第3章1城市轨道交通系统设备

1、城市轨道交通线路与站场设计(shj)第三章 城市(chngsh)轨道交通系统设备 共五十一页3. 1.1车辆(chling)概述 3.1 车 辆 城市轨道交通车辆主要指地铁车辆及轻轨车辆。车辆既是城市轨道交通系统完成运输任务的重要物质基础，也是技术含量较高的机电设备。城市轨道车辆应运行安全、可靠，经济、高效，性能先进，满足30年运行寿命，维修(wixi)成本低，美观、舒适。 共五十一页 1车辆分类 车辆根据客运能力大小可分为A型车、B型车、C型车。A型车车长24.4 m或22.8 m，车宽3.0 m，定员310410人，轨距(u j)1.435 m，最小曲线半径300 m，最大坡度3. 8，如

2、上海轨道交通1、2、3、4号线等使用车辆。B型车车长19. 52 m或22.8 m，车宽2.8 m，定员230245人，最小曲线半径250 m，最大坡度3. 5，如杭州地铁1号线等使用车辆。C型车车长18. 930.4 m，车宽2.6 m，定员200315人，最小曲线半径50 m，最大坡度6，如上海5、6、8号线等线使用的车辆。 根据有无动力，有无受电弓将车辆分为带司机室的拖车(A或Tc)、带受电弓的动车(B或Mp)及不带受电弓的动车(C或M)（不同的公司习惯用不同的字母表示）。共五十一页 2列车编组 车辆运行需要编组成(z chn)列，常见的列车编组有4节、6节、8节编组。每列车编组是由不同

3、数量的单元联接而成。如6节编组列车由2个单元组成。编组可有多种排列组合，形式不唯一。共五十一页3.1.2机 械 车辆机械部分一般由车体、转向架、牵引缓冲连接(linji)装置、制动装第置及空调通风系统等部分组成。 1车体 车体分有司机室车体和无司机室车体两种。它是容纳乘客和司机驾驶（对于有司机室的车辆）的地方，又是安装与连接其他设备和部件的基础。目前，车体多为整体承载的大型铝合金挤压型材结构，以实现车体轻量化。共五十一页 车体一般 由车辆壳体、车门、车窗、贯通(guntng)道、内装饰等组成，车辆壳体一般由底架、端墙、侧墙、车顶等组成。车底架由地板梁、侧梁、枕梁、横梁和牵引梁组成。车体及车辆壳

4、体 。共五十一页 车辆的车门有客室车门、司机室车门紧急疏散门逃生门，每节车每侧各有5组车门、车门按照驱动方式可分为电控风动(fn dn)门和电传动门。按照形式分为三种嵌入式滑动移门、外挂式移门及塞拉门。车辆客室之间可设贯通道，用以分流乘客。共五十一页 2转向架 每节车辆装设有两台转向架，每台转向架有两根车轴。转向架结构。转向架是车辆的走行部，装设(zhun sh)于车辆与轨道之间，用来牵引和引导车辆沿着轨道行驶，承受并传递来自车体及线路的各种载荷，并缓冲其作用力。它是保证车辆运行品质和安全可靠的关键部件。转向架根据有无动力装置可分为动车转向架和拖车转向架，一般由构架、轮对轴箱装置、弹簧悬挂装置

5、、制动装置等组成，如果是动力转向架，还有牵引电机及传动装置。构架是转向架的基础，将转向架的各个零部件组成一个整体。轮对轴箱装置由两部分组成，即轮对和轴箱。轮对是由一根车轴和两个相同的车轮采用过盈配合使之牢固地结合在一起。轴箱装置位于轮对与转向架之间，作用是将轮对和转向架联系在一起，使轮对沿钢轨的滚动转化为车体沿线路的平动，传递载荷和作用力，保证良好的润滑性能，减小磨耗，降低运行阻力，防止燃轴。弹性悬挂装置包括一系弹簧悬挂和二系弹性悬挂。一系弹簧悬挂装设在轴箱与构架之间。二系弹性悬挂装设于构架构架与车体之间。共五十一页共五十一页转K1转向架三维图共五十一页 3牵引缓冲连接装置 车辆编组运行必需借

6、助于牵引缓冲连接装置，有两部分组成，即连接装置及缓冲装置。连接装置即所谓车钩，用以实现车辆之间的机械连接、电气连接及空气管路连接；缓冲装置一般装在车钩后部，用以缓和列车冲动。 车辆车钩一般可分为全自动车钩、半自动车钩及半永久车钩。在每列车的两个车端各设有1个全自动(zdng)车钩，可自动(zdng)对接，用于救援时列车之间的联挂或调车。共五十一页车辆构成车钩(chgu)缓冲装置共五十一页 4制动装置 制动装置是保证列车安全运行所必不可少的装置。每节车都设有空气制动装置，如果是动车，还有再生制动、电制动装置包括电阻制动等。根据运行要求，制动系统一般有以下几种制动模式： (1)常用制动：到车正常运

7、行时使用的制动方式。车辆在常用制动时优先使用电制动，电制动中优先使用再生制动。电制动不能满足要求时，空气制动能够迅速、平滑的补充，实现混合制动。 (2)保压制动：列车运行低速时，电制动退出，空气制动接替。列车停止时仍保持一定的空气制动，使列车在超载(chozi)情况下，保持在3. 8的坡度上不会溜车。 (3)紧急制动：紧急情况下使用，列车以最大制动力制动并落下受电弓，紧急制动为空气制动。 (4)快速制动：是一种特殊的制动，是常用制动的属性，但具有紧急制动的最大制动力。与紧急制动不同，快速制动不落下受电弓。 共五十一页 (5)停放制动：是被动制动。空气(kngq)制动系统可采用主动或被动控制。主

8、动控制时，闸瓦通过压缩空气(kngq)作用压在车轮上。主动气制动是通过每节车的制动控制单元无级控制的。被动控制时，闸瓦是通过弹簧力压在车轮上。被动制动是在列车停放时施加的，无压缩空气作用。主动和被动制动相互分离，不能同时作用，以免过制动。共五十一页共五十一页 5空调通风系统 列车空调通风系统由车顶集中式空调单元(dnyun)、司机室通风单元(dnyun)、客室风道组成。空调通风系统有4种工作模式：制冷（满负荷制冷或部分负荷制冷）、通风（无需制冷）、部分制冷（当1台或多台空压机无法启动而导致制冷能力降低）、紧急通风（当辅助逆变器发生故障不能正常供电时，蓄电池向供风风扇供电，可为客室提供足够新鲜空

9、气）。每节车车顶配备两台车顶集中式空调单元用于客室通风和制冷。客室风道沿列车的纵向延伸，由若干个区段连接而成，安装在天花板上方。在整个风道上都装有分流空气的格栅。空调系统通过风道及格栅向客室供风。共五十一页3.1.3电 气 车辆电气包括高压电源、辅助电源及接地 1高压电源 目前，国内受电制式有两种，北京地铁为直流750 V，上海地铁为直流1500 V。受流装置将电流从接触网或第三轨引入车辆内部，供给辅助逆变器和牵引逆变器，牵引逆变器为牵引电机提供电源，辅助逆变器为车辆电气设备（牵引电机除外）提供电源。 2辅助电源 车辆的辅助逆变器可提供3种电源：为列车上所有(suyu)三相负载提供380 V5

10、0 Hz的3相交流电源，如：风机、空调、空气压缩机等。提供220 V 50 Hz的交流电源，如：插座、照明等。110 V直流辅助电压为110 V的直流负载供线并为蓄电池充电。共五十一页 3接地 接地主要是确保有效的工作接地、保护接地及电磁兼容性。 工作接地为牵引电流通过轨道回供电所提供反向回路，否则，车辆无法牵引。 保护接地可在车辆发生故障的情况下，使人员及车辆设备与高电压(diny)隔离，保护人员及设备的安全。 电磁兼容性措施可保护车辆的电子设备和轨旁信号传输设备不受车辆高频脉冲电流的干扰。以避免引起车辆故障，扰乱无线通信及轨旁电路的正常工作。共五十一页 4车辆电机、电器 城市轨道交通车辆的

11、电器一般包括受流器、高速断路器、牵引逆变器、制动电阻、辅助(fzh)逆变器等。 城市轨道交通车辆电机包括牵引电机和各种辅助电机（如空气压缩机电动机、空调压缩机电动机、风机等）。应用最广泛的牵引电机是交流异步牵引电动机（上海地铁全部采用交流异步牵引电动机）。调速采用的是交流电机调频调压( VVVF)控制技术。 城市轨道交通车辆常用的受流装置有2种：受电弓受流器和第三轨受流器。上海地铁使用的是单臂受电弓，安装在B(或Mp)车顶，受电弓与车顶之间有绝缘子隔离。受电弓升起时，与接触网接触并保持一定的压力，保证良好接触，将电流引入车辆内。 每节车装有一台牵引逆变器，位于车底的牵引箱内。可为每节车的四台牵

12、引电机提供三相交流电源。每只牵引逆变器由各自的高速断路器保护。 共五十一页 高速断路器一般位于车底的高压箱内。高速断路器用来接通和分断车辆(chling)的主回路，是车辆(chling)的主要保护装置。当主电路发生故障时快速切断高压电源。要求高速断路器开关动作迅速、可靠、并具有足够的断流容量。 共五十一页3.1.4控 制 每节车都会装设有子系统的控制单元，如牵引控制单元（限于动车）、制动控制单元、辅助逆变器控制单元、空调控制单元、门控单元等。这些控制单元与整列车的控制都有接口。 列车还装设有贯穿整列车的列车线、总线来实现列车的统一控制。 列车还配有列车故障诊断系统。通过列车控制单元接收列车子系

13、统的所有故障信息，并在司机操作台的彩色显示屏上显示出来。 列车还配备了列车自动控制系统(ATC)。车载ATC系统包括列车自动保护(ATP)、列车自动驾驶(ATO)、列车自动监控(ATS)。ATP监控列车实际速度及列车间的间距。在检测到不安全运行状况时，ATP将施加紧急制动直到列车停止运行。ATO模式下，司机手动发出“开始(kish)”命令后，列车可自动驾驶。共五十一页共五十一页共五十一页 3.1.5车辆故障处置 列车故障诊断系统将列车运行中出现的故障分为4类：无运营影响故障、运营影响故障 1、运营影响故障2及死车。无运营影响故障表示可以忽略出现的故障并继续当天的运营。出现的故障可以在一般的维修

14、过程中消除。运营影响故障1表示列车此次(c c)运行完成后不能再继续。故障2表示乘客必须在下一站离开列车。列车必须在此时退出运营。死车表示列车靠其自身的动力已无法移动。必须马上通知调度人员，并等待后续指示。 出现故障，最简单的检修程序是首先检查压力计，司机操作台上的显示屏和司机座椅后面开关面板上的蓄电池电压计。检修工作先从检查这些仪表开始。如果故障不能在这些仪表上反映出来，可按照列车启动、彩色显示屏、列车操作的顺序查找、处理故障。共五十一页3.2 供 电 电力是主要动力形式。供电系统担负着整个系统运行所需电能供应与传输，是系统安全可靠运行的重要保证。电力是保证列车正常运行及各种设备系统不间断工

15、作的能源，供电一旦中断不仅会造成运输的瘫痪，而且还会危及乘客生命安全和财产损失。高度安全、可靠的供给电力是重要保证和前提。3. 2.1 城市轨道交通供电系统的构成 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供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给城市轨道交通各类用电设备。 城市轨道交通供电属于城市电网一级负荷，由两路独立的电源供电。当任何(rnh)一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证城市轨道交通一级重要负荷的全部供电需要。两路电源应来自城市电网两个不同的区域变电所共五十一页共五十一页 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、

16、动力照明供电系统和电力监控系统。牵引供电系统包括牵引变电所与牵引网；动力照明供电系统包括降压变电所与动力照明配电系统。城市电源经轨道交通主变电所降压后分别以不同的电压(diny)等级对牵引和降压变电所供电，这种供电方式称为集中式供电，上海轨道交通采用此种供电方式。由城市电源直接对轨道交通牵引变电所和降压变电所供电，这种供电方式称为分散式供电方式，北京、天津轨道交通采用这种方式。以集中式供电为例，主变电所通过二次降压将110 kV电源分别降为35(33) kV电压供牵引变电所和10 kV供降压变电所，近年来逐渐发展成为主变电所一次降压将110 kV咆源降为35 kV，进入牵引变电所、降压变电所或

17、牵引降压混合变电所。 牵引用电负荷为一级负荷；动力照明等用电负荷可分成一级负荷、二级负荷、三级负荷。共五十一页共五十一页3.2.2主变电所 主变电所是由城市电网获得高压电源(一般为110 kV)，经其降压后以中压电压等级供给牵引变电所和降压变电所的一种变电所。一般每条轨道交通线路设两座或两座以上主变电所。主变电所一般设110 kV/35(33)kV有载调压变压器两台；35(33)kV/10kV变压器两台，将110 kV电源降压到规定电压，供牵引变电所及降压变电所。也可设置两台三相三线圈有载调压变压器。有载调压允许在变压器运行时通过允许有载切换的分接开关调节变压器电压，在电源进线电压波动及系统负

18、荷增大时维持二次电压在正常范围内。 主变电所电气主接线一般采用单母线分段接线方式。同一线路的两个主变电所35(33)kV两段母线之间，通过电缆及联络开关相连，故障时互为备用。任一主变电所故障退出运行，另一主变电所通过运行方式调整，承担全线运行负荷。任一主变电所停电并且另一主变电所一路电源失电时，可在切除二、三级负荷的情况下，保证(bozhng)全部牵引变电所的不间断供电。共五十一页共五十一页3.2.3 牵引供电系统 牵引供电系统供给电动车辆运行的电能，世界上城市轨道交通系统的牵引网均采用直流牵引，。 各组成部分如下： (1)牵引变电所：供给轨道交通一定区城内牵引电能的变电所； (2)接触网（或

19、接触轨）：经过电动列车的受电弓向列车供给电能的导电网； (3)馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线； (4)回流(hu li)线：供牵引电流返回牵引变电所的导线； (5)电分段：为便于检修和缩小事故范围，而将接触网分成若干段称为电分段。 轨道电路是指列车行走时，利用走行轨作为电流回流的电路。 接触网（轨）、馈电线、轨道、回流线总称为牵引网。牵引供电系统由牵引变电所和牵引网组成。牵引变电所和接触网（轨）是牵引供电系统的主要组成部分共五十一页共五十一页3.2.4动力照明系统 动力照明系统提供车站和区间各类照明、自动扶梯、风机、水泵等动力机械设备以及通信、信号、自动化等设备的电源，它是由降

20、压变电所和动力照明配电线路组成的 每个车站应设变电所，地下车站负荷较大(jio d)，一般设于站台两端，其中一端可以和牵引变电所合建为混合变电所。地面车站负荷较小，通常只设一个变电所。降压变电所的作用就是从城市电网或主变电所获得的电能降压成低压三相380 V或单相220 V交流电供通风、给排水、自动扶梯、照明、通信、信号等运营保障系统使用。动力照明设备大部分集中在车站，仅有少部分分散在区间隧道内，所以降压变电所一般设置在车站附近，此外，车辆段和控制中心专设降压变电所。动力照明等设备根据其重要性分为一级、二级和三级负荷。共五十一页3.2.5 电力监控系统 电力监控系统( SCADA)的作用是保证

21、控制中心对供电系统的主变电所、牵引变电所、降压变电所的电设备的运行状态进行监视、控制及数据采集。它由控制中心主机、设在各变电所的远程控制终端(zhn dun)以及连接终端与中心的通信网络三部组成。共五十一页 1电力词度原则 (1)牵引供电系统，必须设有电力调度(diod)机构，指挥和监控变电所及馈电线、触线网的正常运行及处理事故，最大限度地保证对城市轨道交通电动客车连续供电。 (2)电力调度机构的设置应与线路的划分和车辆运营调度机构的设置相适应。 (3)调度方式宜优先采用计算机自动控制。 (4)电力调度的设置要求：系统模拟显示装置，可靠的不间断电源，远动通道具备必要的传输质量；变电所应有备用通

22、道，监控装置平均故障间隔时间大于5 000 h。共五十一页 2电力调度通讯 (1)电力调度室与所辖变电所、同级电力调度室、运营调度及有重要关系的部门(bmn)之间、与市供电局调度室之间均应设专线电话。 (2)工程急修车应配备无线电通讯装置。 (3)调度电话应配备录音装置。 3电力监控设备 (1)利用计算机进行远距离数据采集和监控，作为牵引供电系统进行监控和提高调度运行管理水平的主要手段。 (2)监控设备功能至少应包括： 遥信：实现对遥控对象的遥控，对各种断路器，隔离开关的有关位置信号、预告信号、各种事故信号等进行报警。 遥测：对交直流电压、电流、功率、电能中主要运行参数进行远方测量。 遥控：对

23、断路器、隔离开关进行远方控制；遥控种类分选点式、选站式、选线式控制。共五十一页3.3 通信信号 3.3.1通信系统 通信系统是指挥列车运行、组织运输生产及进行公务联络的重要设备。主要包括传输、无线、公务、专用、广播、时钟等子系统，提供可靠的语音、数字、图像等传输通道，实现调度、监视、校时、广播、内部(nib)通话等多项功能，是实现各部门之间有机联系、运输集中统一指挥、行车调度自动化、列车运行自动化、支全防护、提高运输效率的重要设备。 1调度指挥通信系统 调度指挥通信系统包括有线调度电话、站间行车电话、区间电话、会议电话： 共五十一页共五十一页 (1)有线调度电话 根据运行和业务管理的要求，一般

24、设置列车调度电话、电力调度电话、防灾环控调度电话。系统由中心设备、车站设备和传输通道3部分构成，中心设备设于调度控制中心。车站设备设于各车站、变电所、环控（防灾）值班室、车站值班员处。传输通道是中心设备和车站设备之间的传输媒介，由光缆(un ln)数字复用传输系统提供。 共五十一页 (2)站间行车(hngch)电话 站间行车电话又称闭塞电话，是相邻车站值班员间办理行车业务时使用的直通电话。系统由专用电话总机、分机及传输通道3部分组成，总机设于车站值班员处。 (3)区间电话 这是供区间列车司机和维修人员与相邻行车值班员及相关部门紧急联系或通话使用。系统由电话机箱、便携式电话机和传输线路组成。 2

25、无线通信系统 无线通信系统按其工作区域不同可分为，运行线路上的调度无线通信系统和车辆段内的设备抢修无线通信系统。共五十一页共五十一页 3公务通信系统 公务通信系统为系统内部工作人员以及对外的公务联络提供通信手段，并逐渐建成能传输语言、文字、数据、图像等各种信息的综合数字通信系统，一般可以采用数字式程控用户交换机技术。 4广播系统 广播系统的用途和服务范围包括：对车厢以及车站区域乘客预报各类运营信息；对上下车乘客进行安全提示和向导(xingdo)；对车站工作人员播发通知或公开广播会议；发生紧急情况时，发出警报、指挥救援和疏导乘客。 5电视监视系统 电视监视系统的作用是向与行车及安全有关的工作人员

26、提供车站各都位的动态、实时、图像信息，包括列车运行状态、列车在车站的停靠与起动、车门开闭、站台客流分布情况等，以便监视系统运行状态，保证行车安全，方便行车组织调整。共五十一页 3.3.2信号系统 信号系统是保证列车安全、快捷、正点、高密度不问断运行的重要技术装备。信号系统由行车指挥和列车运行控制设备组成，并设有必要的故障监测和报警设备。 信号系统需要设置行车指挥中心、沿线各车站的地面控制中心、并在列车上安装车载控制设备。行车指挥中心与地面控制中心由有线数据通信网连接，行车指挥中心与列车之间采用无线通信进行信息交换。此外，在车辆维修基地还要建设专用的信号系统。 由于城市轨道交通的行车密度高、站间

27、距离短，对列车运行的安全性和自动化程度也有更高的要求(yoqi)。因此列车自动控制系统(Automatic Train Control，简称ATC)系统得到了普遍的运用。共五十一页 1列车自动控制系统组成 ATC的基本原理是对列车运行自动进行控制，使其速度不超过地面信号设定的限制速度。ATC包括列列车超速防护ATP、列车自动驾驶ATO和列车自动监控ATS三个子系统。 列车自动防护ATP主要用于对列车驾驶防护，对与安全有关的设备或系统实行监控，实现列车间隔保护、超速防护等功能。ATP酌工作原理是：将信息（包括来自联锁设备和操作层面上的信息、地形信息、前方目标点信息和容许速度信息等）不断从轨道(g

28、udo)传至列车上，从而得到列车当前容许的安全速度，以此对列车实现速度监督及管理。 ATP子系统的功能包括：自动检测列车的位置和实现列车间隔控制，以满足规定的通过能力；连续监视列车的速度，实现超速防护，当列车实际速度大于允许速度时，施加常用制动列车速度大于最大安全速度时，施加紧急制动，保证列车不冒进前方列车占用的区段。共五十一页 ATO子系统的优点是可缩短列车间隔，提高线路的利用率和行车的安全可靠性。ATO的功能包括：控制列车在允许速度下运行，并自动调整列车的速度；列车在区间或站外停车后，一旦信号开放，即可自动起动；系统控制列车到达站台的最佳制动，使列车停于预定目标点；停站结束、车门关闭(gu

29、nb)后，列车能自动起动，通过与列车再生制动配合，还可以节约列车能耗。ATO使列车经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，显著提高旅客舒适度，提高列车准点率及减少轮轨磨损率。 ATS子系统主要是实现对列车运行的监督，辅助行车调度人员对全线列车运行进行管理。显示全线列车运行状态，监督和记录运行图的执行情况，为行车调度人员的调度指挥和运行调整提供依据，如列车偏离运行图时及时做出反应等。通过ATO接口，还可以向旅客提供运行信息通报，包括列车到达、出发时间、列车运行方向、中途停靠点信息等。功能还包括：自动显示列车车次、运行位置和信号设备工作状态，自动或人工办理进路，编制和管理列车运

30、行图，自动调整运行计划，自动描绘或复制列车运行实绩，列车运行模拟仿真，车辆维修周期管理，向旅客向导系统提供信息，对运行数据自动统计和制表等等。共五十一页 2列车自动控制系统分类 按闭塞布点方式：ATC系统可分为固定式和移动式。固定闭塞方式中按控制方式，又可分为速度码模式（台阶式）和目标距离码模式（曲线式）。 按机车信号传输方式：可分为连续式和点式。 按各系统设备所处地域可分为：控制中心子系统、车站及轨旁子系统、车载设备子系统、车场子系统。 3固定闭塞ATC系统 固定闭塞ATC系统是指基于传统轨道电路的自动闭塞方式，闭塞分区按线路条件经牵引计算来确定，一旦划定(hu dn)将固定不变。列车以闭塞分区为最小行车间隔，ATC系统根据这一特蠃实现行车指挥和列车运行的自动控制。固定闭塞ATC系统又可分为速度码模式和目标距离码模式共五十一页 (1)速度码模式（台阶式） 此类ATC系统，技术成熟、造价较低，但因闭塞分区长度的设计受限于最不利线路条件和最低列车性能，不利于提高线路运输效率。固定闭塞速度码模式ATC是基于普通音频轨道电路，轨道电路传输信息量少，对应每个闭塞分区只能传送一个信息代码，从控制方式可分成入口控制和出口控制两种。以出口防护(fngh)方式为例，轨道电路传输的信息即该区段所规定的出口速度命令码，当列车运行的出口速度大于本区段的出口命令码所规定的速度时，车载