地鐵供電系統(tǒng)的組成

城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成《城市軌道交通供電綜合自動(dòng)化技術(shù)》城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成學(xué)習(xí)要點(diǎn)

電力系統(tǒng)概述

城市軌道交通供電系統(tǒng)組成

城市軌道交通供電系統(tǒng)功能與特點(diǎn)電力系統(tǒng)概述本節(jié)導(dǎo)讀電力系統(tǒng)由發(fā)電、輸電、配電及用電等環(huán)節(jié)構(gòu)成。城軌供電系統(tǒng)作為電力系統(tǒng)的用電負(fù)荷(俗稱用戶)，與電力系統(tǒng)有著緊密的聯(lián)系。因此，需要了解并掌握有關(guān)電力系統(tǒng)的一些基本知識(shí)，如電能的產(chǎn)生、電能的輸送與分配、電壓等級(jí)的設(shè)置、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與接線方式、電能質(zhì)量及有關(guān)的技術(shù)術(shù)語(yǔ)等，為后續(xù)學(xué)習(xí)城軌供電系統(tǒng)奠定基礎(chǔ)，這是本節(jié)的主要內(nèi)容。一城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成一、電力系統(tǒng)基本概念現(xiàn)代社會(huì)使用最廣泛的能源就是電能。電力系統(tǒng)最根本的任務(wù)就是生產(chǎn)和傳輸電能，即將其他形式的能源轉(zhuǎn)換成電能，并將電能提供給各類用戶使用(包括城市軌道交通系統(tǒng))。同時(shí)，為提高社會(huì)的電氣化程度，以電能代替其他形式的能源，也是節(jié)能的一個(gè)重要途徑。1．電力系統(tǒng)發(fā)電機(jī)把機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，電能經(jīng)變壓器、電力線路等電力設(shè)備輸送并分配到用戶，用戶的電動(dòng)機(jī)、電爐、電燈等用電設(shè)備又將電能轉(zhuǎn)換為需要的機(jī)械能、熱能和光能等。這些發(fā)電、輸電、配電和用電的所有裝置及設(shè)備聯(lián)接在一起組成了電力系統(tǒng)。如圖1.1所示。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)的組成圖1.1電力系統(tǒng)示意圖電能的生產(chǎn)、輸送、分配和使用是同時(shí)進(jìn)行的。不考慮儲(chǔ)能時(shí)，發(fā)電廠任何時(shí)刻生產(chǎn)的電功率必須等于該時(shí)刻用電設(shè)備消耗的電功率和電力網(wǎng)損耗的電功率之和。電力系統(tǒng)中用電設(shè)備主要有電動(dòng)機(jī)、電熱裝置、整流裝置和照明設(shè)備等。所有用電設(shè)備所消耗的電功率總和稱為電力系統(tǒng)綜合用電負(fù)荷。綜合用電負(fù)荷加上電力網(wǎng)的功率損耗就是發(fā)電廠應(yīng)該供給的功率，稱為電力系統(tǒng)的供電負(fù)荷。供電負(fù)荷再加上發(fā)電廠廠用電消耗的功率，就是各發(fā)電廠應(yīng)該發(fā)出的功率，稱為電力系統(tǒng)的發(fā)電負(fù)荷。隨時(shí)間隨機(jī)變化是電力系統(tǒng)負(fù)荷的一個(gè)重要特點(diǎn)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成2．發(fā)電廠在電力系統(tǒng)中，發(fā)電廠是產(chǎn)生電能的場(chǎng)所，是將其它形式的能源轉(zhuǎn)換為電能。根據(jù)轉(zhuǎn)換能源的不同，發(fā)電廠分為火電廠、水電廠和核電廠等，此外還有地?zé)犭姀S、風(fēng)力電廠、潮汐海洋電廠等。(1)火電廠如圖1.2所示。目前我國(guó)仍以燃煤為主的火電廠居多。這些電廠多建在煤炭基地附近，故稱為“坑口”電廠，其單機(jī)容量可達(dá)1000MW(兆瓦)。如果把已作過(guò)功的乏氣再供給用戶作為熱能，這種電廠又稱為熱電廠。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成圖1.2火電廠夜景

(2)水電廠水電廠又稱水電站或水力發(fā)電廠。它建于江河之上，將水的落差產(chǎn)生的勢(shì)能轉(zhuǎn)換為電能的發(fā)電廠。水能發(fā)電不僅效率高，而且水能是在自然界不斷循環(huán)的再生資源，具有用之不竭的特點(diǎn)。為了充分利用水力資源，在水電站的上、下游集中一定的落差，形成發(fā)電的動(dòng)能。我國(guó)水能資源豐富，水能發(fā)電的潛力很大，目前世界最大發(fā)電機(jī)的容量為750MW。如圖1.3所示，我國(guó)水輪發(fā)電機(jī)的單機(jī)容量為700MW，例如長(zhǎng)江三峽電廠裝設(shè)了32臺(tái)700MW的水輪發(fā)電機(jī)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成圖1.3三峽水電站鳥(niǎo)瞰圖

(3)核電廠核電廠又稱核電站。它的發(fā)電原理和火力發(fā)電原理相類似，只是熱能的產(chǎn)生方式不同而已。核電站能源是原子能燃料鈾或釷，它利用原子能燃料裂變產(chǎn)生的大量熱能進(jìn)行發(fā)電。因?yàn)樵幽苋剂蟽?chǔ)藏量大、能量集中，原子能裂變時(shí)不需要空氣助燃，故核電站可建在地下、山洞、海底或空氣稀薄的高原，不占農(nóng)田，建造和發(fā)電成本低，事故率低，故其有著廣闊的發(fā)展前景。但核電站的核泄漏會(huì)對(duì)人類產(chǎn)生極大的危害，在建設(shè)和運(yùn)營(yíng)過(guò)程中尤其需要注意安全生產(chǎn)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

(4)風(fēng)力發(fā)電廠風(fēng)力發(fā)電的原理，是利用風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)車葉片旋轉(zhuǎn)，再通過(guò)增速機(jī)將旋轉(zhuǎn)的速度提升，來(lái)促使發(fā)電機(jī)發(fā)電，是把風(fēng)的動(dòng)能轉(zhuǎn)變成機(jī)械動(dòng)能，再把機(jī)械動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電力動(dòng)能的過(guò)程，如圖1.4所示。因?yàn)轱L(fēng)力發(fā)電不需要使用燃料，也不會(huì)產(chǎn)生輻射或空氣污染，而且它取之不盡，用之不竭，是一種清潔的可再生能源，越來(lái)越受到世界各國(guó)的重視。其蘊(yùn)量巨大，全球的風(fēng)能約為2.74×109MW，其中可利用的風(fēng)能為2×107MW，比地球上可開(kāi)發(fā)利用的水能總量還要大10倍。因此，國(guó)內(nèi)外都很重視利用風(fēng)力來(lái)發(fā)電，開(kāi)發(fā)新能源。風(fēng)力發(fā)電機(jī)因風(fēng)量不穩(wěn)定，故其輸出的交流電須經(jīng)整流，對(duì)蓄電瓶充電，使風(fēng)力發(fā)電機(jī)產(chǎn)生的電能變成化學(xué)能，然后用有保護(hù)電路的逆變電源，把蓄電瓶里的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，才能保證穩(wěn)定使用。目前，風(fēng)力發(fā)電作為一種新能源，正處在大力開(kāi)發(fā)與推廣應(yīng)用階段。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成圖1.4風(fēng)力發(fā)電廠

3．電力網(wǎng)電力系統(tǒng)中除發(fā)電機(jī)和用電設(shè)備外的部分稱為電力網(wǎng)，簡(jiǎn)稱電網(wǎng)。由各種電壓等級(jí)的輸、配電線路和變（配）電站（所）組成。電力網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成部分，電力網(wǎng)的任務(wù)是將電能從發(fā)電廠輸送和分配到電能用戶。它對(duì)于電力系統(tǒng)的可靠性和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行有著重要的意義。電力系統(tǒng)是并網(wǎng)運(yùn)行的。這指的是在一個(gè)電力系統(tǒng)中的所有發(fā)電機(jī)和用戶的用電設(shè)備是通過(guò)電力網(wǎng)連接在一起的。目前，我國(guó)電網(wǎng)已基本上全國(guó)聯(lián)網(wǎng)，形成四個(gè)同步運(yùn)行電網(wǎng)：東北電網(wǎng)、三華電網(wǎng)(華北電網(wǎng)、華東電網(wǎng)、華中電網(wǎng))、西北電網(wǎng)和南方電網(wǎng)。其中：東北電網(wǎng)與華北電網(wǎng)直流互聯(lián)；西北電網(wǎng)與華中電網(wǎng)、華北電網(wǎng)直流互聯(lián)；華中電網(wǎng)與南方電網(wǎng)直流互聯(lián)。西藏電網(wǎng)將與西北電網(wǎng)直流互聯(lián)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成(1)輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)電力網(wǎng)按其功能常分為輸電網(wǎng)和配電網(wǎng)兩大部分。輸電網(wǎng)是由220kV及以上的輸電線路和與其相連接的變電所組成，是電力系統(tǒng)的主要網(wǎng)絡(luò)，其作用是將電能輸送到各個(gè)地區(qū)的配電網(wǎng)或直接輸送給大型企業(yè)用戶，如圖1.5所示。配電網(wǎng)是由110kV及以下的配電線路和與其相連接的配電所（或簡(jiǎn)單的配電變壓器）組成，其作用是將電能分配并短距離輸送到各類用戶。根據(jù)電壓等級(jí)的不同，配電網(wǎng)通常分為高壓配電網(wǎng)(66～110kV)，中壓配電網(wǎng)(1～35kV)和低壓配電網(wǎng)(1kV及以下)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成圖1.5輸電網(wǎng)

(2)變電所（站）和配電所(站)變電所(站)由電力變壓器和配電裝置組成，它具有變換電壓、集中電能、分配電能、控制電能以及調(diào)整電壓的作用。將電壓升高的稱為升壓變電所（站）；將電壓降低的稱為降壓變電所（站）。配電所（站）最大的特點(diǎn)是不變換電壓，只承擔(dān)分配電能的任務(wù)。一般把變電所(站)分為以下3種：①樞紐變電所(站)。它通常都有兩個(gè)及其以上電源匯集，進(jìn)行電能的分配和交換，從而形成電能的樞紐，如圖1.9所示的S1，S2變電所。此類變電所(站)規(guī)模大，并采用三繞組變壓器獲得不同級(jí)別的電壓，送到不同距離的地區(qū)。②地區(qū)變電所(站)。其作用是供給一個(gè)地區(qū)用電，如圖1.9中的S3等。通常也采用三繞組變壓器，高壓受電，中壓轉(zhuǎn)供，低壓直配。③用戶變電所(站)。此類變電所屬于電力系統(tǒng)的終端變電所，直接供給用戶電能。通常采用雙繞組變壓器，如圖中的S4，S5等。城市軌道交通供電系統(tǒng)中的主變電所就屬于此類變電所。圖1-6為電力系統(tǒng)構(gòu)成圖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)的組成圖1.6電力系統(tǒng)構(gòu)成圖二、電力系統(tǒng)電壓等級(jí)輸電技術(shù)發(fā)展的特點(diǎn)是努力減少線路損失。減少線損的經(jīng)濟(jì)合理的方法是提高輸電電壓。由于電功率是電壓和電流的乘積，電力線路輸電功率一定時(shí)，輸電電壓愈高，則電流愈小，線損愈小；另一方面，電流愈小，則導(dǎo)線等載流部分的截面積愈小，投資愈小。但電壓愈高，對(duì)絕緣的要求愈高。提高輸電電壓，與線路、變壓器和斷路器等的絕緣技術(shù)發(fā)展水平密切相關(guān)。迄今為止，輸電技術(shù)的發(fā)展史就是持續(xù)不斷地提高電壓等級(jí)、提高輸送功率與輸送距離的歷史。1898年，美國(guó)研制出33kⅤ電力線針式絕緣子；1910-1914年，美國(guó)和前蘇聯(lián)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電暈臨界電壓與導(dǎo)線直徑成正比例，促使了鋁線、鋼芯鋁絞線、擴(kuò)徑或分裂導(dǎo)線的使用；1906年美國(guó)發(fā)明11～500kV電力線懸式絕緣子，并于1908年和1923年分別建成110kV和220kV輸變電工程；1959年前蘇聯(lián)建成500kV輸變電工程；1965年加拿大建成760kⅤ輸變電工程；1985年前蘇聯(lián)建成1150kⅤ輸變電工程；2010年中國(guó)建成晉東南-南陽(yáng)-荊門1000kV輸變電工程。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

電壓越高，對(duì)絕緣的要求越高，桿塔、變壓器、斷路器等的投資也越大。綜合考慮這些因素，對(duì)應(yīng)一定的輸送功率和輸送距離有一最合理的電壓等級(jí)。從設(shè)備制造角度考慮，為保證生產(chǎn)的系列性，應(yīng)規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)電壓，用以確定元件、器件或設(shè)備的額定工作條件的電壓。我國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《GB/T156-2007標(biāo)準(zhǔn)電壓》規(guī)定了電力系統(tǒng)以及相關(guān)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電壓。其中，交流(或直流)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)電壓用“標(biāo)稱電壓”表示；相關(guān)設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)電壓用“額定電壓”表示。該標(biāo)準(zhǔn)給出了三相交流系統(tǒng)的標(biāo)稱電壓值有1000、750、500、330、220、110、66、35、20、10、6、3、1、0.38、0.22(單位為kV)等電壓等級(jí)。其值均為線電壓。同一電力系統(tǒng)中往往有幾種不同電壓等級(jí)。最高電壓等級(jí)，是指該系統(tǒng)中最高的標(biāo)稱電壓值。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成同一電壓等級(jí)下，電力線路和用電設(shè)備的額定電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓相等。用電設(shè)備都是按照額定電壓來(lái)進(jìn)行設(shè)計(jì)和制造的，在額定工況下運(yùn)行時(shí)，具有最好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能。線路輸送電功率時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電壓損失，沿線的電壓分布往往是始端高于末端，沿線路的電壓降落一般為10%。由于實(shí)際供電電壓與系統(tǒng)標(biāo)稱電壓正、負(fù)偏差絕對(duì)值之和不能超過(guò)標(biāo)稱電壓的10%(35kⅤ及以上)，所以如果線路始端電壓為標(biāo)稱值的105%，可以使其末端電壓不低于標(biāo)稱值的95%即可。發(fā)電機(jī)往往接在線路始端，所以發(fā)電機(jī)的額定電壓通常為標(biāo)稱電壓的105%。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成變壓器一次側(cè)接電源，相當(dāng)于用電設(shè)備，二次側(cè)向負(fù)荷供電，又相當(dāng)于發(fā)電機(jī)，因此變壓器一次側(cè)額定電壓應(yīng)等于系統(tǒng)標(biāo)稱電壓(直接和發(fā)電機(jī)相連的變壓器一次側(cè)額定電壓應(yīng)等于發(fā)電機(jī)額定電壓)。升壓變壓器二次側(cè)額定電壓較系統(tǒng)標(biāo)稱電壓高10%；降壓變壓器二次側(cè)額定電壓則有兩種，一種是較系統(tǒng)標(biāo)稱電壓高10%，一種是高5%。設(shè)多種電壓等級(jí)主要是為了滿足不同輸送容量、不同輸送距離和不同用戶的需要。各級(jí)電壓線路輸送能力(輸送功率和輸送距離)的大致范圍如表1.1所示。從表中可見(jiàn)，線路電壓等級(jí)越高，能夠輸送的電功率越大，能夠傳送電功率的距離也越遠(yuǎn)。大功率長(zhǎng)距離輸電通常采用超高壓或特高壓線路。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)的組成線路電壓(kV)輸送容量(MW)輸送距離(km)線路電壓(kV)輸送容量(MW)輸送距離(km)30.1～11～3220100～500100～30060.1～1.24～15330200～800200～600100.2～2.06～205001000～1500200～850352.0～1020～507502000～2500500以上11010～5050～16010004000～60001000以上表1.1各級(jí)電壓的輸送容量與距離

2．電力網(wǎng)的接線方式電力網(wǎng)的接線方式大致可分為無(wú)備用和有備用兩類。無(wú)備用接線包括單回路放射式、干線式和鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)。有備用接線包括雙回路放射式、干線式、鏈?zhǔn)揭约碍h(huán)式和兩端供電網(wǎng)絡(luò)。無(wú)備用接線電力網(wǎng)又稱為開(kāi)式電力網(wǎng)，其接線簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、運(yùn)行方便，但供電可靠性差，通常在中低壓配電網(wǎng)中使用較多。有備用接線電力網(wǎng)又稱為閉式電力網(wǎng)，其供電可靠性高，一條線路的故障或檢修一般不會(huì)影響對(duì)用戶的供電，但投資大，且操作較復(fù)雜。其中，環(huán)式供電和兩端供電方式較為常用，通常在高壓配電網(wǎng)與輸電網(wǎng)中運(yùn)用。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)的組成三、電網(wǎng)結(jié)構(gòu)與接線方式1．電力網(wǎng)結(jié)構(gòu)電力網(wǎng)主要是由變壓器和不同電壓等級(jí)的電力線路組成。通常一個(gè)大的電力網(wǎng)是由許多子電力網(wǎng)互聯(lián)而成。電力網(wǎng)采用分層結(jié)構(gòu)，一般可劃分為輸電網(wǎng)、高壓配電網(wǎng)、中壓配電網(wǎng)和低壓配電網(wǎng)，如圖1.7所示。一級(jí)輸電網(wǎng)一般是由電壓為330kⅤ及以上的主干電力線路組成，它連接大型發(fā)電廠、大容量用戶以及相鄰電力子網(wǎng)。二級(jí)輸電網(wǎng)的電壓一般為220kV，它上接一級(jí)輸電網(wǎng)，下連高壓配電網(wǎng)，并連接較大型的發(fā)電廠和向較大容量用戶供電。配電網(wǎng)是向中等用戶和小用戶供電的網(wǎng)絡(luò)，高壓配電網(wǎng)通常用于城市和農(nóng)村分片供電，也用于大用戶供電；35kⅤ與10kV配電網(wǎng)是最為常用的中壓配電網(wǎng)，主要用于各類中等用戶的供電，也用于大工業(yè)企業(yè)的內(nèi)部電網(wǎng)；3kⅤ配電網(wǎng)只限于工業(yè)企業(yè)內(nèi)部使用，且正在被6kⅤ配電網(wǎng)所代替。電壓為380/220Ⅴ以下的低壓配電網(wǎng)主要用于各類動(dòng)力與照明用電系統(tǒng)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

3．電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式電力系統(tǒng)中性點(diǎn)接地方式是指電力系統(tǒng)中的變壓器和發(fā)電機(jī)的中性點(diǎn)與大地之間的連接方式。中性點(diǎn)接地方式有:不接地(絕緣)、經(jīng)電阻接地、經(jīng)電抗接地、經(jīng)消弧線圈接地(諧振接地)、直接接地等。就主要運(yùn)行特征而言，可將它們歸納為兩大類：①中性點(diǎn)直接接地或經(jīng)小阻抗接地，采用這種中性點(diǎn)接地方式的電力系統(tǒng)稱為有效接地系統(tǒng)或大接地電流系統(tǒng)；②中性點(diǎn)不接地或者經(jīng)消弧線圈接地，或者中性點(diǎn)經(jīng)高阻抗接地，從而使接地電流被控制到較小數(shù)值的中性點(diǎn)接地方式，采用這種中性點(diǎn)接地方式的電力系統(tǒng)稱為非有效接地系統(tǒng)或小接地電流系統(tǒng)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成現(xiàn)代電力系統(tǒng)中采用得較多的中性點(diǎn)接地方式是:直接接地、不接地和經(jīng)消弧線圈接地。在對(duì)絕緣水平的考慮占首要地位的110kⅤ及以上的高壓電力系統(tǒng)中，均采用直接接地方式。在絕緣投資所占比重不太大的35kV及以下中低壓系統(tǒng)中，出于供電可靠性等方面的考慮，大都采用不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。不過(guò)，當(dāng)城市配電系統(tǒng)中電纜線路的總長(zhǎng)度增大到一定程度時(shí)，它會(huì)給消弧線圈的滅弧帶來(lái)困難，系統(tǒng)單相接地易引發(fā)多相短路。所以，近幾年來(lái)，有些大城市的配電系統(tǒng)改用中性點(diǎn)經(jīng)低值(不大于10Ω)或中值(11～100Ω)電阻接地，它們也屬于有效接地系統(tǒng)。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)構(gòu)成城市軌道交通供電系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱“城軌供電系統(tǒng)”)的構(gòu)成可以按照系統(tǒng)功能、設(shè)計(jì)任務(wù)和采購(gòu)單元的不同來(lái)進(jìn)行劃分。一、按系統(tǒng)功能劃分按功能的不同，城軌供電系統(tǒng)一般劃分成以下幾個(gè)部分：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)、雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)和電力監(jiān)控系統(tǒng)等。1．外部電源顧名思義，城軌交通的外部電源就是為城軌供電系統(tǒng)的主變電所或電源開(kāi)閉所供電的外部城市電網(wǎng)電源。外部電源方案的形式，有集中式供電、分散式供電和混合式供電等幾種。二城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成9.1地?zé)崮芨攀龅責(zé)崮艽蟛糠謥?lái)自地球深處的熱能，它起源于地球熔融巖漿和放射性物質(zhì)的衰變。表層地?zé)崮苤饕獊?lái)自太陽(yáng)，約占總地?zé)崮艿?%。在地球核心地帶，溫度高達(dá)6000℃。這些熱能會(huì)以蒸汽、熱水、干熱巖等形式向地殼的某一區(qū)域聚集，形成具有開(kāi)發(fā)意義的地?zé)豳Y源。地球儲(chǔ)存了巨大的熱能。據(jù)估計(jì)，地?zé)崮艿奶N(yùn)藏量相當(dāng)于地球煤炭資源的1.7億倍。僅在地殼表面3km以內(nèi)，可利用的熱能就有8.37×1020J，接近世界儲(chǔ)煤的總發(fā)熱量。圖9－1地球的構(gòu)造9.1.1地?zé)崮艿钠鹨?人類很早就開(kāi)始利用地?zé)崮?，例如利用溫泉沐浴、醫(yī)療、取暖等。但有計(jì)劃地開(kāi)發(fā)地?zé)崮苁加?0世紀(jì)初。1904年，意大利拉德瑞羅（Lardarello）建成世界上第一臺(tái)3/4馬力的小型地?zé)岚l(fā)電機(jī)組。1913年，在拉德瑞羅建成250KW的地?zé)嵘虡I(yè)電站。1958年，在新西蘭懷拉基（Wairakei）首次建成直接利用地?zé)釢裾羝l(fā)電的地?zé)犭娬尽?960年，在美國(guó)著名的蓋塞斯（Geysers）建成較大型的地?zé)犭娬尽?977年，我國(guó)西藏羊八井第一口地?zé)峋┢l(fā)電。2001年，羊八井地?zé)犭娬镜目傃b機(jī)容量已達(dá)25MW。2019年，全球地?zé)岚l(fā)電裝機(jī)容量約15GW。但地?zé)岚l(fā)電占可再生能源的比例仍然很小，僅為全球可再生能源裝機(jī)的1%（不包括水電）。9.1.2地?zé)崮馨l(fā)展現(xiàn)狀 9.2地?zé)豳Y源地?zé)嶂心軌驗(yàn)槿祟愃玫哪遣糠?，稱為地?zé)豳Y源。顯然，地?zé)豳Y源只是地?zé)嶂泻苄〉囊徊糠帧５責(zé)豳Y源的位置和分布，主要受地質(zhì)構(gòu)造的控制。高溫地?zé)豳Y源都集中分布在地殼活動(dòng)的地帶，即地球各主要構(gòu)造板塊的內(nèi)部。9.2.1地?zé)豳Y源和地?zé)釒У責(zé)釒?/p>

按照地球板塊構(gòu)造學(xué)說(shuō)，地球上的地?zé)釒Э煞殖砂彘g地?zé)釒Ш桶鍍?nèi)地?zé)釒纱箢悺０彘g地?zé)釒У牡責(zé)釡囟雀?，由火山或巖漿所造成。世界上板間地?zé)釒Ч菜臈l，分別是環(huán)太平洋地?zé)釒?、大西洋地?zé)釒А⒓t?！獊喍场獤|非裂谷地?zé)釒Ш偷刂泻！柴R拉雅地?zé)釒?。板?nèi)地?zé)釒窃诎鍓K內(nèi)部地殼隆起區(qū)和沉降區(qū)內(nèi)發(fā)育的中低溫地?zé)釒Ш蜕倭刻厥庑纬傻母邷氐責(zé)釒А?/p>

地?zé)豳Y源的儲(chǔ)量估算

目前采用體積法和積分法兩類：體積法是根據(jù)熱儲(chǔ)中巖石和水的密度、體積、比熱以及平均溫度，直接計(jì)算出熱儲(chǔ)區(qū)的靜態(tài)含熱量。積分法是按照熱儲(chǔ)區(qū)的地溫梯度，沿深度積分得到。

9.2.2地?zé)豳Y源的分類理想的地?zé)豳Y源如下圖。地?zé)崃黧w的主要來(lái)源是大氣降水和少量地殼內(nèi)部的內(nèi)生水。地?zé)嵯到y(tǒng)內(nèi)部主要的物理過(guò)程是地?zé)崃黧w的對(duì)流過(guò)程，它是自然界水循環(huán)中的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。形成一處地?zé)豳Y源的三大要素是熱源、流體和儲(chǔ)熱空間。形成地?zé)豳Y源的三大要素是熱源、流體和儲(chǔ)熱空間。地?zé)豳Y源按溫度分類：可分為高溫（T>1500C）；中溫（900C<T<1500C）；低溫（T<900C）三類。圖9-4理想地?zé)豳Y源示意圖9.3地?zé)岚l(fā)電地?zé)岚l(fā)電是高溫地?zé)豳Y源最主要的利用方式。其基本原理與火力發(fā)電類似：首先利用地?zé)崴蛘羝鳛閯?dòng)力源，轉(zhuǎn)換為蒸汽膨脹的壓力能，然后驅(qū)動(dòng)汽輪機(jī)旋轉(zhuǎn)，并帶動(dòng)法拉第發(fā)電機(jī)發(fā)電。地?zé)岚l(fā)電有四種基本方式：干蒸汽發(fā)電、閃蒸發(fā)電、雙工質(zhì)發(fā)電和全流發(fā)電。干蒸汽發(fā)電主要用于高溫蒸汽型地?zé)崽?。閃蒸發(fā)電采用降壓擴(kuò)容的方法從地?zé)崴挟a(chǎn)生蒸汽，推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。雙工質(zhì)發(fā)電一般用于中低溫地?zé)崃黧w，間接加熱低沸點(diǎn)工質(zhì)推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。全流發(fā)電允許氣液兩相流直接進(jìn)入汽輪機(jī)膨脹發(fā)電。地?zé)岚l(fā)電一般要求地?zé)崃黧w的溫度在200℃以上，這時(shí)發(fā)電成本較低，有較好的經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)地?zé)崃黧w的工質(zhì)，可分為兩種不同的發(fā)電方式：蒸汽型地?zé)岚l(fā)電和熱水型(含水汽兩相混合物)地?zé)岚l(fā)電。9.3.1蒸汽型地?zé)犭娬菊羝偷責(zé)岚l(fā)電：把高溫地?zé)嵴羝镏械母烧羝苯右肫啺l(fā)電機(jī)組進(jìn)行發(fā)電。圖9-10蒸汽型地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)9.3.2熱水型地?zé)犭娬緹崴停ê麅上嗷旌衔铮┑責(zé)岚l(fā)電是當(dāng)前地?zé)岚l(fā)電的主要形式。適用于中低溫地?zé)豳Y源。目前，已經(jīng)采用的發(fā)電循環(huán)有兩種，它們分別是：閃蒸地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)雙循環(huán)地?zé)岚l(fā)電系統(tǒng)

與閃蒸發(fā)電系統(tǒng)相比，雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)有如下優(yōu)點(diǎn)：低沸點(diǎn)工質(zhì)蒸汽壓力高，比容小，所以雙循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)的管道和汽輪機(jī)尺寸較小，結(jié)構(gòu)緊湊，造價(jià)較低；地?zé)崴c發(fā)電系統(tǒng)并不直接接觸，管道和汽輪機(jī)受地下介質(zhì)的腐蝕可以避免；可以利用含鹽量大，腐蝕性強(qiáng)和不凝性氣體含量大的地?zé)豳Y源；可以利用溫度較低的地?zé)豳Y源。9.4地?zé)峁┡責(zé)崮苡糜诓膳凸崴?，是目前地?zé)崮茏顝V泛的利用形式。地?zé)峁┡到y(tǒng)可分為地?zé)嶂苯庸┡到y(tǒng)與地?zé)衢g接供暖系統(tǒng)兩類地?zé)峁┡到y(tǒng)可分為地?zé)嶂苯庸┡到y(tǒng)與地?zé)衢g接供暖系統(tǒng)兩類。地?zé)嶂苯庸┡竵?lái)自地?zé)峋牡責(zé)崴?，?jīng)過(guò)管道系統(tǒng)直接送往用戶的供暖系統(tǒng)，供暖后的回水可作為綜合利用或回灌。地?zé)嶂苯庸┡蟮責(zé)崴┧€(wěn)定，水質(zhì)好，無(wú)腐蝕性。其供熱調(diào)節(jié)主要通過(guò)調(diào)節(jié)地?zé)崴髁康姆绞絹?lái)實(shí)現(xiàn)。對(duì)于有腐蝕性的地?zé)崴?，?yīng)采用間接供暖系統(tǒng)。采用換熱器將地?zé)崴凸┡h(huán)水隔開(kāi)。地?zé)崴ㄟ^(guò)換熱器將熱量供給潔凈的循環(huán)水后排放或綜合利用。9.4.1地?zé)崴┡到y(tǒng)地面上氣溫隨著季節(jié)和晝夜變化，但地下3m的地球溫度始終在10℃~

15℃之間，這意味著土壤溫度在冬季高于空氣溫度，在夏季則低于空氣溫度。地源熱泵利用地球的恒溫來(lái)為建筑物供暖和降溫，在冬季熱泵將熱量從地面（或水）轉(zhuǎn)移到建筑物中；在夏季則相反，熱泵作為制冷機(jī)，將熱量從建筑物轉(zhuǎn)移到地下（或地下水中）。它可以直接用地?zé)崴?，而更多地是利用土壤作為低溫?zé)嵩矗丛谕寥乐新裨O(shè)盤管或U型管，從土壤吸收的熱能通過(guò)熱泵向室內(nèi)供暖和供熱水。由于空氣源熱泵在冬季性能急劇下降，且易發(fā)生結(jié)霜結(jié)凍等問(wèn)題影響熱泵的運(yùn)行，因此用地源熱泵替代空氣源熱泵正在許多國(guó)家和地區(qū)獲得推廣應(yīng)用。9.4.2地源熱泵系統(tǒng)熱泵系統(tǒng)的原理熱泵系統(tǒng)原理與壓縮式制冷系統(tǒng)相似，都是利用電能做功，將熱能從較低溫區(qū)轉(zhuǎn)移到較高溫區(qū)。只是制冷機(jī)的目的是制冷，而熱泵的目的是制熱。通常地源熱泵消耗1kWh的能量，用戶可以得到4.4kWh以上的熱量或冷量。地源熱泵是節(jié)能、環(huán)保、最具成本效益的建筑供暖和制冷系統(tǒng)。所有類型的建筑，包括住宅、辦公樓、學(xué)校和醫(yī)院，都可使用。圖

9-12

熱泵系統(tǒng)原理圖地源熱泵利用地?zé)崮苡虚]式和開(kāi)式兩種方式。閉式系統(tǒng)：在深埋于地下的封閉管內(nèi)注入水和防凍液，使水循環(huán)流動(dòng)，循環(huán)水通過(guò)管壁與地下的水或土壤交換能量，然后將能量傳遞給地上的熱泵系統(tǒng)。閉式系統(tǒng)不受地下水位、水質(zhì)等因素影響。開(kāi)式系統(tǒng)：一般直接抽出地?zé)崴M(jìn)入表層地?zé)崴刂校瑹崴ㄟ^(guò)熱泵系統(tǒng)的蒸發(fā)器，將地?zé)崮茚尫沤o熱泵工質(zhì)。也可將地表水直接泵入系統(tǒng)，在循環(huán)泵的驅(qū)動(dòng)下，經(jīng)過(guò)與地下?lián)Q熱將熱水帶出。開(kāi)式循環(huán)要求有較豐富的地?zé)崴Y源，往往受到地區(qū)的限制。同時(shí)，要求地?zé)崴焚|(zhì)好，以減少對(duì)換熱器的影響，且地?zé)峄厮到y(tǒng)也較為復(fù)雜。所以開(kāi)式系統(tǒng)難以大量推廣。目前廣泛應(yīng)用的是閉式埋地?fù)Q熱器，通過(guò)換熱器和周圍土壤的熱交換，來(lái)獲取地?zé)崮堋?．主變電所或電源開(kāi)閉所主變電所的功能是接受城市電網(wǎng)高壓電源，經(jīng)過(guò)降壓后再為牽引變電所與降壓變電所提供中壓電源；主變電所適用于集中式供電。電源開(kāi)閉所的功能是接受城市中壓電源，為牽引變電所、降壓變電所轉(zhuǎn)供中壓電源，電源開(kāi)閉所一般與車站牽引(或降壓)變電所合建；電源開(kāi)閉所適用于分散式供電。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

3．牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)的功能是將交流中壓電壓經(jīng)降壓整流變成直流1500V或直流750V電壓，為電動(dòng)列車提供牽引供電。它包括牽引變電所與牽引網(wǎng)。牽引變電所可以分成正線牽引變電所、車輛段或停車場(chǎng)牽引變電所，正線牽引變電所又分為車站牽引變電所和區(qū)間牽引變電所。牽引變電所―般采用設(shè)備安裝在建筑物內(nèi)的形式，另外也有少量的箱式牽引變電所。作為試點(diǎn)，上海軌道交通5號(hào)線工程采用了箱式牽引變電所。牽引網(wǎng)包括接觸網(wǎng)與回流網(wǎng)。接觸網(wǎng)有架空接觸網(wǎng)和接觸軌兩種懸掛方式。大多數(shù)工程利用走行軌兼作回流網(wǎng)，少數(shù)工程單獨(dú)設(shè)置回流軌。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成4．動(dòng)力照明供電系統(tǒng)動(dòng)力照明供電系統(tǒng)的功能是將交流中壓電壓降壓變成交流220V/380V電壓，為運(yùn)營(yíng)需要的各種機(jī)電設(shè)備提供低壓電源。它包括降壓變電所和動(dòng)力照明配電系統(tǒng)。根據(jù)設(shè)置的位置不同，降壓變電所可以分為車站降壓變電所、車輛段或停車場(chǎng)降壓變電所、控制中心降壓變電所；根據(jù)主接線的形式不同，降壓變電所又可以分為一般降壓變電所、跟隨式降壓變電所；當(dāng)降壓變電所與牽引變電所合建時(shí)，將形成牽引降壓混合變電所；另外，有的地面線路采用了箱式降壓變電所。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

5．雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)的功能是減少因直流牽引供電引起的雜散電流并防止其對(duì)外擴(kuò)散，盡量避免雜散電流對(duì)城市軌道交通本身及其附近結(jié)構(gòu)鋼筋、金屬管線的電腐蝕，并對(duì)雜散電流及其腐蝕防護(hù)情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)。盡管雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)涉及多個(gè)專業(yè)，由于直流牽引供電系統(tǒng)是產(chǎn)生雜散電流的根源，因而通常將雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)歸由供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成6．電力監(jiān)控系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能是實(shí)時(shí)對(duì)城市軌道交通各變電所、接觸網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控。在城市軌道交通控制中心，通過(guò)調(diào)度端、通信通道和執(zhí)行端(變電所綜合自動(dòng)化系統(tǒng))，對(duì)主要電氣設(shè)備進(jìn)行遙控(含遙調(diào))、遙信、遙測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)調(diào)度和管理。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成二、按設(shè)計(jì)任務(wù)劃分為便于設(shè)計(jì)任務(wù)的分割及設(shè)計(jì)界面的清晰，城軌供電系統(tǒng)可以劃分成以下設(shè)計(jì)單元：主變電所、全線系統(tǒng)、牽引變電所、降壓變電所、接觸網(wǎng)、電力監(jiān)控系統(tǒng)、雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)。動(dòng)力照明設(shè)備則列入車站等建筑物附屬設(shè)備，一般劃歸土建工點(diǎn)單位連同建筑結(jié)構(gòu)一起進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不由供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位進(jìn)行設(shè)計(jì)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

1．主變電所主變電所設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：主接線、二次接線、設(shè)備選擇、設(shè)備布置、土建設(shè)計(jì)等。主變電所與城市電網(wǎng)的設(shè)計(jì)界面為城市電網(wǎng)變電所110kV(或66kV)高壓出線間隔，電源外線一般由主變電所設(shè)計(jì)單位同時(shí)設(shè)計(jì)；主變電所與全線系統(tǒng)的設(shè)計(jì)界面為主變電所中壓饋線開(kāi)關(guān)的電纜接線端，主變電所饋出電纜一般由全線系統(tǒng)設(shè)計(jì)單位設(shè)計(jì)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

2．全線系統(tǒng)全線系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：供電系統(tǒng)方案、中壓網(wǎng)絡(luò)、牽引變電所布點(diǎn)、系統(tǒng)運(yùn)行方式、潮流分析、諧波計(jì)算、綜合接地系統(tǒng)、再生能量吸收裝置、UPS電源整合等。全線系統(tǒng)與牽引變電所和降壓變電所的設(shè)計(jì)界面為中壓進(jìn)線開(kāi)關(guān)的引入端。3．牽引變電所牽引變電所設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：主接線、二次接線、自用電設(shè)備平面布置、電纜敷設(shè)等。牽引變電所與接觸網(wǎng)的設(shè)計(jì)界面為接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)的電源端、回流箱的電源端。上網(wǎng)電纜及回流電纜由牽引變電所負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

4．降壓變電所降壓變電所設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：主接線、二次接線、自用電、低壓無(wú)功補(bǔ)償、設(shè)備平面布置、電纜敷設(shè)等。降壓變電所與動(dòng)力照明的設(shè)計(jì)界面為降壓變電所低壓開(kāi)關(guān)柜的饋出端子，低壓饋出電纜由動(dòng)力照明負(fù)責(zé)設(shè)計(jì)。5．接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：接觸懸掛、支持結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)、附加導(dǎo)線、防雷與接地及平面布置等。接觸網(wǎng)隔離開(kāi)關(guān)、回流箱及尾線由接觸網(wǎng)設(shè)計(jì)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

6．電力監(jiān)控系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)與變電所的設(shè)計(jì)界面在變電所綜合自動(dòng)化屏的通信端口；變電所綜合自動(dòng)化由變電所設(shè)計(jì)。電力監(jiān)控系統(tǒng)所需要的通信通道由通信專業(yè)設(shè)計(jì)。如果采用綜合監(jiān)控系統(tǒng)，電力監(jiān)控系統(tǒng)將被集成到綜合監(jiān)控系統(tǒng)中，作為綜合監(jiān)控系統(tǒng)的一部分而進(jìn)行統(tǒng)一設(shè)計(jì)。7．雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)雜散電流腐蝕防護(hù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：排流柜設(shè)置、排流鋼筋設(shè)置和監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)置等。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成三、采購(gòu)單元?jiǎng)澐譃楸阌谠O(shè)備采購(gòu)招標(biāo)，城軌供電系統(tǒng)可以劃分成以下采購(gòu)單元或以下采購(gòu)單元的組合：1．主變電所設(shè)備，包括接地變壓器、消弧裝置。2．牽引變壓器及整流器。3．配電變壓器。4．中壓開(kāi)關(guān)設(shè)備。5．低壓開(kāi)關(guān)設(shè)備，包括低壓開(kāi)關(guān)柜、電容補(bǔ)償裝置，而低壓配電箱、照明燈具等屬于車站機(jī)電設(shè)備，一般由土建承建商進(jìn)行招標(biāo)采購(gòu)。6．直流開(kāi)關(guān)設(shè)備，包括直流快速開(kāi)關(guān)、負(fù)極柜、直流隔離開(kāi)關(guān)、鋼軌電位限制裝置等。7．接觸網(wǎng)設(shè)備。8．電纜，包括中壓電纜、低壓電纜、控制電纜、直流電纜。9．電力監(jiān)控系統(tǒng)。10．其他設(shè)備，包括變電所自用電裝置、控制屏、雜散電流腐蝕防護(hù)監(jiān)測(cè)設(shè)備及排流柜、列車再生能量吸收裝置等。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成四、變電所的設(shè)備構(gòu)成、一次接線圖1.典型牽引降壓混合變電所的設(shè)備構(gòu)成、一次接線圖地鐵正線一般情況下間隔1到2個(gè)站設(shè)置一個(gè)牽引降壓變電所，牽引降壓混合變電所兼具牽引和降壓兩方面功能，一方面將主變電所供給的35kV交流電經(jīng)整流變壓器、整流器轉(zhuǎn)換為1500V直流電，給接觸網(wǎng)/接觸軌供電；另一方面則是將主變電所供給的35kV交流電經(jīng)動(dòng)力變壓器降為400V交流電，提供車站范圍內(nèi)的動(dòng)力和照明電源，同時(shí)也是跟隨變電所的進(jìn)線電源。如圖1.8所示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)的組成牽引降壓混合變電所35kV母線采用單母分段的接線形式，母聯(lián)常開(kāi)，Ⅰ、Ⅱ段分別引一路交流進(jìn)線。每座牽引降壓混合變電所設(shè)置2臺(tái)整流變壓器，設(shè)在同一段母線上，采用三繞組干式變壓器，容量多為2500kVA或3300kVA，接線組別為Dy5d0、Dy7d2，采用中性點(diǎn)直接接地。根據(jù)用電負(fù)荷需求設(shè)置數(shù)量不等的站用變，站用變平均分布在Ⅰ、Ⅱ段母線上，采用雙繞組干式變壓器，接線組別為Dyn11，中性點(diǎn)直接接地，容量有包括500kVA、630kVA、800kVA、1000kVA、1600kVA等。所用電電壓為380/220V，所用電采用單母線接線，兩段母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，互為備用。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成（二）典型110kV主變電所的設(shè)備構(gòu)成、一次接線圖主變電所是將供電局供給110kV三相交流電降壓為牽引供電系統(tǒng)和變配電系統(tǒng)所需要的電壓35kV三相交流電，通過(guò)35kV的環(huán)網(wǎng)向牽引供電系統(tǒng)和變配電系統(tǒng)供電。110kV主變電所110kV側(cè)有兩種接線方式：一種為主所采用線路變壓器組帶外跨條接線方式，跨條上的隔離開(kāi)關(guān)常開(kāi)；第二種為主所采用線路變壓器組接線方式。每座110kV主變電所設(shè)置2臺(tái)主變壓器，采用有載調(diào)壓分接開(kāi)關(guān)的油變壓器，容量為40MVA或31.5MVA，接線組別為YNd11。35kV側(cè)均采用單母線分段接線方式，母聯(lián)常開(kāi)。35kV系統(tǒng)接地方式采用中性點(diǎn)經(jīng)電阻接地。每臺(tái)主變的35kV母線分別接1臺(tái)干式站用兼接地變壓器或接地變壓器。所用電電壓為380/220V，所用采用單母線接線，兩段母線間設(shè)聯(lián)絡(luò)開(kāi)關(guān)，互為備用。如圖1.9所示。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)的組成城市軌道交通供電系統(tǒng)功能與特點(diǎn)城軌供電系統(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。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，而且還會(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。三城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成一、供電系統(tǒng)的功能城軌供電系統(tǒng)是城市軌道交通運(yùn)營(yíng)的動(dòng)力源泉，負(fù)責(zé)電能的供應(yīng)與傳輸，為電動(dòng)列車提供牽引供電，為車站、區(qū)間、車輛段、控制中心等其他建筑物提供所需要的各種動(dòng)力與照明用電，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)，其總體功能如下：1．供電服務(wù)功能城軌供電系統(tǒng)的服務(wù)對(duì)象除運(yùn)送旅客的電動(dòng)車輛外，還有保證旅客在旅行中有良好衛(wèi)生環(huán)境和秩序的通風(fēng)換氣、空調(diào)設(shè)施、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)售檢票、屏蔽門、排水泵、排污泵、通信信號(hào)、消防設(shè)施和各種照明設(shè)備等。在這個(gè)龐大的用電群體中，用電設(shè)備有不同的電壓等級(jí)、不同的電壓制式，既有固定的，也有時(shí)刻在變化著的，供電系統(tǒng)就是要滿足這些不同用途的用電設(shè)備對(duì)電源的不同要求，使城軌供電系統(tǒng)的每種用電設(shè)備都能發(fā)揮各自的功能和作用，保證城軌系統(tǒng)能夠安全、可靠地運(yùn)營(yíng)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

2．故障自救功能系統(tǒng)的安全性、可靠性是供電系統(tǒng)的首要因素，無(wú)論供電系統(tǒng)如何構(gòu)成，采用什么樣的設(shè)備，安全、可靠的供電總是第一位的。在系統(tǒng)中，發(fā)生任何一種故障，系統(tǒng)本身都應(yīng)有備用措施(接觸網(wǎng)除外)，以保證城市軌道交通的正常運(yùn)行不受影響。雙電源是構(gòu)成供電系統(tǒng)的主要原則，當(dāng)一路電源故障時(shí)，另一路電源應(yīng)能保證正常供電。主變電所、牽引變電所和降壓變電所為雙電源、雙機(jī)組；動(dòng)力、照明的一級(jí)負(fù)荷采用雙電源、雙回路供電；牽引網(wǎng)同一饋電區(qū)采用雙邊供電方式。這些都是系統(tǒng)故障自救功能的體現(xiàn)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

3．自我保護(hù)功能系統(tǒng)應(yīng)有完整、協(xié)調(diào)的保護(hù)措施，供電系統(tǒng)的各級(jí)繼電保護(hù)應(yīng)相互配合和協(xié)調(diào)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，應(yīng)當(dāng)只切除故障設(shè)備，從而使故障范圍縮小。系統(tǒng)的各級(jí)保護(hù)應(yīng)當(dāng)滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速動(dòng)性的要求。分散式供電系統(tǒng)的中壓交流側(cè)保護(hù)，應(yīng)和城市電網(wǎng)的保護(hù)相配合和協(xié)調(diào)，因此其保護(hù)選擇性會(huì)受到一定制約。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

4．防誤操作功能系統(tǒng)中任何一個(gè)環(huán)節(jié)的操作都應(yīng)有相應(yīng)的聯(lián)鎖條件，不允許因誤操作而發(fā)生故障。防止誤操作的聯(lián)鎖條件可以是機(jī)械的，也可以是電氣的，還可以是電氣設(shè)備本身所具備的或在操作規(guī)程上所規(guī)定的。防止誤操作，是保證系統(tǒng)安全、可靠地運(yùn)行所不可缺少的環(huán)節(jié)。5．便于調(diào)度功能供電系統(tǒng)應(yīng)能在控制中心進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、監(jiān)視和測(cè)量，并應(yīng)能根據(jù)運(yùn)行需要，方便靈活地進(jìn)行調(diào)度，變更運(yùn)行方式，分配負(fù)荷潮流，使系統(tǒng)的運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)合理。6．控制、顯示和計(jì)量功能系統(tǒng)應(yīng)能進(jìn)行就地和距離控制，并可以方便地進(jìn)行操作轉(zhuǎn)換，同時(shí)系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的運(yùn)行狀態(tài)應(yīng)有明確的顯示，使運(yùn)行人員一目了然。各種電量的測(cè)量和電能的計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確，并便于運(yùn)行人員查證和分析，牽引用電和動(dòng)力照明用電應(yīng)分別計(jì)量，以利于對(duì)用電指標(biāo)進(jìn)行考核與分析。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

7．電磁兼容功能城市軌道交通處于強(qiáng)電與弱電多個(gè)系統(tǒng)共存的電磁環(huán)境等，為了使各種設(shè)備或系統(tǒng)在這個(gè)環(huán)境中能正常工作且不對(duì)該環(huán)境中其他設(shè)備、裝置或系統(tǒng)構(gòu)成不能承受的電磁干擾，各種電氣和電子設(shè)備的系統(tǒng)內(nèi)部以及和其他系統(tǒng)之間的電磁兼容顯得尤為重要。供電系統(tǒng)及其設(shè)備在城市軌道交通這個(gè)電磁環(huán)境中，首先是作為電磁干擾源存在，同時(shí)也是敏感設(shè)備。在城市軌道交通電磁環(huán)境中，供電系統(tǒng)與其他設(shè)備、裝置或系統(tǒng)應(yīng)是電磁兼容的。這要在技術(shù)上采取措施，抑制干擾源，消除或減弱電磁耦合，提高敏感設(shè)備的抗干擾能力。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成二、系統(tǒng)的基本要求城軌供電系統(tǒng)應(yīng)滿足安全性、可靠性、適用性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性的基本要求。1．安全性城軌供電系統(tǒng)的安全性，是指在城市軌道交通工程運(yùn)營(yíng)過(guò)程中的安全程度。供電系統(tǒng)的安全性，關(guān)系著乘客安全、運(yùn)營(yíng)人員安全、行車安全和設(shè)備安全等多個(gè)方面，而且各種安全性是相互聯(lián)系、不可分割的。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，一般從系統(tǒng)安全性和設(shè)備安全性兩個(gè)方面進(jìn)行分析研究。系統(tǒng)安全性分析，一般包括聯(lián)鎖關(guān)系、繼電保護(hù)、牽引網(wǎng)、直流牽引系統(tǒng)、綜合接地系統(tǒng)、應(yīng)急照明電源等方面；設(shè)備安全性分析，一般包括變壓器、牽引整流器、斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、接地開(kāi)關(guān)、電纜等方面。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

2．可靠性城軌供電系統(tǒng)的可靠性，是指城市軌道交通供電系統(tǒng)對(duì)列車及各種動(dòng)力照明負(fù)荷的持續(xù)供電能力。供電系統(tǒng)的可靠性，是正常運(yùn)營(yíng)、事故處理、災(zāi)害救援等方面的前提條件。供電系統(tǒng)可靠性涉及規(guī)劃、設(shè)計(jì)、運(yùn)行管理等各個(gè)方面，并滲透到供電、變電、配電等不同環(huán)節(jié)。每一個(gè)環(huán)節(jié)的可靠性既包括電氣原理的可靠性又包括電氣設(shè)備的可靠性。例如構(gòu)成變電所的可靠性包括變電所主接線可靠性及組成主接線的斷路器、變壓器、母線等設(shè)備的可靠性。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)從各個(gè)環(huán)節(jié)著手，分析系統(tǒng)的故障現(xiàn)象，研究定性或定量的評(píng)定指標(biāo)，提出提高可靠性的措施。雙電源供電方式是供電系統(tǒng)可靠性實(shí)施的重要手段。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成根據(jù)城市軌道交通可靠性要求，供電系統(tǒng)應(yīng)滿足“N-1準(zhǔn)則”，又稱單一故障安全準(zhǔn)則。按照這一準(zhǔn)則，供電系統(tǒng)的N個(gè)元件中的任一獨(dú)立元件(發(fā)電機(jī)、輸電線路、變壓器等)發(fā)生故障而被切除后，其他元件不過(guò)負(fù)荷，電壓和頻率均在允許范圍內(nèi)，供電系統(tǒng)應(yīng)能保持穩(wěn)定運(yùn)行和正常供電。對(duì)于城市軌道交通電源網(wǎng)絡(luò)來(lái)說(shuō)，當(dāng)一個(gè)電源退出時(shí)，另一個(gè)電源應(yīng)能保證系統(tǒng)的正常供電，保證列車正常運(yùn)行；當(dāng)一個(gè)電源點(diǎn)(主變電所或電源開(kāi)閉所)的兩個(gè)電源都退出時(shí)，應(yīng)從相鄰電源點(diǎn)引入兩路應(yīng)急電源，提供一定的運(yùn)輸能力和必要的動(dòng)力照明，維持城市軌道交通繼續(xù)運(yùn)行。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

3．適用性城軌供電系統(tǒng)的適用性，是指城軌供電系統(tǒng)的建設(shè)應(yīng)滿足業(yè)主建設(shè)目的與性能要求。設(shè)計(jì)是實(shí)現(xiàn)業(yè)主建設(shè)需求的首要環(huán)節(jié)。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)根據(jù)業(yè)主需求進(jìn)行，供電系統(tǒng)的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)水平、設(shè)備檔次、工期要求、投資控制等，應(yīng)與城市特點(diǎn)、本線功能定位及特殊要求相適應(yīng)。4．經(jīng)濟(jì)性城軌供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性，這里是指從項(xiàng)目全生命周期的角度實(shí)現(xiàn)供電系統(tǒng)費(fèi)用的經(jīng)濟(jì)合理。在滿足供電系統(tǒng)的安全性、可靠性、適用性的前提下，要重視供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。經(jīng)濟(jì)性不但要求節(jié)省工程投資，同時(shí)還要求降低運(yùn)營(yíng)成本，爭(zhēng)取得到最佳的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)優(yōu)化電源網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)外部電源資源共享；另外應(yīng)盡可能地采用成熟設(shè)備、新型材料，做到經(jīng)濟(jì)合理與簡(jiǎn)便實(shí)用。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

5．先進(jìn)性城軌供電系統(tǒng)的先進(jìn)性，體現(xiàn)在先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念、先進(jìn)的系統(tǒng)方案、先進(jìn)的設(shè)備及工藝、先進(jìn)的管理手段等方面。供電系統(tǒng)應(yīng)具有一定的先進(jìn)性，但要兼顧系統(tǒng)基本功能、投資規(guī)模、運(yùn)營(yíng)成本、環(huán)保要求、操作靈活性以及技術(shù)發(fā)展等因素，合理選擇。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)采用先進(jìn)的理念。要充分認(rèn)識(shí)到環(huán)境保護(hù)與節(jié)約能源的重要性，采取必要措施進(jìn)行環(huán)境保護(hù)與降低能耗。要解決好電磁輻射、噪音、溫室氣體和不易分解廢料等問(wèn)題。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成三、城軌供電技術(shù)的發(fā)展隨著時(shí)代的發(fā)展、科技的進(jìn)步，城軌供電技術(shù)發(fā)展非常迅速。下面從牽引網(wǎng)供電制式、中壓網(wǎng)絡(luò)、基礎(chǔ)設(shè)備、控制保護(hù)與自動(dòng)化等幾個(gè)方面進(jìn)行介紹。1．牽引網(wǎng)供電制式牽引網(wǎng)供電制式主要指電流制、電壓等級(jí)和饋電方式等。(1)牽引網(wǎng)系統(tǒng)的電流制直流電相對(duì)交流饋電而言，其電動(dòng)車輛具有調(diào)速范圍大、調(diào)速方便、易于控制、啟動(dòng)制動(dòng)平穩(wěn)、接觸網(wǎng)簡(jiǎn)單、投資省、電壓質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，它不但適合于電阻啟動(dòng)控制方式，而且適用于斬波調(diào)壓和變頻調(diào)壓等電子控制方式。目前，車輛無(wú)論采用直流牽引電動(dòng)機(jī)或交流牽引電動(dòng)機(jī)還是線性電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)方式，牽引網(wǎng)系統(tǒng)基本上都采用了直流制。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

(2)牽引網(wǎng)系統(tǒng)的電壓等級(jí)世界上城市軌道交通中的直流牽引電壓等級(jí)繁多，如570V、600V、625V、650V、700V、750V、780V、825V、900V、1000V、1100V、1200V、1500V和3000V等，其發(fā)展趨勢(shì)是采用IEC標(biāo)準(zhǔn)中的600V、750Ⅴ和1500V。中國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定為750V和1500V兩種，其電壓允許波動(dòng)范圍分別為500～900V、1000～1800V。具體選用哪種電壓等級(jí)，要結(jié)合饋電方式，根據(jù)車輛、線路等工程特點(diǎn)綜合比較確定。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

(3)牽引網(wǎng)系統(tǒng)饋電方式及與電壓等級(jí)的關(guān)系牽引網(wǎng)系統(tǒng)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)供電制式中的關(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)和直流750V接觸軌。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成(4)我國(guó)城市軌道交通接觸網(wǎng)發(fā)展應(yīng)用情況簡(jiǎn)介北京地鐵1號(hào)線一期工程、天津地鐵首期工程，采用的是直流750V上部授流低碳鋼接觸軌系統(tǒng)；其后建成的北京地鐵復(fù)八線、八通線、13號(hào)線，采用的也是這一系統(tǒng)。1995年投入試運(yùn)營(yíng)的上海地鐵1號(hào)線，采用了引進(jìn)德國(guó)的直流1500V柔性架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)；其后上海地鐵2號(hào)線等采用了這一形式。1999年通車的廣州地鐵1號(hào)線、2004年底通車的深圳地鐵一期工程、2005年通車的南京地鐵1號(hào)線，也采用了1500V柔性架空接觸網(wǎng)這一形式。2002年建成通車的長(zhǎng)春輕軌采用了直流750V柔性架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)；大連快軌3號(hào)線采用了直流1500V柔性架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

2003年6月28日，開(kāi)通運(yùn)營(yíng)的廣州地鐵2號(hào)線，國(guó)內(nèi)首次采用了直流1500V剛性架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)；其后廣州地鐵3號(hào)線、南京地鐵2號(hào)線、上海地鐵多條線路也采用了直流1500V剛性架空接觸網(wǎng)系統(tǒng)。2005年6月28日，建成通車的武漢軌道交通1號(hào)線一期工程，國(guó)內(nèi)首次采用直流750V下部授流鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)。2005年12月28日，建成通車的廣州地鐵4號(hào)線大學(xué)城段，國(guó)內(nèi)首次在正線采用直流1500V下部授流鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)；深圳軌道交通3號(hào)線，其正線與車輛段都將采用直流1500V下部授流鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

2007年9月建成運(yùn)營(yíng)的北京地鐵5號(hào)線工程，采用了直流750V上部授流鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)。隨著2008年投運(yùn)的10號(hào)線一期與奧運(yùn)支線、建設(shè)中的4號(hào)線以及后續(xù)多條線路，都將采用直流750V上部授流鋼鋁復(fù)合接觸軌系統(tǒng)?？傊佑|軌電壓等級(jí)已由750V發(fā)展成為1500V，接觸軌懸掛方式由上部接觸向著下部接觸發(fā)展過(guò)渡，導(dǎo)電軌材料由低碳鋼發(fā)展成為鋼鋁復(fù)合軌，同時(shí)在柔性架空接觸網(wǎng)的基礎(chǔ)上，剛性架空接觸網(wǎng)在國(guó)內(nèi)也得到了更加廣泛的應(yīng)用。城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

2．中壓網(wǎng)絡(luò)(1)電壓等級(jí)北京地鐵1號(hào)線一期工程建設(shè)時(shí)，因35kV設(shè)備絕緣要求高、設(shè)備體積大、價(jià)格高等，中壓網(wǎng)絡(luò)的電壓等級(jí)采用的是10kV。20世紀(jì)90年代建設(shè)上海地鐵1號(hào)線、廣州地鐵1號(hào)線與2號(hào)線，因設(shè)備引進(jìn)原因，牽引變電所的中壓開(kāi)關(guān)柜采用了國(guó)外的33kV設(shè)備。20世紀(jì)90年代末，隨著35kV中壓開(kāi)關(guān)柜設(shè)備