轨道交通供电系统-轨道交通供电系统

项目七认知轨道交通供电系统项目七认知轨道交通供电系统高速铁路供电系统城市轨道交通供电系统目录0102高速铁路接触网03城市轨道交通接触网04轨道交通SCADA系统05一级负荷规定应由两路独立的电源供电，当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应保证城市轨道交通一级重要负荷的全部用电需要。城市轨道交通是一个重要的供电用户，为一级负荷供电系统组成COMPOSITIONOFPOWERSUPPLYSYSTEMPart01（一）供电系统组成城市轨道交通供电系统一般包括高压供电源系统牵引供电系统动力照明供电系统外部供电系统城市轨道交通内部供电系统（一）供电系统组成1高压供电源系统高压供电源系统是城市电网对轨道交通系统内部的变电所的供电方式，有采用何种方式的高压供电源一般视各城市的情况而定。集中供电分散供电混合供电（一）供电系统组成集中式供电方式是设置专用主变电所主变电所有两路独立的110kv电源由主变电所变压为内部供电系统所需的电压级，一般为10kv或35kv我国上海、广州及香港地铁即为此种供电方式。集中式供电方式（一）供电系统组成是沿城市轨道交通线路沿线直接由城市电网引入多路电源电源电压等级一般为10KV供给各牵引变电所分散式供电应保证每座牵引变电所和降压变电所皆能获得双路电源。分散式供电（一）供电系统组成是集中式和分散式两种供电方式的结合以集中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北京地铁1号线和环线即采用此种供电方式。混合式供电（一）供电系统组成2牵引供电系统牵引供电系统供给城市轨道交通电动车辆运行所需的电能，该系统的组成及相关内容在后面做详细介绍。动力照明供电系统由降压变电所及动力照明组成。（一）供电系统组成3动力照明供电系统（一）供电系统组成（1）降压变电所（2）动力照明供电系统降压变电所将三相电源进线电压降为三相380V交流电。一般每个车站均应设降压变电所；地下车站负荷较大，一般设于站台两端；负荷较小时可以几个车站合设一个。可以将降压变电所附设在某个牵引变电所之中，构成牵引与降压混合变电所（例如地下车站一端的降压变电所）。动力照明供电是给车站空调、自动扶梯、通信信号等设备供电。降压变电所通过配电所（室）将三相380V和单相220V交流电分别供给动力照明设备，各配电所（室）对本车站及其两侧区间动力和照明等设备配电。牵引供电系统TRACTIONPOWERSUPPLYSYSTEMPart02（二）牵引供电系统牵引变电所的主要设备是1.牵引供电系统的组成牵引变电所牵引网牵引供电系统主要两大部分组成。牵引变电所牵引网变压器整流器牵引网主要由接触网馈电线电分段轨道和回流线牵引网又分为架空式接触轨式区域变电所或主变电所将供电部门送来的三相高压交流电降压为所需电压等级（如35kV)，通过三相线路到牵引变电所，再降压并整流为适应于电动车组工作的1500V或750V直流电，通过电动车组受流装置与接触网或接触轨滑动接触，将直流电引人电动车组，工作后的电流经车体、轮对、轨道经由回流线流回到牵引变电所。TRACTIONPOWERSUPPLYSYSTEM区域变电所35KV区域变电所35KV区域变电所35KV地铁牵引供电系统1—牵引变电所2—馈电线3—接触网（轨）4—电动列车

5—钢轨6—回流线7—电分段（二）牵引供电系统牵引变电所供给地铁一定区域内牵引电能的变电所。接触网（或接触轨）经过电动列车的受电器向电动列车供给电能的导电网。馈电线从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线。（二）牵引供电系统回流线用以供牵引电流返回牵引变电所的导线。电分段电分段是将接触网从电气连接上相互分开的装置，为便于检修和缩小事故范围，将接触网分成若干段称为电分段。轨道列车行走时，利用走行轨作为牵引电流回流的电路。在采用跨坐式单轨电动车组时，需沿线路专门铺设单独的回流线。（二）牵引供电系统

2.牵引变电所牵引变电所的任务是将由区域变电所或主变电所获取中压电压等级电能，经降压与整流变换为可供列车牵引用直流电（1500V或750V），并以直流电的形式把电能经馈电线送至接触网。牵引变电所的容量与设置距离根据牵引供电计算结果，并作经济技术分析比较后确定。牵引变电所沿线路布置，每一个牵引变电所有一定供电范围。供电距离过长，会使末端电压过低及电能损耗过大；供电距离过短，又使变电所数目太多而不经济。一般设置在车站和车辆段附近，相邻牵引变电所之间距离在2~4km。（二）牵引供电系统3.牵引变电所的供电方式牵引变电所向牵引网的供电方式牵引变电所的分布情况线路状态的供电可靠性供电臂的长短通常有而定单边供电双边供电牵引变电所供电示意图（二）牵引供电系统3.牵引变电所的供电方式牵引变电所供电示意图在相邻两个牵引变电所之间的接触网，为了能安全、可靠地供电，通常在其中央处断开，将两牵引变电所之间的接触网分成相互绝缘的两部分。每一部分称为供电分区，在供电分区的末端设置有断路器和隔离开关的分区亭，以便对接触网起到分断与保护作用，同时还可以通过分区亭内的开关设备，将供电分区联结起来。（二）牵引供电系统每个供电分区的接触网，只从一端的牵引变电所获取电流，这种供电方式为单边供电。如将分区亭开关闭合，则相邻牵引变电所间的两个同相接触网供电分区可同时从两个牵引变电所获取电流，这种供电方式称为双边供电。单边供电双边供电一旦接触网发生故障只影响本供电分区，故障范围较小。单边供电时虽然可提高供电电压水平，但一旦发生故障时，影响范围较大，因此目前较少应用。双边供电时（二）牵引供电系统当某个牵引变电所发生故障或停电检修时，该变电所承担的供电臂供电任务，通过分区亭开关闭合，由两侧相邻的牵引变电所负责越区供电。越区供电方式下，供电末端的接触网（或接触轨）的电压较低，电能损耗较大，因此，视情况要适当减少同时处在该供电区段的列车数目，因此，越区供电只是在不得已情况下短时采用的一种运行方式项目七认知轨道交通供电系统项目七认知轨道交通供电系统高速铁路供电系统城市轨道交通供电系统目录0102高速铁路接触网03城市轨道交通接触网04轨道交通SCADA系统05牵引变电所接触网组成高速铁路牵引供电系统主要由高速铁路供电系统我国高速铁路正线牵引网供电方式一般采用牵引变电所将电力系统通过输电线路送来的三相高压电能变换为2*25kv的单项交流电，经馈电线送至接触网；接触网沿铁路上空架设，动车组升弓后便可从其取得电能，牵引列车不间断的、高速的、可靠的和安全的运行。2*25kv自耦变压器（AT）供电方式；高速铁路供电系统如图所示，牵引供电回路是由牵引变电所馈电线接触网动车组钢轨回流连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两相邻牵引变电所之间设有分区所，牵引变电所至分区所之间的牵引网区段被称作供电臂。牵引供电系统组成示意图通常将接触网钢轨回路（包括大地）馈电线回流线统称为牵引网供电方式POWERSUPPLYMODEPart01高速铁路牵引变电系统的任务是根据线路输送能力和行车组织方式确定牵引供电方案和牵引供电设施的布局将来自公共电网电能的电压转变成与所使用的牵引电能相符的标称电压并将之输送到接触网确保高速铁路运输牵引供电能力的完全匹配（一）供电方式即牵引变电所向接触网供电时，每一个供电臂的接触网只从一端的牵引变电所获得电能。我国电气化铁路均采用单边供电方式复线区段可通过分区亭将上下行接触网连接，实现“并联供电”，可适当提高末端网压。当牵引变电所发生故障时，相邻变电所通过分区所实现“越区供电”，此时供电范围扩大，网压降低，通常应减少列车对数或牵引定数，以维持运行。（一）供电方式直接供电方式是以牵引变电所直接向牵引网供电，牵引电流只由钢轨和大地流回牵引变电所的供电方式，交流负荷在接触网周围空间产生交变电磁场，从而对附近通信设施和无线电装置产生一定的电磁干扰，一般只在通信线路少的山区采用，如图所示。1.直接供电方式直接供电方式（一）供电方式增设与钢轨并7联的架空回流线的直接供电方式利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所，如图所示。2.带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式回流线每隔一定距离与钢轨相连，钢轨电位大为降低，对通信线的干扰得到较好抑制，还能降低牵引网阻抗，使供电臂延长30%及以上。这种供电方式实际上就是（一）供电方式由于没有吸流变压器，接触网结构简单可靠，供电设备的可靠性得到了提高，造价也不太高，所以这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用。2.带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式（一）供电方式3.吸流变压器供电方式（BT方式）这种供电方式，在接触网上每隔一段距离装一台吸流变压器，变比为1：1，其原边串入接触网，间隔约1.5〜4km，次边串入回流线，又称负馈线，架在接触网支柱田野侧，与接触悬挂等高，每两台吸流变压器之间有一根吸上线,将回流线与钢轨连接，其作用是将钢轨中的回流“吸上”去，经回流线返回牵引变电所。BT方式的钢轨电位低，抑制通信干扰的效果很好，如图所示。吸流变压器供电方式（一）供电方式3.吸流变压器供电方式（BT方式）吸流变压器供电方式BT方式牵引网结构复杂，造价较高，牵引网阻抗变大，供电臂长度将减小。BT方式是串联系统，可靠性较低，电力机车过BT时，易产生电弧，不利于高速、重载等大电流的机车运行。（一）供电方式4.自耦变压器供电方式（AT供电方式）釆用AT供电方式时，牵引变电所主变输出电压为55kv，经AT向接触网供电，一端接接触网，另一端接正馈线，其中点抽头则与钢轨相连，由于自耦变压器变比为2：1，因此接触网输送的仍为额定电压。由于AT供电方式牵引变电所馈出电压高，所间距可增加一倍，便于牵引变电所选址和电力部门的配合；同时分相点少，并可适当提高末端网压，如图所示。AT供电方式牵引变电所一次设备PRIMARYEQUIPMENTOFTRACTIONSUBSTATIONPart02（二）牵引变电所一次设备牵引变电所是牵引供变电系统的重要环节，它完成变压、变相和向牵引网供电等功能，实现公用三相电力系统与单相电力牵引系统的变换。一类为变电所的设备通常分为两类：高压开关、输电线路、母线、避雷器等用于完成电能变换、输送、分配等功能且接触高电压的一次电气设备（如图）；另一类为继电保护装置、监视仪表、操作电路等用于完成对一次设备的控制、监视、保护功能且不接触高电压的二次电气设备。武广高铁乌龙泉牵引变电所一次设备实景图（二）牵引变电所一次设备1.电气主接线电气主接线又称主电路，是指牵引变电所内一次主设备，即高压、强电流设备的连接方式，也是变电所接受电能、变压和分配电能的通路。它反映了牵引变电所的基本结构和功能。（二）牵引变电所一次设备2.牵引变压器发电厂欲将电能输送到某用电区域，在功率为一定值时，若采用的输送电压愈高，则输电线路中的电流愈小，由此可以减少输电线路上的损耗，节约导电材料，所以远距离输电采用高电压是最为经济的。电能输送到用电区域后，为了适应用电设备的电压要求，还需通过各级变电站，利用变压器将电压降低为各类电路设备所需要的电压值。电力变压器是一种常见的电气设备，变压器利用电磁感应原理可用来把某种数值的交流电压（电流）变成频率相同的另一种或几种数值不同的电压（电流）的设备。变压器的主要作用是传输电能，因此，额定容量是它的主要参数。（二）牵引变电所一次设备由于馈线供电电压提高至2*27.5kv（牵引网电压仍为27.5kv），与27.5kv馈线电压相比，变电所间距离成倍扩大，主变压器容量相应增大。为改善变电所的运行技术指标（电压水平和负序电流等），提高供电质量，AT牵引变电所多数采用特殊结构的三相一两相平衡变压器为主变压器，增大主变压器容量，实现降压和变相功能，以减小单相不对称牵引负荷对电力系统负序电流的影响。AT供电方式图为武广高铁采用的牵引主变压器（二）牵引变电所一次设备3.高压电器与开关设备在高压系统中，用来对电路进行开合操作，切除和隔离事故区域，对电路运行情况进行监视，保护和测量的设备，通称为高压电器。高压断路器是一种重要的控制和保护电器，用来在电路正常工作和发生故障时关合和开断电路，一般由触头、灭弧室、绝缘介质、壳体结构、运动机构等组成。隔离开关只起隔离作用，不能带载分合，也没有短路等保护功能。高压电网中，当断路器断开电路后，由于断路器触头位置的外部指示器缺乏直观，有些情况下它的指示与触头的位置不相一致。隔离开关的断开，使高压设备与电源隔离得到明显的隔离，保证检修人员的安全，起辅助开关的作用。（二）牵引变电所一次设备熔断器是最简单和最早采用的一种限流元件，和被保护的电气设备串接于电路中，在电路发生过载或短路时，利用其熔件的熔断开断电路，起到保护其他电路设备的作用。高压负荷开关是在电路正常工作或过载时开/合电路，不能开/合故障电流时，起控制与过载保护的作用（二）牵引变电所一次设备限制电器是限制电路中电压电流的电器，主要有电抗器、避雷器，其中电抗器用于限制电路中的短路电流，避雷器用于限制电路中出现的过电压。互感器常用于将电路中的电压电流变小，便于检测和自动控制，同时隔离高低压电路。分区所、开闭所与自耦变压器（AT）所SECTIONPOST,SWITCHINGPOSTANDAUTOTRANSFORMER(AT)POSTPart03（三）分区所、开闭所与自耦变压器（AT）所分区所一般设于两变电所之间的两供电臂连接处，它把电气化铁道牵引网分成不同供电区段，装有开关设备，根据运行需要可以连接同一供电臂的上、下行牵引网并联供电，改善牵引网供电质量，同时在牵引网发生故障时可缩小停电范围，相邻变电所全所停电时，分区所还可连接相邻供电臂以实现越区供电。开闭所实际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、多路馈线，进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区接触网停、供电，用以实现对站场各股道群的分别供电控制，从而缩小事故停电范围。自耦变压器（AT）所是AT供电系统中除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上放置自耦变压器的场所，工频单相交流电气化铁道每隔10~15km设置一台自耦变压器。控制和信号系统CONTROLANDSIGNALSYSTEMPart04牵引变电所控制系统用于对开关进行分闸与合闸的控制以及直流电源调节、交流电源切换、变压器冷却风扇的投入和退出、变压器抽头调节等操作。变电所开关控制一般有当地控制、距离控制和远程控制三种方式。变电所的主控制室一般有交流电源屏、直流电源屏、蓄电池屏、计量屏、控制屏、保护屏、远动系统的RTU等二次设备。（四）控制和信号系统中央信号系统是操作人员对设备监视的助手，系统由相应的装置能及时发出灯光及音响信号等事故报警或预告事故信号，事故报警或预告信号来源于继电保护系统。预告信号事故信号两部分组成当事故或故障发生时（如控制回路断线、PT断线、变压器油温过高、液压操作机构油压过压或欠压等）时，保护装置在跳闸、动作的同时将有关信息送到中央信号系统。当设备发生各种异常信号继电保护及自动化系统RELAYPROTECTIONANDAUTOMATIONSYSTEMPart05我国高速铁路牵引供电系统的继电保护及监控装置均采用微机型综合自动化系统，为满足无人值守的要求，各所的防灾安全监控系统及交直流自用电系统的操作、监控、直流绝缘监控装置均纳入了本系统。RELAYPROTECTIONANDAUTOMATIONSYSTEM继电保护（五）继电保护及自动化系统1继电保护是反映电力系统中电气元件发生故障或不正常运行状态并动作于断路器跳闸或发出信号或指示的自动装置。当电力系统出现过负荷频率降低过电压…不正常工作状态或短路…断路电气故障继电保护应迅速指示不正常状态并予以控制或迅速切除故障，使停电范围缩小。综合自动化（五）继电保护及自动化系统2我国高速铁路具有起步晩、起点高的特征，牵引变电所监控都采用牵引变电所综合自动化系统实现变电所综合自动化是利用先进的计算机技术现代电力电子技术通信技术信号处理技术将变电站的二次设备（包括仪表、信号系统、继电保护、自动装置和远动装置等）的功能进行组合和优化设计。它连接着不同的智能设备和主控系统，协调这些设备间的数据和命令交换，实现对牵引变电所的主要设备和线路的运行情况进行监视、测量、自动控制和保护。综合自动化（五）继电保护及自动化系统2（1）监控子系统（2）继电保护子系统（3）通信子系统负责完成数据采集、事件顺序记录、操作控制、安全监视以及故障记录、故障录波和测距功能等。负责完成故障记录，统一时钟对时，存储多套整定值以及当地、远方修改整定值功能等。负责完成所内通信以及调度端通信功能等。自用电系统SELFUSEPOWERSYSTEMPart061交流自用电系统