单元5.ppt

1、单元5 城市轨道交通供配电系统,教学目标,1.掌握变电所的分类及各自的特点,2.了解变电所的电气设备,3.掌握接触网的结构形式及供电方式,4.了解远动监控的概念和结构,5.1 概述,城市轨道交通系统的能源供应。 1）、电动车组运行所需的电能供应：牵引用电。 2）、机电设备运转所需的电能供应：风机、水泵、空调、自动扶梯、加工设备等。 3）、城市轨道交通通信信号设备运行所需的电能供应。 4）、照明及其他生产生活用电供应。,一、城市轨道交通供配电系统的功能,二、城市轨道交通供配电系统的组成,5.1 概述,城市轨道交通是一个重要的用电部门，其一次供电系统定为一级负荷，按规定需由两路独立的电源供电，当其

2、中一路电源发生故障时，另一路应能保证一级负荷的全部用电需要。因此，城市轨道交通牵引变电所的电源进线来自两个区域变电所或来自一个区域变电所的两路独立电源，当一路电源失压时，另一路电源立即自动切入，使轨道交通系统能获得不间断的电源。,F1、F2城市电网发电厂 L1L9传输线 B1B3城市电网区域变电所 B4、B5地铁牵引变电所 B6地铁降压变电所,1、牵引供电系统：,A 牵引变电所：供给地铁一定区域内牵引电能的变电所。,图5-2地铁牵引供电系统示意图,5.1 概述,B 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（北京、天津地铁采用接触轨方式，上海地铁采用架空接触网方式）。

3、C 馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线。 D 轨道电路：列车行走时，利用走行轨作为牵引电流回流的电路。 E 回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所的导线。,5.1 概述,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，其中牵引变电所和接触网（轨）是牵引供电系统的主要组成部分。 在各种牵引供电系统中，根据电流形式可分为直流制和交流制两种。我国已建成通车的北京、天津地铁和上海地铁等均采用直流制供电。,5.1 概述,2、动力照明供电系统,图5-3地铁动力照明供电系统示意图,5.1 概述,A降压变电所：将三相电源进线电压（10kV）降压为三相380V交

4、流电，提供机电设备如风机、水泵等动力用电和照明、信号、通信、防灾、报警设备 用电，也可称为动力变电所。 B配电所：配电所（室）起电能分配作用，将降压变电所引入的三相交流380V和单相220V交流电，分别供给动力、照明设备。车站配电所负责车站电能配置，区间配电所负责车站两侧区间动力与照明用电配电。 C配电线路：配电所（室）、用电设备之间的连线路。,5.1 概述,布置：在动力照明供电系统设计中，降压变电所一般按每站一个设置，也可以几个车站合设一个。也可将降压（动力）变电所附设在某个牵引变电所之中，形成一个牵引与动力混合变电所。 变电所和接触网是城市轨道交通供电系统中最重要的组成部分。,5.1 概述

5、,三、城市轨道交通供电制式简介,轨道交通采用直流供电，因为直流电适合于电气牵引的调速要求，而且直流牵引接触网结构简单，建设投资少，电压质量高。 我国国家标准采用DC750V和DC1500V两种。,5.1 概述,1、直流制：采用IEC国际电工委员会标准，见表，如上海为1500V,2、交流制：一般多用于电气化铁路牵引供电方式（距离远、需装车载整流装置）,5.1 概述,5.2 变电所,地铁变电所（室）一般是在地铁沿线设置的，地铁变电所（室）可以建在地下，也可以建在地面，地铁变电所（室）尤其是地下变电所（室）在防火方面都有一定的要求。地铁变电所（室）根据不同类型分为三种基本类型：高压主变电所（室）、牵

6、引变电所（室）和降压变电所（室）。地铁变电所（室）是由各种不同用途的电气设备按照一定的电气主结线联结而构成的。,1、变压器：一种传递和变换交流电能的静止变化器。 按功能分为：升压变压器、降压变压器 按相数分：单相、三相、多相变压器 按绝缘方式分：干式、浇注式、油浸式变压器等等。,一、电气设备主要电气设备变压器、断路器、隔离开关、母线、熔断器、电压互感器、电流互感器、避雷器、整流器等。,5.2 变电所,2、断路器：一种对电路进行控制（开断、关合）和保护的高压电器开关，用于自动切断负载电流和短路电流。 按绝缘方式和熄弧介质分：油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、空气断路器等。,5.2 变电所,3

7、、隔离开关：一种没有熄弧装置的高压电气开关。不能切断负载电流和短路电流，但可在无负荷电流时接通和断开电路。在断开状态，能起到隔离电压的作用。为运行、操作、检修提供方便和安全条件。,5.2 变电所,4、母线：一种汇合和分配电能的导线。室外常用软质母线，如钢芯铝铰线；室内则采用硬质母线，如铝排。 母线常用颜色标记识别，在三相交流系统中：黄线A相，绿线B相，红线C相； 在直流系统中：红色正极，蓝色负极，黑色零线及接地线。,5.2 变电所,5、熔断器：是一种过负荷和短路电流导致熔体发热熔断的保护电器。,5.2 变电所,6、电压互感器：又称压变，是电气测量，控制和保护回路用的变压器。,5.2 变电所,7

8、、电流互感器：又称流比，是电气测量、控制和保护调路用交流器。,5.2 变电所,8、避雷器：是防止从线路侵入的雷电波损坏电气设备绝缘的保护电器。,9、整流器：是一种与牵引变压器组合成整流机组的电流变换器。,5.2 变电所,1、组成与功能：变压器、断路器、隔离开关、母线等电气设备及连接导线组成的接受分配电能的电路 电气主结线反映变电所的基本结构和功能，在运行中，表达电能输送的分配的关系，成为实际运行操作的依据 2、种类：单母线型主结线、双母线型主结线和桥型主结线,二、电气主结线,5.2 变电所,1）、单母线型主结线,5.2 变电所,特点：,结线简单，设备少，费用低 每一个回路均由断路器切断负载电流

9、与短路电流，断路器两侧隔离开关可使断路器与电源隔离，保证维修人员安全操作 母线发生故障，全线停电 单母线型主结线改进型：在母线中加装一个母线断路器（MD）或隔离开关，将母线分段，提高供电检修的灵活性，称为单母线分段主结线,5.2 变电所,2）、双母线主结线,在单母线型基础上加装一套母线，使故障检修时缩短停电时间,5.2 变电所,3）、桥型主结线,采用两条电源进线和两台变压器，在电源进线间用横向母线及断路器或隔离开关连接。如果桥接母线在变压器外侧，进线断路器内侧时成为内桥结线，桥接母线在进线断路器外侧的成为外桥结线。,5.2 变电所,桥型主结线的特点：正常运行时，两台变压器并列运行，桥接母线断路

10、器或隔离开关全部闭合；当两台变压器分别工作时，则母线断路器或隔离开关断开，当一路故障时，可切换线路，使两台变压器均由正常工作的一路提供电源。,5.2 变电所,三、主变电所,城市轨道交通供电系统中，由上一级供电区域获得高压（如110kV或220kV）电能，经降压后以中高压电压等级（如35kV或10kV）向牵引变电所和降压变电所供电的一类变电所 AC110Kv AC35Kv和AC10Kv 为保证轨道交通牵引负荷一级用电需要，需设置2或2座以上主变电所；两路电源进路配置两台相应的变压器。,5.2 变电所,如主变电所以不同电压等级向附近牵引变电所、降压变电所供电，主变压器可采用三相三线有载调压变压器。

11、结构如图,5.2 变电所,四、牵引变电所,5.2 变电所,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。 牵引变电所的关键设备是整流机组，其中的整流元件由于较长时间流过超出允许值的电流而导致元件温度过高时，容易引起元件损坏和整流机组停止工作，为此需采取有效的过电流保护和降温冷却保护。,5.2 变电所,五、降压变电所,将区域变电所或主变电所所输出的中压等级电压降压变成低压交流电，并通过配电所（室）分配给各种设备用电。 降压变电所一般设在车站附近，既可对车站较集中的电器设备供电，也可方便向车站两侧区间的用电设备供电 结线见图,5.2 变电所,5.3 接触网,电

12、能从牵引变电所输出，经馈电线、接触网到电动车组，再经走行轨或负馈电线、回流线返回牵引变电所构成牵引供电回路。如图,由于接触网是无备用设备又极易损耗的供电系统终端装置，受环境和气候的影较大，一旦设备损坏就会造成牵引供电中断，从而导致电动列车无法运行，线路运行停顿和秩序混乱，对轨道交通造成较大损害。 因此，对接触网有较高要求。,5.3 接触网,一、接触网应满足的基本要求,1）在规定的车速内，接触导线应始终与滑行的车辆受电设备保持可靠的接触不间断地稳定可靠供电，不产生电弧火花 2）接触网导线与走行轨的相对位置应保持稳定 3）接触网有较均匀的弹性，适应车辆运动时振动力的影响（该振动力与速度成正比） 4

13、）具有良好的稳定性、耐磨性和耐腐蚀性能 5）接触网结构应尽量简单，以保障施工和维修方便 6）在气候变化时，能保证高度、弹性与稳定性变化量达到最小,5.3 接触网,二、接触网的结构类型,1）接触轨式：又称第三轨供电方式 在走行轨一侧设置附加的第三轨，电动车辆安装在底部或侧面的受流器与第三轨接触受电，受流器也可称为受电靴,5.3 接触网,接触轨供电可分为上磨式和下磨式,5.3 接触网,上磨式优点：固定方便，接触效果好，但加防护罩困难，接触轨面易污染，无防护罩的带电接触轨对工作人员威胁大 下磨式优点：与上磨式相反 接触轨供电方式的特点： 隧道净空高度低，接触网结构简单，造价低，维修易。人身安全与防火

14、条件差，难与架空线衔接。 第三轨供电一般采用直流，电压为750V及以下,5.3 接触网,2、架空式,架空式接触网架设在轨道交通线路上方，电动车辆车顶安置受电弓与接触网的导线相接触受电 架空式接触网分为地面架空式和地下架空式,5.3 接触网,（1）地面架空式接触网组成,接触悬挂：由承力索、吊弦、接触导线组成，直接与受电弓接触，并保持良好接触性能 支持系统：由腕臂、拉杆和绝缘子组成，支持接触悬挂 定位装置：由定位器和定位管组成，保证接触导线与受电弓的相对位置在规定范围内 支柱和基础：承受接触悬挂和支持定位装置的负荷，固定接触悬挂高度,5.3 接触网,（2）地下（隧道）架空式,隧道架空式的悬挂与地面

15、架空式有所不同，一方面隧道内不能立支柱，支持装置是直接设置在洞顶或洞壁，另一方面又必须考虑隧道断面、净空高度、带电体对接地体的绝缘距离、导线的弛度等因素的限制。,5.3 接触网,三、供电方式和电分段,1）供电方式：牵引变电所通过接触网向电动车组供电，每个牵引变电所负责向两侧区间供电，如果供电距离过长，牵引电流在接触网上的电压降就会很大，导致末端电压过低及电能损耗过大，直接影响电动车组运行；距离短，牵引变电所数量多，投资大。 分为：单边供电和双边供电,5.3 接触网,如图所示：接触网在相邻的两个牵引变电所中部断开，形成两个供电区域，每个供电分区称为一个供电臂。,单边供电：电动车组仅从所在供电臂上

16、的牵引变电所获得牵引电能,如果在中间断开处设置开关并使其连通，则电动车组可同时从两个牵引变电所获得电能，称为双边供电,5.3 接触网,单边供电优点：故障影响范围小，牵引变电所保护较简单；缺点：电动车组所需牵引电能全部由一边流过接触网，电压降和电能损耗大。 双边供电正相反。 因此，正常行车采用双边供电，某一牵引变电所故障时，采用临时单边供电,5.3 接触网,2）电分段,通过设置隔离开关使接触网分成若干供电分段，保证供电可靠性和灵活性。 当某一供电分段发生故障或检修时，可以打开相应分段的隔离开关，使故障与停电检修范围缩至最小，同时又不影响其他各段接触网的正常供电。,5.3 接触网,一、远动监控 1

17、、基本概念 地铁运行的管理和调度是由控制中心来实现的，其中的电力调度室是地铁供电系统运行的管理和调度部门。 远动技术，通过远动监控设备对各类变电所（室）进行直接的集中监视和控制 。 远动监控设备是调度端与各被监控端之间实现遥信、遥测、遥控和遥调功能的设备。 我国地铁牵引供电系统已被规定应优先采用计算机远动监控设备，上海地铁将采用先进的微机远动监控设备来实现地铁供电系统的现代化管理和集中调度。,5.4 远动监控及地下迷流,2、远动监控的通道和信息传送方式,远动监控系统组成：调度端装置、被监控端装置和通道。 通道是传送远动信息的传输设备，包括：通信线路和调制器、解调器 。 远动通道的种类：架空明线

18、、无线通道（高频、微波）、有线电缆和光缆通道。Eg:北京地铁采用有线电缆通道，上海地铁采用光缆通道 。,5.4 远动监控及地下迷流,远动信息传送方式：问答式，循环式。 问答式：是指信息的传送采取查询式问答方式，当主站发出查询命令时，被查询的分站按查询的要求回送以相应信息，既按需传送信息； 循环式：是指各分站按扫描周期循环不断的向主站传送信息，既按时传送信息。在传送周期允许的情况下，也即时间响应要求不高时，大都采用问答式传送方式。,5.4 远动监控及地下迷流,3、远动监控的系统结构,地铁供电远动监控系统一般采用1：N链状式结构，由调度端的主站（MS）对N个变电所的分站（RTU）实现远动监控。 主

19、站装置结构一般用两台微型计算机（主机）、通信处理机以及其他功能子系统模块组成。 分站装置结构由主机（微处理机）以及其他功能子系统模块来组成。,5.4 远动监控及地下迷流,二、地下迷流,1、地下迷流：在直流牵引供电系统中，牵引电流并非全部经过走行轨流回牵引变电所，部分电流会由钢轨流入大地，再由大地流回钢轨或牵引变电所，这种地下杂散电流称为地下迷流。 回流的牵引电流越大，钢轨绝缘程度越差，则地下迷流越大。地下迷流的影响： 地下金属导电体被腐蚀 影响地下电气设备的正常工作,5.4 远动监控及地下迷流,2、地下迷流的防护：,(1) 在电力牵引方面 选择较高的直流牵引供电电压，以减少牵引电流和迷流； 缩短牵引变电站间的距离； 采用迷流较小的双边供电方式； 在钢轨间用铜软线焊接，尽可能减小钢轨间接触电阻； 增加附加回流线，减少回流线电阻； 增