城市轨道交通供电系统-变配电系统

4.3供电方式目录CONTENTS03变配电系统供电方式城市轨道交通的规划呈现网络化的格局，供电方式的选择不应局限在单--的线路上，应结合城市轨道交通规划网络及城市电网的现状进行统筹考虑，选择合适的供电方式，供电系统按区域可分为集中供电、分散供电和混合供电3种方式，按照电压等级可分为二级电压供电和三级电压供电两种方式。我国城市轨道交通供电系统的受电方式有集中式和分散式受电。如北京的地铁10kV变电站为分散式受电方式，其他大都为集中式受电方式。国外也有分散式和集中分散混合的供电方式。供电方式常用外部电源的供电方式有：集中供电、分散供电及混合供电。1）集中供电方式：由发电厂或区域变电站向主变电所供电，经主变电所降压后，分别以不同的电压等级对牵引变电所和降压变电所供电的方式。2）分散供电方式：不设主变电所，由城市电网中的区域变电所直接对牵引变电所和降压变电所供电的方式。我国城市轨道交通供配电系统多采用集中供电方式。（2）供电方式供电方式集中供电：供电方式分散供电：供电方式3）混合供电方式：混合供电方式是前两种方式的结合，以集中供电方式为主，个别地段就近引人城市电网电源作为集中供电方式的补充。此种供电方式不利于城市轨道交通广电系统的管理。当城市轨道交通线路很长、穿越城市中心及郊区时，可考虑混合供电方式。（2）供电方式供电方式供电方式城市轨道交通有多种降压模式。三级降压供电模式（上海的一、二、三号线等）：110KV——35KV——10KV——380V二级降压供电模式（上海的九号线等）：110KV——35KV——380V二级电压供电模式因其供电质量、可靠性、损耗等指标比三级电压供电模式有显著提高，所以二级电压供电模式将成为城市轨道交通降压供电的主要模式。（3）降压供电模式4.4城市轨道交通供配电系统的组成变配电系统城市轨道交通供电系统的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交通供配电系统实现输送或变换，最后以适当的电压等级和一定的电流形式（直流或交流）供给给电动列车及各类用电设备。（4）城市轨道交通供配电系统的组成变配电系统其中牵引供电系统和动力照明系统属于城市轨道交通内部供电系统，框架图如图4-6所示。（4）城市轨道交通供配电系统的组成变配电系统城市轨道交通内部供电系统牵引供电系统动力照明系统牵引网牵引变电所降压变电所动力照明配电系统电动车辆车站内的动力、照明、通信、信号、防灾装置等用电负荷，区间内的用电负荷及车辆段、系统控制中心等的用电负荷。供电系统组成及供电范围框架图变配电系统轨道交通供电不同于一般工业和民用供电，根据其重要性应规定为一级负荷，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，另一路能保证轨道交通一级重要负荷的全部用电需要，地铁变电所的电源进线应来自城市电网的两个区域变电所，当一路电源失电时，另一路电源自动投人，使地铁变电所能不间断地获得三相交流电，满足地铁正常运营的用电要求。在轨道交通供电系统中，根据用电性质的不同可分为两部分，既由牵引变电所为主组成的牵引供电系统和以降压变电所为主组成的动力照明供电系统。

（4）城市轨道交通供配电系统的组成变配电系统城市轨道交通供配电系统4.5牵引供电系统变配电系统牵引供电系统的组成部分：牵引变电站、馈电线、接触网（或接触轨）、轨道电路、回流线、电分段。一般将馈电线、接触网（或接触轨）、轨道电路、回流线组成的供电网络称为牵引网。牵引供电系统由牵引变电站和牵引网所组成。变配电系统接触网按其结构可分为架空式和接触轨式，按其悬挂方式又可分为柔性（弹性）接触网和刚性接触网。习惯上，由于接触轨式是沿线路铺设的与轨道平行的附加轨，故又称第三轨；而采用架空方式时，才称为“接触网”。变配电系统4.6动力照明系统动力照明供电系统为车站空调、自动扶梯和通信信号等设备供电，系统主要由降压变电所、照明系统和低压配电系统组成。（1）降压变电所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，常设于站台两端；负荷较小的车站可以几个站合设一个。降压变电所可附设在某个牵引变电所之中，构成牵引与降压混合变电所。（2）照明系统车站照明系统采用380V三相五线制和220V单相三线制的方式供电。系统范围大致包括：站台层、站厅层公共区的一般照明、节电照明（包括站名牌标示照明）、事故照明（包括疏散诱导指示照明）、广告照明和设备及管理用房的一般照明、事故照明；出入口的疏散诱导指示照明、一般照明与事故照明；电缆廊道的一般照明及区间隧道的一般照明、事故照明。根据各场所照明负荷的重要性，照明负荷可分为三个等级:节电照明、事故照明、疏散诱导指示照明为一级负荷；一般照明及各类指示牌为二级负荷；广告照明为三级负荷。车站照明系统可分为就地级控制、照明配电室集中控制和站控室集中控制三级控制。（3）低压配电系统车站低压配电系统采用380V三相五线制和220V单相三线制的方式供电，系统范围大致包括：站台层、站厅层和设备管理用房的环控、排水、消防、电梯、自动扶梯、自动售检票及通信、信号、站控室等系统动力设备的供配电；车站环控室所供配电设备的电控控制。（3）低压配电系统根据用电设备的用途和重要性，车站用电负荷分为以下三个等级。➢一级负荷：包括通信系统、信号系统、火灾报警系统、气体灭火系统、机电设备监控系统、屏蔽门、消防泵、废水泵、雨水泵、防淹门、站控室、事故风机及其风阀等。➢二级负荷：包括非事故风机及风阀、污水泵、集水泵、自动扶梯、工作人员电梯、轮椅牵引机、自动售检票设备、民用通信电源、维修电源及冷水机组油加热器等。➢三级负荷：包括冷水机组、冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔风机、电开水器、清扫电源等。4.7主变电站主变电所（简称主变）变电所就是供电系统中对电能的电压和电流进行变换、集中和分配的场所。城市轨道交通供电系统中的变电所根据功能的不同，可以分为3类：变电所，牵引变电所，降压变电所。1.主变电所功能与类型城市轨道交通供电系统按一类负荷设计，每条轨道线路设置两个或两个以上主变电所，每个主变电所平时由两路互为备用的独立电源供电，以实现不间断供电。主变电所从发电厂或城市电网区域变电所获得高压（如110kV）电源，经降压形成35（33）kV或10kV以中压环网形式向布置在沿线的牵引变电所、降压变电所输送电能。地面型主变电所每个主变电所的主变容量设计满足最大高峰小时负荷的要求，并满足当一个主变电所发生故障（不含中压母线故障）时，另一个主变电所能承担全线牵引负荷及全线动力I、II级负荷的供电要求。电缆载流量也满足最大高峰小时负荷的要求，同时当主变电所正常运行、环网中一条电缆故障时，能保证地铁正常运行。按照电气主接线的不同，目前城轨交通供电系统中的主变电所有两种类型：内桥接线主变电所和线路变压器组接线主变电所。某线路-变压器组接线的主变压所主接线图某内桥接线的主变电所电气主接线图2.主变电所主要电气设备（1）主变压器主变电所使用的主变压器为三相油浸电力变压器,带有载调压开关和自动调压装置，主变压器下方设置储油设施。（2）开关柜主变电所使用的开关柜主要有高压（110kV）开关柜和中压（35kV或者10kV）交流开关柜。①110kV开关柜110kV开关柜是户内安装的GIS组合电器。GIS的中文全称是六氟化硫气体绝缘金属全封闭组合电器，一般采用SF6断路器、液压操动机构。除母线为三相共箱式外，其余均为三相分箱式。②中压开关柜中压开关柜也采用GIS,均为三相分箱式,采用真空断路器。开关柜的操动机构为弹簧储能式或液压弹簧式,采用三工位隔离开关和接地刀闸。（3）接地电阻作为主变压器二次侧中性点接地电阻，放置在专门房间。（4）控制室设备主要包括控制屏、信号屏、交直流屏，以及按照要求安装在控制室内的计量屏和保护屏。（5）自用电变压器作为所内用电电源,多为干式变压器，单独房间安装。4.8牵引变电站牵引变电站（简称牵引变）牵引变电所是供电系统的核心，其主要功能是将交流电能转换为直流电能，并将直流牵引电能提供给电动列车。目前国内各城市轨道交通工程主要采用房屋式牵引变电所。房屋式牵引变电所一般与车站合建，其建筑结构是车站建筑结构的一部分。同时国家大力倡导建设现代有轨电车等中小型城市轨道交通工程，此类工程房建专业一般在车站只设置简易站台，而不单独设置建筑房屋。为了满足现代有轨电车相关设计要求，各类箱式牵引变电所逐步设计投产。1.牵引变电所的工作原理每座牵引变电所按其所需容量设置两组整流器并列运行。位于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，通常在中央处断开，将牵引变电所之间两供电臂的接触网分成相互绝缘的两部分，每一部分称为一个供电分区。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，将供电分区连接起来。任一牵引变电所发生故障时，由两侧相邻牵引变电所共同承担其间的全部牵引用电负荷。2.牵引变电所的供电方式牵引变电所向牵引网的供电方式，主要按牵引变电所的分布情况、供电臂的长短、线路状态之供电可靠性而定。通常有单边供电和双边供电两种。在相邻两个牵引变电所之间的接触网，为了能安全、可靠的供电，通常将中央处断开，将两个牵引变电所之间的接触器分成相互绝缘的两部分，每一部分称为一个供电分区。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。3.牵引变电所的设置牵引变电所的容量和相互之间的距离是由牵引供电技术决定的，一般设置在沿线若干车站及车辆段附近,变电所的间隔一般为2~4km。牵引变电所可以设在地面，也可以设在地下，一般应尽可能设在地面，因为地面变电所投资小，运行费用低、运行管理方便。牵引变电所可沿轨道交通线路均匀布置，也可与降压变电所合建于车站站端。均匀布置可减少变电所数量，馈电质量较好，但管理不方便;设在车站，可与降压变电所合建，管理比较方便。牵引变电所内应留有大型设备的进出口和运输通道，同时考虑通风、散热、防火、防电、防雷击等要求。牵引变电所的设置距离应保证高峰时段最大运营负荷的需要，同时应保证系统中任何相隔的两座变电所发生故障解车时，靠其相邻的变电所的过负荷能力,仍能保证列车的正常运行。4.9降压变电所城市轨道交通每个车站都应设降压变电所，它是保证旅客旅行中有良好秩序和良好环境的动力供应中心，主要是将中压(35kV或10kV)电能降压成低压(400V/380V)电能，向车站、区间、车辆段(停车场)、控制中心所有低压用电负荷提供电源。降压变电所的位置应靠近负荷中心，尽量靠近大负荷空调设施的冷水机组，以缩短电缆长度和减小电缆截面,降低能耗。降压变电所有独立式、跟随式、混合式三种类型。在满足各种用电负荷要求的情况下，同一个车站内，降压变电所与牵引变电所应合建。车辆段(停车场)降压变电所应尽量与牵引变电所合建。在没有牵引变电所的车站则单独建降压变电所。如为地面车站，则与地面站务用房合建。城市轨道交通供电系统降压变电所设备主要包括：中压(35kV或10kV)开关柜、配电变压器、低压(400V)开关柜、交直流屏、二次设备等。降压变电所平面布置图1.降压变电所的位置设置降压变电所的位置往往受车站建筑规模和用电负荷中心制约，具体位置要结合具体条件以及低压配电系统自身要求，选择合理的位置。在有牵引变电所的车站，降压变电所应与牵引变电所合建。降压变电所的选址首先要满足动力照明设备的用电要求。不同车站及车辆段、停车场降压变电所选址原则为:（1）车站降压变电所和车站主排水泵站尽量分别设于车站的两端。在土建条件允许的情况下，降压变电所尽量靠近负荷中心。（2）车辆段和停车场根据车辆段和停车场的工艺布局，降压变电所设置在供电范围内的负荷中心。2.主接线（1）中压主接线形式①降压变电所每座降压变电所引入两回独立的35kV（或10kV）电源，分别为两段35kV(或10kV)母线供电。根据供电系统接线，每段35kV(或10kV)母线设一回或两回出线，为相邻的变电所提供电源。35kV(或10kV)侧采用分段单母线接线，设母线分段开关。每段35kV(或10kV)母线均设置一组电压互感器和一组避雷器，用于母线电压测量和过电压防护。两台配电变压器通过35kV(或10kV)断路器分别接于两段35kV(或10kV)母线上。②跟随式降压变电所跟随式降压变电所从邻近的牵引降压混合变电所或降压变电所引人两个独立的35kV(或10kV)电源，采用断路器或负荷开关等接线方式。（2）交流400V/380V配电系统主接线形式400V/380V配电系统根据负荷等级的分类直接向车站、区间的低压用户供电，从负荷分类来讲，一、二级负荷占绝大多数，因此400V/380V配电系统的可靠性要求高。400V/380V配电系统包括进线开关、母联断路器、馈出开关、三级负荷总开关、无功补偿装置、有源滤波装置、电流互感器、多功能表等设备。4.10供电专业机构设置◆机构设置

根据供电专业的工作特点，本着设备物尽其用的原则，二号线拟与一号线共用电力试验工班，从事电力设备的预防性试验工作；车间加设生产调度岗位，组织、协调一号线、二号线的检修作业和抢修工作；车间下设三个变电检修工班和一个电力监控工班，从事供电设备的维修保养工作。供电车间电力监控工班变电检修一工班变电检修二工班电力试验工班变电检修三工班生产调度◆工作范围和内容名称工作范围工作内容生产技术组供电车间负责组织编制分部各专业的维修、运行、操作规程、安全规程、各专业的技术资料收集和管理、建立设备档案、编制和上报下达设备维护、维修、备品备件、材料消耗、指标等计划、对本车间的仪表仪器的计量和管理、组织有关设备的各种试验、事故分析及预防方案的编制等生产和技术性工作，各专业工程师对口负责相应工班的生产和技术管理工作。生产调度供电车间协助车间主任完成生产人员组织、调度，负责生产人员的后勤管理、统计考勤和考核成绩，负责文件材料收发、办公用品等各种耗材的管理电力试验工班一二号线共用负责一号线、二号线供电设备的试验数据管理、预防性试验及备件检验、工具检验等工作电力监控工班负责二号线电力监控系统设备的运行管理、维修、故障抢修等工作名称工作范围工作内容变电检修一工班负责武昌风井至光谷广场区间、变电所、中北路停车场内供电设备运行管理、维修、故障抢修等工作；负责中南路主变电站的运行、维修、抢修及部分日常维护