流电网充电，使直流电网电压升高，当直流电压大于整流器输出电压时，二极管整流器被反向阻断。由于地铁系统的特点是区间距离短、列车运行密度高，这样列车在全线运行过程中必将有频繁的启动、制动过程。根据运营经验，车辆再生制动产生的反馈能量一般为牵引能量的30%甚至更多。而这些再生能量除了按一定比例（一般为20%～80%，根据列车运行密度和区间距离的不同而异）被其它相邻列车吸收利用外，剩余部分将主要被车辆的吸收电阻以发热的方式消耗掉或被线路上的吸收装置吸收。当列车发车密度较低时，再生能量被其他车辆吸收的概率将大大降低。资料表明，当列车发车间隔大于10 min时，再生制动能量被吸收的概率几乎为零，此时绝大部分制动能量将被车辆吸收电阻吸收，变成
热能并向洞内四外散发，这必将使隧道和站内的温度升高。目前国内城市轨道交通在地面采用电阻能耗吸收装置处理列车运行过程中的再生能量，这不仅浪费能量，而且也增加了站内空调通风装置的负担，并使城轨建设费用和运行费用增加。若能将这部分能量储存再利用，这些问题将迎刃而解。
二、可采用的相关技术
为了减少制动能量在列车制动电阻上的耗散，抑制地铁隧道内温度的升高和减少车载设备，国外一般在牵引变电所的直流母线上设置再生制动能量吸收装置，所采用的吸收方案主要包括电阻耗能型、电容储能型、飞轮储能型和逆变回馈型四种方式。电阻耗能型再生制动能量吸收装置主要采用多相IGBT 斩波器和吸收电阻配合的恒压吸收方式，根据再生制动时直流母线电压的变化状态调节斩波器的导通比，从而改变吸收功率，将直流电压恒定在某一设定值的范围内，并将制动能量消耗在吸收电阻上。该装置的优点是控制简单，其主要缺点是再生制动能量消耗在吸收电阻上，未加以利用；而且电阻散热也导致环境温度上升，因此当该装置设置在地下变电所内时，电阻柜需单独放置，而且该房间需采取措施保证有足够的通风量，需要相应的通风动力装置，也增加了相应的电能消耗。
电容储能型是将制动能量吸收到大容量电容器组中，当供电区间有列车需要取流时将所储存的电能释放出去，其主要缺点是要设置体积庞大的电容器组，且电容因频繁处于充放电状态而导致使用寿命短；飞轮储能型的基本原理与电容储能型一样，只是储能元件为飞轮电机，但由于飞轮长时间处于高速旋转状态，且飞轮质量也很大，故摩擦耗能问题严重，飞轮工作寿命短。该类吸收装置的电气系统主要包括储能电容器组或飞轮电机、IGBT 斩波器、直流快速断路器、电动隔离开关、传感器和微机控制单元等。
逆变回馈型再生制动能量吸收装置主要采用电力电子器件构成大功率晶闸管三相逆变器，该逆变器的直流侧与牵引变电所中的整流器直流母线相联，其交流进线接到交流电网上。当再生制动使直流电压超过规定值时，逆变器启动并从直流母线吸收电流，将再生直流电能逆变成工频交流电回馈至交流电网。该吸收装置的电气系统主要包括晶闸管逆变器、逆变变压器、平衡电抗器、交流断路器、直流快速断路器、电动隔离开关、直流电压变换器和调节控制柜等。该装置充分利用了列车再生制动能量，提高了再生能量的利用率，节能效果好，但是
技术复杂，设备投资较大。
在对再生能量吸收装置的四种回馈方式进行技术性价比后，提出了采用电阻吸收+能量逆变结合的模式。装置主电路由三部分组成，即开关及滤波单元、电阻吸收单元和逆变吸收单元；逆变吸收的用电设备为各牵引降压混合变电所的低压用电负载。
再生制动能量吸收电阻+逆变装置主要由隔离开关柜、斩波控制柜、逆变控制柜、电阻柜、隔离变压器柜等构成。
隔离开关柜具有执行再生制动吸收设备与电网接通或分离、电网滤波、系统故障保护等功能。
斩波控制柜主要实现吸收装置自动转换及检测等功能。它由多个独立的IGBT斩波支路及微机控制装置等组成，每一支路IGBT斩波器控制其开通或关断，差相工作。检测电网电压变化由电压传感器检测并实现判别牵引、制动工况。本斩波柜采用电力电子器件IGBT作为开关元件，根据实际再生制动力的大小调节吸收电流，充分满足车辆的再生制动功能，并具有过流、过压和短路等保护。微机控制系统根据应用的需要和相应设备的特点，分为上、下两级控制。上位机采用具有高可靠性和功能强大的工业控制机，是控制系统的人机交互工具，也是一个系统通讯中枢。主要进行状态监视、数据存贮及图形表现、系统参数设置、运行控制和通讯处理等工作；下位机采用高性能的微处理器，结合其它外围器件，构成一个性能稳定、可靠、功能强大的底层系统。完成数据采集、逻辑处理、故障判断、控制输出、PI调节运算、多相PWM输出和系统通讯等工作。为了便于系统的维护与开发，整个上位机系统是模块化设计的。
吸收电阻柜用作再生制动吸收设备功率吸收元件，它由若干电阻单元组成。电阻器组件为无骨架长波型电阻元件，由于电阻带为非磁性材料，而且采用框架式波形绕组，电感量低；电阻值温漂变化小；采用模块结构，调整电阻值方便。
微机控制系统根据各个传感器检测信号，综合判断直流电网上是否有列车处于再生电制动状态。一旦确认列车处于再生制动状态并需要吸收能量时，系统启动吸收过程。在控制系统中设置二级判断基准值，当电网电压升到第一级判断电压时，系统首先投入逆变吸收；逆变转换成AC380V电压，自动跟踪AC380V母线电压，并向用电负载供电，将再生能量消耗在用电设备上；一旦逆变吸收消耗不
了该能量，将引起电网电压进一步的上升，当电网电压升到第二级判断电压时，电阻斩波器立即投入工作，电阻吸收装置将再生制动能量消耗，稳定电网不再上升，确保列车充分有效利用电制动。该装置的原理示意如下图所示。
制动控制柜主要实现吸收装置自动投入、撤出和滤波等功能。制动电阻柜主要由吸收电阻组成，实现制动能量的吸收和排出功能。
逆变控制柜主要实现逆变吸收、自动并网及逆变电流调节等功能。逆变柜采用电力电子器件IGBT作为开关元件，根据实际再生制动力的大小调节吸收电流，充分满足车辆的再生制动功能。并具有过流、过压、缺相和短路等保护。
隔离变压器柜通过干式变压器实现再生电能逆变吸收装置与交流供电系统的联结与隔离。
地面制动电阻装置应保证在线路上有列车在进行电制动且制动时产生的再生能量不能被其它取流列车和逆变装置以及用电设备吸收时，制动电阻装置应能可靠地将再生能量吸收；并根据吸收功率的大小自动调节斩波器的导通比，维持线网电压恒定。在列车起动、加速、惰性、停站和线路上无车辆运行而整流机组处于工作状态情况下，本装置禁止投入线网工作来消耗能量。因此本装置必须能合理地判断和确定制动电阻装置的导通和关断电压，此方案的适用性还有待于在实践中验证。
三、技术方案的研究与比较
1、有关系统的仿真模拟计算
仿真模拟是较为先进的研究方法之一，事实证明，这样的研究方法是可取的、科学的、可靠的。许多重大项目都要经过各种仿真模拟计算后才能够进入实施阶段，开发研究阶段的有关模拟分析参数的选择和确定将有可能影响到整个工程的方案决策、运行效果以及工程投资和系统的经济合理性。因此，在项目的设计阶段进行大量的、准确的仿真模拟是非常必要的。多年来中铁电气化勘测设计研究院已经在各条城市轨道交通的供电系统设计中多次运用这种方法。因此，为了得到更为准确可靠的研究结果，在研究过程中对相关的系统进行了大量的模拟分析与比较。所应用到的主要模拟技术和分析流程见图1。
（1）、列车运行模拟
列车运行的模拟仿真是整个方案研究最基础的数据平台和依据，它的正确性和科学性将直接影响后续模拟计算的准确性和方案的可靠性。因此必须对与此相关的各个系统进行充分调查、分析与研究。主要包括车辆特性、车辆阻力、车辆运行工况的分析与研究，线路资料和有关运营资料的分析与整理，从而获得准确的全线列车运行数据。
（2）、不同运行图模拟
一般来说，在固定的列车追踪间隔运行状态下，列车的牵引用电负荷反映到牵引变电所是相对持续稳定的，不会因运行图上下行铺画的时间交错产生较大的波动变化。因此，设计院一般在设计牵引供电系统方案和容量的时候，只需对典型的高峰小时运行图进行模拟就可以满足要求。而再生能量回馈电流则是短时的、不稳定的，由于其他列车的运行状态直接影响到再生电流的吸收比例，所以
在作回馈电流的模拟分析时，应该充分考虑运行图上下行铺画的不同时间交错情况下的回馈电流特性。在进行运行图模拟时，增加了以追踪间隔为周期，以2 s 为步长的多图模拟模型，为下一步的供电系统模拟提供更具广泛性的数据基础。
（3）、供电系统模拟
供电系统模拟是基于全线牵引供电网络数学模型之上，根据有限元分析的基本思想对全线网络模型进行一定间隔的切割，并对各个切割断面进行数据抽象，同时根据运行图数据对全线列车的运行状态扫描后进行全线的牵引供电网络分析，从而计算出供电网络各个切割断面的瞬态电气参数，并进行统计输出。本文在原有的模拟模型基础上，加入了电能回馈吸收装置的简化数学模型（见图2），使模拟的数据结果更加准确，为回馈吸收系统方案的建立和容量的选择提供可靠的依据。由于在进行系统模拟分析的过程中，主要研究目标为能量的流动过程，因此为了简化算法，提高运行速度，将回馈装置在数学模型上简化为可调电阻，设定回馈装置的电压投入条件，通过调节可调电阻的大小来适应回馈功率的变化。通过各种运营状态下的模拟分析、统计，获得回馈功率的变化特点。
图2 回馈吸收装置的简化模型示意图
2、仿真模拟结果分析
考虑到再生回馈电能的负荷特点（短时性和随机性），对不同运行阶段的列车运行、不同运行图和供电网络进行大量的模拟分析和比较。以某牵引变电所为例的图 3 可以看出，在相同的列车运行追踪密度下，再生回馈功率因不同的运行图铺画而差异很大。而在未来的实际运行中，运行图可能会出现各种随机性变化。
图3 某变电所远期高峰小时-平均回馈功率曲线
3、再生吸收装置的分布方案与容量选择
因为当前没有相应设计原则可依照，根据再生回馈负荷的特点、大量模拟计算和数据分析并考虑到大部分再生电流回馈冲击都在20 s 以内，所以可认为各变电所回馈装置的容量是按照以下原则确定：（1）按照不同运营条件、不同运行图下的20 s 平均最大负荷确定；（2）用不同运营条件、不同运行图下的短时最大负荷进行容量校核。
4、再生回馈／吸收电能的统计分析
通过对某地铁线路的模拟计算和统计分析，在不同追踪间隔条件下，全线的不同运行图平均回馈功率统计。在各种追踪间隔条件下的不同运行图平均回馈功率波动曲线见图4。在不同追踪间隔的条件下，不同运行图的平均回馈功率波动不大，回馈功率的大小与追踪间隔没有直接的关系。因此认为可以对各种运行条件下的回馈功率进行平均并作为全线全天回馈能量统计的基础。
图4 不同追踪间隔下的回馈功率波动曲线
按照每年365 天，每天运营时间18 h 计算，某地铁全线全年回馈吸收电能总量为ERe。ERe=365×18×1 331=8 744 670（kW·h）。
四、结束语
随着国民经济的高速发展，城市轨道交通在今后若干年内建设必将步入高速发展的阶段。根据我国“十一五”规划中明确提出要建设节约型社会，并提出以最少的资源消耗获得最大的经济和社会收益，保障经济社会可持续发展。再生制动吸收装置作为我国城市轨道交通供电系统内的一种新型设备，是机车向轻便、简单、易维护发展的必然结果，也是城市轨道交通向绿色环保发展的必然趋势。在经济上，它减少城市轨道交通的建设、维护费用，也是城市轨道交通向经济合理发展的必然要求。目前，该设备虽然在研究试验阶段，但随着我国城市轨道交通的发展，该设备是一项值得在国内城市轨道交通领域推广的新技术。
参考文献：
[1] 王彦峥,苏鹏程.城市轨道交通再生能量回收技术方案的研究[J].电气化铁道,2004(2):37-39.
[2] 孙延焕.再生制动吸收设备的应用介绍[J].电气化铁道,2005(3):40-41.
绪论 一、判断： 1、使运动物体减速，停车或阻止其加速称为制动。（×） 2、列车制动系统也称为列车制动装置。（×） 3、地铁车辆的常用制动为电空混合制动,而紧急制动只有空气制动。（√） 4、拖车空气制动滞后补充控制是指优先采用电气制动,不足时再补拖车的气制动（×） 5、拖车动车空气制动均匀补充控制是指优先采用电气制动,不足时拖车和动车同时补充气 制动（√） 6、为了保证行车安全，实行紧急制动时必须由司机按下紧急按钮来执行。（×） 7、轨道涡流制动能把列车动能转化为热能，且不受黏着限制，轮轨间没有磨耗。（√） 8、旋转涡流制动能把列车动能转化为热能，且不受黏着限制，轮轨间没有磨耗。（×） 9、快速制动一般只采用空气制动，并且可以缓解。（×） 10、制动距离和制动减速度都可以反映列车制动装置性能和实际制动效果。（√） 11、从安全的目的出发，一般列车的制动功率要比驱动功率大。（√） 12、均匀制动方法就是各节车各自承担自己需要的制动力，动车不承担拖车的制动力。（√） 13、拖车空气制动优先补足控制是先动车混合制动，不足时再拖车空气制动补充。（×） 14、紧急制动经过EBCU的控制，使BCU的紧急电磁阀得电而实现。（×） 二、选择题： 1、现代城市轨道交通车辆制动系统不包括（C）。 A.动力制动系统 B.空气制动系统 C.气动门系统 D.指令和通信网络系统 2、不属于制动控制策略的是（A）。 A.再生制动 B.均匀制动方式 C.拖车空气制动滞后补足控制 D.拖车空
气制动优先补足控制 3、直通空气制动机作为一种制动控制系统（ A ）。 A.制动力大小靠司机操纵手柄在制动位放置时间长短决定，因此控制不太精确 B.由于制动缸风源和排气口离制动缸较近，其制动和缓解不再通过制动阀进行， 因此制动和缓解一致性较自动制动机好。 C.直通空气制动机在各车辆都设有制动、缓解电空阀，通过设置于驾驶室的制动 控制器使电空阀得、失电 D.直通空气制动机是依靠制动管中压缩空气的压力变化来传递制动信号，制动管 增压时缓解，减压则制动 4、三通阀由于它和制动管、副风缸及制动缸相通而得名（ B ） A.充气缓解时，三通阀内只形成以下一条通路：①制动管→充气沟i→滑阀室→副 风缸； B.制动时，司机将制动阀操纵手柄放至制动位，制动管内的压力空气经制动阀排 气减压。三通阀活塞左侧压力下降。 C.在制动管减压到一定值后，司机将制动阀操纵手柄移至保压位，制动管停止减 压。三通阀活塞左侧压力继续下降。 D.当司机将制动阀操纵手柄在制动位和保压位来回扳动时，制动管压力反复地减 压——保压，三通阀则反复处于冲压位。 5、城市轨道交通在运行过程中，乘客负载发生较大变化时，一般要求制动系统（ B ） A．制动功率不变 B.制动率不变 C.制动力不变 D.制动方式不变. 6、下列不属于直通式空气制动机特点的是：（B） A．列车分离时不能自动停车B．制动管增压缓解，减压制动 C．前后车辆的制动一致性不好D．制动力大小控制不精确 7、下列制动方式中，不属于黏着制动的是：（C） A．空气制动B．电阻制动C．轨道涡流制动D．旋转涡流制动 8、下列制动方式中，属于摩擦制动的是：（A ） A．磁轨制动B．电阻制动C．再生制动D．轨道涡流制动 三、填空题：
城市轨道交通车辆制动技术 题库 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
1. 防滑控制系统主要由、和防滑动作机械部件组成。 2. 上海地铁基础制动装置采用制动机厂生产的。 3. BCU和BECU分别是和系统的缩写。 4. 上海地铁和广州地铁使用的电气指令制动控制系统为式电气指令式制动控制系统。 5. 模拟转换阀是上海地铁车辆KNORR制动系统中使用的一个电磁阀，它由三部分组成：电磁进气阀、和组成。 6. EP阀又称阀，是SD数字式制动控制单元中的一个转换阀。 7. 空压机的驱动电机一般有电机和电机。 8. 经空气压缩机压缩输出的空气压力单位，一般用bar来表示，1bar等于MPa。 9. 空气干燥塔可以将从空气压缩机输出的高压压缩空气中的和分离出去，以达到各用气系统对压缩空气的要求。 10. 空气压缩机组一般由、、、等装置组成。 11. 上海地铁knorr公司的空气压缩机，在进行压缩空气时一般经过两级冷却，分别为冷却和冷却。 12. 除空气制动系统用气外，城市轨道列车还有以下部件需要用到压缩空气：、、、等。 13. 空气压缩机组一般采用方式进行润滑。 14. 空气干燥器一般做成塔式的，有和两种。 15. 电阻制动所采用的制动电阻，材料一般采用合金带钢条，这种合金带钢条不仅具有稳定的，而且具有相当大的。 16. 再生制动失败，列车主电路会自动切断反馈电路转入制动电路。 17. 直流斩波器按列车控制单元及制动控制单元的指令，不断调节斩波器的，无级、均匀地控制，使制动力和再生制动电压持续保持恒定。 18. 电动车组中既有动车又有拖车，拖车没有电动机，只能使用制动，动车带有电动机，可以进行制动。 19. 一般列车在高速时，常用制动都先从制动开始，最后在列车10km/h 以下低速时，由制动将车停止。 20. 动轮与钢轨间切向作用力的最大值与物理学上的最大静摩擦力相比要(大or小)一些，情况要更复杂一点，其主要原因是由于的存在所导致。 21. 伴随着蠕滑产生静摩擦力，轮轨之间才能传递。 22. 一般城市轨道车辆的制动方式主要有三类：、和电磁制动。 23. 电磁制动有两种形式：和。 24. 轮对在钢轨上运行，一般承受载荷、载荷和载荷。 25. 城市轨道交通系统都有明确的车辆运行规程，对于列车制动能力，上海地铁规定，列车在满载乘客的条件下，任何运行速度时，其紧急制动距离不得超过米。 26. 现代城市轨道车辆的制动系统一般都应该具有以下组成部分：、和。 27. 城市轨道车辆制动技术正朝着、、和的目标不断前进。 28. 最近几十年来，制动技术取得了很大进展，出现使电气再生制动成为可能，使制动防滑系统更加精确完善。
第一章 1、城市轨道交通的特点是什么？ 安全，快捷，准时，舒适，运量大，无污染，占地少且不破坏地面景观。 2、城市轨道交通有哪些类型，各有什么特点？（特点只列举了突出点） （1）地铁：单向运量3-7万人次/h ,建设成本最高 （2）轻轨：单向运量2-4万人次Ph （3）市郊铁路：单向运量6-8万人次/h ,建设成本最低，站间距大，速度最快。 （4）独轨：单向运量1.2万人次/h。无法与其他三种接轨 3、城轨供电系统的功能及要求是什么？ 功能：全方位的服务，故障自救，系统的自我保护，防止误操作，方便灵活的调度, 完善的控制、显示和计量，电磁兼容。 要求：安全，可靠，调度方便，技术先进，功能齐全。 4、城轨供电系统有哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？ （1）外部供电系统（中压环网供电系统） （2）牵引供电系统 （3）动力照明供电系统 5、城轨供电系统采用何种供电制式？ （1）直流制式 （2）低频单相（少用） （3）工频单相 （4）交流制式（淘汰）6、迷流腐蚀形成的原因是什么，如何防护？ 原因：钢轨和隧道或道床等结构之间绝缘电阻不是很大。牵引电流泄漏到隧道或道床等结构钢上，再流回牵引变变电的负极。 危害：（1）引起过高的接地电位，使某些含有电气接地装置的设备无法正常运行。 （2）弓I起牵引变电所的框架保护动作，进而使得牵引变电所的断路器跳闸，造成大范围停电事故。 （3）电腐蚀使得地下钢结构的寿命缩短 防护原则：堵，排，监测 防护措施： （1）降低走行轨的对地电位 （2）增加走行轨对地的过渡电阻 （3）敷设迷流收集网
第二章 1、城轨交通供电系统对电源有哪些要求？ （1）2路电源来自不同的变电所或同一变电所的不同母线。 （2）每个进线电源的容量应满足变电所全部以、二级负荷的要求 （3）2路电源分别运行，互为备用，一路故障，另一路恢复供电 （4）电源点尽量靠近城轨交通路线，减少电缆通道的长度 （5）要求应急电源系统能够满足一定的牵引负荷，保证正常运输的动力照明负荷 2、城轨交通供电系统的电源电压等级有哪几种？ 集中式一般为IOKV东北地区沈阳，哈尔滨为66KV 分散式为35KV或10KV 3、城轨交通供电系统为什么会产生谐波？如何治理？ 因为城轨交通中广泛使用各种交直流换流装置以及双向晶闸管可控开关设备，这些设备均为谐波源。 治理：（1）增加牵引整流机组的脉波数 （2）安装滤波装置或谐波补偿装置 4、外部供电系统对城轨交通供电系统是供电方式有哪几种？各有什么特点？ （1）集中式供电，采用专用主变电所构成的供电方案，有利于城轨公司的运营和管理，各牵引变电所和降压变电所由环网电缆供电，具有很高的可靠性。 （2）分散式供电，在地铁沿线直接由城市电网引入多路地铁所需要的电源。 （3）混合式供电，以集中式供电为主，个别地段直接引入城市电网电源作为补充，供电系统更加完善可靠。 5、城轨交通主动变电所的位置应如何选择？ （1）应尽量靠近城市轨道交通路线，接近负荷中心 （2）各主变电所的负荷平衡，两侧的供电距离基本相同 （3）靠近城市轨道交通车站 （4）考虑路网规划与其他城市交通路线资源共享，并预留电缆通道和容量6、什么是中压网络？ 通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所，降压变电所连接起来，横 向把各个牵引变电所，降压变电所连接起来，便构成了中压网络。 7、中压网络有哪些电压等级？ 35，20,10,6,3KV 8、中压网络有哪些结构形式？ （1）树形（针对集中式供电） （2）点对点式（针对分散式供电） 第三章 1、城轨交通牵引变电所的类型有哪些？
毕业设计（论文） 开题报告 题目跨座式城市单轨交通车辆 制动系统设计 专业城市轨道车辆工程 班级08级城轨1班 学生戴学宇 指导教师赵树恩 重庆交通大学 2012年
1. 选题的目的和意义 随着我国城市化进程的加快，城市交通拥堵、事故频繁、环境污染等交通问题日益成为城市发展的难题。城市轨道交通以其大运量、高速准时、节省空间及能源等特点，已逐渐成为我国城市交通发展的主流。在城市轨道交通系统中，跨坐式单轨交通制式因其路线占地少，可实现大坡度、小曲率线径运行，且线路构造简单、噪声小、乘坐舒适、安全性好等优点而逐渐受到关注。 在我国城市轨道交通迅速发展的同时，其运营安全保障已成为目前面临的重要问题。车辆作为城市轨道交通运输的载体，由于速度快、载客量大、环境复杂，其运行安全状况不容乐观——车辆故障不断出现、事故常有发生，这些故障不但严重的影响到正常运营，一旦引发事故将会带来巨大的人员伤亡和经济损失。制动系统是城市轨道交通车辆的关键系统，直接影响其安全运行，为提高车辆运行的安全性，对制动系统的设计便显得尤为关键。 2.国内外研究现状及分析 基础制动装置是确保城市轨道交通车辆行车安全的措施之一。在分析城市轨道车辆运输特点基础上, 李继山,李和平,严霄蕙（2011）《盘形制动是城市轨道车辆基础制动装置的发展趋势》[1]结合城市轨道车辆基础制动装置具体类型,分析了城市轨道车辆踏面制动与盘形制动的优缺点, 用有限元模拟城轨车辆车轮 踏面温度场及热应力, 表明速度100 km/ h 及以上的城轨列车基础制动不适宜采用踏面制动, 指出盘形制动是城市轨道交通车辆基础制动的发展的必然趋势。丁锋（2004）在《城市轨道交通车辆制动系统的特点及发展趋势》[2]一文中介绍并分析了我国城市轨道交通车辆制动系统的形式、构成、技术特点及发展趋势。吴萌岭，裴玉春，严凯军（2005）在《我国城市轨道车辆制动技术的现状与思考》[3]中较为详细地回顾了我国城市轨道车辆制动系统的发展历程，分析了目前我国新型城市轨道车辆制动系统的特点，并与我国自主研发适用于高速动车组的同类型制动系统作了技术比较。分析了我国自主研发城市轨道车辆制动系统的技术基础，指出国内技术与产品和国外相比存在着系统理念、设计经验和系统可靠性方面的差距，同时指出自主研发城市轨道车辆制动系统存在的问题，并提出了建议。邹金财（2010）《一种轨道车辆空气制动系统优化及仿真》[4]利用Simulationx 仿真软件对工矿窄轨土渣车的空气制动系统的改进前以及改进方案进行仿真，在与试验真实值对比后得到了正确的结论，通过对该空气制动系统优化中仿真手段应用过程的阐述，为机车车辆系统优化方法提供了参考。师蔚，方宇（2010）《城
城市轨道交通供电系统分析 摘要: 本文从城市轨道交通供电系统的功能、构成、以及系统的外部电源方案等 方面对城市轨道交通供电系统进行了简述。在此基础上引入了城市轨道交通供电系 统中压网络的概念，中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。轨道交 通配电作为轨道交通的重要构成部分，起着非常重要的作用。最后提出变电所综合 自动化的重要性。 关键字: 城市轨道交通供电系统；中压网络；配电系统；变电所综合自动化 0 引言 城市轨道交通供电系统是将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称。城市轨道交通供电系统，担负着运行所需的一切电能的供应与传输，是城市轨道交通安全可靠运行的重要保证。 城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运行所需要的牵引负荷，二是车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，诸如：通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。 在上述用电群体中，有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷；有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准，而且这种要求和标准又相差甚远。城市轨道交通供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求，以使其发挥各自的功能与作用。 保证电动客车畅行，安全、可靠、迅捷、舒适地运送乘客，是供电系统的根本目的。 1 城市轨道交通供电系统的主要功能 （一）、城市轨道交通电动车组运行所需电能供应；牵引用电。 （二）、城市轨道交通机电设备运转所需电能供应：风机、空调、自动扶梯、电梯、水 泵、加工设备等。 （三）、城市轨道交通通信信号设备运行所需电能供应。 （四）、城市轨道交通照明及其他生产生活用电供应。 2 城市轨道交通供电系统的组成 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和城市轨道
第一章 1、城市轨道交通的特点是什么 安全，快捷，准时，舒适，运量大，无污染，占地少且不破坏地面景观。 2、城市轨道交通有哪些类型，各有什么特点（特点只列举了突出点） （1）地铁：单向运量3-7万人次/h，建设成本最高 （2）轻轨：单向运量2-4万人次/h （3）市郊铁路：单向运量6-8万人次/h，建设成本最低，站间距大，速度最快。 （4）独轨：单向运量1.2万人次/h。无法与其他三种接轨 3、城轨供电系统的功能及要求是什么 功能：全方位的服务，故障自救，系统的自我保护，防止误操作，方便灵活的调度，完善的控制、显示和计量，电磁兼容。 要求：安全，可靠，调度方便，技术先进，功能齐全。 4、城轨供电系统有哪些部分组成各组成部分的作用是什么 （1）外部供电系统（中压环网供电系统） （2）牵引供电系统 （3）动力照明供电系统 5、城轨供电系统采用何种供电制式 （1）直流制式 （2）低频单相（少用） （3）工频单相 （4）交流制式（淘汰） 6、迷流腐蚀形成的原因是什么，如何防护 原因：钢轨和隧道或道床等结构之间绝缘电阻不是很大。牵引电流泄漏到隧道或道床等结构钢上，再流回牵引变变电的负极。 危害：（1）引起过高的接地电位，使某些含有电气接地装置的设备无法正常运行。 （2）引起牵引变电所的框架保护动作，进而使得牵引变电所的断路器跳闸，造成大范围停电事故。 （3）电腐蚀使得地下钢结构的寿命缩短 防护原则：堵，排，监测 防护措施： （1）降低走行轨的对地电位 （2）增加走行轨对地的过渡电阻 （3）敷设迷流收集网 第二章 1、城轨交通供电系统对电源有哪些要求 （1）2路电源来自不同的变电所或同一变电所的不同母线。 （2）每个进线电源的容量应满足变电所全部以、二级负荷的要求 （3）2路电源分别运行，互为备用，一路故障，另一路恢复供电 （4）电源点尽量靠近城轨交通路线，减少电缆通道的长度 （5）要求应急电源系统能够满足一定的牵引负荷，保证正常运输的动力照明负荷。 2、城轨交通供电系统的电源电压等级有哪几种 集中式一般为10KV，东北地区沈阳，哈尔滨为66KV
城市轨道交通供电系统课程设计 专业：电气工程及其自动化 班级：电气091 姓名：马静 学号： 200811203 指导教师：王思华 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2012 年 7月 20日
1 设计原始资料 1.1具体题目 2、某地铁车辆段动力设备负荷表如表2所示。试计算该车辆段的配电变压器容量。 表2 某车辆段计算负荷分布表 额定功率 需要系数功率因数 负荷类型序号负荷种类 (kW) 1 通信设备45 0.80 0.85 2 信号设备80 0.80 0.85 一 3 消防用电设备25 0.60 0.80 二 4 防灾用电设备35 0.60 0.80 级 5 通风设备65 0.70 0.90 负 6 检修动力125 0.85 0.85 荷7 各车间照明负荷105 0.70 0.80 8 应急照明55 1.00 0.80 9 车辆设备单体设备195 0.80 0.85 三10 通风空调设备155 0.60 0.90 级11 检修动力120 0.70 0.80 负12 电热设备75 0.60 0.70 荷13 各检修库照明负荷80 0.80 0.85 1.2 要完成的内容 配电变压器容量是指注入国家电网的功率总和，即主要反映在城市轨道供电系统的系统主变压器的容量选取上。变压器的容量是在负荷统计的基础上选定的，由于负荷预计不容易做准，—般按预计的最大负荷选择。 本设计主要完成车辆段配电变压器容量的计算，包括电流、无功功率、有功功率、视在功率以及总负荷的计算功率等。
2 设计内容 2.1 设计规程 配电变压器的容量需要在动力照明低压负荷齐全的基础上进行计算。在城市轨道交通车站、车辆段或控制中心，动力照明设备种类繁多，基本上不存在各机电设备同时工作的可能，而且各单种机电设备的多台设备也不会同时工作。因此，配电变压器容量不能简单地将各低压负荷容量进行叠加求得，而是应充分考虑城市轨道交通车站、车辆段或控制中心内各动力照明设备的运行特点，在考虑多台设备需要系数的基础上，对各低压负荷在不同运行方式下取同时系数后求得。 2.2 设计方案 对于配电变压器的容量，应充分考虑用电负荷的设备构成与运行工况，优化计算统计方法，合理进行选择，以达到投资合理、运行效率高、电能损耗小、运行费用低的目的。 3 容量计算 3.1 计算内容 配电变压器的容量计算需要计算以下内容： (1) 各低压负荷的计算电流、计算功率、无功功率，总负荷的计算功率、无功功率、视在功率。 (2) 补偿前的总功率因数、需要补偿的无功功率容量、补偿后的视在功率。 (3) 正常情况下两台配电变压器分列运行承担全部低压负荷时，每台配电变压器的负载率。 (4) 非正常情况下一台配电变压器承担全部一、二级低压负荷时，单台配电变压的负载率 3.2 负荷计算 3.2.1单组用电设备计算负荷的计算公式 a) 有功计算负荷（单位为kW ） N di P K P ci (1)
第一章 1、城市轨道交通的特点是什么？安全，快捷，准时，舒适，运量大，无污染，占地少且不破坏地面 景观。 2、城市轨道交通有哪些类型，各有什么特点？(特点只列举了突出点) (1)地铁：单向运量3-7万人次/h，建设成本最高 (2)轻轨：单向运量2-4万人次/h (3)市郊铁路：单向运量6-8万人次/h，建设成本最低，站间距大，速度最快。 (4)独轨：单向运量1.2万人次/h。无法与其他三种接轨 3、城轨供电系统的功能及要求是什么？功能：全方位的服务，故障自救，系统的自我保护，防止误 操作，方便灵活的调度， 完善的控制、显示和计量，电磁兼容。 要求：安全，可靠，调度方便，技术先进，功能齐全。 4、城轨供电系统有哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？ ( 1 )外部供电系统(中压环网供电系统) ( 2)牵引供电系统 ( 3)动力照明供电系统 5、城轨供电系统采用何种供电制式？ ( 1 )直流制式 ( 2)低频单相(少用) ( 3)工频单相 ( 4)交流制式(淘汰) 6、迷流腐蚀形成的原因是什么，如何防护？原因：钢轨和隧道或道床等结构之间绝缘电阻不是很 大。牵引电流泄漏到隧道或道 床等结构钢上，再流回牵引变变电的负极。 危害：( 1 )引起过高的接地电位，使某些含有电气接地装置的设备无法正常运行。 ( 2)引起牵引变电所的框架保护动作，进而使得牵引变电所的断路器跳闸，造成大范围停电事故。 ( 3)电腐蚀使得地下钢结构的寿命缩短 防护原则：堵，排，监测 防护措施： ( 1 )降低走行轨的对地电位 ( 2)增加走行轨对地的过渡电阻 ( 3)敷设迷流收集网
第二章 1、城轨交通供电系统对电源有哪些要求？ （1）2 路电源来自不同的变电所或同一变电所的不同母线。 （2）每个进线电源的容量应满足变电所全部以、二级负荷的要求 （3）2 路电源分别运行，互为备用，一路故障，另一路恢复供电 （4）电源点尽量靠近城轨交通路线，减少电缆通道的长度 （5）要求应急电源系统能够满足一定的牵引负荷，保证正常运输的动力照明负荷。 2、城轨交通供电系统的电源电压等级有哪几种？集中式一般为10KV ，东北地区沈阳，哈尔滨为 66KV 分散式为35KV 或10KV 3、城轨交通供电系统为什么会产生谐波？如何治理？因为城轨交通中广泛使用各种交直流换流装置以及双向晶闸管可控开关设备，这些设备均为谐波源。 治理：（1）增加牵引整流机组的脉波数 （2）安装滤波装置或谐波补偿装置 4、外部供电系统对城轨交通供电系统是供电方式有哪几种？各有什么特点？ （1）集中式供电，采用专用主变电所构成的供电方案，有利于城轨公司的运营和管理，各牵引变电所和降压变电所由环网电缆供电，具有很高的可靠性。 （2）分散式供电，在地铁沿线直接由城市电网引入多路地铁所需要的电源。 （3）混合式供电，以集中式供电为主，个别地段直接引入城市电网电源作为补充，供电系统更加完善可靠。 5、城轨交通主动变电所的位置应如何选择？ （1）应尽量靠近城市轨道交通路线，接近负荷中心 （2）各主变电所的负荷平衡，两侧的供电距离基本相同 （3）靠近城市轨道交通车站 （4）考虑路网规划与其他城市交通路线资源共享，并预留电缆通道和容量6、什么是中压网络？通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所，降压变电所连接起来，横向把各个牵引变电所，降压变电所连接起来，便构成了中压网络。 7、中压网络有哪些电压等级？35，20,10,6,3KV 8、中压网络有哪些结构形式？ （1）树形（针对集中式供电） （2）点对点式（针对分散式供电）
城市轨道交通制动系统 1、制动与缓解 （1）制动。 制动是指人为地通过制动装置使车辆减速或阻止其加速的过程。从能量变化角度分析，制动过程是一个能量转移的过程，即将列车运行的动能人为控制地转化成其他形式能量的过程。 而制动力则是指使车辆减速或阻止其加速的外力，制动机是产生并控制制动力的装置。 （2）缓解。 缓解是对已经施行制动的列车，解除或减弱其制动作用。对于运动的列车而言，列车在停车后启动加速前或列车在运行途中限速制动后加速前均要解除制动作用，即施行缓解作用。 2、制动装置与制动系统 （1）制动装置。 制动装置是在车辆中产生制动力，使列车减速、停车的一套机械、电气装置，一般将机械装置称为基础制动装置，而将电气控制的部分称为制动机。制动作用的性能对保证车辆安全和正点运行具有极其重要的作用，制动装置也是提高列车运行速度和线路输送能力的重要条件之一。 （2）制动系统。 ①制动系统的组成。制动系统由动力制动系统、空气制动系统及指令和通信网络系统组成。
动力制动系统。动力制动系统一般与牵引系统连在一起形成主电路，包括再生反馈电路和制动电阻器，将动力制动产生的电能反馈给供电接触网或消耗在制动电阻器上。 空气制动系统。空气制动系统由供气部分、控制部分和执行部分组成。供气部分有空气压缩机组、空气干燥器的风缸等；控制部分有电-空转换阀、紧急阀、称重阀、中继阀等；执行部分主要是指基础制动装置，主要有闸瓦制动装置、盘形制动装置等。 指令和通信网络系统。指令和通信网络系统是传递司机指令的通道，也是制动系统内部数据传递交换及制动系统与列车控制系统进行数据通信的总线。 ②制动系统的作用。制动系统的主要作用如下： 车辆在运行过程中，司机通过制动装置使列车减速、停车或停止加速。 防止车辆在长大下坡道运行时加速。 防止城轨车辆在停车线或检修线上自动溜放而实施停放作用等。
1. 防滑控制系统主要由、和防滑动作机械部件组成。 2. 上海地铁基础制动装置采用制动机厂生产的。 3. BCU和BECU分别是和系统的缩写。 4. 上海地铁和广州地铁使用的电气指令制动控制系统为式电气指令式制动控制系统。 5. 模拟转换阀是上海地铁车辆KNORR制动系统中使用的一个电磁阀，它由三部分组成：电磁进气阀、和组成。 6. EP阀又称阀，是SD数字式制动控制单元中的一个转换阀。 7. 空压机的驱动电机一般有电机和电机。 8. 经空气压缩机压缩输出的空气压力单位，一般用bar来表示，1bar等于MPa。 9. 空气干燥塔可以将从空气压缩机输出的高压压缩空气中的和分离出去，以达到各用气系统对压缩空气的要求。 10. 空气压缩机组一般由、、、等装置组成。 11. 上海地铁knorr公司的空气压缩机，在进行压缩空气时一般经过两级冷却，分别为冷却和冷却。 12. 除空气制动系统用气外，城市轨道列车还有以下部件需要用到压缩空气：、、、等。 13. 空气压缩机组一般采用方式进行润滑。 14. 空气干燥器一般做成塔式的，有和两种。 15. 电阻制动所采用的制动电阻，材料一般采用合金带钢条，这种合金带钢条不仅具有稳定的，而且具有相当大的。 16. 再生制动失败，列车主电路会自动切断反馈电路转入制动电路。 17. 直流斩波器按列车控制单元及制动控制单元的指令，不断调节斩波器的，无级、均匀地控制，使制动力和再生制动电压持续保持恒定。 18. 电动车组中既有动车又有拖车，拖车没有电动机，只能使用制动，动车带有电动机，可以进行制动。 19. 一般列车在高速时，常用制动都先从制动开始，最后在列车10km/h以下低速时，由制动将车停止。 20. 动轮与钢轨间切向作用力的最大值与物理学上的最大静摩擦力相比要(大or 小)一些，情况要更复杂一点，其主要原因是由于的存在所导致。 21. 伴随着蠕滑产生静摩擦力，轮轨之间才能传递。 22. 一般城市轨道车辆的制动方式主要有三类：、和电磁制动。 23. 电磁制动有两种形式：和。 24. 轮对在钢轨上运行，一般承受载荷、载荷和载荷。 25. 城市轨道交通系统都有明确的车辆运行规程，对于列车制动能力，上海地铁规定，列车在满载乘客的条件下，任何运行速度时，其紧急制动距离不得超过米。 26. 现代城市轨道车辆的制动系统一般都应该具有以下组成部分：、和。 27. 城市轨道车辆制动技术正朝着、、和的目标不断前进。 28. 最近几十年来，制动技术取得了很大进展，出现使电气再生制动成为可能，使制动防滑系统更加精确完善。 29. 20世纪初早期的城市轨道交通车辆制动系统一般采取和等安全性和舒适性均较差的方式来进行制动。
城市轨道交通供电系统
第一章 电力牵引供电系统综述 一、 电力牵引的制式 对牵引列车的电动车辆或电力机车特性的基本要求： 1、起动加速性能 要求起动加速力大而且平稳，即恒定的大的起动力矩，便于 列车快速平稳起动。 2、动力设备容量利用 对列车的主要动力设备——牵引电动机的基本性能要求为，列车轻载时，运行速度可以高一些，而列车重载时运行速度可以低一些。这样无论列车重载或轻载都可以达到牵引电动机容量的充分利用，因为列车的牵引力与运行速度的乘积为其功率容量，这时近于常数。 3、调速性能 列车运输，特别是旅客运输，要求有不同的运行速度，即调速。在调速过程中既要达到变速，还要尽可能经济，不要有太大的能量损耗，同时还希望容易实现调速。 低频单相交流制是交流供电方式，交流电可以通过变压器升降压，因此可以升高供电系统的电压，到了列车以后再经车上的变压器将电压降低到适合牵引电动机应用的电压等级。由于早期整流技术的关系，这种制式采用的牵引电动机在原理上与直流串激电动机相似的单相交流整流子电动机。这种电动机存在着整流换向问题，其困难程度随电源频率的升高而增大，因此采用了“低频”单相交流 制，它的供电频率和电压有 25 HZ 、6.5～11 kV 和163 2HZ 、12～15 kV 等类型。由于用了低频电源使供电系统复杂化，需由专用低频电厂供电，或由变频电站将国家统一工频电源转变成低频电源再送出，因此没有得到广泛应用，只在少量国家的工矿或干线上应用。 “工频单相交流制”。这种制式既保留了交流制可以升高供电电压的长处，又仍旧采用直流串激电动机作为牵引电动机的优点，在电力机车上装设降压变压器和大功率整流设备，它们将高压电源降压，再整流成适合直流牵引电动机应用的低压直流电，电动机的调压调速可以通过改变降压变压器的抽头或可控制整流装置电压来达到。工频单相交流制是当前世界各国干线电气化铁路应用较普遍的牵引供电制式。我国干线电气化铁路即采用这种制式，其供电电压为25kV 。 在牵引制的发展过程中曾出现过“三相交流制”的形式，但由于供电网比较复杂，必须要有两根（两相）架空接触线和走行轨道构成三相交流电路，两根架空接触线之间又要高压绝缘，造成的困难和投资更大，因此被淘汰。 关于直流制式的电压等级应用情况大致如下：干线电气化铁路的供电电压有 3 kV 的，电压没有再提高是因为受到直流牵引电动机端电压的限制，其值一般为 l ．5 kV 左右，用 3 kV 供电，一般就需要将两台电动机串联联接，再提高供电电压其联接就更复杂，还涉及当时整流装置绝缘水平的问题。这种制式在原苏
城市轨道交通供电系统的中压网络研究一、供电系统的简介及中压网络的概念 1、城市轨道交通供电系统的功能 城市轨道交通供电系统，担负着运行所需的一切电能的供应与传输，是城市轨道交通安全可靠运行的重要保证。 城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运行所需要的牵引负荷，二是车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，诸如：通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC 系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。 在上述用电群体中，有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷；有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准，而且这种要求和标准又相差甚远。城市轨道交通供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求，以使其发挥各自的功能与作用。保证电动客车畅行，安全、可靠、迅捷、舒适地运送乘客，是供电系统的根本目的。 2、供电系统的构成 根据功能的不同，对于集中式供电，城市轨道交通供电系统可分成以下几部分：外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。对于分散式供电，城市轨道交通供电系统则可分成以下几部分：外部电源、(电源开闭所)、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控(SCADA)系统。牵引供电系统，又可分成牵引变电所与牵引网系统。动力照明配电系统，又可分成降压变电所与动力照明。 但在进行初步设计与施工设计时，为便于设计管理，供电系统往往被划分成：系统设计；主变电所设计；牵引变电所(或牵引降压混合变电所)及降压变电所设计；牵引网设计；电力监控系统设计；杂散电流腐蚀防护设计(注：动力照明随同土建一起设计)。 3、外部电源方案 城市轨道交通系统的外部电源方案，根据城市电网构成的不同特点，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。 (1) 确定外部电源方案的原则 城市轨道交通作为城市电网的特殊用户，一般用电围多在10km~30km之间。城市轨道交通系统的外部电源方案，主要有集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何种方式，应通过计算确定需要负荷之后，根据城市轨道交通路网规划、城市电网构成特点、工程实际情况综合分析确定。 (2) 集中式供电 在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路长短，建设专用的主变电所，这
城市轨道交通供电系统详解
第一章 电力牵引供电系统综述 一、 电力牵引的制式 对牵引列车的电动车辆或电力机车特性的基本要求： 1、起动加速性能 要求起动加速力大而且平稳，即恒定的大的起动力矩，便于列车快速平稳起 动。 2、动力设备容量利用 对列车的主要动力设备——牵引电动机的基本性能要求为，列车轻载时，运 行速度可以高一些，而列车重载时运行速度可以低一些。这样无论列车重载或轻 载都可以达到牵引电动机容量的充分利用，因为列车的牵引力与运行速度的乘积 为其功率容量，这时近于常数。 3、调速性能 列车运输，特别是旅客运输，要求有不同的运行速度，即调速。在调速过程 中既要达到变速，还要尽可能经济，不要有太大的能量损耗，同时还希望容易实 现调速。 低频单相交流制是交流供电方式，交流电可以通过变压器升降压，因此可以 升高供电系统的电压，到了列车以后再经车上的变压器将电压降低到适合牵引电 动机应用的电压等级。由于早期整流技术的关系，这种制式采用的牵引电动机在 原理上与直流串激电动机相似的单相交流整流子电动机。这种电动机存在着整流 换向问题，其困难程度随电源频率的升高而增大，因此采用了“低频”单相交流 制，它的供电频率和电压有 25 HZ 、6.5～11 kV 和163 2HZ 、12～15 kV 等类型。由于用了低频电源使供电系统复杂化，需由专用低频电厂供电，或由变频电站将 国家统一工频电源转变成低频电源再送出，因此没有得到广泛应用，只在少量国
家的工矿或干线上应用。 “工频单相交流制”。这种制式既保留了交流制可以升高供电电压的长处，又仍旧采用直流串激电动机作为牵引电动机的优点，在电力机车上装设降压变压器和大功率整流设备，它们将高压电源降压，再整流成适合直流牵引电动机应用的低压直流电，电动机的调压调速可以通过改变降压变压器的抽头或可控制整流装置电压来达到。工频单相交流制是当前世界各国干线电气化铁路应用较普遍的牵引供电制式。我国干线电气化铁路即采用这种制式，其供电电压为25kV。 在牵引制的发展过程中曾出现过“三相交流制”的形式，但由于供电网比较复杂，必须要有两根（两相）架空接触线和走行轨道构成三相交流电路，两根架空接触线之间又要高压绝缘，造成的困难和投资更大，因此被淘汰。 关于直流制式的电压等级应用情况大致如下：干线电气化铁路的供电电压有3 kV的，电压没有再提高是因为受到直流牵引电动机端电压的限制，其值一般为l．5 kV左右，用 3 kV供电，一般就需要将两台电动机串联联接，再提高供电电压其联接就更复杂，还涉及当时整流装置绝缘水平的问题。这种制式在原苏联和东欧一些国家应用最普遍。 供电电压为1.2～1.5 kV的直流制多用于工矿和部分国家的干线电力牵引，如日本等国家。 城市轨道交通几乎毫无例外地都采用直流供电制式，这是因为城市轨道交通运输的列车功率并不是很大，其供电半径（范围）也不大，因此供电电压不需要太高，还由于直流制比交流制的电压损失小（同样电压等级下），因为没有电抗压降。另外由于城市内的轨道交通，供电线路都处在城市建筑群之间，供电电压不宜太高，以确保安全。基于以上原因，世界各国城市轨道交通的供电电压都在直流550～1500V之间，但其档级很多，这是由各种不同交通形式，不同发展历史时期造成的。现在国际电工委员会拟定的电压标准为：600 V、750 V和1500V 三种。后两种为推荐值。我国国标也规定为750V和1500 V，不推荐现有的600 V。 我国北京地铁采用的是750 V直流供电电压，上海地铁采用的是1500 V直流供电电压。必须根据各城市的具体条件和要求，综合论证决定。
第二章城市轨道交通供电系统描述 ●第一节供电系统的组成与功能 ●地铁供电系统是为地铁运营提供所需电能的系统，它不仅为地铁电动列车提供牵引用 电，而且还为地铁运营服务的其它设施提供电能，如照明、通风、空调、给排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等。 ●地铁供电系统一般包括外部电源、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。其中，牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网，动力照明供电系统包括降压变电所和动力照明配电系统。 幻灯片26 ●地铁系统是一个重要的用电负荷。按规定应为一级负荷，即应由两路电源供电，当任 何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证地铁重要负荷的全部用电需要。在地铁供电系统中牵引用电负荷为一级负荷，而动力照明等用电负荷根据它们的实际情况可分为一级、二级或三级负荷。地铁外部电源供电方案，可根据实际情况不同分为集中供电方式、分散供电方式和混合供电方式。 幻灯片27 第二节变电所的分类 ●地铁供电系统中一般设置三类变电所，即主变电所（分散式供电方式为电源开闭所）、 降压变电所及牵引降压混合变电所。 ●主变电所是指采用集中供电方式时，接受城市电网35kV及以上电压等级的电源，经其 降压后以中压供给牵引变电所和降压变电所的一种地铁变电所。 ●降压变电所从主变电所（电源开闭所）获得电能并降压变成低压交流电。 ● 幻灯片28 ●牵引变电所从主变电所（电源开闭所）获得电能，经过降压和整流变成电动列车牵引所 需要的直流电。 ●主变电所：专为城市轨道交通系统提供能源的枢纽。 ●牵引变电所：为列车提供适应的电源。 ●降压变电所（配电变电所）：为车站、隧道动力照明负荷提供电源。 幻灯片29 第四节供电系统主要运行方式 ● 1 10kV系统运行方式 ● 1.1 正常运行方式 ●变电所10kV母联开关和开闭所间联络开关均处于打开状态，每座变电所由2回电源供 电，两段10kV母线分列运行。变电所由开闭所按不同的供电分区供电。 1.2 其它运行方式 1.2.1 故障或检修运行方式 开闭所一回10kV外电源退出时的运行方式时，合上开闭所母联开关，由另一回10kV外电源向该开闭所供电范围内所有变电所供电。 非开闭所一回10kV进线电源退出运行时，合上该变电所母联开关，由另一回10kV进线电
城市轨道交通供电技术课后习题答案
第一章 1、城市轨道交通的特点是什么？ 安全，快捷，准时，舒适，运量大，无污染，占地少且不破坏地面景观。 2、城市轨道交通有哪些类型，各有什么特点？（特点只列举了突出点） （1）地铁：单向运量3-7万人次/h，建设成本最高 （2）轻轨：单向运量2-4万人次/h （3）市郊铁路：单向运量6-8万人次/h，建设成本最低，站间距大，速度最快。 （4）独轨：单向运量1.2万人次/h。无法与其他三种接轨 3、城轨供电系统的功能及要求是什么？ 功能：全方位的服务，故障自救，系统的自我保护，防止误操作，方便灵活的调度，完善的控制、显示和计量，电磁兼容。 要求：安全，可靠，调度方便，技术先进，功能齐全。 4、城轨供电系统有哪些部分组成？各组成部分的作用是什么？ （1）外部供电系统（中压环网供电系统） （2）牵引供电系统 （3）动力照明供电系统 5、城轨供电系统采用何种供电制式？ （1）直流制式 （2）低频单相（少用） （3）工频单相 （4）交流制式（淘汰） 6、迷流腐蚀形成的原因是什么，如何防护？ 原因：钢轨和隧道或道床等结构之间绝缘电阻不是很大。牵引电流泄漏到隧道或道床等结构钢上，再流回牵引变变电的负极。 危害：（1）引起过高的接地电位，使某些含有电气接地装置的设备无法正常运行。 （2）引起牵引变电所的框架保护动作，进而使得牵引变电所的断路器跳闸，造成大范围停电事故。 （3）电腐蚀使得地下钢结构的寿命缩短 防护原则：堵，排，监测 防护措施： （1）降低走行轨的对地电位 （2）增加走行轨对地的过渡电阻 （3）敷设迷流收集网
第二章 1、城轨交通供电系统对电源有哪些要求？ （1）2路电源来自不同的变电所或同一变电所的不同母线。 （2）每个进线电源的容量应满足变电所全部以、二级负荷的要求 （3）2路电源分别运行，互为备用，一路故障，另一路恢复供电 （4）电源点尽量靠近城轨交通路线，减少电缆通道的长度 （5）要求应急电源系统能够满足一定的牵引负荷，保证正常运输的动力照明负荷。 2、城轨交通供电系统的电源电压等级有哪几种？ 集中式一般为10KV，东北地区沈阳，哈尔滨为66KV 分散式为35KV或10KV 3、城轨交通供电系统为什么会产生谐波？如何治理？ 因为城轨交通中广泛使用各种交直流换流装置以及双向晶闸管可控开关设备，这些设备均为谐波源。 治理：（1）增加牵引整流机组的脉波数 （2）安装滤波装置或谐波补偿装置 4、外部供电系统对城轨交通供电系统是供电方式有哪几种？各有什么特点？ （1）集中式供电，采用专用主变电所构成的供电方案，有利于城轨公司的运营和管理，各牵引变电所和降压变电所由环网电缆供电，具有很高的可靠性。 （2）分散式供电，在地铁沿线直接由城市电网引入多路地铁所需要的电源。 （3）混合式供电，以集中式供电为主，个别地段直接引入城市电网电源作为补充，供电系统更加完善可靠。 5、城轨交通主动变电所的位置应如何选择？ （1）应尽量靠近城市轨道交通路线，接近负荷中心 （2）各主变电所的负荷平衡，两侧的供电距离基本相同 （3）靠近城市轨道交通车站 （4）考虑路网规划与其他城市交通路线资源共享，并预留电缆通道和容量 6、什么是中压网络？ 通过中压电缆，纵向把上级主变电所和下级牵引变电所，降压变电所连接起来，横向把各个牵引变电所，降压变电所连接起来，便构成了中压网络。 7、中压网络有哪些电压等级？ 35，20,10,6,3KV 8、中压网络有哪些结构形式？ （1）树形（针对集中式供电） （2）点对点式（针对分散式供电）
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广州华夏职业学院教案纸 4.2 城市轨道交通车辆的机械组成部分 一、复习提问 城市轨道交通车辆有哪些类型 城市轨道交通车辆的选用要素 二、讲授新课 一般轮轨系统的城市轨道车辆由机械和电气两部分组成，机械部分包括车体，转向架，车钩及缓冲装置，制动系统和空调通风系统。 车辆总体布置的基本原则： 1、设备具有良好的可接近性，易于安装和拆卸，便于维护和检修。电气设备和辅助机组均安装在车下或车顶。 2、保证车辆轴荷重均匀分布。 3、保证电气设备具有良好的工作环境，为了防尘、防雨雪的侵入，电气设备均集中安装在箱体内。 4、尽量使电缆、空气管路和风道长度为最短，尽量减少风道弯曲，并使风量分配均匀。 5、对于产生强磁场的设备均加装屏蔽，以免干扰其它电气设备、电子控制系统和通信信号系统的正常工作。 6、使乘务人员具有良好的工作环境，操作方便和安全，保障乘客乘坐方便和安全。车辆间贯通，便于乘客流动；司机室前端设安全疏散梯。 （一）、城市轨道交通车辆的主要组成部分及总体结构 以上海地铁为例 牵引供电方式：架空触网受电；供电电压：DC1500V 采用铝合金车体，整体承载结构，走行部为无摇枕转向架，橡胶弹簧和空气弹簧悬挂，制动有电气制动和空气制动作用，牵引电机用斩波器进行无级调速，车辆连接采用密接式车钩进行机械、电气和空气管路的连接，操纵方式有ATC自动控制和人工操纵两种，容量大，舒适性较好 上海地铁车辆：A车—带驾驶室的拖车 B车—带受电弓的动车 C车—不带受电弓的动车
（二）、城市轨道交通车辆的机械组成部分 （1）车体 A、车体的特征 车体的外观造型、色彩协调于城市市容规划；座位少、车门多且开度大，服务于乘客的设施较简单。 重量限制较严格，以降低高架线路的工程投资。 车体采用轻量化设计，其他辅助设施尽量采用轻型高科技新材料 采用了防火、阻燃、低烟和低毒的材料 隔音和减噪措施有严格要求 B、车体的材料 碳素钢车体 自重达到10—13t，成本低，耐腐蚀性最差，维修费用高，而导致总成本最高。 不锈钢车体 自重比碳素钢车体轻1—2t，成本比碳素钢高，耐腐蚀，基本不需要定期维修保养，总成本最低。 铝合金车体 自重比不锈钢车体轻3—5t，最轻，制造成本最高，耐腐蚀性较好，需要定期维护，总成本较高。 C、车体的制造工艺 一般采用焊接和铆接，焊接和铆接两种工艺交替使用，但大部件之间组装以铆接为主。D、车体的构成 由底架、侧墙、车顶和端墙等部件组成的封闭筒形结构 E、车体的承载方式 一般有底架承载和整体承载两种方式 F、车体的外形特点 断面形状为类似鼓形，提高车辆在圆隧道内获得最大的空间截面积，也提高了车辆在圆隧道内的“活塞”效应，加强隧道的自然通风能力 G、车体的防撞设计 带司机室的拖车底架的前端设有撞击能量耗散区