01、城市軌道交通供電系統(tǒng)介紹

城市軌道交通供電系統(tǒng)是為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)提供所需電能的系統(tǒng)，不僅為城市軌道交通電動(dòng)列車提供牽引用電，而且還為城市軌道交通運(yùn)營(yíng)服務(wù)的其他設(shè)施提供電能，如照明、通風(fēng)、空調(diào)、給排水、通信、信號(hào)、防災(zāi)報(bào)警、自動(dòng)扶梯等，應(yīng)具備安全可靠、技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、調(diào)度方便和經(jīng)濟(jì)合理等特點(diǎn)。

在城市軌道交通的運(yùn)營(yíng)中，供電一旦中斷，不僅會(huì)造成城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)的癱瘓，還會(huì)危及乘客生命與財(cái)產(chǎn)安全。因此，高度安全可靠而又經(jīng)濟(jì)合理的電力供給是城市軌道交通正常運(yùn)營(yíng)的重要保證和前提。

城市軌道交通的用電負(fù)荷按其功能不同可分為兩大用電群體。

一是電動(dòng)客車運(yùn)行所需要的牽引負(fù)荷。

二是車站、 區(qū)間、車輛段、控制中心等其他建筑物所需要的動(dòng)力照明用電，諸如：通風(fēng)機(jī)、空調(diào)、自動(dòng)扶梯、電梯、水泵、照明、AFC系統(tǒng)、FAS、BAS、通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等。

在上述用電群體中， 有不同電壓等級(jí)直流負(fù)荷、不同電壓等級(jí)交流負(fù)荷，有固定負(fù)荷、有時(shí)刻在變化的運(yùn)動(dòng)負(fù)荷。每種用電設(shè)備都有自己的用電要求和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而且這種要求和標(biāo)準(zhǔn)又相差甚遠(yuǎn)。城市軌道供電系統(tǒng)就是要滿足這些不同用戶對(duì)電能的不同需求，以使其發(fā)揮各自的功能與作用。

02、城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

城市軌道交通供電系統(tǒng)一般包括外部電源 、主變電所（或電源開(kāi)閉所）、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明供電系統(tǒng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)。其中，牽引供電系統(tǒng)包括牽引變電所和牽引網(wǎng)，動(dòng)力照明供電系統(tǒng)包括降壓變電所和動(dòng)力照明配電系統(tǒng)。

城市軌道交通供電系統(tǒng)中一般設(shè)置三類變電所，即主變電所（分散式供電方式為電源開(kāi)閉所）、降壓變電所及牽引降壓混合變電所。

主變電所是指采用集中供電方式時(shí)，接受城市電網(wǎng)35kV及以上電壓等級(jí)的電源，經(jīng)其降壓后以中壓供給牽引變電所和降壓變電所的一種地鐵變電所，是專為城市軌道交通系統(tǒng)提供能源的樞紐。

降壓變電所：從主變電所(電源開(kāi)閉所)獲得電能并降壓變成低壓交流電，為車站、隧道動(dòng)力照明負(fù)荷提供電源。

牽引變電所：從主變電所（電源開(kāi)閉所）獲得電能，經(jīng)過(guò)降壓和整流變成電動(dòng)列車牽引所需要的直流電。

F1、F2-城市電網(wǎng)發(fā)電廠;

B1、B2、B3-城市電網(wǎng)區(qū)域變電所;

B4、B5一地鐵牽引變電所;

B6-地鐵降壓變電所。

03、外部電源系統(tǒng)--城市電網(wǎng)

城市軌道交通作為城市電網(wǎng)的一個(gè)用戶，一般都直接從城市電網(wǎng)取得電能，無(wú)需單獨(dú)建設(shè)電廠，而城市電網(wǎng)的電能來(lái)源于各種發(fā)電廠。城市電網(wǎng)對(duì)城市軌道交通進(jìn)行供電，供電結(jié)構(gòu)通常有集中供電、分散供電和混合供電。

（1）集中式供電

在城市軌道交通沿線，根據(jù)用電容量和線路長(zhǎng)短，建設(shè)專用的主變電所。主變電所進(jìn)線電壓一般為110kV，經(jīng)降壓后變成35kV或10kV，供給牽引變電所與降壓變電所。主變電所應(yīng)有兩路獨(dú)立的進(jìn)線電源。集中式供電，有利于城市軌道交通供電形成獨(dú)立體系，便于管理和運(yùn)營(yíng)。采用集中式供電的有上海、 廣州、南京、香港、德黑蘭地鐵等。

（2）分散式供電

在地鐵沿線直接由城市電網(wǎng)引入多路電源構(gòu)成供電系統(tǒng)。一般為10kV電壓級(jí)。分散式供電要保證每座牽引變電所和降壓變電所均獲得雙路電源，要求城市軌道交通沿線有足夠的電源引入點(diǎn)及備用容量。比如沈陽(yáng)地鐵、長(zhǎng)春輕軌、大連輕軌、北京城鐵、北京八通線、北京地鐵5號(hào)線等。

（3）混合式供電

將前兩種供電方式結(jié)合起來(lái)，一 般以集中式供電為主，個(gè)別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中式供電的補(bǔ)充，使供電系統(tǒng)更加完善和可靠。北京地鐵一線和環(huán)線、武漢軌道交通工程、青島地鐵南北線程等即為混合式供電方案。

集中式供電的優(yōu)點(diǎn)：

（1）可靠性高，便于集中統(tǒng)一調(diào)度和集中管理。

（2）施工方便，維護(hù)容易，電纜敷設(shè)徑路比較好走。

（3）抑制諧波的效果較好。為減少諧波對(duì)電網(wǎng)的影響和危害，一是采用較高脈波（24脈波）整流機(jī)組；二是選用較高電壓（110kV）的電源，因?yàn)榇笕萘?、高電壓電網(wǎng)的承受能力強(qiáng)，同時(shí)國(guó)標(biāo)規(guī)定的諧波總畸變率和諧波電壓含有率比小容量、低電壓電網(wǎng)要低得多，而且也有利于今后集中采取高次諧波防治措施。

（4）計(jì)費(fèi)方便、簡(jiǎn)單。采用110kV電壓集中供電方式，運(yùn)行管理單位與電業(yè)部門(mén)的電度計(jì)費(fèi)在主變電所設(shè)總計(jì)量就行，不必在各變電所分別計(jì)量。

04、城市軌道交通內(nèi)部供電系統(tǒng)

城市軌道交通內(nèi)部供電系統(tǒng)主要由動(dòng)力照明供電系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)組成。一條軌交線的降壓供電系統(tǒng)有多個(gè)降壓變電站，每個(gè)車站設(shè)1~2座，為車站用戶和負(fù)荷供電，包括：通信、信號(hào)、車站照明、AFC、FAS、BAS、商業(yè)用電等等。牽引供電系統(tǒng)為城軌列車供電，每隔3~5 k m設(shè)一個(gè)牽引變電站。

（1）動(dòng)力照明供電系統(tǒng)

動(dòng)力照明供電系統(tǒng):提供車站和區(qū)間各類照明、扶梯、風(fēng)機(jī)、水泵等動(dòng)力機(jī)械設(shè)備電源和通信、信號(hào)、自動(dòng)化等設(shè)備電源，由降壓變電所和動(dòng)力照明配電線路組成。

a. 降壓變電所：將三相電源進(jìn)線電壓（10kV）降壓為三相380V交流電，提供機(jī)電設(shè)備如風(fēng)機(jī)、水泵等動(dòng)力用電，也可稱為動(dòng)力變電所。

b. 配電所：配電所（室）起電能分配作用，將降壓變電所引入的三相交流380V和單相220V交流電，分別供給動(dòng)力、照明設(shè)備。車站配電所負(fù)責(zé)車站電能配置，區(qū)間配電所負(fù)責(zé)車站兩側(cè)區(qū)間動(dòng)力與照明用電配電。

c. 配電線路:配電所(室)與用電設(shè)備之間的連接線路。

（2）牽引供電系統(tǒng)

牽引供電系統(tǒng)：牽引變電所將三相高壓交流電變成適合電動(dòng)車輛應(yīng)用的低壓直流電。饋電線再將牽引變電所的直流電送到接觸網(wǎng)上，電動(dòng)車輛通過(guò)其受流器與接觸網(wǎng)的直接接觸而獲得電能。

a. 牽引變電所：對(duì)軌道交通某一供電區(qū)段提供牽引電能的變電所;

b. 接觸網(wǎng)：分架空線和接觸軌兩種受流方式，對(duì)軌道交通列車供電的導(dǎo)線；

e. 饋電線：從牽引變電所向接觸網(wǎng)輸送牽引電能的導(dǎo)線；

d. 軌道電路：利用走行鋼軌作為牽引電流回路；

e. 回流線：供牽引電流從鋼軌返回牽引變電所的導(dǎo)線。

牽引供電系統(tǒng)兩種運(yùn)行方式：

（1）正常運(yùn)行：雙邊供電

正線各供電區(qū)間，均由相鄰牽引變電所雙邊供電，車輛段內(nèi)接觸網(wǎng)由車輛段牽引變電所供電，停車場(chǎng)內(nèi)接觸網(wǎng)由停車場(chǎng)牽引變電所供電。

（2）任一牽引變電所解列時(shí)的運(yùn)行方式-大雙邊供電

當(dāng)任一 牽引變電所解列（不含線路端頭牽引變電所），由相鄰變電所越區(qū)“大雙邊供電。當(dāng)正線線路端頭的牽引變電所解列，分別由相鄰的牽引變電所單邊供電。

05、供電系統(tǒng)的要求

（1）供電系統(tǒng)必須可靠

城市軌道交通電動(dòng)列車和車站設(shè)備都是為乘客提供服務(wù)的設(shè)備，在運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，一旦供電中斷，受影響最大的是行車和客運(yùn)兩個(gè)部門(mén)。所以城市軌道交通供電系統(tǒng)，必須具有高度的可靠性。為此，各變電站采用兩路進(jìn)線，并互為備用；電源容量設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)為發(fā)展留有余地；而且應(yīng)選用先進(jìn)、可靠的電氣設(shè)備，采用模塊化的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控，調(diào)度自動(dòng)化的運(yùn)行模式；以專人定時(shí)巡視檢查為輔助手段。

（2）供電系統(tǒng)必須滿足不同用戶的需求

地鐵系統(tǒng)是一個(gè)重要的用電負(fù)荷。按規(guī)定應(yīng)為一級(jí)負(fù)荷，即應(yīng)由兩路電源供電，當(dāng)任何一路電源發(fā)生故障中斷供電時(shí)，另一路應(yīng)能保證地鐵重要負(fù)荷的全部用電需要。在地鐵供電系統(tǒng)中牽引用電負(fù)荷為一級(jí)負(fù)荷，而動(dòng)力照明等用電負(fù)荷根據(jù)它們的實(shí)際情沉可分為一級(jí)、二級(jí)或三級(jí)負(fù)荷。

按供電對(duì)象的重要性，將供電系統(tǒng)分成三級(jí)符合：

一級(jí)負(fù)荷：城市軌道交通電動(dòng)列車、通信、信號(hào)設(shè)備、消防設(shè)備等用戶，必須確保不間斷供電。為此，必須采取兩路電源供電，當(dāng)任何一路電源失電后，應(yīng)自動(dòng)、迅速切換至另一路電源。

二級(jí)負(fù)荷：城市軌道交通車站照明、自動(dòng)扶梯等用戶，應(yīng)確保連續(xù)供電，萬(wàn)一停電后會(huì)影響客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，但并不影響列車運(yùn)行安全。設(shè)計(jì)時(shí)，一般采用二路進(jìn)線電源，再分片分區(qū)供給。

三級(jí)負(fù)荷：城市軌道交通的商業(yè)用電、廣告照明等用戶，應(yīng)確保其正常供電這些用戶并直接不影響客運(yùn)服務(wù)質(zhì)量，其用電可根據(jù)電網(wǎng)負(fù)荷情況講行調(diào)整。

按用戶負(fù)荷變化及用途可作以下分類：

① 負(fù)荷變化不大的低壓交直流負(fù)荷

此類負(fù)荷要求有很高的供電可靠性和良好的供電質(zhì)量。如變電站控制設(shè)備的低壓交直流負(fù)荷。

② 負(fù)荷變化大的直流供電

它們對(duì)供電、供電設(shè)備的可靠性要求高，用電量隨客運(yùn)的高峰低谷變化而變化。如客運(yùn)列車，它是城市軌道交通供電系統(tǒng)中的最主要負(fù)荷，而且是直流負(fù)荷。在夜間列車停運(yùn)時(shí)，負(fù)荷為零。

③ 負(fù)荷變化大的交流供電

車站用戶多為低壓用戶，如車站電梯和自動(dòng)扶梯、環(huán)控設(shè)備、照明、售檢票系統(tǒng)、消防報(bào)警系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、通信、信號(hào)等。這些用戶，在客運(yùn)時(shí)段是用電高峰列車停運(yùn)時(shí)段是用電低谷，而且必須向通信、信號(hào)專業(yè)設(shè)備提供24h不間斷的連續(xù)供電。

④ 夜間用電

停車場(chǎng)的車輛維修作業(yè)區(qū)等夜間用電用戶。白天列車運(yùn)行的時(shí)間段，由于絕大部分的電動(dòng)列車都在正線運(yùn)行，因此，列車檢修用電是低谷，反之在夜間客運(yùn)終止，回庫(kù)列車的檢修作業(yè)用電是高峰時(shí)段。

⑤ 非重要用戶

車站商業(yè)等不直接影響運(yùn)營(yíng)質(zhì)量的用戶， 盡管其用電量較大，但這些用戶的列車運(yùn)營(yíng)沒(méi)有直接關(guān)系，我們將這些用戶歸類為非重要用戶。

綜上所述，城市軌道交通供電系統(tǒng)，必須依據(jù)不同用電需求區(qū)別對(duì)待，即重要的一級(jí)負(fù)荷：二路電源供電，并能自動(dòng)切換。二級(jí)負(fù)荷：也是二路電源進(jìn)線分片分區(qū)供給。三級(jí)負(fù)荷：一路電源供電在供電能力緊張，停止三級(jí)負(fù)荷供電，只有這樣才能滿足和保障用戶的用電要求，實(shí)現(xiàn)城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的正常進(jìn)行。

06、城軌供電系統(tǒng)的供電制式

城軌供電系統(tǒng)的供電制式是指供電系統(tǒng)向電動(dòng)車輛或電力機(jī)車供電所采用的方式，主要包括：電流制式、電壓等級(jí)和饋電方式。

（1）電流制式

城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)幾乎毫無(wú)例外地都采用較低電壓等級(jí)的直流電流供電制式。

采用直流制式的原因主要有以下幾點(diǎn)：

1）由于直流制供電無(wú)電抗壓降，因而比交流制供電的電壓損失小。

2）電網(wǎng)的供電范圍（距離）、電動(dòng)車輛的功率都不大，均不需太高的供電電壓。

3）城市軌道交通和地鐵的供電線路都處在城市建筑群之間，供電電壓不宜過(guò)高，以確保安全。

4）直流制供電的對(duì)象，即早期使用的直流牽引電動(dòng)機(jī)和近期采用的變頻調(diào)速異步牽引電動(dòng)機(jī)均具有良好的起動(dòng)和調(diào)速特性，可充分滿足電動(dòng)車輛牽引特性的要求。

（2）電壓等級(jí)

世界各國(guó)城市軌道交通的供電電壓均在 550~ 1500V之間，其中間檔級(jí)很多，這是由各種不同交通形式、不同發(fā)展歷史時(shí)期造成的。現(xiàn)國(guó)際電工委員會(huì)擬定的電壓標(biāo)準(zhǔn)為: 600V、 750V、 1500V三種，后兩種電壓為推薦值。我國(guó)國(guó)標(biāo)亦規(guī)定為750V和1500V，不推薦600V電壓等級(jí)。

（3）饋電方式

牽引網(wǎng)的饋電方式有架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種方式。電壓等級(jí)與饋電方式是牽引網(wǎng)供電制式的關(guān)鍵點(diǎn)，兩者密切相關(guān)。對(duì)于一個(gè)具體的城市，電壓等級(jí)與饋電方式的選擇，應(yīng)該結(jié)合起來(lái)，統(tǒng)一考慮。我國(guó)牽引網(wǎng)供電制式可以選擇以下四種方式：直流1500V架空接觸網(wǎng)、直流1500V接觸軌、直流750V架空接觸網(wǎng)、直流750V接觸軌。

列車受電普遍采用兩種方式：

1、架空接觸網(wǎng)供電 。這個(gè)和高鐵比較相似，地鐵隧道上方架設(shè)剛性或彈性裝置、懸掛接觸網(wǎng)，車輛通過(guò)受電弓從接觸線中獲取電流，多采用1500伏電壓。

此法安全系數(shù)高，但技術(shù)含量大，鋪設(shè)難度大，費(fèi)用高昂。廣州、上海等城市的地鐵線路用此法。

2、第三軌供電。簡(jiǎn)單地說(shuō)，就是從地上取電，供電不是列車軌道，而是與軌道平行的第三軌，通常是用較輕的工型鋼。但也有例外（北京地鐵采用60公斤/米的標(biāo)準(zhǔn)工型鋼）。電壓750V。

車輛通過(guò)集電裝置與接觸軌接觸取電，接觸軌外設(shè)有防護(hù)罩保障安全。根據(jù)接觸面的位置不同，可分為上部授流、下部授流和側(cè)部授流接觸軌。

此法不太安全，但價(jià)格低廉，技術(shù)含量低，易于鋪設(shè)。另外，英國(guó)倫敦采用的四軌供電，即在鐵道中央在鋪設(shè)一條零線軌，是三軌的變種。

建造較早的地鐵基本上都是三軌供電。例如：北京、天津、莫斯科、平壤、基輔、東京（部分）、大阪（部分）等等。

注：地鐵采用以上哪種供電方式，要考慮城市特點(diǎn)、客流大小、列車編組、美觀需求等各方面因素。

7、電力監(jiān)控系統(tǒng)SCADA組成及功能介紹

電力監(jiān)控系統(tǒng)SCADA：保證控制中心對(duì)主變電所、牽引變電所、降壓變電所等供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集。

（1）遙控功能

① 選點(diǎn)式操作，即單控。調(diào)度員可根據(jù)站名、開(kāi)關(guān)號(hào)以及動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行選擇操作。

② 選站式操作，調(diào)度員通過(guò)對(duì)所控站名、動(dòng)作狀態(tài)的選擇，按系統(tǒng)的運(yùn)行方式發(fā)出指令，進(jìn)行停送電操作。

③選線式操作，調(diào)度員對(duì)運(yùn)行線名、動(dòng)作狀態(tài)進(jìn)行選擇，實(shí)現(xiàn)全線停送電操作。

（2）遙測(cè)功能

控制中心對(duì)各變電所的量值遙測(cè)。遙測(cè)的主要參數(shù)包括進(jìn)線、母線、饋線的電壓、電流、有功電度、無(wú)功電度、有功功率、無(wú)功功率及主變壓器溫度等。

（3）遙信功能

變電所的各種實(shí)時(shí)信息，包括斷路器開(kāi)關(guān)的位置、保護(hù)信號(hào)和預(yù)告信號(hào)，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)娇刂浦行?，并顯示在模擬屏上。

（4）其他功能

自檢功能、顯示功能、數(shù)據(jù)處理功能、打印功能、漢字功能、口令功能、培訓(xùn)功能。