轨道交通牵引供电系统综述
1 牵引变压器
1.1 普通铁路牵引变压器
普通铁路牵引变电所内的牵引变压器设置了两台，一旦其中一台出现故障那么另一台将启动保证正常供电。原变压电压等级主要是以110kv为主，电气化铁路牵引变电器多选择V/v接线的方式，有时在交大外部电源容量时会采用单相接线形式变压器。
1.2 高速铁路牵引变压器
我国的高速铁路通常采用的是V/x接线牵引变压器。这种牵引变压器方式的构成主要是两台单相变压器，变压器分别和接触网和负馈线连接，中间抽头和钢轨连接。
2 牵引供电系统
2.1 牵引变电站
2.1.1 牵引变电站位置确定
牵引变电站与车站内的降压变电站一起组成牵引降压混合
变电站，然而并不是每个车站都是牵引降压混合变电站。它的设置取决于牵引系统网络结构、牵引网电压等级、牵引网电压损失、供电质量，并涉及到杂散电流防护、线路能耗、土建造价及运营维护等因素。
2.1.2 牵引变电站设备
牵引变电站的主要设备是27.5kV开关柜、整流变、整流器、直流1500V正负母排、直流高速开关。27.5kV开关柜应选用SF6绝缘全封闭组合电器，以减少占地面积。27.5kV开关柜进线还配有避雷器，防止雷电波入侵。整流器组由24个整流二极管与24个保护二极管组成，每个牵引变电站有两套整流器组，每套整流器为6相12脉波整流，单独运行时输出的为12脉波的脉动电流，两套并列运行时输出的为24脉波的脉动直流电。
2.1.3 牵引变电站电气主接线
牵引降压混合变电站采用27.5kV单母线分段运行。从主变电站或上一座变电站引进的两路27.5kV交流电源分别送至
27.5kV一/二段母线。每座牵引降压混合变电站有两组整流器组，设置在同一27.5kV母线上并联运行，这种接线保证两套整流器组输出功率均匀，等效24脉波整流，利于谐波治理。当牵引降压混合变电一台整流机组解列时，由另一台整流机组在允许过载的条件下继续运行。两座牵引降压混合变电站各引一路直流馈线对同一个区段的触网进行双边供电。当一座牵引降压混合变电站两组整流器组都退出运行时，允许触网单边供电。
整理器组由27.5kV整流变开关、整流变压器、整流器、正负极闸刀组成，整流变将27.5kV交流电降压并整流为1500V直流电。鉴于两套整流机组接于同一段母线上，所以直流母线采用
牵引供电系统简介： 将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到27.5kV，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置，两相邻牵引变电所之间设有分区亭，接触网在此也相应设有分相绝缘装置。牵引变电所至分区亭之间的接触网（含馈电线）称供电臂。 牵引供电回路是由牵引变电所——馈电线——接触网——电力机车——钢轨——回流联接——（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，其中流通的电流称牵引电流，闭合或断开牵引供电回路会产生强烈的电弧，处理不当会造成严重的后果。通常将接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线统称为牵引网。 牵引供电设备的检修运行由供电段负责，牵引供电系统的运行调度则由供电调度负责。供电调度通常设在铁路局调度所。 牵引供电系统供电示意图如下所示： 二、牵引变电所、分区所、开闭所 牵引变电所：牵引变电所的任务是将电力系统三相电压降
低，同时以单相方式馈出。降低电压是由牵引变压器来实现的，将三相变为单相是通过变电所的电气接线来达到的。 牵引变压器（主变）是一种特殊电压等级的电力变压器，应满足牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁的要求，是牵引变电所的“心脏”。我国牵引变压器采用三相、三相——二相和单相三种类型，因而牵引变电所也分为三相、三相——二相和单相三类。 随着技术水平的提高，我国干线电气化铁路已推广使用集中监视及控制的远动系统，牵引变电所将逐步实现无人值班，直接由供电调度实行遥控运行。 分区所：分区所设置在两个变电所中间，作用有三：提高供电质量、供电分段、越区供电。 ?开闭所：一般设置在大型站场附近，进线由变电所或接触网引入，由开关馈出多个供电线路向多个供电设备供电。作用是增强供电的灵活性，便于供电设备的运行及检修，便于行车组织，缩小供电事故及故障范围。 ? ? 三、接触网 接触网是沿铁路沿线架设的特殊电力线路，电力机车受电弓通过与之滑动摩擦接触而授流，取得电能。所以两者均应保持良好的工作状态。
城市轨道交通牵引供电系统复习资料 第一章电力牵引供电系统概述 1、电力牵引的制式概念： 供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流或电压制式，包括直流/交流制、电压等级、交流电频率、交流制中单相/三相等问题。 2、电力牵引系统性能要求： ①启动加速性能：启动力矩大，加速平稳； ②动力设备容量利用充分：轻载时，运行速度高；重载时，运行速度可以低一些。功率容量 P=FV近似于常数； ③调速性能：速度调节容易实现，能量损耗小。 满足上述条件：直流串激（串励）电动机。 3、直流串励电动机优缺点： 通过串联电阻调速，原理简单，调速范围宽，供电系统电压损失和能量消耗较大，而且需要换向。 4、城市轨道交通牵引制式：直流供电制式。 城市轨道机车功率不大，供电半径小，城市之间运营供电电压不能太高，以确保安全。我国国标规定采用750V 和1500V直流供电两种制式，不推荐600V。 5、城市轨道交通电力牵引供电系统组成：发电厂（站）、升压变压器、电力网（110-220KV）、主降压变电站（110~220KV→10~35KV）、直流牵引变电所（10~35KV→1500、750V）、馈电线、接触网、走行轨道、回流线。 6、组成统一的电力供电系统的优点： ①充分利用动力资源；②减少燃料运输；③提高供电可靠性；④提高发电效率。 7、环形供电接线：由两个或两个以上主降压变电站和所有的牵引变电所用输电线联成一个环行。 8、环形供电接线的优缺点：环行供电是很可靠的供电线路，因为在这种情况下，一路输电线和一个主降压变电站同时停止工作时，只要其母线仍保持通电，就不致中断任何一个牵引变电所的正常
供电。但其投资较大。 9、双边供电接线：由两个主降压变电站向沿线牵引变电所供电，通往牵引变电所的输电线都经过其母线联接，为了增加供电的可靠性．用双路输电线供电，而每路按输送功率计算。这种接线可靠性稍低于环行供电。当引入线数目较多时，开关设备多，投资增加。 10、电网向牵引变电所供电形式：环形供电接线、双边供电接线、单边供电接线、辐射形供电接线。 11、最简单单相半波整流： 12、单相半波整流原理：13、单相全波整流原理： 14、三相半波整流原理：
轨道交通牵引供电系统综述 在各行各业不断发展的今天，轨道交通扮演了非常重要的角色，可以说轨道交通已经成为了现如今生活生产中必不可少的一项组成内容。在轨道交通系统中，牵引系统是重要的组成内容，所以也是轨道交通研究人员重点关注的内容。为了进一步保证轨道交通系统的安全性和可靠性，本文将就轨道交通牵引供电系统展开论述。 标签：轨道交通；牵引供电；供电系统 1 牵引变压器 1.1 普通铁路牵引变压器 普通铁路牵引变电所内的牵引变压器设置了两台，一旦其中一台出现故障那么另一台将启动保证正常供电。原变压电压等级主要是以110kv为主，电气化铁路牵引变电器多选择V/v接线的方式，有时在交大外部电源容量时会采用单相接线形式变压器。 1.2 高速铁路牵引变压器 我国的高速铁路通常采用的是V/x接线牵引变压器。这种牵引变压器方式的构成主要是两台单相变压器，变压器分别和接触网和负馈线连接，中间抽头和钢轨连接。 2 牵引供电系统 2.1 牵引变电站 2.1.1 牵引变电站位置确定 牵引变电站与车站内的降压变电站一起组成牵引降压混合变电站，然而并不是每个车站都是牵引降压混合变电站。它的设置取决于牵引系统网络结构、牵引网电压等级、牵引网电压损失、供电质量，并涉及到杂散电流防护、线路能耗、土建造价及运营维护等因素。 2.1.2 牵引变电站设备 牵引变电站的主要设备是27.5kV开关柜、整流变、整流器、直流1500V正负母排、直流高速开关。27.5kV开关柜应选用SF6绝缘全封闭组合电器，以减少占地面积。27.5kV开关柜进线还配有避雷器，防止雷电波入侵。整流器组由24个整流二极管与24个保护二极管组成，每个牵引变电站有两套整流器组，每套整流器为6相12脉波整流，单独运行时输出的为12脉波的脉动电流，两套并
毕业设计文件 设计题目: 城市轨道交通供电系统概述与分析————专业： 指导教师：
设 计 任 务 城市轨道交通供电系统概述及分析 设计要求分析地铁供电系统；绘制电路图； 分析特殊案例 设计成果 设计进程 指导教师评语 评阅人评语 成绩设计成绩指导教师评阅成绩评阅教师答辩成绩答辩负责人总评负责人
摘要： 近几年来，随着我国大城市交通压力的逐渐增大，城市轨道交通系统的发展步伐亦逐日加快。本文主要介绍了城市轨道交通供电系统的构成以及详细介绍了各部分的功能及分类，总结了国内外各城市地铁供电系统的应用方式。 因本人专业偏向于弱电，所以本文在全面总结城市轨道供电系统的前提下，着重介绍了变电所内的二次设备，从设备的种类、分类、用途以及构造方面加以了解。同时以沈阳地铁为案例介绍、分析了此轨道交通供电系统方案。 关键词：轨道交通供电系统二次设备 Abstract： In recent years, with the city traffic pressure increase gradually, the development of urban rail transit system is accelerated pace of daily. This paper mainly introduces the power supply system of urban rail transit are introduced in detail the composition and function of each part and classification, summarizes the domestic and international every city metro power system application. Because I am in favour of professional, so this weak in comprehensive summary of urban rail power supply system, emphatically introduces the condition of equipment, within the substation equipment types, from classification, applications and structural aspects. In case of shenyang subway is introduced and analyzed the rail traffic system. Key words:Rail transit Power supply system Second equipment
1牵引供电系统：从主降压变电站（当它不属于电力部门时）及其以后部分统称“牵引供电系统” 2杂散电流：绝大多数电力牵引轨道交通线路是以走行轨为其回路的，由于钢轨大地之间不是绝缘的，因此回流电流必有部分经大地回牵引所，这部分电流因土壤的导电性质，地下管道位置不同，可以分布很广，故称杂散电流。 3.GIS：六氟化硫全封闭组合电器，它是在六氟化硫断路器的基础上把各种控制保护电器全部封装的组合电器设备。 4远动控制：又称遥控即在远离变电所（执行端）的电气设备进行控制。 5距离控制:即在主控制室内对变电所的一次设备集中进行控制监测，开关位置信号-中央信号以及继电保护装置等都配置在主控制室的屏台上，便于监视和管理运行。 6安装接线图：为二次设备的制造安装或调试检修而专门绘制的安装图 7二次原理图：也称归总式原理图，用来表示二次设备中的监视仪表，控制与信号，保护和自动装置等的工作原理图。 一．简述断路器的主要功能？答：断路器又叫高压开关，断路器不仅可以切断和闭合高压电路的空载电流和负载电流，而且，当系统发生故障时，它与保护装置相配合，可以迅速地切断故障电流，以减少停电范围，防止事故扩大，保证系统的安全运行。 二．简述地铁动力照明结构及功能？答： 三．简述直流牵引所的保护？答： 四．接触网设计过程中应满足什么要求？答：1.接触网 悬挂应弹性均匀高度一致， 在高速行车和恶习的气象 条件下，能保证正常取。2. 接触网结构应力求简单，并 保证在施工和运营检修方 面具有充分的可靠性和灵 活性。3.接触网寿命应尽量 长，具有足够的耐磨性和抗 腐蚀能力。4.接触网的建设 应注意节约有色金属及其 他贵重材料，以降低成本。 五．简述地面架空接触网组 成及功能？答：架空式接触 网由接触悬挂，支撑装置， 支柱与基础设施几大部分 组成。接触悬挂是将电能传 导给电动车组的供电设备。 支持装置用来支持悬挂，并 将悬挂的负荷传递给支柱 和固定装置。支柱与基础用 以承受接触悬挂和支撑装 置所传递的负荷（包括自身 重量），并将接触线悬挂固 定在一定高度。 六．简述地下迷流防护措 施？答：在电力牵引方面： 提高供电电压，减小牵引所 距离，采用双边供电，减小 钢轨电阻，增加回流线减少 回流电阻，增加到道泄漏电 阻，定期检测。在埋设金属 管方面:尽量远离，在金属表 面或接头处采用绝缘，采用 防电蚀电缆线路，在电缆上 包铜线套钢管，在地下管道 涂沥青包油毡，设排流装 置。 七．牵引变电所计算需要的 参数有那些？答：1.馈电线 及牵引变电所的平均电流， 有效电流，最大电流；2.电 动车辆或机车在供电区段 内运行时的平均电压损失 及最大电压损失；3.接触网 中平均功率损失等 八．高压控制电路构成及作 用？答：主要由控制元件， 中间放大元件与继电器以 及操作机构等几部分组成。 1控制元件：运行人员用来 发出开关跳，合闸操作命令 的操作按钮。2 中间放大元 件与继电器：将控制元件的 操作命令转化成高压开关 的电磁操作机构所需要的 大电流。3操作机构;直接对 高压开关进行分，合闸操 作。 九．电气主接线的要求是？ 答：可靠性:保证在各种运行 方式下，牵引负荷以及其他 动力的供电连续性。灵活 性：在系统故障或变电所设 备故障和检修时，能适应调 度的要求，灵活便捷迅速地 改变运行方式，且故障影响 的范围最小。安全性：保证 在进行一切操作切换时，工 作人员和设备的安全以及 能在安全条件下进行维护 检修工作。经济性应使主接 线投资与运行费用达到经 济合理。 十．简述断路器控制回路的 要求？答;1高压开关的合 跳闸回路是按短路通过大 电流脉冲来设计的。操作或 自动合跳闸完成后，应迅速 自动断开跳合闸回路以免 烧损线圈。2控制回路应能 在控制室由控制开关控制 进行手动跳合闸，又能在自 动装置和继电保护作用下 自动合闸或跳闸，同时能由 远方调度中心发送控制命 令进行跳合闸。3应具有高 压开关位置状态的信号，事 故跳闸与自动合闸的闪光 信号。4.具有防止断路器多 次合跳闸的“防跳”装置。 5.采用液压和气压操作的机 构，跳合闸操作回路中应分 别设有液压和气压闭锁，在 低于规定标准压力情况下， 闭锁操作回路。断路器和隔 离开关配合使用时，应有防 误操作的闭锁措施。6.对跳 合闸回路及其电源的完好 性，应能进行监视。
牵引供电系统简介 （丁为民） 一、系统功能 牵引供电系统的主要功能是：将地方电力系统的电源（交流电气化铁路： AC110 kV或AC220kV ，城市轨道交通：中心变电所AC220kV 或AC110kV →AC35 kV 环网）引入牵引供电系统的牵引变电所，通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式（交流电气化铁路：AC25kV 或AC2×25kV ，城市轨道交通：DC750V 、DC1500V 或DC3000V ），向电力机车提供连续电能。 电力牵引负荷为一级负荷，引入牵引变电所的外部电源应为两回独力可靠的电源，并互为热备用，能够实现自动切换。 交流电气化铁路及城市轨道交通牵引供电系统简图分别如图1.1和图1.2所示。 图1.1 交流电气化铁路牵引供电系统
图1.2 城市轨道交通牵引供电系统 二、牵引网供电方式 1. 交流电气化铁路 交流电气化铁路牵引网供电方式大体上可分为三种：直接供电方式（包括带回流线的直接供电方式）、BT 供电方式和AT 供电方式。 （1）直接供电方式 直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式(图2.1 和带回流线的直接供电方式(图2.2 两种。 图2.1 不带回流线的直接供电方式
图2.2 带回流线的直接供电方式 不带回流线的直接供电方式在我国早期的电气化铁路中采用，机车电流完全通过钢轨和大地流回牵引变电所，牵引网本身不具备防干扰功能。在接地方面，每根支柱需单独接地（设接地极或通过火花间隙），或者通过架空地线实现集中接地（架空地线不与信号扼流圈中性点连接）。 带回流线的直接供电方式，机车电流一部分通过钢轨和大地流回牵引变电所（约70%），其余通过回流线流回牵引变电所（约30%）。由于流经接触网的电流和流经回流线的电流虽然大小不等，单方向相反，且安装高度比较接近，两者对铁路沿线通讯设施的电磁干扰影响趋于抵消，因此牵引网本身具备防干扰功能。在接地方面，接触网支柱通过回流线实现集中接地，回流线每隔一个闭塞分区通过吸上线（铝芯或铜芯电缆，常用VLV-70和2xVLV-150）与信号扼流圈中性点连接（吸上线间距3～4km ）。 （2） BT 供电方式 BT （Boost Transformer）供电方式又称吸流变压器供电方式，也是在我国早期电气化铁路中有采用，其主要目的是为了提高牵引网防干扰能力，但随着通讯线路电缆化和光缆化，防干扰矛盾越来越不突出，其生命力也已大大降低，该种供电
第38卷第8期电力系统保护与控制Vol.38 No.8 2010年4月16日Power System Protection and Control Apr.16, 2010 城市轨道交通交直流统一的牵引供电计算 刘 炜，李群湛，陈民武 (西南交通大学电气工程学院，四川 成都 610031) 摘要：针对城轨牵引供电计算现状，即一般将交流系统等效至直流侧进行计算或者交直流侧分开迭代，简化了交直流系统的内在联系，在一定程度上影响计算的精度，探讨了一种基于整流机组模型的城轨牵引供电系统交直流统一的牵引供电计算方法，并采用改进的牛顿-拉夫逊法和高斯-赛德尔法求解，利用10节点直流牵引供电系统进行了验证。提出的交直流统一的牵引供电计算方法已成功应用在城轨牵引供电仿真系统中。 关键词: 城市轨道；牵引供电计算；仿真分析 Study of unified AC / DC power flow in DC traction power supply system LIU Wei, LI Qun-zhan, CHEN Min-wu (School of Electric Engineering, Southwest Jiaotong University, Chengdu 610031, China) Abstract：Traditional power flow for DC traction power supply system usually carries out at DC traction side or executes separately at AC/DC sides, which simplifies the internal relationship and reduces the calculation precision. Through analyzing the model of parallel-connected 12 pulse uncontrolled rectifier, a unified AC/DC power flow for DC traction power system based on improved Newton-Raphson method and Gauss-Seidel method is discussed and applied in 10-node hybrid traction power supply system for practical verification. The unified AC/DC power flow algorithm has been successfully applied in simulation system of DC traction power supply system. Key words：urban railway; traction power calculation; simulation analysis 中图分类号： U231.92; TP391 文献标识码：A 文章编号： 1674-3415(2010)08-0128-06 0 引言 牵引供电计算在城轨供电系统的设计工作中占有极其重要的地位，是进行供电系统设计必须的一项工作，它关系到供电系统构成、牵引供电方式、变电所设置等多项系统设计的关键因素。 国内外众多学者对城轨牵引供电计算进行了深入的研究。Tylavsky对6脉波整流机组建立功率电压方程，采用牛顿-拉夫逊法求解牵引供电系统交直流混合潮流[1]。Yii-Shen Tzeng指出直流牵引供电系统中R/X较大，忽略换相电阻会导致潮流计算误差，其建立的6脉波整流机组模型中详细考虑了换相电阻和精确的基波电流，并提出一种城市轨道交直流统一的潮流计算方法[2]。蔡炎等建立了考虑复杂地网模型的多支路直流牵引供电网络模型，并采用节点电压法进行数值求解[3]。C.S.Chen，Y.S Tzeng分析了12脉波整流机组带平衡电抗器和不带平衡电抗器，各工作模式下的基波、谐波数学模型[4-5]。王晓东基于CAD技术、电路网络理论提出了一种城轨牵引供电系统仿真方法，这种研究方法成功应用在上海地铁1号线、2号线、东方明珠线的牵引供电系统研究中[6]。于松伟、史凤丽建立了牵引网动态模型，采用回路法求解牵引供电系统，并开发了城市轨道交通牵引供电仿真软件URTPS[7]。刘海东将列车牵引计算和供电计算结合，建立了实时计算牵引变电所负荷过程的供电仿真系统[8]。刘学军提出了城轨牵引供电计算的RS模型及其算法[9]。 目前比较成熟的直流牵引供电系统仿真分析软件有Carnegie-Mellon大学的EMM [10]；ELBAS针对城轨牵引供电系统仿真的SINANET [11]，该系统国内设计院均有引进。国内的一些设计院和科研所也自行研发了仿真分析设计软件。 城轨牵引供电计算一般将交流侧等效至直流侧进行或者交、直流侧分开迭代。实际上城轨供电系统是一混合系统，交直流互相耦合，相互影响。本文在12脉波整流机组模型的基础上，提出城市轨道
1系统概述 (3) 2系统设计 (7) 2.1系统设计效果图 (7) 2.2系统功能模块组成 (8) 2.2.1变电所硬件设备实物 (8) 2.2.2网络化交互式实训系统 (8) 2.2.3教员监控与管理系统 (8) 2.2.4供电调度实训系统的通信接口和接口协议 (9) 2.3系统设计思路 (9) 2.3.1实物设备与虚拟变电所相结合 (9) 2.3.2采用情景化专家引导实训模式 (10) 2.3.3数字化三维场景与主电气图仿真 (10) 2.3.4构建全真虚拟变电所 (11) 2.3.5接口 (15) 2.4一次系统整体设计 (15) 2.5二次系统工作条件模拟方案 (17) 2.6实物设备与仿真设备之间的联动 (18) 2.6.1电信号模拟数字化微处理工控机 (18) 2.6.2终端控制逻辑服务器 (18) 2.6.3仿真主变中主变差动、综合测控、主变本体、主变后备
18 2.6.4实物开关柜中智能模块 (19) 2.6.5控制台服务器系统 (19) 2.6.6自动化电力调度系统 (19) 2.6.7电气故障模拟及诊断系统 (20) 3教学培训实现 (24) 3.1变电所综合自动化 (24) 3.1.1系统总述 (24) 3.1.2系统结构 (26) 3.1.3系统功能 (26) 3.1.4系统控制、监视、测量范围 (29) 3.1.5电力调度中心主站系统 (30) 3.1.6SCADA系统复示终端 (32) 3.2网络化交互式演练系统设计方案 (38) 3.2.1网络化交互式演练系统 (38) 3.2.2系统概况 (40) 3.2.3系统实训功能 (40) 3.3教员监控与管理系统 (43)
第一节高速铁路牵引供电系统 电气化铁路的组成 由于电力机车本身不带原动机，需要靠外部电力系统经过牵引供电装置供给其电能，故电气化铁路是由电力机车和牵引供电系统组成的。 牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网两部分组成，所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的三大元件。 一、电力机车 （一）工作原理 电力机车靠其顶部升起的受电弓和接触网接触获取电能。电力机车顶部都有受电弓，由司机控制其升降。受电弓升起时，紧贴接触网线摩擦滑行，将电能引入机车，经机车主断路器到机车主变压器，主变压器降压后，经供电装置供给牵引电动机，牵引电动机通过传动机构使电力机车运行。 （二）组成部分 电力机车由机械部分(包括车体和转向架)、电气部分和空气管路系统构成。 车体是电力机车的骨架，是由钢板和压型梁组焊成的复杂的空间结构，电力机车大部分机械及电气设备都安装在车体内，它也是机车乘务员的工作场所。 转向架是由牵引电机把电能转变成机械能，便电力机车沿轨道走行的机械装置。它的上部支持着车体，它的下部轮对与铁路轨道接触。 电气部分包括机车主电路、辅助电路和控制电路形成的全部电气设备，在机车上占的比重最大，除安装在转向架中的牵引电机之外，其余均安装在车顶、车内、车下和司机室内。 空气管路系统主要执行机车空气制动功能，由空气压缩机、气阀柜、制动机和管路等组成 （三）分类 干线电力牵引中，按照供电电流制分为：直流制电力机车和交流制电力机车和多流制电力机车。交流机车又分为单相低频电力机车(25Hz或162/3Hz)和单相工频(50Hz)电力机车。单相工频电力机车，又可分为交--直传动电力机车和交—直—交传动电力机车。 二、牵引变电所 牵引变电所的主要任务是将电力系统输送来的110kV三相交流电变换为27.5（或55）KV单相电，然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，电压变
城市轨道交通直流牵引系统框架保护 框架保护是直流供电系统中特有的保护类型，接触轨为正极，走行轨为负极。电流除了从走行轨返回，还可以从大地返回，这样的杂散电流很大，所以，直流供电系统设计为不接地系统。但是设备外壳是接地的，如果发生正极接地，正极通过设备外壳对负极间的短路电流突然增大，钢轨与车身外壳是相连为负极的，旅客上下车将有严重的生命危险。 摘要：本文分析地铁直流框架保护的重要性及原理，简述地铁直流框架绝缘安装的方法。 关键词：核心期刊投稿,城市轨道交通,框架保护,绝缘安装 1 直流牵引系统为什么要设置框架保护和绝缘安装 框架保护实时检测对地绝缘的直流供电设备正极与接地的柜体之间的绝缘状况，在断路情况下，作用于直流断路器跳闸。直流牵引系统正或负一极接地没有什么危害，但是两级都接地后对直流设备影响很大，可能烧坏直流用电设备或使直流用电设备不能正常工作，因此必须进行绝缘安装。 2 直流牵引系统框架保护原理 2.1 框架保护分为电压框架保护和电流框架保护两种 (1)电压框架保护采集信号的对象是负极与设备外壳(地)之间的电位差，在车站装设有轨电位限位装置(短路器)，如果负极对地电压升高，即走行轨对地的电压升高，轨电位限位装置直接将钢轨接地，以保证人生安全，但是，如果电压达到整定的值，轨电位限位装置还没有将刚轨
接地，电压框架保护动作，所以，电压型的框架保护相当于轨电位限位装置的后备保护。 (2)电流框架保护采集信号的对象是设备的外壳对地的泄露电流，包括整流器柜，负极柜和直流开关柜。其主要目的是保护人生的安全。 (3)运行过程中，通过判断检测到的故障电流和电压，实现保护跳闸切除故障。一般来说，牵引变电所的直流开关柜、负极柜与整流器柜绝缘安装;并采用连接电缆将直流设备的外壳保护接地连接成一个整体，通过负极柜的电流元件与牵引变电所接地网单点相连。 3 直流牵引系统框架保护可靠性提高 在轨道交通运营几年后，会发生框架保护误动作的现象。目前框架保护采用低阻框架保护装置，直流牵引供电系统如果在直流设备内发生正极对壳体的泄露，短路电流会经过壳体、地、轨-地泄露电阻或排流二极管、轨道电位限制装置流回负极母线，这种泄露故障最初一般的短路电流都不大，但如果不及时清除，事故会逐渐发展扩大，短路电流可能由最初的几十安培上升到几万安培。因此为保护直流设备设置专门保护装置，以在泄露初期就及时快速将故障清除，同时也带来了框架保护的高灵敏性，一旦该装置内受潮或粉尘侵入，本所内整流机组高压侧断路器及所有直流断路器跳闸，并联跳同一供电区的相邻牵引变电所直流断路器，并闭锁本所、相邻牵引变电所直流断路器。 4 直流牵引系统设备绝缘安装 由于地铁牵引供电采用直流电源，当牵引电源正、负极不采取绝缘措施与大地接触后，电流流入埋地金属，再从埋地金属体流出，进入大
科研训练结题报告 城市轨道交通供电系统研究与设计 指导教师：张俊芳 学生姓名：尹兆京梁华斌宁玉可
学号： 1010190456 10101904 一．背景介绍我国城市轨道交通事业正面临着前大力发展城市轨道交通已 成共识。目前，所未有的良好发展环境和难得的发展机遇。初步统计，21世纪，我国城市轨道交通建设将进入快速发展的阶段据。进入已实现运营线路总长度近国内目前已有十几座城市正在建造快速轨道交通工程，。另外还有相当数量的大中城市，正在着手不同类型轨道交通建设的前期筹400 备工作，预计在未来中 国城市发展中，轨道交通的建设速度将会不断加快。二、相关知识简介、城市轨道交通供电系统1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、换流（转换为直流电）等环节，向城市轨道快速交通线路运行的动车组输送电力的全部供电系统。即对沿线牵引变电所输送电力的城市轨道交通供电系统通常包括两大部分，向动车组换流后，高可靠性专用外部供电系统；以及从直流牵引变电所经降压、电的直流牵引供电系统。其大致的示意图如下： 城市电 主变电高压供电系 牵引变电牵引供电系 接触馈 回流轨 图2-1 地铁供电系统 从发电厂（站）经升压、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（或一次）供电系统”。 “牵引及其以后部分统称为（当它不属于电力部门时）从主降压变电站 供电系统”。它应该包括：主降压变电站、直流牵引变电所、馈电线、接触网、
走行轨及回流线等。直流牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电。馈电线是将牵引变电所的直流电送到接触网上。接触网是沿列车走行轨架设的特殊供电线路，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电力。走行轨道构成牵引供电回路的一部分。回流线将轨道回流引向牵引变电所。 2、供电制式主要包含电流制、电压等级和馈电方式，世界各国城市轨道交通 均采用直流供电制式，这是因为城市轨道交通车辆功率相对城际列车是很小的，其供电距离较短，对供电电压要求不高。其电压在6001500V之间，我国规定采用750V和1500V两种。牵引网馈电方式分为架空接触网和接触轨两种基本类型。一般750V采用第三轨馈电方式，1500V采用架空接触网馈电方式。采用哪种供电制式必须根据城市具体条件与要求，综合分析论证，经测算采用750V与1500V 供电方式单位工程成本接近，从经济上、运营维护的合理性以及备件的通用性等多方面考虑，选用1500V更有利一些。选择合理的供电制式要依据以下原则：1.要与客流量相适应。城市轨道交通设计的基础为预期乘坐旅客流量。根据预测客流量选择合适的电动客车类型，一般大运量的城市轨道交通系统，多采用1500V电压，架空接触网馈电；中小运量的城市轨道交通系统多采用750V和接触轨馈电方式。比如上海、广州和大连采用1500V接触网馈电；长春轻轨采用750V接触网馈电。 2.供电要求安全可靠。城市轨道交通是城市公共交通系统中的脊梁，一旦发生故障，造成列车停运，就会影响市民生活，引起城市交通混乱。安全可靠是选择供电制式的重要条件之一。 3.牵引网使用寿命长，减少维修工作量，降低轨道交通运营成本。 4.根据城市人文景观、地理环境需要选择合适的牵引网。 5.便于安装和事故抢修。选用的牵引网应便于施工安装以及正常运营后的日常维修维护，一旦发生故障，尽快恢复运营。 3、接触网是城市轨道交通系统中不可或缺的组成部分，占有非常重要的位置， 是传递能量的桥梁。接触网分为柔性接触网和刚性接触网，柔性接触网由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础四部分组成，刚性接触网是通过改革研制的新产品，相对柔性接触网来说具有整体结构简单、无需下锚装置、线叉及锚段关节安装调试方便等优点。柔性接触网暴露于空气，长期面临着外界温度应力变化，处于经常被受电弓抬升摩擦的工作环境中，其电可靠性、安全性及供电质量对城市轨道交通起着相当重要的作用。柔性接触网分类大多以接触悬挂的类型来区分，在一条线路上，为了满足供电和机械方面的要求，把接触网分成若干一定长度且相互独立的分段，这就是接触网的锚段。根据每个锚段结构的不同分为简单接触悬挂和链型接触悬挂。简单悬挂的优点是结构简单、支柱高度低、投资小、施工检修方便；缺点是导线的张力、驰度随温度变化较大，导线弹性不均匀，不利于机车高速受流。单链形悬挂按下锚方式分为未补偿简单链形悬挂、半补偿链形悬挂、全补偿链形悬挂。未补偿简单链形悬挂即下锚处不设补偿装置，又称为硬锚，其接触线、承力索张力驰度随温度变化大，我国很少采用；半补偿链形悬挂即接触线补偿下锚，承力索未设补偿装置；全补偿链形悬挂即接触线承力索都设有张力补偿装置。接触线、承力索张力恒定、弹性较均匀、受流质量较．好。适合高速行车需要，是我国铁路及城轨交通接触悬挂的主要形式。按悬挂链数分分为单链型、双链型及多链型接触悬挂。单链型接触悬挂按其有无弹性吊弦
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，一般用电范围多在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
城市轨道交通供电系统课程设计报告评语： 考勤（10） 守纪 （10） 设计过程 （40） 设计报告 （30） 小组答辩 （10） 总成绩 （100） 专业：电气工程及其自动化 班级：电气1002班 姓名：李宵亮 学号： 201009105 指导教师： 兰州交通大学自动化与电气工程学院 2013年7月12日
1设计原始资料 1.1具体题目 某原始资料如表1所示： 表1 某地铁一号线线路区间长度 站名(简称) 西 朗 A 坑 口 B 花 地 湾 C 芳 村 D 黄 沙 E 长 寿 路 F 陈 家 祠 G 西 门 口 H 公 元 前 I 农 讲 所 J 烈 士 陵 园 K 东 山 口 L 杨 箕 M 体 育 西 路 N 体 育 中 心 O 广 州 东 站 P 站距 (kM) 1.571 0.928 1.321 1.38 0.951 1.135 0.932 0.872 1.177 1.019 1.165 1.316 1.423 0.961 1.874 (1)车流密度：平时N=20对/h，高峰N=30对/h； (2)列车编组：6节/列； (3)列车自重：G=331.6t； (4)列车平均运行速度：V=35km/h； (5)牵引网额定电压：U c=1.5kV； (6)牵引网单位阻抗：r=0.0331Ω/km； (7)列车单位能耗： A=0.07kW·h/t·km； (8)运营时间：18h/day； (9)走行轨单位阻抗：r0=0.013Ω/km； (10)电价：a=0.69元/度。 1.2要完成的内容 试结合所学知识，对该地铁牵引变电所进行布点，并进行牵引供电计算。 2设计内容的分析 牵引变电所的设置取决于：牵引网电压等级、牵引网电压损失，同时应对杂散电流腐蚀防护、线路能耗、电缆敷设、土建造价等加以统筹考虑。牵引变电所分布应尽量均匀，便于牵引整流机组规格统一，便于设备维护管理以及降低维护成本。 2.1布点的基本要求 2.1.1满足直流牵引供电系统运行方式的要求 本设计采用双牵引整流机组双边供电的运行方式，各牵引变电所的两套牵引整流机组均投入运行，牵引网电压质量好，牵引网能耗低，对杂散电流腐蚀防护也是有利的。 1