2210222《城市軌道交通概論》（石英） 第11課 認(rèn)識城市軌道交通供電系統(tǒng)

11第課11第課認(rèn)識城市軌道交通供電系統(tǒng)，有效交流PAGE811認(rèn)識城市軌道交通供電系統(tǒng)第課PAGE11認(rèn)識城市軌道交通供電系統(tǒng)第課PAGE9課題認(rèn)識城市軌道交通供電系統(tǒng)課時(shí)2課時(shí)（90min）教學(xué)目標(biāo)知識技能目標(biāo)：（1）熟悉城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成（2）能判斷出不同的城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電方式思政育人目標(biāo)：（1）具備愛國情懷（2）具備立足腳下、舉一反三的能力教學(xué)重難點(diǎn)城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成教學(xué)方法問答法、討論法、講授法教學(xué)用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學(xué)設(shè)計(jì)考勤（2min）→作業(yè)展示（15min)→案例導(dǎo)入（5min）→傳授新知（53min）→課堂小結(jié)（10min）→作業(yè)布置（5min）教學(xué)過程主要教學(xué)內(nèi)容及步驟設(shè)計(jì)意圖考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進(jìn)行簽到【學(xué)生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學(xué)生的組織紀(jì)律性，掌握學(xué)生的出勤情況作業(yè)展示（15min)【教師】組織學(xué)生分組展示上節(jié)課布置作業(yè)的PPT活動步驟：（1）學(xué)生每4～6人一組，以小組為單位，各組將掌握的城市軌道交通車輛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識等制作成的PPT在班上進(jìn)行展示，并派代表解說具體內(nèi)容。（2）教師從主題、內(nèi)容、制作、解說等方面為各組的PPT打分，評出前三名。（3）各組成員配合指導(dǎo)教師完成考核評價(jià)表，如表所示（詳見教材）?！緦W(xué)生】展示PPT、解說內(nèi)容、配合教師完成考核評價(jià)通過展示、評選PPT，鞏固學(xué)生對城市軌道交通車輛結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)知識的掌握案例導(dǎo)入

（5min）【教師】介紹電力調(diào)度員的主要工作，并提出問題：電力調(diào)度員是城市軌道交通供電系統(tǒng)的操縱者，他們負(fù)責(zé)為列車運(yùn)行和車站運(yùn)營服務(wù)提供不間斷的電能，以保障供電系守護(hù)城市軌道交通能源生命線。請思考：城市軌道交通供電系統(tǒng)包含哪些部分？【學(xué)生】聆聽、思考、回答通過提問讓學(xué)生主動探究城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成，導(dǎo)入本節(jié)課課題傳授新知（53min）【教師】講解城市軌道交通供電系統(tǒng)中的高壓供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)和動力照明供電系統(tǒng)的相關(guān)知識城市軌道交通供電系統(tǒng)是指經(jīng)過高壓輸電網(wǎng)傳輸、變電所降壓、整流等環(huán)節(jié)，向城市軌道交通系統(tǒng)輸送電能的系統(tǒng)。從具體組成來看，城市軌道交通供電系統(tǒng)一般包含高壓供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)和動力照明供電系統(tǒng)。一、高壓供電系統(tǒng)1．高壓供電系統(tǒng)的組成高壓供電系統(tǒng)是城市電網(wǎng)對城市軌道交通系統(tǒng)內(nèi)部變電所的供電系統(tǒng)，它由發(fā)電廠、傳輸線路和區(qū)域變電所組成。1）發(fā)電廠發(fā)電廠是將其他形式的能源轉(zhuǎn)換為電能的工廠?！編熒印拷處熾S機(jī)邀請學(xué)生回答以下問題：你見過發(fā)電廠嗎？發(fā)電廠能夠通過哪些能源進(jìn)行發(fā)電？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答根據(jù)能源的不同，常見的發(fā)電廠有靠火力發(fā)電的火電廠、靠水力發(fā)電的水電廠、靠太陽能發(fā)電的光伏廠，以及靠核燃料發(fā)電的核電廠。2）傳輸線路傳輸線路的作用是將發(fā)電廠的電能傳輸?shù)狡渌恢?。通過傳輸線路，相距較遠(yuǎn)的發(fā)電廠與用電單位可以互相連接，這使得電能的開發(fā)和使用不受地域的限制。傳輸線路的特點(diǎn)是電壓較高、線路較長。3）區(qū)域變電所【師生互動】教師隨機(jī)邀請學(xué)生回答以下問題：你知道區(qū)域變電所的作用是什么嗎？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答區(qū)域變電所是對電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場所。發(fā)電廠輸出的電能，如果直接遠(yuǎn)距離輸送，線路電流會很大，這使得傳輸線路上的電能損耗大、不經(jīng)濟(jì)。為了減少傳輸線路上的電能損耗，可先通過區(qū)域變電所將電壓升高，以減小線路電流。當(dāng)電能到達(dá)用戶附近后，為了滿足用戶安全用電的需求，再通過區(qū)域變電所將電壓降低，并分配給用戶。2．高壓供電系統(tǒng)的供電方式高壓供電系統(tǒng)的供電方式有集中式供電、分散式供電和混合式供電三種。具體采用何種方式一般視各城市的情況而定。1）集中式供電集中式供電是指城市電網(wǎng)直接向城市軌道交通專用的主變電所供電，主變電所再向牽引變電所和降壓變電所供電的方式。主變電所一般有兩路獨(dú)立的110kV電源，它們可變壓為內(nèi)部供電系統(tǒng)所需的電壓級10kV或35kV。我國上海、廣州及香港地鐵采用此種供電方式。2）分散式供電分散式供電是指由城市軌道交通沿線的城市電網(wǎng)直接向附近牽引變電所和降壓變電所供電的方式。分散式供電應(yīng)保證每座牽引變電所和降壓變電所皆能獲得雙路電源，這就需要城市電網(wǎng)在城市軌道交通線路沿線有足夠的變電站和備用電能，并能滿足牽引供電的安全要求。早期的北京地鐵就采用此種供電方式。3）混合式供電混合式供電是集中式和分散式兩種供電方式的結(jié)合。混合式供電能節(jié)約城市電網(wǎng)的資源，但是可靠性不足。這種方式一般以集中式供電為主，個別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中式供電的補(bǔ)充。目前，北京地鐵1號線和2號線為此種供電方式。【師生互動】教師隨機(jī)邀請學(xué)生回答以下問題：這三種不同的高壓供電方式各自有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答二、牽引供電系統(tǒng)1．牽引供電系統(tǒng)的組成牽引供電系統(tǒng)主要由牽引變電所和牽引網(wǎng)兩大部分組成。它的主要功能是將高壓交流電經(jīng)降壓整流變成直流1500V或直流750V的電，并為列車牽引供電?！径嗝襟w】展示“采用架空式接觸網(wǎng)的牽引供電系統(tǒng)示意圖”（詳見教材），講解牽引供電系統(tǒng)的工作流程區(qū)域變電所將供電部門送來的三相高壓交流電降壓為所需電壓等級（如35kV），然后通過三相線路送到牽引變電所，再降壓并整流為適用于列車的1500V或750V直流電，最后通過列車的受流裝置與接觸網(wǎng)或接觸軌滑動接觸，將直流電引入列車，工作后的電流會經(jīng)車體、輪對、軌道，再經(jīng)由回流線流回到牽引變電所?！径嗝襟w】組織學(xué)生掃碼觀看“在軌道中就一定會觸電嗎？”視頻（詳見教材），幫助學(xué)生進(jìn)一步了解牽引供電系統(tǒng)1）牽引變電所牽引變電所的任務(wù)是將由區(qū)域變電所（或主變電所）獲取的高壓電，經(jīng)降壓與整流后變換為可供列車牽引用的直流電（1500V或750V），并以直流電的形式將電能經(jīng)饋電線送至接觸網(wǎng)。牽引變電所應(yīng)沿線路布置，每一個牽引變電所都有一定供電范圍。供電距離過長，會使末端電壓過低及電能損耗過大；供電距離過短，又會使變電所數(shù)目太多而不經(jīng)濟(jì)。牽引變電所一般應(yīng)設(shè)置在車站和車輛段附近，相鄰兩所之間距離在2～4km?！拘≠N士】牽引變電所的容量與設(shè)置距離可通過牽引供電計(jì)算的結(jié)果，并經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)分析比較后確定。2）牽引網(wǎng)牽引網(wǎng)是城市軌道交通供電系統(tǒng)中向列車供電的裝置，它主要由接觸網(wǎng)、饋電線、電分段、軌道和回流線組成。接觸網(wǎng)：指經(jīng)過列車的受電器向列車供電的導(dǎo)電網(wǎng)，它在工作過程中沒有備用線路，經(jīng)常暴露于自然環(huán)境中，且結(jié)構(gòu)復(fù)雜、對技術(shù)要求高。饋電線：指從牽引變電所向接觸網(wǎng)輸送電能的導(dǎo)線。電分段：指將接觸網(wǎng)從電氣連接上相互分開的裝置。為便于檢修和縮小事故范圍，一般會將接觸網(wǎng)分成若干段。軌道：列車行走時(shí)，可利用其作為牽引電流回流的電路?；亓骶€：指用以供牽引電流返回牽引變電所的導(dǎo)線。【小貼士】在采用跨坐式單軌列車時(shí)，需沿線路專門鋪設(shè)單獨(dú)的回流線。接觸網(wǎng)一般可分為架空式接觸網(wǎng)和接觸軌式接觸網(wǎng)。（1）架空式接觸網(wǎng)。架空式接觸網(wǎng)是架設(shè)在走行軌道上部的接觸網(wǎng)，列車（車輛）可通過其頂部伸出的受電弓與之接觸獲得電能。架空式接觸網(wǎng)具有敷設(shè)難度大、維護(hù)成本高、安全系數(shù)高和技術(shù)含量高的特點(diǎn)。通常，架空式接觸網(wǎng)按懸掛方式可分為柔性懸掛接觸網(wǎng)和剛性懸掛接觸網(wǎng)?！径嗝襟w】展示“柔性懸掛接觸網(wǎng)”與“剛性懸掛接觸網(wǎng)”（詳見教材），講解這兩種方式的接觸網(wǎng)柔性懸掛接觸網(wǎng)：主要由支柱基礎(chǔ)、定位裝置、支持裝置、接觸懸掛等組成。柔性懸掛接觸網(wǎng)彈性好，可以支持高速度列車的運(yùn)行，但其需要極大的空間，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，與剛性接觸網(wǎng)相比更易斷裂。剛性懸掛接觸網(wǎng)：指在固定的導(dǎo)電體受流過程中在受電弓或接觸靴的作用下基本不變形的接觸網(wǎng)。匯流排是剛性懸掛接觸網(wǎng)的關(guān)鍵部件，一般采用鋁合金材料制成?！編熒印拷處熾S機(jī)邀請學(xué)生回答以下問題：與柔性懸掛接觸網(wǎng)相比，剛性懸掛接觸網(wǎng)具有哪些優(yōu)點(diǎn)？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答剛性懸掛接觸網(wǎng)所需要的隧道凈空小，投資小，而且導(dǎo)電銅線無張力架設(shè)，不必設(shè)置下錨裝置，也不會發(fā)生斷線事故，零部件少、載流量大、安全可靠且維護(hù)量小，可大大降低維護(hù)成本，其優(yōu)越性是柔性懸掛接觸網(wǎng)難以比擬的。（2）接觸軌式接觸網(wǎng)。在接觸軌式接觸網(wǎng)中，接觸軌是沿著走行軌道一側(cè)平行鋪設(shè)的附加第三軌，所以接觸軌式接觸網(wǎng)又被稱為第三軌式接觸網(wǎng)。列車運(yùn)行時(shí)會從側(cè)邊伸出接觸靴，從接觸軌中獲取電能。采用接觸軌式接觸網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是列車的接觸靴與第三軌的接觸面較大且對其磨損極小，故維護(hù)簡單。此外，修建地下線可降低凈空，減小開挖土方。接觸軌式接觸網(wǎng)根據(jù)接觸靴的接觸方式可分為上磨式、下磨式和側(cè)磨式三種。上磨式接觸軌：接觸軌裝在專用絕緣子上，底朝下。上磨式接觸軌固定方便，但不易加防護(hù)罩。下磨式接觸軌：接觸軌底朝上，緊固在絕緣子上，并且由固定在軌枕上的弓形肩架予以支持。下磨式接觸軌可以加防護(hù)罩，對工作人員較為安全。但其安裝結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，費(fèi)用較高，在經(jīng)常因冰凍和下雪而造成集電困難的地區(qū)普遍使用。側(cè)磨式接觸軌：工作原理與上磨式相似，為高導(dǎo)電率鋼制成的特殊斷面的鋼軌。在其通過的地方要設(shè)置工作人員使用的人行道，在其余地點(diǎn)必須考慮設(shè)置保護(hù)木板或其他合適材料的保護(hù)板，以防觸電?！拘≠N士】在城市軌道交通車站，接觸軌總是設(shè)在遠(yuǎn)離站臺軌道的一邊，以免乘客摔落在軌道上觸電。在線路露天地段，沿線要用木板保護(hù)起來，以免散落物引起電路故障。2．牽引供電系統(tǒng)的供電方式為了能安全、可靠地供電，通常將兩個相鄰牽引變電所之間的接觸網(wǎng)斷開，并將其設(shè)置為相互絕緣的兩部分，每一部分稱為一個供電分區(qū)。為了對接觸網(wǎng)起到分?jǐn)嗪捅Ｗo(hù)作用，供電分區(qū)的末端還設(shè)置有斷路器和隔離開關(guān)的分區(qū)亭。分區(qū)亭內(nèi)的開關(guān)設(shè)備不僅能隔斷供電分區(qū)，還可以將供電分區(qū)聯(lián)結(jié)起來，牽引供電系統(tǒng)的供電方式主要按牽引變電所的分布情況、供電臂的長短、線路的供電可靠性而定。通常，牽引供電系統(tǒng)的供電方式根據(jù)供電分區(qū)的狀態(tài)可分為單邊供電和雙邊供電。單邊供電：分區(qū)亭開關(guān)開啟，每個供電分區(qū)的接觸網(wǎng)只從相鄰一端的牽引變電所獲取電流。雙邊供電：分區(qū)亭開關(guān)閉合，每個供電分區(qū)的接觸網(wǎng)可同時(shí)從相鄰的兩個牽引變電所獲取電流。【師生互動】教師隨機(jī)邀請學(xué)生回答以下問題：比較單邊供電和雙邊供電，兩者誰更具優(yōu)勢？【學(xué)生】聆聽、思考、回答【教師】總結(jié)學(xué)生的回答單邊供電時(shí)，接觸網(wǎng)若發(fā)生故障只會影響本供電分區(qū)，故障范圍較?。浑p邊供電時(shí)，雖然可提高供電電壓水平，但一旦發(fā)生故障，影響范圍較大，因此目前較少應(yīng)用。除此之外，越區(qū)供電也是牽引供電系統(tǒng)的一種供電方式。當(dāng)某個牽引變電所發(fā)生故障或停電檢修時(shí)，該牽引變電所承擔(dān)的供電任務(wù)會由兩側(cè)相鄰的牽引變電所負(fù)責(zé)，此時(shí)稱為越區(qū)供電。在越區(qū)供電方式下，供電末端的接觸網(wǎng)電壓較低，電能損耗較大。因此，越區(qū)供電只是在不得已的情況下短時(shí)采用的一種運(yùn)行方式。三、動力照明供電系統(tǒng)動力照明供電系統(tǒng)為車站空調(diào)、自動扶梯和通信、信號等設(shè)備供電，該系統(tǒng)主要由降壓變電所和動力照明配電系統(tǒng)組成。1．降壓變電所降壓變電所只需要向區(qū)間和車站的動力照明系統(tǒng)供電。通常，每個車站應(yīng)設(shè)降壓變電所，有時(shí)負(fù)荷較小的車站可以幾個站合設(shè)一個。降壓變電所可分為車站降壓變電所、車輛段和停車場降壓變電所、OCC降壓變電所。2．動力照明配電系統(tǒng)1）動力照明配電系統(tǒng)的組成（1）照明配電室。照明配電室主要負(fù)責(zé)為車站的照明設(shè)備供電，以保證照明設(shè)備的正常運(yùn)行。通常，一個普通車站會配備4個照明配電室，分別負(fù)責(zé)站臺、站廳一半的照明負(fù)荷，它們通常分布在站臺和站廳的兩端。正常情況下，工作照明、事故照明均由交流電源供應(yīng)，當(dāng)交流電源不工作時(shí)，事故照明自動切換為蓄電池供電，用直流電確保事故期間的必要照明。（2）環(huán)控控電室。環(huán)控控電室主要負(fù)責(zé)隧道通風(fēng)系統(tǒng)、空調(diào)大系統(tǒng)、空調(diào)小系統(tǒng)、空調(diào)水系統(tǒng)等設(shè)備的供電。通常，一個普通車站會配備2個環(huán)控控電室，分別安裝在站廳兩端的環(huán)控機(jī)房附近，各負(fù)責(zé)車站一半的環(huán)控負(fù)荷。2）動力照明配電系統(tǒng)的控制范圍動力照明配電系統(tǒng)主要包含車站照明系統(tǒng)和車站低壓配電系統(tǒng)兩個子系統(tǒng)。（1）車站照明系統(tǒng)。車站照明系統(tǒng)的控制范圍大致包括：站臺層、站廳層公共區(qū)的一般照明、節(jié)電照明、事故照明、廣告照明，以及設(shè)備用房和運(yùn)營管理用房的一般照明、事故照明；出入口的疏散誘導(dǎo)指示照明、一般照明與事故照明；電纜廊道的一般照明及區(qū)間隧道的一般照明、事故照明。（2）車站低壓配電系統(tǒng)。車站低壓配電系統(tǒng)的控制范圍大致包括：環(huán)境控制、排水、消防、電梯、自動扶梯、自動售檢票及通信、信號等系統(tǒng)動力設(shè)備的供電。【知識拓展】教師講解車站不同級別的用電負(fù)荷根據(jù)用電設(shè)備的用途和重要性，車站的用電負(fù)荷可分為以下三個等級。在事故或供電不足的情況下，可按照重要性來保證必要的負(fù)荷。（1）一級負(fù)荷：包括通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、環(huán)境與設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、屏蔽門系統(tǒng)、消防泵、廢水泵、雨水泵、防淹門、車站控制室、事故風(fēng)機(jī)及其風(fēng)閥等。（2）二級負(fù)荷：包括非事故風(fēng)機(jī)及其風(fēng)閥、污水泵、集水泵、自動扶梯、工作人員電梯、輪椅升降機(jī)、自動售檢票設(shè)備、民用通信電源及維修電源等。（3）三級負(fù)荷：包括冷水機(jī)組