《轨道交通动力照明系统的安装与维修》 课件汇 孙慧敏 项目1-3 城市轨道交通及其供电系统的认知 - 城市轨道交通变电所主接线的分析与设计

轨道交通动力照明系统的安装与维修

中国特色高水平高职学校项目建设成果

随着我国城市化进程的稳步推进，发展高层次、多样化、大运量的城市公共交通系统是促进城市交通与经济社会、环境协调发展的有效方法。城市轨道交通是发展最为迅速的城市公共交通类型，在公共交通系统中的地位和作用也越来越重要。

李明是某地铁公司地铁动力照明工班的班组长，他将为一批新进员工开展岗位培训，培训内容为城市轨道交通供电系统的认知。李明要带领员工参观调研地铁，给新员工介绍城市轨道交通的行业标准，讲解城市轨道交通供电系统的结构及特点。城市轨道交通及其供电系统的认知

项目引入知识目标1.掌握轨道交通的常见形式与特征；2.了解世界各个城市轨道交通系统的发展；3.熟知城市轨道交通供电系统的组成与特点。能力目标1.能区分不同类型的城市轨道交通形式；

2.会判断城市轨道交通动力的来源；3.能识别城市轨道交通供电系统各个部分。素质目标1.培养学生的爱国情怀；2.树立学生的职业责任感；3.提升学生的职业素养。 学习目标

通过完成本任务，充分掌握城市轨道交通的特点、类型，并正确描述以地铁为代表的城市轨道交通系统的组成。任务1

城市轨道交通系统的认知

项目实施

根据《城市公共交通分类标准》(CJJ/T114—2007),城市公共交通分为城市道路公共交通、城市轨道交通、城市水上公共交通、城市其他公共交通四大类。其中，城市道路公共交通是目前最主要的公共交通形式，城市轨道交通是目前迅速发展的公共交通形式。知识链接一

、城市轨道交通的认知1.定

义城市轨道交通的概念并无统一标准，其表述也在不断变化。《城市公共交通分类标准》

(CJJ/T114—2007)将城市轨道交通定义为：采用轨道结构进行承重和导向的车辆运输系统，依据城市交通总体规划的要求，设置全封闭或部分封闭的专用轨道线路，以列车或单车形式，运送相当规模客流量的公共交通方式。《城市轨道交通运营管理规范》(GB/T30012—2013)将城市轨道交通定义为：采用专用轨道导向运行的城市公共客运交通系统包括地铁系统、轻轨系统、单轨系统、有轨电车、磁浮系统、自动导向轨道系统、市域快速轨道系统。从实际应用来看，目前这一表述被普遍采用。2.特

点与传统的城市地面常规交通方式相比，城市轨道交通具有鲜明的特点，其优点主要包括以下几方面：(1)采用列车编组化运行，运量大。(2)良好的线路条件与控制体系，运行速度快。(3)电力牵引，污染少，绿色环保。(4)可采用地下和高架敷设方式，占地面积小。(5)全隔离的路权方式，安全和可靠性强，准点率高。(6)良好的环控体系和候车环境，乘车舒适性佳。同时，城市轨道交通也存在一些缺点，例如，建设投资大、路网结构不易调整、运营成本高、技术条件要求高等。3.分

类(1)按路权及列车运行控制方式划分，城市轨道交通可分为按信号指挥运行的路权专用方式、按可视距离运行的路权专用方式和按可视距离运行的路权混用方式等类型。①按信号指挥运行的路权专用方式。该类型系统的特点是线路专用，与其他城市交通线路没有平面交叉。由于路权专用及按信号指挥运行，行车速度高且行车安全性好。②按可视距离运行的路权专用方式。该类型系统的特点是线路专用，与其他城市交通线路没有平面交叉，行车安全性较好。但由于按可视距离间隔运行，行车速度较低。③按可视距离运行的路权混用方式。该类型系统的特点是线路与其他运输车辆和行人共用，与其他城市交通线路有平面交叉，行车速度低且安全性较差。(2)按轮轨材料划分，城市轨道交通可分为钢轮钢轨和胶轮钢筋混凝土轨两大类型，地铁、轻轨等属于前者，单轨、自动导向系统属于后者。

(3)按系统运能划分(系统运能也称为系统容量，即线路一定时间内单向输送能力，通常指单向每小时的交通断面上乘客通过量。)城市轨道交通可分为大、中、小运量三种系统。大型系统包括：地铁系统、市域快速轨道系统；中型系统包括：轻轨系统、单轨系统、磁浮交通系统、自动导向轨道系统；小型系统主要是有轨电车。(4)按轨道结构划分，城市轨道交通可分为双轨系统和单轨系统；按钢轨强度，可分为

重轨和轻轨等。

(5)按系统制式划分，城市轨道交通可分为地铁系统、轻轨系统、有轨电车、单轨系统、磁浮交通系统、自动导向轨道系统和市域快速轨道系统。二、城市轨道交通系统制式的分类我国城市轨道交通包括：地铁系统、轻轨系统、有轨电车、市域快速轨道系统、单轨系统、磁浮交通系统和自动导向轨道系统七类，几种主要类型如图1-1所示。(e)

磁浮交通系统图1-1

城市轨道交通的几种主要类型(c)单轨系统(跨坐式)(b)

轻轨系统(d)

有轨电车(a)地铁系统三、城市轨道交通系统的组成以地铁系统和轻轨系统为例，城市轨道交通系统主要包括线路、车辆、车站、通信与信号、供电、机电、环控与安防等设施。

线路是城市轨道交通的基础组成部分，按其在运营中的地位和作用分为正线、辅助线和车

场

线

。(1)正线。正线是贯穿所有车站、区间，供车辆载客运营的线路。正线运行速度快、密度大，需保证行车安全和乘坐舒适，故对线路的要求高。城市轨道交通正线

一

般按双线设计，采用右侧行车制；大多数线路为全封闭；与其他交通线路相交处，

一般采用立体交叉。(2)辅助线。辅助线又称配线，是为了保证正线运营，合理调度列车，实现空载列车的折返、临时停放、检查、转线及出入段作业而配置的线路。辅助线对运行速度要求低，最高运行速度限制在35km/h,因此对线路的要求相对较低。如图1-

2所示，辅助线包括折返线、渡线、车辆段出入线、联络线等。①

折返线。城市轨道交通线路

一般都比较长，全线的客流分布可能会不太均匀，这时可

组织区段运营。区段运营是指列车根据运行交路的要求，在端点站与中间站，或中间站与中间站之间进行列车折返调头。因此，在这些地方，需要为列车设置折返线。1.线路与限界1)线路分类(a)

折返线(b)

渡线

(c)

车辆段出入线(d)

停车线图1-2

辅助线的主要类型下行方向乘客上车折返线上行方向停车线折返线除了供运营列车往返运行时调头转线使用外，也可以作为夜间存车使用。②渡线。渡线是指在上下行正线之间(或其他平行线路之间)设置的连接线。通过一组联动道岔达到转线的目的。渡线有单渡线和交叉渡线之分。③停车线。停车线一般设置在端点站，专门用于停车，也可进行少量检修作业。④车辆段出入线。为保证运行列车的停放和检修，在轨道交通沿线适当的位置应设置车辆段，车辆段与正线连接的线路为车辆段出入线，它是车辆段与正线之间的联络通道。车辆段出入线可以设计为双线或单线。⑤联络线。联络线是为沟通两条单独运营线路而设置的连接线，为两条线路的车辆提供过线服务。图1-2

辅助线的主要类型(续)(e)

联络线(3)车场线。车场线是车辆检修基地内的各种作业用的线路。行车速度最低，线路标

准只要满足场区作业要求即可。车场线包括检修线、试验线、洗车线、出入库线等。①检修线：设置在车辆基地检修库内，专门用于检修车辆的作业线，配有地沟和架车

设备。②试验线：设置在车辆基地，用于对检修完毕的车辆进行运行状态检测的线路。③洗车线：专门用于清洗车辆的作业线。④出入库线：是车辆基地与正线联系的线路，专供列车进出车辆基地。一般分为入库线和出库线。2)线路组成线路由基础和轨道构成，路基与轨道示意图如图1-3所示。其中，基础有路基和桥隧建筑物两种形式，轨道是由钢轨、轨枕、联结零件、道床、道岔及其他附属设备组成的构筑物。3)限界限界是指列车沿固定的轨道运行时所需要的空间尺寸，可分为车辆限界、设备限界、建筑限界。限界的确定需要根据车辆外轮廓尺寸及技术参数、轨道特性、各种误差及变形，并考虑列车在运动中的状态等因素。限界越

大，安全度越高，但工程量及工程投资也随之增加。图1-3

路基与轨道示意图2.车辆车辆是搭载乘客在固定导轨上行驶的运输工具，是直接为乘客提供服务的设备，具有先进性、可靠性和实用性，满足容量大、安全、快速、舒适、美观和节能的要求。根据城市轨道交通的不同种类，具有不同的车辆类型；不同城市或同一城市不同线路根据运量的不同，也选

用不同的车辆类型和编组形式。如哈尔滨地铁1、2、3号线都选用B型车，上海地铁1号线选用A

型车，5号线选用C型车。车辆管理单位基本上有两种：一是车辆段；二是停车场。一般一条线路设一个车辆段，当线路长度超过20km

时可以设一个车辆段、一个停车场。车辆段和停车场是车辆停放、运用管理、整备检查和检修保养的场所。车辆段布置示意图如图1-4所示

。3.车站1)作用车站是城市轨道交通最重要的组成部分，是乘客乘降、换乘的场所，也是列车到发、通过、折返、临时停车的地点，还是运营管理人员主要的工作场所。车站的选址、布置、规模等对运营效果具有决定性的意义。2)分类(1)根据结构形式，车站可分为地面站、高架站和地下站。市中心区的车站一般采用地

下站形式；市中心区以外的地点，采用地面或高架站形式。(2)根据运营性质，车站可分为中间站、换乘站、中间折返站和尽端折返站。(3)根据车站站台形式，车站可分为岛式站台车站、侧式站台车站和混合式站台车站。岛式站台与侧式站台示意图如图1-

5所示。车站站台边缘与车厢外侧之间一般设置100mm

空隙，站台地面高度应低于车厢地板面50~100mm。4.通信与信号1)通信系统通信系统指直接为城市轨道交通运营服务的，保证列车快速、高效运行及乘客安全的内部智能自动化综合业务数字通信网络，是指挥列车运行、组织运输生产及进行公务联络的重要手段，能有效地传输运营与安全管理相关的语言、数据和图像等各种信息。通信系统包括光纤数字传输系统、电话交换系统、闭路电视监控系统、无线通信系统及车站广播系统等部分。

2)信号系统信号系统是城市轨道交通最重要的设备，向有关行车人员、调度人员发出作业指令，作为行车的凭证，其作用是确保行车安全，提高运输效率并改善与行车有关的工作人员的工作条件。城市轨道交通信号系统是以车载信号为主体的现代信号系统，即列车自动控制系统(ATC),包

括ATP、ATS、ATO。(1)ATP:列车自动防护系统(automatic

train

protection)。ATP的功能是通过车载ATP系统和地面设备间的信息传输，来实现列车的安全间隔控制、超速防护及车门控制，保证行

车安全。(2)ATS:

列车自动监控系统(automatic

train

supervision)

。ATS的功能是监控列车运行状态，实现联网、通信及列车运行管理自动化。(3)ATO:列车自动运行系统(automatic

trainoperation)

。ATO的功能是完成站间自动运行、列车速度调节和进站定点停车，并能接受控制中心的调度命令，实现列车运行自动调整。5

.

供电供电系统是向城市轨道交通输送电力的能源系统，负责提供车辆及车辆段、车站及车站机电设备、通信与信号设备等各类用电负荷运行所需的电能。6.机电、环控与安防为保证城市轨道交通的正常运营，为乘客提供安全、舒适、便利的车站乘车环境，以及满足在紧急情况下的报警、乘客疏散、救援救灾等需求，在城市轨道交通的车站设置了自动售

检票系统(AFC)

、电梯系统、屏蔽门系统(PSDS)

、乘客信息系统(PIS)

、环控系统(BAS)

、给排水系统、防灾报警系统(FAS)、照明与低压配电系统、车站机电设备监控系统(EMCS)

、综合监控系统和安防系统等车站机电设备。以下主要介绍BAS

和

FAS。1)BAS城市轨道交通的地下车站和地下区间隧道除出入口等极少部分与外界相连通外，基本上与外界隔绝，只有营造人工气候环境才能满足乘客的需求。BAS

包括通风与空调系统、防排烟系统和环境监控系统。其中，通风与空调系统涉及空气的温度、湿度、流动速度和空气质量，当列车阻塞在区间时，能维持车厢内乘客短时间能接受的环境条件，其分为开式系统、闭式系统和屏蔽门系统。开式系统：应用机械通风、风道、风亭等设施使隧道区间与外界大气可进行空气交换，利用隧道内外的温差形成降温。闭式系统：隧道区间与外界大气基本隔绝，只补充部分新风满足空气的新鲜度要求。屏蔽门系统：沿车站站台边缘设置屏蔽门，使区间隧道与车站从空间上分隔开，在车站两端设置隧道通风系统，形成两个不同的空气环境区域。在正常行车工况下，区间为自然开式系统。2)FAS

FAS包括火灾报警系统、水消防系统、气体灭火系统、机电设备监控系统等。FAS分

布

在站厅、站台、

一般设备用房和办公用房等位置，能监视车站消防设备的运行状态，接收车站

火灾探测器、手动报警按钮等现场设备的报警信号并显示报警位置。城市轨道交通供电系统是城市轨道交通运营的动力源泉，其负责电能的供应与输送。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

、FAS

、BAS、通信系统、信号系统等。任务2

城市轨道交通供电系统的认知任务描述城市轨道交通供电系统是城市轨道交通系统的重要组成部分，为车站、列车、控制系统

等提供能源。因此，高度安全、可靠且经济合理的电力供给是城市轨道交通系统正常运营的

重要保障和前提。通过完成本任务，能够描述城市轨道交通供电系统的组成、功能与工作原

理，并熟悉城市轨道交通供电系统要承担的工作岗位及职责。知识链接一、城市轨道交通供电系统的组成城市轨道交通供电系统从城市电网引入高压或中压电源，再将引入的外部电源进行电压转换或直接分配至轨道交通的牵引变电所或降压变电所，由牵引变电所和降压变电所分

别为轨道交通运行主体的车辆和辅助用电设备(动力、照明负荷)供电。根据功能，城市轨道交通供电系统可以划分为外部电源供电系统、主变电所或电源开闭

所供电系统、牵引供电系统、动力照明供电系统、杂散电流腐蚀防护系统、电力监控系统六部分。城市轨道交通供电系统组成框图如图1-6所示。1.外部电源供电系统外部电源供电系统就是为城市轨道交通供电系统的主变电所或电源开闭所提供电能的外部城市电网电源。轨道交通从外部电源引入的形式上一般分为集中式供电、分散式供电

和混合式供电三种模式。国内大部分采用集中式供电，一些城市采用分散式供电，部分线路采用混合式供电。城市电网主要由500kV、220kV、110kV、10kV供电网络构成，

一般从220kV、110kV、10kV系统接口引入。(1)集中式供电指轨道交通从城市电网引入较高电压等级的电源(如110kV

、220kV),经主变电站进行电压转换，将外部电源(如35kV

或10kV)降压后，由主变电站集中向牵引变电所和降压变电所供电的外部电源引入模式。该模式引入电源电压等级高，电源引入点供电能力较强，引入电源点较少，有利于管理。(2)分散式供电是相对于集中式供电而言的，是指轨道交通不设主变电站，由沿线城市变电站直接向牵引变电所和降压变电所提供中压(35kV

或10kV)电源的供电方式。该供电方式是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。这种供电方式一般从10kV电压等级处获得电能。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，这就要求城市轨道交通沿线有足够的电源引入点及备用容量。分散式供电要求城市电网资源充足，安全运营水平高，供电可靠。

(3)混合式供电就是将集中式供电和分散式供电联合起来为城市轨道交通供电系统供电的一种模式。它可以发挥分散式供电和集中式供电的优点，而又避免其缺点。采用这种模式时，系统更为优化。如果沿线资源充足时，可利用现有城市电网，这样可以减少投资；当电力资源紧缺时，就采用集中式供电，充分保证可靠供电。它也有两种模式：一是以集中式供电为主，分散式供电为辅：二是以分散式供电为主，集中式供电为辅。究竟选用哪种方式，要结合城市实际和轨道交通实际进行选择。2.主变电所或电源开闭所供电系统主变电所的功能是接受城市电网输送的电能，再将所接受的高压电(110kV或220kV),通过主变电所的变压器降压后向牵引变电所、降压变电所提供中压电源。主变电所适用于集中式供电。电源开闭所的功能是接受城市电网提供的中压电(10kV

或

3

5kV),

为牵引变电所、降压变电所转供中压电源。电源开闭所一般与车站牵引(或降压)变电所合建。电源开闭所适用于分散式供电。3

.

牵引供电系统牵引供电系统是城市轨道交通供电系统的核心，负责向轨道交通车辆提供电能，其主要作用是降压、整流和传输电能。该系统主要包括牵引变电所、牵引网等。牵引变电所是牵引供电系统的心脏，它的主要作用是生产出满足要求的电能；牵引网则负责把合格的电能输送到轨道沿线的接触网上。牵引供电系统示意图如图1-7所示。5.杂散电流腐蚀防护系统城市轨道交通供电系统以走行轨作为电流回路，由于钢轨与隧道或道床等结构之间的绝缘电阻不是无穷大，实际上电动列车在运行时，牵引电流并非全部由走行轨流回牵引变电所，总有一部分回流电在通过走行轨时，杂散流入大地，再由大地流回走行轨或牵引变电所。这种杂散电流由于分布在地面以下，被称为地下杂散电流或地下迷流，杂散电流示意图如图1-9所示。杂散电流所经过的路径可等效地看成两个串联的电池。当杂散电流由两个阳极区流出

时，该部位的金属(Fe)

便与其周围的物质发生失掉电子的电解反应，这个部位的金属(Fe)

就会遭到腐蚀。如果这种电腐蚀长期存在，将会严重损坏地铁附近的各种结构钢和地下金属管线，从而破坏结构钢的强度，缩短其使用寿命。4.动力照明供电系统动力照明供电系统提供车站和区间各类照明、扶梯、风机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设备电源，由降压变电所和动力照明配电系统组成。动力照明供电系统按供电可靠性要求及失电影响程度有一级、二级和三级负荷，可采用双电源双回线路、双电源单回线路和单电源单回线路供电，动力照明供电系统示意图如图1-8所示。6.电力监控系统电力监控系统(power

supervisory

control

and

data

acquisition,PSCADA)又称远动系统，是电力数据采集与监视控制系统，由主站监控系统(调度端)、子站监控系统(被监控端)和通

信传输系统(通道)构成。主站监控系统设在控制中心，子站系统设在各个变电站，传输系统将主站与子站联系起来。电力监控系统对全线路的变电所及沿线的供电设备实施集中监视、控制和测量，包括遥控、遥测、遥信、遥调和遥视，是贯穿于整个供电系统的监视控制部分。电力监控系统示意图如图1-10所示。电力监控系统的监控对象主要有：主变电所，牵引变电所，降压变电所内的高压中压、低压和直流开关设备，交直流电源屏，排流柜，轨道电位限制装置，牵引网电动隔离开关等。由于城市轨道交通除电力监控系统外，还需要对其他系统进行监控，可以在控制中集成，构成综合监控系统。二、城市轨道交通供电系统的功能城市轨道交通供电系统应满足安全性、可靠性、适用性、经济性、先进性的基本要求，具备安全可靠、经济适用、调度方便等特点。其总体功能如下：1.供电服务功能2.故障自救功能3.自我保护功能4.防误操作功能5.方便灵活的调度功能6.完善的控制、显示和计量功能7

.

电磁兼容功能三、城市轨道交通供电系统的要求1.安全性2.可靠性3.适用性4.经济性5.先进性四、城市轨道交通供电系统的分布特点1

.

牵引用电负荷城市轨道交通的牵引用电负荷具有沿城市轨道交通线路走向呈线状分布的特点。由于列车的运行情况(启动、惰行、停站)、在线路上的位置、列车之间的相对位置随时变化，导致

牵引用电负荷的大小和位置并不固定，随时间而变化。2.

动力照明系统用电负荷动力照明系统用电负荷的分布情况是车站、车辆段(停车场)、控制中心，其负荷分布特点如下：(1)车站。地面和高架车站建筑规模小，用电负荷小；地下车站用电负荷比地面和高架车站大，大量动力设备集中在车站两端的设备区，车站中间公共区主要为照明负荷。用电负荷表现为两端重、中间轻。(2)车辆段(停车场)。车辆段占地规模大，并设置有停车列检库、月修库、运用库、架修库、综合维修中心、综合办公楼等。用电负荷表现为负荷量大、负荷分散。(3)控制中心。控制中心除具有调度指挥功能外，

一般还具有办公功能。控制中心服务于运营与管理，对电源安全性和可靠性要求很高。用电负荷表现为负荷量大、地位重要。(4)区间。地下隧道区间负荷主要为检修电源、照明、风机、排水泵，地面区间负荷只有检修电源、照明，负荷量小。五、城市轨道交通供电系统运行管理1

.

供电系统运行管理模式城市轨道交通供电系统是电动车辆的动力源泉，是城市轨道交通最重要的设施之一

。

供电系统的可靠、安全和灵活是轨道交通安全运营的保障。供电系统的运行管理包括供电

系统管理、设备运行管理和电力系统调度管理。1)供电系统管理供电系统管理分为主变电所(或电源开闭所)部分、牵引供电部分(包括中压)和动力照

明部分。主变电所高压侧的设备由地铁电力调度员(以下简称电调)和地区电力系统调度员(以

下简称地调)共同管理，设备操作需要经过地调同意后才能进行。牵引供电部分由中央控制室(电调)进行管理，这部分又分为两级管理：变电所的管理

和中央控制室的统一管理。由于城市轨道交通供电系统自动化程度较高，变电所一级的管

理是无人值守的，因此，统一的管理命令和管理信息均集中在中央控制室。动力照明部分、电压为380V/220V

的车站用电设备，主要由车站控制室(车控室)管理。2)设备运行管理3)电力系统调度管理电力系统调度管理是通过电力监控系统来实现的。电力监控系统是全线供电系统的控制中枢，同时负责与其他系统的协调配合工作。电力监控系统控制中心根据从变电所采集的设备运行信息、保护开关的动作信息、设备异常信息，分析设备的动作次数、累计运行时间、异常或故障发生情况，为调度决策提供依据，以便及时通知运营维护部门进行不安全状态下的检修及事故状态下的抢修，并可根据维修部门的要求及行车运行组织计划，制订合理的停送电计划。2.供电系统管理机构城市轨道交通运营企业供电部门主要负责供电系统的电气设备和供电网络的安全运行，根据城市轨道交通运营企业的不同管理体制采用不同的模式。M

型管理体制下采用“运

营事业总部—专业分公司”两级管理，供电公司自主负责供电系统的运行管理；U

型管理体制下采用运营事业总部——维保分公司(维保部又称设备分公司/设备部)形式，并在维保分公司下设供电车间。图1-13为U型管理体制下某供电车间的组织架构示意图。3

.

电力调度岗位电力调度岗位的管理归属控制中心(OCC),电力专业业务与供电公司进行联系。电力调度员负责所辖范围内的供电生产工作，包括监控变电所、接触网及供电相关的电气设备，负责供电系统的运行与远动倒闸操作。采用四班两运转的轮班制，每班两人。

轨道交通动力照明系统的安装与维修

中国特色高水平高职学校项目建设成果

城市轨道交通供电系统是城市轨道交通系统的重要组成部分，它相当于人体的心脏。城市轨道交通供电系统提供可靠安全的供电和动力支持，并具有不同的供电形式。王兵是某地铁公司供电工班的工程师，他作为供电工班组的成员，要与团队的其他成员按照地铁供电标准，设计出一套符合某地铁1号线的供电方案。城市轨道交通供电方案的设计项目引入知识目标1.掌握城市轨道交通电力系统的组成及作用；2.了解外部电源供电方式及选择原则；3.熟知电力系统中性点接地运行方式。能力目标1.能判定城市轨道交通外部电源的供电方式；2.会区分中压网络的电压等级；3.能识别牵引网的供电方式和制式。素质目标1.培养电力节能环保意识；2.培养团结协作的工作意识；3.树立职业精神和职业道德。 学习目标1.发电厂发电厂是生产电能的工厂，是电能的生产者，其作用是将其他形式的一次能源转换为二次能源——电能。按照一次能源的种类，主要有火力发电厂、水力发电厂、核电厂、风能发电厂等，此外还有利用地热、潮汐、太阳能等各类新能源的发电厂。一、认知电力系统

电能是一种十分重要的二次能源，它能方便、经济地从蕴藏于自然界中的一次能源(如煤炭、石油、天然气、水力、核燃料、风能等)转换而来。由发电厂、电力网和电力用户连接成的统一整体，称为电力系统。

城市轨道交通外部电源供电系统是为主变电所或电源开闭所提供电能的外部城市电网电源供电系统。通过完成本任务，能正确分析主变电所布置方案，并能根据不同地铁车站特点，选定外部电源的供电方式。任务1外部电源供电方案的设计2.电力网

电力系统中输送和分配电能的部分称为电力网，简称电网，其任务就是把远处发电厂生产的电能输送到负荷中心。电力网是电能的输送者和分配者，实现电压等级的变换、电能的输送和分配。

1)电力网组成电力网由输电线路、配电线路和变配电站(所)组成。

(1)输电线路。输电线路的作用是输送电能，其特点是电压较高，线路较长。

(2)配电线路。配电线路的作用是分配电能，其特点是电压较低，线路较短。

(3)变配电站(所)。变配电站(所)根据国家规定的电网额定电压进行电压变换，其还具有集中电能、

分配电能和控制电能及调整电压的作用。变配电站(所)由电力变压器和配电装置组成。根据在电力系统中的地位，变电所可分为区域变电所、地区变电所和终端变电所。2)电力网额定电压根据《标准电压》(GB/T156—2017),国家规定的电力网额定电压分别为750kV、500kV、330kV、220kV、110kV、60kV、35kV、20kV、10kV、6kV、3kV、380V、220V。

假定升压变压器T1的一次侧与6.3kV发电机直接相连，二次侧与220kV线路直接相连，降压变压器T2的二次侧与35kV线路直接相连，则各变压器的变比如下：(1)升压变压器T1:一次侧与发电机直接相连，故其一次侧额定电压应等于发电机的一次电压，比所连线路的额定电压6kV高5%,为6.3kV;该变压器的二次侧与220kV线路相连，其额定电压应高于相应线路的额定电压10%,为242kV,故T1的额定变比为6.3:242。(2)降压变压器T2:一次侧与220kV线路相连，其额定电压应与相应线路的额定电压相等，为220kV;二次侧与35kV线路相连，其额定电压应高于相应线路额定电压的10%,为38.5kV,故T2的额定变比为220:38.5。(3)降压变压器T3:一次侧与35kV线路相连，其额定电压应与相应线路的额定电压相等,为35kV;二次侧直接与380V/220V配电线路相连，其额定电压应高于相应线路额定电压的5%,故T3的额定变比为35:0.4:0.23。3)电力网的类型

电力网按电压等级的高低和其供电范围的大小可分为地方电网、区域电网及超高压远距离运输网三种类型。地方电网指电压等级在35kV及以下，供电半径在20~50km以内的电网，如一般企业、工矿和农村乡镇配电网；区域电网指电压等级在35kV及以上，供电半径超过50km的电网，目前我国电压为110~220kV的电网就属于这种类型；超高压远距离运输网指电压等级为330~500kV的电网，一般由远距离输电线路连接而成。电力系统操作安全规范

对于普通工作人员，设备发生故障时，为了不造成更大范围的影响，由工作人员依照“先通后复”原则及相关规则暂作技术处理，并按手续报专业维修人员进行处理。

当发生严重漏水等事故时，工作人员要立刻暂停诸如自动扶梯等设备运行，以防止设备漏电对乘客造成伤害。

当无法确定设备是否接地或者漏电时，万不可轻易接触带电设备，做好安全防护，保证其接地后再进行操作。城市轨道交通供电方案的设计二、认知外部电源

城市轨道交通供电系统的外部电源供电系统就是为城市轨道交通供电系统的主变电所或电源开闭所提供电能的外部城市电网电源供电系统。1.城市轨道交通对外部电源的要求(1)两路独立的进线电源。城市轨道交通作为城市电网的重要电力用户，属于一级用电负荷。城市轨道交通供电系统的主变电所(或电源开闭所)要求有两路独立的进线电源，这两路电源可以来自城市电网的不同变电所，也可来自城市电网的同一变电所的不同母线。主变电所进线电源应至少有一路为专线电源。(2)每路进线电源的容量应满足所内全部一、二级负荷的要求。(3)两路电源应分列运行，互为备用。当一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏，由该路电源保证对城市轨道交通供电系统供电。2.外部电源的电压等级

城市轨道交通的外部电源需要从所在城市电网取得电能，城市电网主要由500kV、330kV、220kV、110kV、35kV、10kV的供电网络构成。城市轨道交通的牵引用电和动力照明用电既可以直接从城市的高压电网(110kV或220kV)上取得，也可以从下一级电压(35kV或10kV)的中压电网上取得，这取决于城市轨道交通系统和城市地方电网的具体情况及牵引用电容量的大小。直接从高压电网获得电力的城市轨道交通供电系统，往往需要再设置一级主降压变电站(所),即主变电所，将系统输电电压(如110kV或220kV)降低到10kV或35kV以适应牵引变电所的需要。从管理的角度上看，主变电所可以由电力系统(电力部门)直接管理,也可以由城市轨道交通部门管理。为方便管理，一般由城市轨道交通部门管理。

从35kV或10kV的中压电网上直接取得电力的城市轨道交通供电系统，可以建立电源开闭所或将电源开闭所与轨道交通沿线的牵引变电所、降压变电所合建。三、选择外部电源的供电方式1.外部电源供电方式外部电源供电方式有集中供电、分散供电和混合供电三种方式。1)集中供电方式

集中供电是由本线或其他线路的主变电所为本线牵引变电所及降压变电所供电的外部供电方式。2)分散供电方式

分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网(通常是10kV电压等级)分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。3)混合供电方式

混合供电方式是将分散供电与集中供电相结合的供电方式，多指以集中供电为主、以分散式供电为辅的供电方式。混合供电方式可根据城市电网现状、规划以及城市轨道交通自身的需要，吸收集中供电方式和分散供电方式的优点，系统方案灵活，节约投资，使供电系统完善、可靠。2.外部电源供电方式选择1)选择原则

对于某一城市究竟应采用哪种供电方式，需要根据地铁和城市轨道交通用电负荷并结合该城市电网的具体情况进行分析。若该城市的电力资源缺乏，变电站较少，采用分散供电方式时由于需要新建多个地区变电站而使投资增大，在此情况下采用集中供电方式就比较合适。该供电方式具有管理方便、供电可靠性相对较高等优点。若城市的电力资源较丰富，沿地铁和城市轨道交通线路的地区变电站较多且容量也足够给地铁和城市轨道交通供电，则采用分散供电方式可节约建设资金。当城市电网的情况介于上述两种情况之间时，可考虑采用分散与集中相结合的混合供电方式。

集中供电方式的外部电源引自城市高压电网(如110kV),电压等级高，输电容量大，系统短路容量大，抗干扰能力强，电网电压波动小，且城市轨道交通主变电所一般设置了有载调压装置，因此中压侧电压相对稳定，供电质量高。

分散供电方式的外部电源引自城市中压电网，一般从距离城市轨道交通线路较近的城市电网变电所直接引入，输电线路较短，线路损耗较少。但由于电压等级较低，用户较多，网压波动较大。2)集中供电与分散供电方式比较

四、主变电所设置

如果外部电源采用集中式供电方式，则应建设城市轨道交通用的主变电所。城市轨道交通主变电所的功能是接收城市电网提供的高压电源，经降压后为牵引变电所、降压变电所提供中压电源。1.主变电所概述

城市轨道交通主变电所将城市电网的高压交流110kV(或220kV)电能降压后以交流35kV或10kV的电压等级分别供给牵引变电所和降压变电所。

根据城市轨道交通用电负荷的特点，城市轨道交通的主变电所一般沿线路布置，根据线路末端的电压损失要求来确定主变电所的数量。为保证供电的可靠性，城市轨道交通供电系统通常设置两座或两座以上主变电所。

主变电所按其降压方式的不同可分为三级电压制供电方式的主变电所和两级电压制供电方式的主变电所。

主变电所按其结构形式的不同，可以分为户外式、户内式和地下式三种，其中户外式又可分为全户外式和半户外式。为了降低成本、减少占地面积，城市轨道交通主变电所多数采用户内式、半户外式或地下式结构，很少采用全户外式结构。应根据新建主变电所位置在城市中所处的地段来选择主变电所的结构形式。对于布设在市区边缘或郊区、县的主变电所，可采用布置紧凑、占地较小的半户外式结构；对于布设在市区内及市中心区规划内的新建主变电所，宜采用户内或地下式结构。

不论采用何种结构形式，主变电所都由两路独立的电源进线供电且两路电源同时运行，互为备用，以保证供电的可靠性和供电质量。进线电源容量应满足远期时其供电区域内正常运行及故障运行情况下的供电要求。2.主变电所的主要设备

主变电所中主要的电气设备是主变压器、开关设备、直流电源设备、自动监控设备。1)主变压器

主变压器是城市轨道交通主变电所中最主要的电气设备，其作用是将从城市电网引入的高压电源转换成城市轨道交通牵引供电系统所需要的中压电源。

目前，国内城市轨道交通主变电所均设置两台主变压器，互为备用。正常情况下，两台变压器并列运行，各负担50%的用电负荷。主变压器容量的选择应考虑近期实际负荷和远期发展的需求。单台容量在20~40MV·A范围内，主要考虑相邻变电所因故障解列时应满足向该段牵引负荷越区供电的要求，应能满足正常运行时，每台变压器容量承担其所供区域内的全部牵引负荷和动力照明的供电。当发生故障时，应满足如下条件：

(1)当一台主变压器发生故障时，另一台主变压器应能满足该供电区域高峰小时牵引负荷和动力及照明一、二级负荷的供电。

(2)当一座变电所因故障解列时，剩余主变电所应能承担全线的动力和照明一、二级负荷及牵引负荷。

2)开关设备

主变电所中的开关设备分为高压侧(110kV侧)开关设备和中压侧(35kV或10kV侧)开关设备。它们都是通断电路的重要设备。110kV侧开关设备采用以六氟化硫气体(SF₆)作为绝缘介质，金属封闭的交流成套设备，又称气体绝缘开关设备，简称GIS。GIS是由各种开关电器，如断路器(GCB)、隔离开关(DS)、接地开关(ES)、母线、现地汇控柜(LCP)以及电流互感器(CT)、电压互感器(VT)和避雷器(LA)等组成的电力设备，具有结构紧凑、抗污染能力强、运行安全、外形美观、设备占用空间小等特点。除母线为三相共箱式外，其余均为三相分箱式。

中压侧电压为35kV的中压开关设备多采用GIS,以减小变电所的土建规模，但均为三相分箱式，采用真空断路器，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开关。中压侧电压为10kV的开关设备，则可采用空气绝缘的金属铠装开关柜，内部设有不同功能的隔室，手车可为落地式或中置式。3)直流电源设备

直流电源设备的作用是为监控设备、车站应急照明及紧急疏散标志等提供不间断直流电源。线路正常时，直流电源设备为它的服务对象提供稳定的直流电源，并对蓄电池进行充电；故障时，由蓄电池提供1~2h的直流供电。4)自动监控设备

自动监控设备用于对变电所电气设备的监测和控制，并能对其进行远程控制和数据采集。根据供电系统的运行状况，自动切换电气设备将故障设施自动切除，为城市轨道交通供电系统的安全、高效运行提供保障。

电力系统中性点是指在三相电力系统中星形连接的发电机、变压器接线中性点。电力系统中性点运行方式有两大类：一类是大电流接地系统或中性点接地系统，包括中性点直接接地和中性点经低阻抗接地系统；另一类是小电流接地系统或中性点不接地系统，包括中性点不接地和中性点经消弧线圈或高阻抗接地系统。

我国3~10kV供电系统大多采用中性点不接地运行方式。根据相关规定,3~60kV供电系统，当单相接地电流>30A,或20kV以上电网中，接地电流>10A时，则采用中性点经消弧线圈接地方式。110kV及以上供电系统，采用中性点直接接地方式。对于380V/220V低压配电网络,为得到两个不同的电压等级，也采取中性点直接接地的三相四线制。五、电力系统中性点运行方式1.中性点不接地系统

电力线路存在分散电容，各相对地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容。分散电容分为相对地电容和相间电容。通常相间电容不予考虑。(1)系统正常运行：三相电压对称，各相对地电容电流对称，大地中没有电容电流流过，---------中性点对地电位为0。(2)系统发生单相接地故障(如C相接地):C相对地电压变为0,对地电容电流变为0;中性点电位偏移，对地电位上升为相电压，且与接地相的原相电压相位相反；未发生接地故---------障的其他两相，即A相、B相的对地电压升高为相电压的√3倍，变为线电压。(3)当发生单相不完全接地即通过一定的阻抗接地故障时，接地相的对地电压大于0而------小于相电压；未接地两相的对地电压大于相电压而小于线电压；中性点对地电压大于0而小于相电压；线电压保持不变，接地电流要小一些。2.中性点经消弧线圈接地系统

在中性点不接地系统中，单相接地电容电流超过允许值，电弧将不能自行熄灭。为了减小接地点的单相接地故障电流，一般使变压器中性点经消弧线圈后再与大地连接，构成中性点经消弧线圈接地系统。3.中性点直接接地系统(1)系统正常运行时，三相系统对称，中性点没有电流流过。(2)发生单相接地故障时，故障相对地电压为0,中性点由于直接接地，其对地电压也为0;非故障相对地电压基本保持不变，仍为相电压；接地相经过地与电源之间构成单相短接回路，流过接地点的电流为单相接地短路电流，其值很大，从而使继电保护装置能立即动作于断路器跳闸，迅速切除故障部分，防止短路电流造成更大的危害。4.中性点经低阻抗接地系统(1)系统正常运行时，三相系统对称，中性点没有电流流过。(2)发生单相接地故障时，故障相对地电压为0,中性点由于低阻抗接地，其对地电压很小；非故障相的对地电压基本保持不变，仍为相电压；接地相经过系统电路原理图低阻抗与地和电源之间构成单相短接回路，流过接地点的电流限制为600~1000A,继电保护装置能立即动作于断路器跳闸。5.中性点经高阻抗接地系统

一般可采用中性点经接地变压器接地或大电阻接地，应用在发电机-变压器组单元中性点经高阻抗接地接线的200MW及以上的发电机、6kV和10kV配电系统、发电厂用电系统及较小城市的配电网。任务2中压网络供电方案的设计

城市轨道交通中压网络是主变电所(或电源开闭所)与内部牵引供电系统、动力照明供电系统的连接桥梁。通过完成本任务，能介绍中压网络的两大属性，以及能分析不同类型的中压网络案例。一、认知中压网络

交流中压环网是城市轨道交通供电网络的核心，是保证城市轨道交通供电可靠性的关键因素，这是因为高压供电系统受城市电网供电的控制，对城市轨道交通内部而言是不可控因素，当高压供电系统发生故障时，中压环网系统的可靠性就成了城市轨道交通供电的关键因素。

中压环网系统不是供电系统中独立的子系统，但却是供电系统设计的核心。牵引供电和动力照明等用电均通过中压环网获得电源。1.中压网络概述通过中压电缆，纵向上把上级主变电所或电源开闭所和下级牵引变电所、降压变电所连接起来，横向上把全线的各个牵引变电所、降压变电所连接起来，从而形成了中压网络。2.中压网络类型

根据功能的不同，中压网络可分为两类：牵引供电网络和动力照明供电网络。为牵引变电所供电的中压网络称为牵引供电网络，简称牵引网络；为降压变电所供电的中压网络称为动力照明供电网络，简称动力照明网络。

根据牵引网络和动力照明网络是否独立，中压网络可分为牵引动力照明独立网络和牵引动力照明混合网络两种类型。外部电源为集中供电方式时，中压网络可以采用牵引动力照明独立网络，也可以采用牵引动力照明混合网络；外部电源为分散供电方式时，中压网络采用牵引动力照明混合网络。两种类型特点如下：牵引动力照明独立网络特点：牵引网络和动力照明网络相互独立，相互影响小。牵引动力照明混合网络特点：供电系统整体性好，设备布置可以统筹考虑。3.主要设备中压网络功能类似于电力系统的输电线路，其设备为单芯或三芯电力电缆，其中35kV电缆多采用单芯电缆(95~400mm²);10kV电缆多采用三芯电缆(150~300mm²)。4.中压网络属性中压网络具有电压等级和构成形式两大属性。中压网络的属性将决定外部电源方案、主变电所的位置及数目、牵引变电所及降压变电所的位置与数目、牵引变电所与降压变电所的主接线等选择。二、中压网络电压等级

1.国家中压配电现状及发展方向

我国现行中压配电标准电压等级有66kV、35kV和10kV。随着城乡电气化事业的发展，若只有一种10kV作为中低电压的分界，显然已不能满城乡配电网发展的要求。我国第一个20kV一次配电的供电区，已于1996年5月在苏州产业园区投入运行。从其运行情况来看，其线损率大大低于10kV系统。由此可见，20kV电压等级的这种特点，也适合于高密度负荷地区的城市电网。2.国内城市轨道交通中压网络现状及发展思路

以往，因国家城乡电网中没有采用20kV这一电压等级，相应的开关柜等20kV设备也没有跟上发展。在这样的大环境下，要在城市轨道交通工程中使用20kV电压等级，是比较困难和不现实的。因而，国内既有城市轨道交通的中压网络电压等级采用了35kV(若采用国外设备则是33kV)和10kV。

北京和天津的地铁和城市轨道交通的中压网络采用了10kV电压等级；上海地铁1号线的中压网络中牵引供电网络采用了33kV电压等级，动力照明供电网络采用了10kV电压等级；广州地铁1号线的中压网络采用了33kV电压等级；深圳地铁1、4号线和南京地铁南北线的中压网络均采用了35kV电压等级。我国电力系统并未推荐过使用33kV电压等级，上海、广州地铁采用此电压等级有其特殊历史原因，其他城市很少采用。3.不同电压等级中压网络的特点及比较1)35kV中压网络(1)国家标准电压等级，输电容量较大、距离较长、功率损耗小。(2)设备来源于国内，国产化程度高。(3)设备体积较大，占用变电所面积较大，不利于减小车站体量。(4)设备价格适中。(5)不能使用环网开关柜构成接线与保护简单、操作灵活的环网系统。2)33kV中压网络(1)国际标准电压等级，输电容量较大、距离较长、功率损耗较小，这一点基本与35kV一致。(2)设备来源于国外。(3)设备体积较小，占用变电所面积较小。(4)设备价格高。(5)有环网单元，能构成接线与保护简单、操作灵活的环网系统。3)20kV中压网络(1)国际标准电压等级，输电容量及距离适中，功率损耗较小。(2)设备基本实现国产化。(3)引进国外技术的开关设备，体积较小，占用变电所面积远小于国产35kV设备，有利于减小车站体量，节省土建投资。(4)价格适中。(5)有环网单元，能构成接线与保护简单、操作灵活的环网系统。

4)10kV中压网络(1)国家标准电压等级，供电容量较小、距离较短、功率损耗大。(2)设备来源于国内。(3)设备体积适中。(4)设备价格较低。(5)环网开关技术成熟、运营经验丰富，可构成保护简单、操作灵活的环网系统。三、中压网络构成形式

根据外部电源供电方式、中压网络的电压等级，中压网络具有不同的构成形式。1.集中供电方式的中压网络

当外部电源采用集中供电方式时，若中压网络采用独立牵引网络和独立动力照明网络类型，此时两个中压网络可采用不同电压等级，也可采用相同电压等级。为适应牵引负荷较重、动力照明负荷相对较轻的特点，一般应采用不同电压等级。牵引网络电压等级高，为35kV或33kV,动力照明网络电压等级低，为10kV,此时构成了独立的35kV(33kV)牵引网络+独立的10kV动力照明网络。当中压网络采用牵引动力照明混合网络类型时，其电压等级只能采用相同电压等级，可以选用35kV、33kV、10kV之一，此时构成了35kV(或33kV10kV)牵引动力照明混合网络。1)独立的35kV(33kV)牵引网络+独立的10kV动力照明网络2)牵引动力照明混合网络2.分散供电方式的中压网络外部电源采用分散供电方式，中压网络只能采用牵引动力照明混合网络，电压等级一般为10kV,构成形式有A型、B型、C型。任务3牵引供电系统方案的设计任务描述

牵引供电系统是城市轨道交通供电系统的核心，担负着为电动车组不间断提供电能的重要任务。通过完成本任务，能准确描述牵引网的供电方式与供电制式，并能正确分析牵引馈电方式与电动车辆如何配合。一、主变电所向牵引变电所供电的接线方式

牵引变电所是从中压网络获得电能，转换后向牵引网馈电的变电所，即牵引变电所连接中压网络与牵引网，从中压网络接收电能，将电能转换为适合的电压和种类，馈电给牵引网,并向电动车辆提供牵引电能。为满足牵引网供电电压的要求，需要在轨道交通沿线设置多个牵引变电所，每个牵引变电所均有两个独立的供电电源，由主变电所或电源开闭所通过中压网络提供。二、牵引网供电方式

牵引网的供电方式是指牵引变电所向牵引网的供电方式。在城市轨道交通牵引供电系统中，牵引网的供电方式有单边供电、双边供电、大双边供电、越区供电等几种形式，其中单边供电、双边供电为正常运行时的供电方式，大双边供电、越区供电为故障运行时的供电-方式。

1.环形供电

环形供电是由两个或两个以上主降压变电所和所有的牵引变电所用中压输电线连成一个环形来供电。环形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.双边供电双边供电是由两个主变电所向沿线牵引变电所供电，通往牵引变电所的中压输电线都通过其母线连接。为了增加供电的可靠性，用双回路输电线供电。这种接线方式的可靠性稍低于环形供电。当引入线数目较多时，开关设备较多，投资较大。3.单边供电当线路沿线只有一侧有电源时，采用双回路进行单边供电。与环形供电和双边供电相比，单边供电可靠性较差。为了提高其可靠性，宜采用双回路输电线供电。单边供电所用的设备较少，投资较少。在双边供电和单边供电的情况下，为了减少供电设备和降低变电所的投资规模，每路输电线不必都进入所有的牵引变电所，可以轮流地每隔一个变电所进入一个。4.辐射供电辐射供电接线方式的每个牵引变电所用两路独立中压输电线与主变电所连接。这种接线方式适用于轨道线路成弧形、每个牵引变电所到主变电所的距离差不多一样的情形。它的特点是接线简单、投资少，但当主变电所停电时，将全线停电。三、牵引网供电制式

牵引网供电制式是指城市轨道交通牵引供电系统向电力机车或电动车辆供电所采用的方式，包括电流制式、电压等级和馈电方式。

1.电流制式

电流制式是指牵引供电系统中牵引网的供电电流种类。牵引网的电流制式有直流制式和交流制式两种形式，其中交流制式按相数又分为三相、单相；按频率分为工频、低频、高频。

1)交流制式与直流制式比较

牵引网采用交流制式时，由于交流电压可升高，故供电电压高，供电电流小，线路损耗小，供电距离长，牵引变电所间距大；牵引网采用直流制式时，电压一般较低，供电电流较大,线路损耗大，供电距离短，牵引变电所间距小。城市轨道交通的牵引网采用直流制，我国电气化铁路牵引网采用单相工频交流制，其主要不同点在于：

(1)供电对象不同：电气化铁路运量大，车辆编组大，需要较大的功率；城市轨道交通运量小，车辆编组小，需要的功率小。

(2)供电距离不同：电气化铁路线路长，供电距离大；城市轨道交通线路短，供电距离小。

(3)实施地点不同：电气化铁路跨越不同区域、省甚至国家；城市轨道交通分布在城市市域范围内或相邻城市间。

2)城市轨道交通采用直流制式的原因

(1)城市轨道交通线路较短，运行速度低，牵引网的供电范围(距离)不长、电动车辆的功率不大，不需要太高的供电电压。

(2)城市轨道交通的供电线路都处在城市建筑群之间，供电电压不宜过高，以确保安全。

(3)直流制式供电无电抗压降，在相同的电压等级下，与交流制式相比，直流制式供电的电压损失小。

(4)直流制式供电的对象，包括早期使用的串励直流电动机和近期采用的变频调速异-------步牵引电动机，均具有良好的启动和调速特性，可充分满足电动车辆牵引特性的要求。2.电压等级

直流牵引供电电压等级繁多，主要有：570V、600V、625V、650V、700V、750V、780V、825V、900V、1000V、1100V、1200V、1500V、3000V。1)电压等级标准

为了规范各国城市轨道交通的电压制式，国际电工委员会(IEC)、国际铁路联盟(UIC)和欧洲标准化委员会(EN),以及各国都提出了相应的标准。IEC、UIC、EN规定的与城市轨道交通牵引电压(直流系统)有关的标准。2)电压等级选用

(1)电压等级的具体选用。IEC拟订的电压标准为600V、750V、1500V三种电压等级；我国国家标准(GB/T999—2021),推荐使用750V、1500V两种电压等级。750V电压等级允许波动范围为500~900V,1500V电压等级允许波动范围为1000~1800V。

(2)750V、1500V两种电压等级的比较。3.馈电方式

城市轨道交通车辆的受流方式主要为受电弓式和集电靴式，因此向车辆馈电的牵引网的馈电方式有架空接触网和接触轨两种方式。1)架空接触网

架空接触网是沿轨道线路，在钢轨上空架设，向电动车辆供电的特殊形式的输电线路，电动车辆由顶部升起的受电弓在架空接触网上滑动接触取得电能。2)接触轨

接触轨是沿轨道线路敷设的附加接触轨，电动客车由转向架伸出的受流器通过滑靴与第三轨接触而取得电能。4.牵引网供电制式的配置形式

结合牵引网的电流制式、电压等级和馈电方式，我国城市轨道交通牵引网供电制式可以选择以下四种配置方式：直流(DC)1500V架空接触网、直流1500V接触轨、直流750V架空接触网、直流750V接触轨。如北京地铁7号线采用DC1500V接触轨，其余大部分线路采用DC750V接触轨；上海轨道交通线路主要采用DC1500V架空接触网；广州轨道交通线路既有DC1500V架空接触网、也有DC750V接触轨。牵引网供电制式中，电压等级与馈电方式是其关键点，两者密切相关。牵引网供电制式的选择，涉及供电牵引系统的技术经济指标、供电质量、运输的客流密度、供电距离、车辆的选型等，需要根据各城市的具体条件和要求，通过综合技术论证后决定。四、牵引变电所布置方案1.设置原则(1)影响牵引变电所设置的因素：①主要因素：牵引网电压等级、牵引网电压损失。②其他因素：杂散电流腐蚀防护、线路损耗、电缆敷设、土建造价。(2)牵引变电所设置的基本要求：①牵引变电所分布应尽量均匀。②牵引整流机组规格应尽量统一，以便于维护管理及降低维护成本。③应具备足够的容量，以满足城市轨道交通供电发展的需要。2.布点与选址过程1)确定牵引变电所的数量及布点(1)确定供电分区长度。确定供电分区长度时，需要综合考虑牵引供电系统运行方式、牵引网最大电压损失、杂散电流腐蚀防护、线路损耗，以及是否在区间设置牵引变电所等因素。

①牵引供电系统运行方式。牵引供电系统运行方式包括：单牵引整流机组双边供电、双牵引整流机组双边供电和大双边供电。供电分区的长度，需满足在牵引变电所故障解列时牵引网采用大双边供电运行方式的要求。

②牵引网最大电压损失。双边供电牵引网最大电压损失发生在供电分区中部，单边供电牵引网最大电压损失发生在供电分区末端。因此，为保证供电分区最大电压损失处电压允许值满足要求，并考虑牵引供电系统的运行方式，需按照大双边供电进行电压损失核算。

③杂散电流腐蚀防护。直流牵引电流流经走行轨时，因走行轨存在内部电阻，在走行轨上产生纵向电位。纵向电位的大小与直流牵引电流、走行轨电阻、供电分区长度有关。

在相同条件下，牵引变电所的供电分区长度越短，走行轨上产生的纵向电位越小，杂散电流泄漏量则越少；供电分区长度越长，走行轨上产生的纵向电位越大，杂散电流泄漏量则越多。

可见，供电分区长，牵引变电所数量少，将不利于杂散电流腐蚀的防护。

④线路损耗。牵引网的单位电阻比较大，一般为0.02~0.04Q/km。在相同条件下，当牵引变电所间距较大时，牵引网能耗加大，因此，供电分区长，牵引变电所数量少，将加大牵引网能耗。

综上所述，牵引变电所布点时，需要综合考虑上述因素的影响，以便既满足牵引供电系统技术要求，又具有良好的经济指标。

(2)牵引变电所布点的方法。牵引变电所布点，通常有以线路中间为布点基准和以线路末端为布点基准两种方式。①以线路中间为布点基准。

a基本布点：研究线路中站间间距最大的两个相邻车站，当站间间距足够长时，可在这两个车站暂时设置牵引变电所，计算牵引网双边供电最大电压损失。若结果满足允许值要求，则确定在这两个车站设置牵引变电所；若结果不满足允许值要求，则按照最大电压损失要求，确定这两个牵引变电所的位置。

b其他布点：以基本布点的两个牵引变电所为基准，分别向线路两端扩展，通过计算牵引网双边供电最大电压损失，并考虑与车站相结合，确定其他牵引变电所的位置。这种方法强调布点时尽可能考虑与车站相结合，适用于站间间距相差较大的线路。3.结构形式

牵引变电所的结构形式有地下式、地上式、地下区间式和箱式等几类。

1)地下式牵引变电所

当牵引变电所与地下车站结合设置时，应尽量设置在车站主排水站对侧，并设置在供电分区较长的车站一端。具体有以下几种设置形式。

(1)设置在车站站台端部。牵引变电所的房间可以根据车站功能布局及车站规模设计为一层或两层。当设置为两层时，牵引整流机组应该设置在站台层；开关柜室与控制室可设置在任何一层。

(2)旁建于车站通风道。此方案是在车站通风道一旁设置牵引变电所房间。

(3)设置在车站线路外侧。在条件允许的情况下，在线路外侧单独设置牵引变电所，并通过牵引变电所内部楼梯将牵引变电所与车站站厅层联系起来。

2)地上式牵引变电所

若有下列三种情况之一，可以考虑设置地上式牵引变电所：一是城市规划条件许可时；二是因地下车站没有空间安排牵引变电所时；三是地面或高架线路需要设置牵引变电所时。当牵引变电所在地上设置时，可以有以下几种设置形式。

(1)与车站结合(站内房间式)。由于高架线路车站一般为两层，地面车站有时也设计为两层，此时牵引变电所可设置在车站端部，房间一般根据车站内部功能布局设置为两层,内部设置上、下贯通楼梯。

(2)独立于车站(站外房间式)。根据直流牵引供电仿式，计算规划供电分区长度，将牵引变电所设置在合适的位置。牵引变电所可采用新建筑物，也可以利用既有建筑物，或采用箱式牵引变电所。

(3)车辆段(停车场)。在车辆段(停车场)设置地面牵引变电所，以满足回送、折返、检修列车时等牵引用电需要。由于车辆段牵引变电所的馈出电缆较多，牵引变电所一般靠近咽喉区域设置。3)地下区间式牵引变电所

当地下式牵引变电所与车站合建不能满足牵引网电压损失要求时，可在区间设置地下牵引变电所，其可以设置在区间风道外侧、盾构竖井等处所。由于单独设置地下区间式牵引变电所在经济上不划算，因此一般不采用。4)箱式牵引变电所

箱式牵引变电所是工厂化、模块化、标准化的牵引变电所，是一种特殊的牵引变电所结构形式。在车站附近的地面设置工厂预制的钢结构箱体，采用箱体、温度调节装置、微增压装置及其内部供电设备等构成一个整体，牵引变电设备在箱内布置。箱体由两层钢板内衬

轨道交通动力照明系统的安装与维修

中国特色高水平高职学校项目建设成果

城市轨道交通变电所安装有各种电气设备，它们按照一定的顺序连接起来，构成了接收和分配电能的电路，实现了电能的变换与分配。张东是某地铁动力照明工班的工程师，他要带领工班小组成员对变电所的一次电气设备进行维护和检修。他要和工班小组成员一起依据变电所电气设备的特性，遵循电力系统标准，分析并设计出变电所平面布置图和主接线图。

项目引入城市轨道交通变电所主接线的分析与设计知识目标1.了解主变电所各电气设备的作用；2.掌握变电所主接线设计原则；3.熟知降压变电所主接线图的绘制方法。能力目标1.能识别主变电所的设备；2.会分析变电所的主接线；3.能设计并绘制降压变电所的主接线图。素质目标1.培养职业标准和规范意识；2.培养团队协作意识和大国工匠精神；3.树立严谨认真的态度和创新意识。 学习目标

变电所是城市轨道交通供电系统的心脏，担负着接收电能、改变电压等级和输送分配电任务1

变电所主接线的分析

项目实施

一

、变电所常见电气设备的认知城市轨道交通供电系统中，有三类不同的变电所：主变电所、牵引变电所、降压变电所，它们承担着不同的作用。主变电所连接外部电源和中压网络，是城市电网(外部)和城市轨

道交通供电系统(内部)之间的桥梁，其实现了三相交流高压向三相交流中压的变换；牵引变电所连接中压网络和牵引网，是主变电所与牵引供电系统之间的桥梁，其实现了三相交流

中压向直流的变换；降压变电所连接中压网络和配电线路，是主变电所与动力照明系统之间

的桥梁，其实现了三相交流中压向三相交流低压的变换。通常，牵引变电所和降压变电所合建，构成了牵引降压混合变电所。知识链接1

.

电气设备种类供电系统按其作用的不同可分为一次系统和二次系统，其中担负电能输送和分配任务的系统称为一次系统(或一次回路),一次系统中的所有电气设备，称为一次设备。对一次系统进行监视、控制、测量和保护的系统，称为二次系统(或二次回路),二次系统中的所有电气设备，称为二次设备。2

.

典型

一

次设备1)变压器变压器是利用电磁感应原理进行电压变换的一种静止电气设备。变压器外形图如图3-1所示。其作用是将某一电压等级的电能转换为相同频率另一电压等级的电能，实现电能传输，具有变压、变流和改变阻抗的功能。2)断路器断路器按使用范围分为高压断路器和低压断路器。如图3-2(a)

所示，高压断路器又称高压开关，是变电所的重要设备之一。高压断路器不仅可以切断与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、

自动装置相配合，可以迅速地切断故障电流，以减小停电范围。3)隔离开关与三工位开关隔离开关一般是指高压隔离开关。高压隔离开关是没有灭弧装置的开关电器，在分闸

状态下有明显的断口，在合闸状态下能可靠地通过额定电流。因隔离开关没有灭弧装置，不能切断负荷电流和短路电流。隔离开关如图3-3(a)、(b)

所

示

。如图3-3(c)所示，三工位开关是一种新型隔离开关，主要用于GIS(气体绝缘开关设备)

开关柜中，其具有小型化的特点。所谓三工位开关，是指隔离开关具有三个工作位置，即主

断口接通的合闸位置、主断口分开的隔离位置及接地侧的接地位置，并且三个位置的相互转

换由一把刀闸来实现。4)高压负荷开关高压负荷开关是在高压隔离开关的基础上加入简单的灭弧装置而成的，能切合负荷电如图3-2(b)

所示，低压断路器又称低压自动开关或空气开关，既能带负荷通断电，又能

在线路发生短路、过负荷、低电压等故障时自动跳闸，它可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，其功能相当于熔断器式开关与热继电器等的组

合。低压断路器广泛应用于低压配电系统各级馈出线、各种机械设备的电源控制和用电终端的控制与保护。3)隔离开关与三工位开关隔离开关一般是指高压隔离开关。高压隔离开关是没有灭弧装置的开关电器，在分闸状态下有明显的断口，在合闸状态下能可靠地通过额定电流。因隔离开关没有灭弧装置，不能切断负荷电流和短路电流。隔离开关如图3-3(a)、(b)

所示

。如图3-3(c)所示，三工位开关是一种新型隔离开关，主要用于GIS(气体绝缘开关设备)

开关柜中，其具有小型化的特点。所谓三工位开关，是指隔离开关具有三个工作位置，即主断口接通的合闸位置、主断口分开的隔离位置及接地侧的接地位置，并且三个位置的相互转换由一把刀闸来实现。4)高压负荷开关高压负荷开关是在高压隔离开关的基础上加入简单的灭弧装置而成的，能切合负荷电流，但不能切断短路电流。高压负荷开关外形图如图3-4所示。高压负荷开关分户外和户

内两大类。和隔离开关一样，高压负荷开关断开时有明显可见的断开间隙，也能起隔离电流的

作

用，以

保

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人

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。5)熔断器熔断器是一种在通过的电流超过规定值时熔体熔化而切断电路的保护电器。熔断器的功能主要是对电路及其设备进行

短

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保

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但

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