一、轨道交通供电系统概述
（一）概论
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。
（二）供电系统的组成
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)。
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、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
种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。主变电所进线电压一般为110kV，经降压后变成35kV或10kV，供牵引变电所与降压变电所。主变电所应有两路独立的进线电源。集中式供电，有利于城市轨道交通供电形成独立体系，便于管理和运营。上海、广州、南京、香港、德黑兰地铁等即为集中式供电方案。
2、分散式供电
根据城市轨道交通供电的需要，在地铁沿线直接由城市电网引入多路电源，构成供电系统，称为分散式供电。这种供电方式一般为10kV电压级。分散式供电要保证每座牵引变电所和降压变电所均获得双路电源，要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。建设中的沈阳地铁、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线等即为分散式供电方案。
3、混合式供电
将前两种供电方式结合起来，一般以集中式供电为主，个别地段引入城市电网电源作为集中式供电的补充，使供电系统更加完善和可靠。这种方式称为混合式供电。北京地铁一线和环线、建设中的武汉轨道交通工程、青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方案。
全线的牵引降压混合变电所及降压变电所被分成若干个供电分区，每个供电分区一般不超过3个车站；每一个供电分区均从主变电所的不同母线就近引入两路10kV电源(对于地面线路，供电分区的来自于主变电所的两路10kV电源也可以从牵引变电所处引入，不一定就近引入)。
牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线均采用分段单母线形式。地下降压变电所主接线可采用分段单母线形式，地面降压变电所主接线则可以采用两段母线形式，同一工程的地下降压变电所与地面降压变电所主接线，应尽量一致。地面降压变电所的配电变压器，也可以采用负荷开关——熔断器组合电器保护。
牵引降压混合变电所、牵引变电所的主接线，均采用分段单母线形式。降压变电所的主接线可按跟随式降压变电所考虑。
该接线方式比较复杂。为同一电源开闭所供电的两路市网10kV电源，最好来自于不同的地区变电所。该方式对城市电网10kV电源点的数量要求不多。（三）变电所
牵引变电所是一个统称，实际上它还包括供电系统中的开闭所、分区所自耦变压器所。这些供电设施构成了电气化铁路的牵引供电系统，如图所示
牵引供电系统
SS——牵引变电所；SP——分区所；SSP1、SSP2——开闭所；ATP——自耦变压器所
牵引变电所的作用
牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电变换成适合电力机车使用的电能。我国电气化铁路采用的是工频单相25 kV交流制，而电力系统是一个三相交流系统，电压标准也不同，不能直接使用，需要经过变换电压等级和由三相变换成单相才能使用。电气化铁路产生的负序和高次谐波对电力系统会造成多种不良影响，也需要通过牵引变电所来解决。因此，牵引变电所的作用有以下几个方面：
1、将电力系统的电能变换成适合电力机车使用的电能
2、降低电气化铁路对电力系统的影响
（四）向牵引变电所供电的接线图
由于交通运输的重要性，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，即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，再加上电源线路的具体分布情况不同，因此，造成向牵引变电所供电的形式复杂多样，但可以将它归纳成以下几种典型的形式。
1、环行供电接线（图1）
图1 环行供电接线图
a--牵引变电所；b—主降压变电站（所）；c—线表示一路三相输电线；d—轨道线
由两个或两个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。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。
2、双边供电接线（图2）
图2 双边供电接线图
a--牵引变电所；b—主降压变电站（所）；c—线表示一路三相输电线；d—轨道线
由两个主降压变电所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。当引入数目较多时。开关设备多，投资增加。
3、单边供电接线（图3）
图3 单边供电接线图
a--牵引变电所；b—主降压变电站（所）；c—线表示一路三相输电线；d—轨道线
当轨道沿线附近只有一侧有电源时，则采用单边供电。单边供电较环行供电和双边供电的可靠性差，为了提高可靠性，应用双回路输电线供电。单边供电设
备少，投资也少些。
在双边供电和单边供电的情况下，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一个，这样可以减少进线的数目而降低变电所的投资。
4、辐射形供电接线（图4）
图4 辐射形供电接线图
a--牵引变电所；b—主降压变电站（所）；c—线表示一路三相输电线；d—轨道线
每个牵引边用两路独立输电线与主降压变电站联接。这种接线方式适合于轨道线路成弧形的情况。这种接线简单，但当主降压变电所停电时，将全线停电。
应当指出，实际情况常常是以上某些典型接线方式的综合。变配电接线图的选择应该是这样的，当供电系统的一个元件损坏时，它应能自动解列而不致破坏牵引供电。
（五）牵引变电所电气主接线
电气主接线（main electrical connection scheme）按牵引变电所和铁路变、配电所（或发电所）接受（输送）电能和分溜配电能的要求，表征其主要电气设备相互之间连接关系的总电路。通常以单线图表示。电气主接线中表示的主要电气设备有电力变压器、发电机、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器、母线、接地装置以及各种无功补偿装置等。常用的主接线形式有:单母线接线、单母线分段接线、单母线分段带旁路母线接线、桥形接线和双T 形（或T形）分支接线等。电气主接线包括从电源进线侧到各级负荷电压侧的全部一次接线，有时还包括各类变、配电所（或发电所）的自用电部分，后者常称作自用电接线。
1、主要功能
电气主接线反映了牵引变电所和铁路变、配电所（发电所）的基本结构和功能。在运行中，它表明本变电所（发电所）与高压电网、馈电线的连接方式以及相关一次设备的运行方式，成为调度控制和设备实际操作的依据；同时，电气主接线对牵引供电和铁路电力供电系统运行的可能性、电能质量、经济性和操作灵活性起着决定性作用；在设计中，电气主接线对变电所（发电所）电气设备选择、配电装置布置、继电保护方式及其配置与整定计算、自动装置和控制方式选择都有重大影响，因此，电气主接线及其组成的电气设备，是牵引变电所和铁路变、配电所（发电所）的主体部分。
2、基本要求
电气主接线应满足下列基本要求：①牵引变电所、铁路变电所电气主接应综合考虑电源进线情况（有无穿越通过）、负荷重要程度、主变压器容量和台数，以及进线和馈出线回路数量、断路器备用方式和电气设备特点等条件确定，并具有相应的安全可靠性、运行灵活和经济性。②具有一级电力负荷的牵引变电所，向运输生产、安全环卫等一级电力负荷供电的铁路变电所，城市轨道交通降压变电所（见电力负荷、电力牵引负荷）应有两回路相互独立的电源进线，每路电源进线应能保证对全部负荷的供电。没有一级电力负荷的铁路变、配电所，应有一回路可靠的进线电源，有条件时宜设置两回路进线电源。③主变压器的台数和容量能满足规划期间供电负荷的需要，并能满足当变压器故障或检修时供电负荷的需要。在三相交流牵引变电所和铁路变电所中，当出现三级电压且中压或低压侧负荷超过变压器额定容量的15%时，通常应彩三绕组变压器为主变压器。④按电力系统无功功率就地平衡的要求，交流牵引变电所和铁路变、配电所需分层次装设并联电容补偿设备与相应主接线配电单元。为改善注入电力统的谐波含量，交流牵引变电所牵引电压侧母线，还需要考虑接入无功、谐波综合并联补偿装置回路（见并联综合补偿装置）。对于直流制干线电气化铁路，为减轻直流12相脉动电压牵引网负荷对沿线平行通信线路的干扰影响，需在牵引变电所直流正、负母线间设置550 Hz、650Hz等谐波的并联滤波回路。⑤电源进（出）线电压等级及其回路数、断路器备用方式和检修周期，对电气主接线形式的选择有重大影响。当交、直流牵引变电所35 kV～220 kV电压的电源进线为两回路时，宜采用双T 形分支接线或桥形接线的主接线，当进（出）线不超过四回路及以上时，可采用
单母线或分段单母线的主接线；进（出）线为四回路及以上时，宜采用带旁路母线的分段单线线主接线。对于有两路电源并联运行的6kV～10 kV铁路地区变、配电所，宜采用带断路器分段的单母线接线；电源进线为一主一备时，分段开关可采用隔离开关。无地方电源的铁路（站、段）发电所，装机容量一般在2 000 kV·A以下，额定电压定为400 V或6.3 kV，其电气主接线宜采用单母线或隔离开关分段的单母线接线。⑥交、直流牵引变电所牵引负荷侧电气接线形式，应根据主变压器类型（单相、三相或其他）及数量、断路器或直流快速开关类型和备用方式、馈线数目和线路的年运输量或者客流量因素确定。一般宜采用单母线分段的接线，当馈线数在四回路以上时，应采用单母线分段带旁路母线的接线。
二、接触网
（一）概论
接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备，它的功能是向走行在铁路线上的电力机车不间断地供应电能。但是，接触网与一般的输电线路不同，它必须架设在线路的正上方，电力机车利用顶部的受电弓与接触线滑动摩擦而获得电能。因此，只要有电力机车走行的线路，都必须架设接触网。
由于接触网是露天设置，受着各种恶劣气象条件的影响，其工作状态又是随着电力机车的运行而变化，而且没有备用，因而使得接触网的工作条件非常复杂，对它的要求非常严格。
1、接触网的组成
电力机车实际上是一个边受流边行驶的移动负荷。为了保证不间断地供给电力机车电能，就必须使电力机车的受电弓与接触网的接触线在电力机车行驶时有良好的接触，因此，对接触网的结构就有特殊的要求。
接触网主要由以下几个部分组成：
(1)接触悬挂部分。包括承力索、接触线、吊弦、中心锚结、补偿装置等。接触线是与受电弓直接接触摩擦的部分。
(2)支持装置。用以悬吊和支撑接触悬挂并将其各种载荷传递给支柱或桥隧等大型建筑物。支持装置还应将承力索、接触线固定在一定范围内，使受电弓滑行时与接触线有良好的接触。根据接触网所在位置及作用不同，支持装置的结构又可分为腕臂支持装置、软横跨、硬横跨、桥梁支持装置和隧道支持装置等。
(3)支柱与基础。用以安装支持装置、悬吊接触悬挂，并承受其载荷。
此外，还有供电线，加强线，以及因供电方式不同而设置的回流线，正馈线(AF 线)，保护线(PW线)等附加导线，为了安全而设置的保护设备、电气设备等。接触网的组成。
2、接触网的工作条件及其基本要求
电力机车走行时，受电弓给接触线以上抬力，使接触线抬外，由于接触线是一条长软线，而受电弓又是—个弹性装置，因此，这种压力和抬升是变化着的，而且变化迅速。此外，列车在以空气为介质的空间运行时，还会对受电弓弓臂和弓头产生有一定压力的空气流，形成对受电弓向上或向下的附加力。上面几种力
的合成作用结果，使接触向产生振荡，从而使受电弓滑板不能很好地追随接触线的轨迹，导致脱离接触线(离线)。
（二）接触网设备运行与巡视
接触网检测的目的是对接触网进行有效的维护,保证其安全运行,避免弓网故障的发生。目前大多数故障的发生看似具有一定的偶然性,其实从其运行前的参数就可以知道故障的隐患范围和可能发生的结果。接触网检测的多项参数相互独立,又存在必然的联系。在实际工作中,常常遇到各项参数并未超标,但仍存在故障隐患的情况。这就需要综合考虑各项运行参数,对弓网运行的安全性作出评估。本文的目的就是综合研究各个运行参数之间的内在关系,进而实现对弓网故障的预测及事故分析。本文选择建立神经网络模型的方法对高速接触网运行参数进行分析。神经网络方法的一个突出优点就是能够通过训练进行学习。通过研究系统过去的数据记录,进行适当的训练后,神经网络具有归纳全部数据的能力。可以利用神经网络理论对接触网运行参数的大量实测数据进行挖掘,找出其中蕴涵有关运行状态的规律,进而形成智能专家系统,判断和分析事故原因,以减少故障的发生。在进行分析之前,对已有的原始数据文件进行读取和归类,将各项参数的检测数据存储于相应的数据文件中,对需要进行滤波的数据进行了滤波处理。通过对神经网络理论和神经网络模型的系统学习,比较各神经网络模型的特点和应用的领域。
接触网巡视管理系统作为《铁路牵引供电管理信息系统》的一个子系统，主要由软件、硬件两大部分组成。其中硬件部分为接触网巡视监控记录仪；软件部分为接触网巡视管理系统软件平台。硬件部分主要辅助接触网工区检测人员完成日常巡视工作，记录其巡视过程中发现的缺陷信息，并对其巡视轨迹进行记录及监督；软件部分主要完成接触网巡视监控记录仪所记录的巡视数据的分析、统计、保存（直接将数据保存到《接触网巡视检查记录》表中），以及数据的上报工作，实现供电段、领工区能够通过计算机网络随时了解工区的近期巡视情况，实现巡视工作的计算机管理，实现同其他子系统间的数据共享。
“网故”时常发生且影响大，是因为牵引供电设备的运行具有以下特点：
1、接触网设备运行条件苛刻
接触网是沿线路布置的特殊输电线路，露天布置无备用，工作条件苛刻，通过与受电弓滑动接触向电力机车提供能源，一旦状态不良将直接影响供电和行
车。
接触网也是一个大张力的力学结构，零部件长期处于大张力、频繁震动的工作状态，加之目前零部件的工艺水平不高和内部品质的检测手段不足，材质不良原因的“网故”时常发生。
2、与相关部门关系密切
（1）与工务的关系
接触网是按照线路中心和轨面标高的相对位置而布置的，反映到接触网参数上为接触线距轨面的高度、接触导线距线路中心的距离和支柱侧面限界。所以，线路状态的变化将直接引起接触网技术状态的变化。此外，隧道、跨线桥梁漏（排）水、物件脱落侵入接触网限界等，也将造成接触网烧伤损坏。
（2）与电力机车的关系
电力机车直接从接触网上取得电能，其受电弓、车顶绝缘以及放电间隙（避雷器）不良等，均可导致跳闸停电和弓网故障。机车操纵不当（如不断电过分相、双弓运行等）也可造成跳闸停电，严重时会烧断导线或承力索。
（3）与车务的关系
进路不当时，可使电力机车进入接触网无电区或无网区而造成跳闸停电。更严重的是将电带入作业区危及检修人员生命安全，此种情况曾多次发生。另外，因隔离开关操作不当造成的故障也时有发生。
（4）与货运的关系
因货物捆绑不良运行中翘起、脱落短接和砸坏接触网，捆绑、覆盖货物的绳索、蓬布运行中缠绕接触网等，均可造成跳闸停电和接触网设备故障。
（5）与电力系统的关系
牵引变电所是国家电网的负荷之一，其运行状态直接受电力系统的影响。如系统故障停电、电压质量差等也将表现为接触网无电、网压偏高或偏低等。再者，与接触网交叉跨越的地方电力线路，因故障断线搭接于接触网上的故障也时有发生。
（6）与沿线治安状况的关系
由于沿线社会治安状况不良，列车运行中盗窃装载货物和接触网设备的现象时常发生。被盗货物易砸断接触网支柱，造成大面积设备破坏，如棉花包、铝锭、铁锭等。
3、易受外界环境因素的影响
（1）牵引供电系统额定电压为27.5千伏，从绝缘强度及安全距离都有严格的要求。但倒树、鸟兽及人员触电，大风刮起的草木、杂物短接，以及道口撞车等都会造成跳闸停电和设备损坏。
（2）受冰、雪、雷雨、气温变化影响较大，当上述情况发生反常变化时，也易造成绝缘失效和状态异常。
4、检修抢修困难
（1）检修时需相应的供电臂停电，且占用作业区间或站场、股道，但因运输能力紧张，检修“天窗”常被占用，设备检修时间相对不足。尽管路局对天窗兑现采取了逐月考核等措施，但在枢纽及各别区段检修时间严重不足的现象依然突出。
（2）事故情况下，因故障列车堵塞或车站股道占用，抢修车辆不能及时赶到事故现场。对以汽车为交通工具的工区，遇有汽车不能到达的处所或雨天土路无法通行，势必影响抢修时间（转自铁道电气化网站）。
三、城市轨道交通杂散电流
（一）杂散电流的形成与危害
当直流大电流沿地面敷设的轨道流动时，直流电流除了在轨道中流动外，还会从轨道泄漏到大地，在大地中的各种金属物体上流动，然后再回到电源系统。这部分泄漏出来的电流称为杂散电流，在地铁工程中又称为迷流。
目前世界上城市轨道交通系统的供电方式，绝大多数采用直流供电系统。作为电源的牵引整流变电所，通过与之正极相连的接触轨或架空接触网，向电动列车输送电能，然后通过列车，以走行轨作为直流电流的回流通路，最终在牵引整流变电所附近，将走行轨与牵引整流变电所负极相连，使馈出的直流电流返回牵引整流变电所。但供电系统在实际运营过程中，上述的直流回路往往无法保证与周围的环境隔绝，由于各种原因，系统对周围环境存在着或多或少的泄漏电阻，随着线路运营时间的延长，运营环境逐步恶化，泄漏电阻值还将逐步减小，尤其是作为回流通路的走行轨，大多安装在隧道内的道床上，而在地面线路，更是直接安装在露天，经受着风吹雨淋，因此走行轨与大地之间的过渡电阻势必会减小，从而造成有部分直流电流泄漏向大地，侵入线路周围的地区，尤其是线路周围的输电电缆、通信电缆、煤气管道、自来水管道等金属构件。这部分没有按照既有线路流通，而流入大地电流，我们称之为杂散电流。
（二）杂散电流腐蚀的防护与监测
1、杂散电流的危害
由于杂散电流的产生以及它的电腐蚀效应，使对线路以及周围设施的金属构件构成了一定的威胁。这种电腐蚀总是发生在离子导电电流流出金属结构的地方，即发生在金属与电解质存在的阳极区。杂散电流的阳极电腐蚀对金属的破坏相当严重，能引起水管穿孔漏水、锈蚀、电缆挂钩打火、道钉生锈断裂等，导致地铁设施的使用寿命降低，造成严重的经济损失。
虽然极性排流在防止杂散电流腐蚀上起到了很好的效果,但是排流也会带来一些副作用。
其一是排流会使杂散电流的数量增加,这使那些没有接排流设备的结构物的腐蚀加剧。Pignatellip详细考察了美国费城内地铁杂散电流对地下公共设施的影响时发现排流引起了严重的干扰,拆除若干排流接头后,反而使大地杂散电流
减少2000A。
其二使钢轨电位升高,其电位有可能超过容许安全电压(规定为65V)。
其三排流量过大还会带来如下的危害:当一氯化亚汞电极为基准,埋地管道的对地电位低于-2.5V时,埋地管道的保护曾被破坏的危险增大。当地中含有盐份时,铅不仅在阳极区受到腐蚀,而且在阴极区也受到腐蚀。当排流量过大时,铅皮电位变的更低,这种腐蚀会加剧。
2、杂散电流的监测
为了地铁牵引回流泄漏的情况和地下金属结构受杂散电流腐蚀的程度,必须进行专门的测量工作。地铁结构与设备受杂散电流腐蚀的危险性指标,应由结构表面向周围电解质漏泄的电流密度和由此引起的电位极化偏移来确定。由于电流密度难以直接测量,所以一般是通过测量腐蚀危险性的间接指标即由杂散电流引起的结构的电位极化偏移值来判断设备受杂散电流腐蚀的情况。所需监测的参数有轨道电压、地下金属结构的极化电位、轨道过渡电阻和轨道纵向电阻等。
杂散电流测量点应设置在地铁沿线的车站站台的两侧进出站信号附近、每一个回流点处及需要进行测试的走形轨分断点处、地铁桥梁两段、地铁的尽头线和线路与车辆段的连接坡道处,并定期对监测点进行检查维护。可通过传感器将各测量点所采集的参比电极对结构钢筋及轨道对结构钢筋的电压的模拟量及时转化为数字量,再由安装在牵引变电所控制室内的监测装置传送到计算机系统,以供操作人员随时查询。
3、上海地铁、深圳地铁杂散电流防护分析
（1）上海明珠线杂散电流防护系统
为防止杂散电流的干扰,上海明珠线采取的主要措施是建立畅通的牵引负极回路、回流轨采用绝缘垫、对地铁的各种管线及设备采取绝缘措施、利用整体道床内的结构钢筋构成杂散电流收集网。上海明珠线的监测系统是由杂散电流收集网测量端子、埋置式参比电极、测量信号电缆、数据转换箱以及微机监测装置构成。每个车站有3对测量端子,分别与地铁沿线测量端子和参比电极连接后经过电流排架引到变电站内的数据转换箱。微机与数据转换箱连接,对各监测点的电位进行实时监测。
（2）深圳地铁的杂散电流防护系统
深圳地铁杂散电流防护系统的防护原则是“以堵为主,以排为辅,防排结合,
加强监测”。堵的措施有钢轨下加绝缘垫、使用绝缘扣件、枕轨下加绝缘垫、道岔处加强绝缘等。排流的措施是将每个道床结构段内部的纵向钢筋搭接处以焊接方式焊接,形成可靠电气连接,形成主要的杂散电流收集网；同时将隧道结构钢筋实现可靠焊接,形成辅助杂散电流收集网;车辆段引入线与正线间、停车库内钢轨与库外钢轨间设单向导通设备。深圳地铁杂散电流监测系统是由参考电极、整体道床测量端子、车站隧道测量端子、信号电缆、信号测量端子箱、信号盒及微机综合测试装置构成。
4、其他杂散电流防护方法
阴极保护法:阴极保护是指向金属结构物提供电流,有外加电源法和牺牲阳极法；阳极保护法:即使被保护物的电位提高到钝态电位,从而阻止杂散电流腐蚀。青木敏雄发明了一种装置,控制钢轨电压恒定,切断杂散电流产生的源头,使杂散电流减至最小。这种设备把其所在钢轨对地电压叠加到钢轨上,使钢轨上各处电压相同,从而消除钢轨电位差。
三木邦敏发明的是利用向埋地电极施加支流电流的方法来吸收杂散电流,从而达到减轻杂散电流腐蚀危害的目的。易友祥等提出了一种可以对杂散电流进行自动跟踪补偿,目的是减少杂散电流数量的积极的防护方案。
四、避雷装置
（一）雷电的危害
雷电的冲击高电压将使电气设施的绝缘击穿，强大的雷电流将使电气设施烧毁，并引起很高的跨步电压和接触电压，对人体造成危害；雷电的高温及短路效应将引起严重的火灾和爆炸，由电磁作用形成的巨大动力、雷电激波气浪将使被击物遭受严重损坏。
（二）避雷装置
1、防直击雷的设施——接闪器
接闪器是直接接受雷击的金属体，它经过引下线与接地体连接，其作用是引雷入地，从而保护了其他物体免受雷击。它包括：
（1）、避雷针。
（2）、避雷线。
（3）、避雷带（网）。
2、防止雷电波侵入的设施——避雷装置
避雷装置又称防雷装置，其作用是防止电气设备的雷电过电压。雷电过电压，是由于电力设备或建筑物遭受直接雷击或雷电感应而发生的过电压。雷电过电压又称大气过电压或外部过电压。雷电过电压产生的雷电冲击波，其电压幅值可达100MV，电流幅值可达几百KA，因此，对电气设备的正常运行危害极大，必须采取措施加以防护。
3、对防雷设施的安全要求
安全要求主要有：
（1）接闪器的接地体应独立装设，与电气设备接地体之间的距离不得小于3米，更不准二者公用接地体。
（2）防雷装置的接地电阻不得大于10欧。
（3）不准用铝线作防雷装置的引下线。
五、变电所的主要电气设备
（一）概述
变电所内的电气设备按所属电路性质分类：一次高压电路中所有的电气设备，即为一次设备；二次控制、信号和测量电路中的所有电气设备即为二次设备。
一次设备按其在一次电路中的功用又可分为变换设备、控制设备、保护设备、补偿设备和成套设备等类型。
（二）高压开关设备——高压断路器
断路器的用途是：
1、在不频繁操作的电路中作为直接开闭大负荷电流的主开关；
2、当线路出现严重过载或短路等故障时，按保护要求可靠分断故障电流，对线路和设备实施保护。
在各种开关电器中，断路器是唯一能分断短路电流的，因而是最重要的开关电器，上述要求决定了断路器有一下特点：
1、具有完善的灭弧装置，灭弧能力极强。可以说，一切灭弧措施都可以在断路器中获得应用。
2、与外附的或自身具有的保护装置相配合，具有按要求对线路或设备实现故障保护的功能。
3、具有比较复杂的分合闸操作机构。
（三）高压开关设备——熔断器
熔断器有称保险丝，熔断过程一般分为四个阶段：
1、通过故障电流而发热达到溶化温度的阶段，这个阶段所需时间与通过熔体的故障电流值有关，故障电流越大，这个时间就越短。
2、体溶化和蒸发阶段。熔体到达到溶化温度后继续吸收热量而溶化和蒸发，这个阶段的时间也与通过熔体的故障电流值有关，故障电流越大，时间越短。
3、间隙击穿和电弧产生阶段。熔体蒸发成金属蒸汽后出现间隙，其中充满金属蒸汽，金属蒸汽很快被游离而出现电弧，这个时间极短。
4、电弧燃烧和熄弧阶段。这个阶段时间的长短和电流的大小及熔断器的熄弧能力有关，熄弧能力越强，则燃烧时间就越短。但电弧熄灭时不允许产生危害电器设备的过电压。
（四）变压器
变压器的主要构造：
1、铁心。
2、线圈。
3、油箱。
4、油枕。
5、呼吸器。
6、防爆装置。
7、散热器。
8、绝缘套管。
9、瓦斯继电器。
10、温度计。
11、调压装置。
六、城市轨道交通供电设备的运行与巡视
（一）变电所设备的运行与巡视
1、巡视检查的基本要求
（1）巡视检查要按规定的线路进行。
（2）值班员巡视高压设备时，必须严格遵守《变电所安全工作规程》的规定。
（3）巡视人员应该作到人到、心到、位置到、且应看、听、嗅相结合。
（4）要有巡视周期。
2、巡视检查的基本方法
（1）目测检查法。
（2）耳听判断法。
（3）鼻嗅判断法。
（4）触式检查法。
（5）用仪器检测的方法。
（二）整流器组的运行与巡视检查
整流机组是牵引变电所的重要设备，它包括整流变压器和整流器组，每座牵引变电所中设置两套整流机组，通过整流机组获得机车牵引需要的直流电压。
七、电气安全
（一）静电防护
消除静电的原则是使静电消散作用于积累作用。这可从限制静电电荷的产生和积累、方便静电电荷的消散两方面着手。
1、泄漏法。
2、中和法。
工艺控制法。
（二）电气事故的规律和预防原则
1、电气事故的分类：
（1）人身事故；
（2）设备事故；
（3）操作事故。
2、电气事故的预防原则：
（1）采取严密的组织措施；
（2）采取严格的安全技术措施。
（三）防止电气事故的安全技术措施
1、合理选择电气设备和线缆。
2、绝缘、屏护和安全间距。
3、接地和接零。
4、电气安全装置。
（四）电气防火与触电救护
1、电气火灾的预防：
（1）线路防火。
（2）电动机防火。
（3）变压器防火。
（4）油断路器防火。
（5）电缆头防火。
（6）低压设备防火。
2、触电急救具体步骤：
（1）迅速使触电人脱离电源。（2）对触电人进行简易诊断。（3）根据诊断情况实施现场急救。
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 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。 其它运行方式 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进线电源向该变电所供电。
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
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。
一、轨道交通供电系统概述 （一）概论 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。 （二）供电系统的组成 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)。 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、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
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