城市軌道交通系統(tǒng)及供電系統(tǒng)概述課件城市軌道交通供電系統(tǒng)

1城市軌道交通系統(tǒng)及供電系統(tǒng)概述（1）掌握城市軌道交通系統(tǒng)的定義及特點(diǎn)。（2）掌握城市軌道交通的類型。（3）了解城市軌道交通的主要技術(shù)特征。（4）掌握城市軌道交通的發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題。（5）掌握城市軌道交通供電系統(tǒng)的各子系統(tǒng)。（6）掌握城市軌道交通所采用的供電方式。（7）掌握不同類型變電站的功能。（8）掌握雜散電流的形成、危害和防護(hù)。知識目標(biāo)（1）會區(qū)分不同類型的城市軌道交通。（2）會區(qū)分城市軌道交通供電系統(tǒng)的各子系統(tǒng)。（3）會介紹城市軌道交通所采用的供電方式。（4）會介紹不同類型變電站的功能。（5）會介紹雜散電流產(chǎn)生的原因。技能目標(biāo)CONTENT03/城市軌道交通雜散電流01/02/城市軌道交通供電系統(tǒng)概述城市軌道交通系統(tǒng)概述1.1城市軌道交通系統(tǒng)概述123%Option11.1.1城市軌道交通系統(tǒng)的定義、技術(shù)特征及特點(diǎn)1.城市軌道交通系統(tǒng)的定義

“城市軌道交通”是一個范圍較大的概念，在國際上沒有統(tǒng)一的定義。一般而言，城市中車輛在固定的軌道上運(yùn)行并主要用于城市客運(yùn)的交通系統(tǒng)稱為城市軌道交通。廣義的城市軌道交通是指以軌道交通運(yùn)輸方式為主要技術(shù)特征，在城市公共客運(yùn)交通系統(tǒng)中具有中等以上運(yùn)量的交通系統(tǒng)，主要為城市公共客運(yùn)服務(wù)，是一種在城市公共客運(yùn)交通中起骨干作用的現(xiàn)代化立體交通系統(tǒng)。狹義的城市軌道交通是指地鐵、輕軌和單軌?！冻鞘泄步煌ǚ诸悩?biāo)準(zhǔn)》（CJJ/T114—2007）中將城市軌道交通定義為：“城市軌道交通為采用軌道結(jié)構(gòu)進(jìn)行承重和導(dǎo)向的車輛運(yùn)輸系統(tǒng)，依據(jù)城市交通總體規(guī)劃的要求，設(shè)置全封閉或部分封閉的專用軌道線路，以列車或單車形式，運(yùn)送相當(dāng)規(guī)模客流量的公共交通方式。包括地鐵系統(tǒng)、輕軌系統(tǒng)、單軌系統(tǒng)、有軌電車、磁浮系統(tǒng)、自動導(dǎo)向軌道系統(tǒng)和市域快速軌道系統(tǒng)。”1

采用列車編組化運(yùn)行，運(yùn)量大。2

良好的線路條件與控制體系，速度快。電力牽引，污染少、環(huán)保。32.城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)特征城市軌道交通系統(tǒng)的主要技術(shù)特征有以下幾個：4

可采用地下和高架敷設(shè)方式，占地面積小。5

全隔離的路權(quán)方式，安全性、可靠性好。良好的環(huán)控體系和候車環(huán)境，乘車舒適性佳。62.城市軌道交通系統(tǒng)的技術(shù)特征30%Option223%Option1（2）規(guī)劃布局要求的科學(xué)性和合理性。（1）樣式的多樣性。3.城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)城市軌道交通系統(tǒng)具有以下幾個特點(diǎn)：（3）建設(shè)和服務(wù)的高標(biāo)準(zhǔn)化。3.城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)·軌道交通設(shè)計(jì)簡單，技術(shù)裝備水平低?！ぼ壍澜煌ㄔ诔鞘薪煌ㄖ兴挤蓊~有限。76%②成長期的技術(shù)特點(diǎn)。25%

（4）發(fā)展性和復(fù)雜性。城市軌道交通的發(fā)展經(jīng)歷了生成期、成長期和成熟期三個階段，每個時期均有其獨(dú)特的技術(shù)特點(diǎn)。①生成期的技術(shù)特點(diǎn)?！ぴ谟布矫妫冗M(jìn)技術(shù)的采用主要表現(xiàn)為城市軌道交通運(yùn)輸工具的更新與完善。·在軟件方面，先進(jìn)技術(shù)的采用主要表現(xiàn)在城市規(guī)劃與城市交通布局及軌道交通網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展開始以先進(jìn)的設(shè)計(jì)思想為指導(dǎo)。3.城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)

③成熟期的技術(shù)特點(diǎn)。城市交通體系不再單一，更注重公交協(xié)調(diào)合作的作用，強(qiáng)調(diào)大小公交的銜接和一體化，大容量快速軌道交通與傳統(tǒng)汽（電）車地面交通兩大類運(yùn)輸方式形成全方位、立體化、多層次的格局。3.城市軌道交通系統(tǒng)的特點(diǎn)20%（5）綜合性。①建設(shè)規(guī)模大，一個城市的軌道交通線網(wǎng)一般有近百千米至數(shù)百千米。②技術(shù)要求高，涉及現(xiàn)代土木工程、機(jī)電設(shè)備工程等多個高新技術(shù)領(lǐng)域。③項(xiàng)目投資大，每千米造價達(dá)3億～4億元。④建設(shè)周期長，單線建設(shè)周期要4～5年，線網(wǎng)建設(shè)周期一般要30～50年。⑤信息量大，建設(shè)、運(yùn)營過程中所產(chǎn)生的信息量很大，處理工作非常繁重。⑥系統(tǒng)復(fù)雜，要考慮軌道交通與其他交通方式、城市發(fā)展的關(guān)系，考慮軌道交通線網(wǎng)布局、建設(shè)次序、資源共享的關(guān)系，考慮軌道交通工程策劃、建設(shè)、運(yùn)營、資源利用的關(guān)系等。

城市軌道交通系統(tǒng)由車輛系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、自動售檢票機(jī)、暖通空調(diào)、屏蔽（安全）門、自動扶梯和電梯、防火滅火系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)、綜合監(jiān)控系統(tǒng)組成。1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成1.車輛系統(tǒng)

城市軌道交通的車輛是用來運(yùn)輸乘客的工具，按有無動力可分為兩大類：拖車（T），本身無動力牽引裝置；動車（M），本身帶有動力牽引裝置。在運(yùn)營時，城市軌道交通列車一般采用動拖結(jié)合、固定編組的電動列車組形式。城市軌道交通車輛不僅要有良好的牽引、制動性能，保證運(yùn)行安全、正點(diǎn)、快速；同時要有良好的乘客服務(wù)設(shè)施，使乘客感到舒適、文明、方便。1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成

電能是城市軌道車輛電力牽引系統(tǒng)必需的能源，電動車輛及為軌道交通運(yùn)營服務(wù)的機(jī)電設(shè)備，包括通風(fēng)、空調(diào)、照明、通信、信號、給排水、防災(zāi)報警、電梯、自動扶梯等也都依賴并消耗電能。在城市軌道交通運(yùn)營中，供電一旦中斷，不僅會造成城市軌道交通運(yùn)營癱瘓，而且有可能危及乘客的生命安全，造成財產(chǎn)損失。因此，高度安全、可靠而又經(jīng)濟(jì)、合理的供電系統(tǒng)是城市軌道交通正常運(yùn)營的重要條件和保證。城市軌道交通供電電源一般取自城市電網(wǎng)，通過城市電網(wǎng)一次電力系統(tǒng)和軌道交通供電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送或變換，最后以適當(dāng)?shù)碾妷旱燃壓鸵欢ǖ碾娏餍问剑ㄖ绷骰蚪涣鳎┕┙o車輛和其他用電設(shè)備。2.供電系統(tǒng)1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成3.通信系統(tǒng)

城市軌道交通的通信系統(tǒng)是傳遞語言、文字、數(shù)據(jù)、圖像等多種信息的綜合業(yè)務(wù)數(shù)字系統(tǒng)。它包括數(shù)字傳輸、電話交換、有線和無線通信、閉路電視、有線廣播、時鐘、電源等設(shè)備系統(tǒng)。城市軌道交通通信系統(tǒng)要求高可靠、易擴(kuò)充、組網(wǎng)靈活、獨(dú)立采用通信網(wǎng)絡(luò)，并能與公共通信系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成4.信號系統(tǒng)

城市軌道交通信號系統(tǒng)是保證列車運(yùn)行安全和提高線路通過能力的重要設(shè)施。以前列車運(yùn)行，主要是駕駛員根據(jù)色燈信號（紅、黃、綠）進(jìn)行操作。而城市軌道交通具有高密度、短間隔、短站距和快速等特點(diǎn)，其信號系統(tǒng)也從傳統(tǒng)的方式，即以地面信號的顯示傳遞行車命令，駕駛員按行車規(guī)則操作列車運(yùn)行的方式，發(fā)展到按地面發(fā)送的信息自動監(jiān)控列車速度和自動調(diào)整列車追蹤間隔的方式。實(shí)現(xiàn)這一方式的關(guān)鍵設(shè)備是列車自動控制系統(tǒng)。1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成

自動售檢票機(jī)、暖通空調(diào)、屏蔽（安全）門、自動扶梯和電梯等車站設(shè)施及防火滅火系統(tǒng)、給排水系統(tǒng)等環(huán)控設(shè)施，在保證乘客有一個良好的候車環(huán)境的同時，更保證了乘客能夠安全、快捷地乘坐列車。綜合監(jiān)控系統(tǒng)包括電力監(jiān)控（supervisorycontrolanddataacquisition，SCADA）系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、屏蔽門監(jiān)控系統(tǒng)、防淹門互聯(lián)系統(tǒng)、火災(zāi)自動報警系統(tǒng)、廣播系統(tǒng)、閉路電視系統(tǒng)、車載信息系統(tǒng)、車站信息系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)、信號系統(tǒng)和時鐘系統(tǒng)。它涉及的專業(yè)門類較多，是一個真正意義的綜合系統(tǒng)。5.其他1.1.2城市軌道交通系統(tǒng)的構(gòu)成

城市軌道交通系統(tǒng)在世界范圍內(nèi)發(fā)展較快，地區(qū)、國家、城市的不同，服務(wù)對象的不同等，使得城市軌道交通系統(tǒng)發(fā)展成為多種類型，技術(shù)指標(biāo)差異較大，目前尚無十分統(tǒng)一的分類標(biāo)準(zhǔn)。（1）按導(dǎo)向方式的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為輪軌導(dǎo)向的城市軌道交通系統(tǒng)和導(dǎo)向輪導(dǎo)向的城市軌道交通系統(tǒng)。（2）按線路架設(shè)方式的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為地下（水下）城市軌道交通系統(tǒng)、高架城市軌道交通系統(tǒng)和地面城市軌道交通系統(tǒng)。1.1.3城市軌道交通系統(tǒng)的分類

（3）按線路隔離程度的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為全隔離城市軌道交通系統(tǒng)、半隔離城市軌道交通系統(tǒng)和不隔離城市軌道交通系統(tǒng)。（4）按軌道材料的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為鋼輪鋼軌城市軌道交通系統(tǒng)和橡膠輪混凝土軌道交通系統(tǒng)。（5）按牽引方式的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為旋轉(zhuǎn)式直流電動機(jī)牽引城市軌道交通系統(tǒng)、交流電動機(jī)牽引城市軌道交通系統(tǒng)和直流電動機(jī)牽引城市軌道交通系統(tǒng)。（6）按運(yùn)營組織方式的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為傳統(tǒng)城市軌道交通、區(qū)域快速軌道交通和城市（市郊）鐵路。1.1.3城市軌道交通系統(tǒng)的分類

（7）按高峰小時單向運(yùn)輸能力的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為高運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)、中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)和低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)。高運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)的高峰小時單向運(yùn)輸能力在30000人次以上，屬于該種類型的軌道交通系統(tǒng)主要有地下鐵道和高技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的輕軌鐵路。中運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)的高峰小時單向運(yùn)輸能力為10000～30000人次，屬于該種類型的軌道交通系統(tǒng)主要有輕軌和獨(dú)軌。低運(yùn)量軌道交通系統(tǒng)的高峰小時單向運(yùn)輸能力為5000～10000人次，屬于該種類型的軌道交通系統(tǒng)主要有低技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的有軌電車。（8）按動能范圍、車輛類型及主要技術(shù)特征的不同，城市軌道交通系統(tǒng)可分為有軌電車、地鐵、輕軌、城市（市郊、城際）鐵路、獨(dú)軌交通、新交通系統(tǒng)、磁浮交通。1.1.3城市軌道交通系統(tǒng)的分類1.1.4我國城市軌道交通系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀與存在的問題1.發(fā)展現(xiàn)狀

近年來，我國城市軌道交通發(fā)展迅猛，在優(yōu)化城市結(jié)構(gòu)布局、緩解城市交通擁堵及促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展等方面的作用日益凸顯。據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2018年年末，我國內(nèi)地共計(jì)35個城市開通城市軌道交通并投入運(yùn)營，運(yùn)營線路總長度達(dá)到5766.6km。預(yù)計(jì)到2020年左右，中國內(nèi)地城市軌道交通運(yùn)營線路總規(guī)模將達(dá)到9000km。我國經(jīng)濟(jì)向高質(zhì)量發(fā)展階段轉(zhuǎn)型，需要大力推動軌道交通裝備向綠色、智能方向發(fā)展。1.發(fā)展現(xiàn)狀

中國城市軌道交通的快速發(fā)展在改善城市交通狀況、改變市民出行和生活方式、服務(wù)和促進(jìn)城市發(fā)展、推動產(chǎn)業(yè)進(jìn)步與升級等方面發(fā)揮了重要作用。北京、上海、廣州、深圳等城市的城市軌道交通已形成網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)營格局，城市軌道交通在公共交通體系中起到了骨干作用。中國城市軌道交通在服務(wù)和促進(jìn)城市發(fā)展的同時，大規(guī)模的建設(shè)也造就了涵蓋規(guī)劃設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、運(yùn)營管理、技術(shù)裝備等各領(lǐng)域的完整產(chǎn)業(yè)鏈。與高速鐵路一樣，中國城市軌道交通在過去20年間取得了巨大的進(jìn)步和成績，并在積極跨出國門，走向世界。2.存在的問題

隨著我國城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，城市人口的快速膨脹，軌道交通建設(shè)突飛猛進(jìn)?！秶野l(fā)展改革委關(guān)于加強(qiáng)城市軌道交通規(guī)劃建設(shè)管理的通知》（發(fā)改基礎(chǔ)〔2015〕49號）明確提出應(yīng)超前編制線網(wǎng)規(guī)劃，并提出了城市軌道交通長遠(yuǎn)可持續(xù)發(fā)展的總體性方案。而目前，在軌道交通的快速發(fā)展中，軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)暴露出不少問題。76%

對城市未來發(fā)展的認(rèn)識不足，剖析不夠，對軌道交通戰(zhàn)略定位不準(zhǔn)，發(fā)展模式單一；或因城市空間結(jié)構(gòu)、人口規(guī)模等不穩(wěn)定，軌道交通選取的系統(tǒng)規(guī)模與客流需求不匹配。01

網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃缺乏前瞻性，規(guī)劃設(shè)計(jì)忽略城市特性和實(shí)際需要，網(wǎng)絡(luò)層次及系統(tǒng)選型單一，后期運(yùn)營組織靈活度差，服務(wù)水平較低，運(yùn)營效率不高。02

軌道交通規(guī)劃設(shè)計(jì)與周邊地下空間開發(fā)結(jié)合度不高，設(shè)計(jì)靈活度較差，地下空間沒有得到高效利用，造成地下空間資源浪費(fèi)。032.存在的問題1.2城市軌道交通供電系統(tǒng)概述2

城市軌道交通供電系統(tǒng)是城市軌道交通的動力源泉，在為線路上運(yùn)行的機(jī)車提供所需要的牽引負(fù)荷的同時，為車站、區(qū)間、車輛段、控制中心（operatingcontrolcenter，OCC）等其他建筑物提供其所需要的動力照明電能。在城市軌道交通運(yùn)營過程中，供電一旦中斷，不僅會造成城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)的癱瘓，而且會危及乘客的生命安全，造成財產(chǎn)損失。因此，城市軌道交通供電系統(tǒng)的有效運(yùn)行是城市軌道交通系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行的重要保障。

電力牽引用于軌道交通系統(tǒng)已有100多年的歷史，隨著經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，用于軌道交通的電力牽引方式有許多不同的制式出現(xiàn)。這里所說的制式，是指供電系統(tǒng)向電動車輛或電力機(jī)車供電所采用的電流和電壓制式，如直流制或交流制、電壓等級、交流制中的頻率（工頻或低頻）及交流制中是單相或三相等。1.2.1城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電制式城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電制式經(jīng)過了如下幾個發(fā)展階段：3調(diào)速性能。在調(diào)速過程中既要達(dá)到變速，還要盡可能經(jīng)濟(jì)，不要有太大的能量損耗，同時還希望容易實(shí)現(xiàn)調(diào)速。2

動力設(shè)備容量利用。對列車的主要動力設(shè)備——牽引電動機(jī)的基本性能要求為：列車輕載時運(yùn)行速度可以高一些，列車重載時運(yùn)行速度可以低一些。這樣無論列車重載或輕載，都可以實(shí)現(xiàn)牽引電動機(jī)容量的充分利用，因?yàn)榱熊嚨臓恳εc運(yùn)行速度的乘積為其功率容量，這時近于常數(shù)。1

起動加速性能。要求起動加速力大且平穩(wěn)，即恒定的、大的起動力矩，便于列車快速平穩(wěn)起動。1.供電制式的發(fā)展

（1）直流制式。為了滿足城市軌道交通車輛速度快、能耗小、平穩(wěn)舒適的運(yùn)輸要求，對動力車輛有如下要求：1.供電制式的發(fā)展

直流串勵電動機(jī)的機(jī)械特性(轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系特性)正符合重載時速度低、輕載時速度高的要求。此外，從直流串勵電動機(jī)的起動和調(diào)速方法看，也是比較容易實(shí)現(xiàn)的。為了限制直流串勵電動機(jī)剛接通電源時起動電流太大和正常運(yùn)行時為了降速而降低其端電壓，最早采用在電動機(jī)回路中串聯(lián)大功率電阻的方法來達(dá)到限流和降壓的目的。這種方法容易實(shí)現(xiàn)，但在列車起動和調(diào)速過程中卻造成了大量的能量損耗，很不經(jīng)濟(jì)。盡管如此，由于局限于一定時期的技術(shù)發(fā)展水平，采用直流串勵電動機(jī)作為牽引動力就成為最早也是迄今為止被長期采用的形式，這就是供電系統(tǒng)直接以直流電向電動車輛或電力機(jī)車供電的電力牽引“直流制式”。76%1.供電制式的發(fā)展

（2）低頻單相交流制。隨著礦山和干線電力牽引的發(fā)展，列車需要的功率越來越大，如果采用直流供電制式，則受直流串勵電動機(jī)端電壓不能太高的限制，會導(dǎo)致供電電流很大，因而供電系統(tǒng)的電壓損失和能量損耗必然增大，由此出現(xiàn)了低頻單相交流制。低頻單相交流制是交流供電方式，交流電可以通過變壓器升降壓，因此，可以升高供電系統(tǒng)的電壓，到了列車以后再經(jīng)車上的變壓器將電壓降低到適合牽引電動機(jī)應(yīng)用的電壓等級。由于早期整流技術(shù)的限制，這種制式采用了在原理上與直流串勵電動機(jī)相似的單相交流整流子牽引電動機(jī)。這種電動機(jī)存在整流換向的問題，其困難程度隨電源頻率的升高而增大。由于采用低頻電源使供電系統(tǒng)復(fù)雜化，需要由專用低頻電廠供電，或由變頻電站將國家統(tǒng)一工頻電源轉(zhuǎn)變成低頻電源再輸出，因此沒有得到廣泛應(yīng)用，只在少數(shù)國家的工礦和干線上應(yīng)用。1.供電制式的發(fā)展

（3）工頻單相交流制。工頻單相交流制式既保留了交流制可以升高供電電壓的長處，又仍然采用直流串勵電動機(jī)作為牽引電動機(jī)。在電力機(jī)車上裝設(shè)降壓變壓器和大功率整流設(shè)備，可將高壓電源降壓，再整流成適合直流牽引電動機(jī)應(yīng)用的低壓直流電。電動機(jī)的調(diào)壓調(diào)速可以通過改變降壓變壓器的抽頭或可控整流裝置的電壓來實(shí)現(xiàn)。工頻單相交流制是當(dāng)今世界各國干線電氣化鐵路應(yīng)用較普遍的牽引供電制式。我國干線電氣化鐵路即采用這種制式，其供電電壓為25kV。76%1.供電制式的發(fā)展

（4）三相交流制。三相交流制式的供電網(wǎng)比較復(fù)雜，必須有兩根架空接觸線和走行軌道構(gòu)成三相交流電路，兩根架空接觸線之間又要高壓絕緣，造成的困難和投資更大，因此已經(jīng)被淘汰。

牽引網(wǎng)的供電制式主要指電流制、電壓等級和饋電方式。目前，城市軌道交通的直流牽引電壓等級有DC600V、DC750V和DC1500V等多種。我國國家標(biāo)準(zhǔn)《城市軌道交通直流牽引供電系統(tǒng)》（GB/T10411—2005）規(guī)定了DC1500V和DC750V兩種電壓制式。電壓制式與饋電方式是密不可分的。一般架空接觸網(wǎng)饋電方式電壓等級采用DC1500V。第三軌饋電方式電壓等級主要采用DC750V，第三軌饋電方式電壓等級有向DC1500V發(fā)展的趨勢。2.供電制式的選擇原則2.供電制式的選擇原則供電制式的選擇原則如下：2

供電安全可靠。城市軌道交通是城市交通的骨干，一旦牽引網(wǎng)發(fā)生故障，造成列車停運(yùn)，就會影響市民出行，引起城市交通混亂。因此，安全可靠是選擇供電制式最重要的條件。1

供電制式與客流量相適應(yīng)?？土髁渴擒壍澜煌ㄔO(shè)計(jì)的基礎(chǔ)。根據(jù)預(yù)測客流量大小，選擇適用的電動客車類型和列車編組數(shù)量，一般大運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)采用DC1500V電壓和架空接觸網(wǎng)饋電方式，中運(yùn)量的軌道交通系統(tǒng)采用DC750V電壓和接觸軌饋電方式。3城市軌道交通是城市的基礎(chǔ)設(shè)施，應(yīng)注重環(huán)境和景觀效果。4

牽引網(wǎng)使用壽命長，維修工作量小，是降低軌道交通運(yùn)營成本的重要條件。3

便于安裝和事故搶修。選用的牽引網(wǎng)應(yīng)便于施工安裝和日常維修；一旦發(fā)生牽引網(wǎng)故障，應(yīng)便于搶修，盡快恢復(fù)運(yùn)營。2.供電制式的選擇原則1城市軌道電動車輛的功率不是很大，供電半徑也不大，因此供電電壓不需要太高。2在同樣的電壓等級下，直流制因?yàn)闆]有電抗壓降而比交流制的電壓損失小。城市軌道交通供電系統(tǒng)的供電線路處在城市建筑群之間，供電電壓不宜太高，以確保安全。34大功率半導(dǎo)體整流元件（晶閘管）的出現(xiàn)，使得可在直流制電動車輛上采用整流器對直流串勵電動機(jī)進(jìn)行調(diào)壓調(diào)速，減少了能耗，給直流制增添了新的生命力。城市軌道交通幾乎毫無例外地都采用直流供電制式。采用直流供電制式的原因有如下幾點(diǎn)：3.采用直流供電制式的原因

（5）快速晶閘管出現(xiàn)后，由快速晶閘管等組成的逆變器可將直流電逆變成頻率可以調(diào)節(jié)的交流電，這樣就實(shí)現(xiàn)了多年來想采用結(jié)構(gòu)簡單、結(jié)實(shí)的鼠籠式異步電動機(jī)作為牽引電動機(jī)的愿望。這種用改變頻率來改變異步電動機(jī)速度的方法（簡稱變頻調(diào)速），可使異步牽引電動機(jī)的性能滿足牽引列車特點(diǎn)的要求。雖然電動車輛上采用的是交流異步牽引電動機(jī)，但其供電電壓還是直流的，所以還屬于直流制式的范疇，這就給直流制的應(yīng)用提供了一個更廣闊的發(fā)展空間。3.采用直流供電制式的原因城市軌道交通作為城市電網(wǎng)的一個用戶，一般是從城市電網(wǎng)取得電能，無須單獨(dú)建設(shè)電廠，城市電網(wǎng)也把城市軌道交通作為一個重要用戶。因此，無論是干線電氣化鐵路、工礦電力牽引，還是城市軌道交通的電力牽引用電，均由國家統(tǒng)一電網(wǎng)供給。城市軌道交通供電系統(tǒng)主要由外部供電系統(tǒng)、牽引供電系統(tǒng)、動力照明供電系統(tǒng)和SCADA系統(tǒng)組成。1.2.2城市軌道交通供電系統(tǒng)的組成

發(fā)電廠（站）是發(fā)出電能的中心，一般可分為火力發(fā)電廠、水力發(fā)電站和原子能核電站等。為減少線路的電壓損失和能量損耗，發(fā)電廠中發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能要先經(jīng)過升壓變壓器升高電壓，然后以110kV或220kV的高壓，通過三相傳輸線輸送到區(qū)域變電站。在區(qū)域變電站中，電能先經(jīng)過降壓變壓器把110kV或220kV的高壓降低電壓等級（如10kV或35kV），再經(jīng)過三相輸電線輸送給本區(qū)域內(nèi)的各用電中心。城市軌道交通牽引用電既可以從區(qū)域變電站高壓線路得電，也可以從下一級電壓的城市地方電網(wǎng)得電，這取決于系統(tǒng)和城市地方電網(wǎng)的具體情況及牽引用電容量的大小。1.外部供電系統(tǒng)1.外部供電系統(tǒng)

對于直接從系統(tǒng)高壓電網(wǎng)獲得電力的城市軌道交通系統(tǒng)，往往需要再設(shè)置一級主降壓變電站，將系統(tǒng)輸電電壓由110kV或220kV降低到10kV或35kV，以適應(yīng)直流牽引變電所的需要。從管理的角度看，主降壓變電站可以由電力部門直接管理，也可以歸屬于地方城市軌道交通部門管理。

1.外部供電系統(tǒng)

如圖1-1所示，虛線2以上，即從發(fā)電廠（站）經(jīng)升壓變電站、高壓輸電網(wǎng)、區(qū)域變電站至主降壓變電站部分通常被稱為城市軌道交通供電系統(tǒng)的外部（或一次）供電系統(tǒng)。城市軌道交通企業(yè)作為城市電網(wǎng)的重要用戶，屬于一級負(fù)荷，需要引入雙路高壓電源對其供電系統(tǒng)進(jìn)行供電。

電源由城市電網(wǎng)引入，根據(jù)不同城市的電網(wǎng)構(gòu)成，采用合適的供電方式。城市軌道交通系統(tǒng)作為城市電網(wǎng)的特殊用戶，一般用電范圍多在幾千米到幾十千米，采用何種供電方式，與城市電網(wǎng)的構(gòu)成及城市軌道交通線路的分布及電源的容量有密切關(guān)系。城市軌道交通供電系統(tǒng)對城市電網(wǎng)來說是用戶，對城市軌道交通的各類負(fù)荷來說是電源。城市電網(wǎng)對城市軌道系統(tǒng)的供電方式可分為以下三種：1.外部供電系統(tǒng)（1）集中供電。由城市軌道專用主變電站構(gòu)成的供電方案稱為集中供電。如圖1-2所示，沿著城市軌道交通線路，根據(jù)用電容量和城市軌道交通線路的長短，建設(shè)一座或幾座軌道交通專用的主變電站。主變電站應(yīng)有兩路獨(dú)立的電源，一般為110kV或63kV，由發(fā)電廠或區(qū)域變電站對其供電。主變電站經(jīng)過變壓后，輸出AC35kV或AC10kV等級的電壓，給城市軌道交通的牽引供電系統(tǒng)和動力照明系統(tǒng)供電。1.外部供電系統(tǒng)圖1-2集中供電上海、香港地鐵采用三級電壓制集中供電方式（見圖1-3），集中供電的牽引供電系統(tǒng)的電壓為35kV，供配電系統(tǒng)的電壓為10kV。目前，國內(nèi)只有少數(shù)城市采用這種形式。1.外部供電系統(tǒng)圖1-3三級電壓制集中供電方式廣州地鐵采用兩級電壓制集中供電方式（見圖1-4），牽引供電系統(tǒng)和供配電系統(tǒng)的電壓均采用33kV。目前，國內(nèi)采用集中供電的城市多采用此種形式。1.外部供電系統(tǒng)圖1-4兩級電壓制集中供電方式1.外部供電系統(tǒng)20%

①主變電站。城市軌道負(fù)荷作為一級負(fù)荷，主變電站進(jìn)線一般為雙電源。雙電源的設(shè)計(jì)有兩種：一種是兩路電源均為專用線路，電源可靠性高；另一種是一路電源為專用線路，另一路電源并接于供電線路，與其他用戶共享電源。并接電源的可靠性雖然相對來說較差，但也能滿足地鐵供電的要求。兩路電源分列運(yùn)行，相互備用。同時，在設(shè)計(jì)中，通過地鐵環(huán)網(wǎng)電纜將兩座主變電站的母線進(jìn)行連接，即使兩路外部電源同時發(fā)生故障，也可以實(shí)現(xiàn)主變電站之間的相互支援，提高外部電源的安全可靠性。

主變電站進(jìn)線電源側(cè)可采用內(nèi)橋接線或線路變壓器組接線（見圖1-5），采用何種接線形式，主要考慮外部電源的可靠程度和電力部門的要求。內(nèi)橋接線的可靠性要略高于線路變壓器組接線，主要體現(xiàn)在當(dāng)一路進(jìn)線電源故障時，完全不影響地鐵供電系統(tǒng)的運(yùn)行，而此時線路變壓器組接線就只能有單臺主變壓器運(yùn)行。主變電站中壓側(cè)采用單母線分段接線形式，當(dāng)其中一臺主變壓器或一路中壓進(jìn)線不能正常運(yùn)行時，通過母聯(lián)開關(guān)合閘來保證地鐵供電的可靠性。當(dāng)外部電源不穩(wěn)定時，通過主變壓器有載調(diào)壓開關(guān)來保證地鐵電源的穩(wěn)定性和可靠性。圖1-5主變電站進(jìn)線電源側(cè)接線形式1.外部供電系統(tǒng)1.外部供電系統(tǒng)

②中壓供電網(wǎng)絡(luò)。中壓電纜可縱向把上級主變電站和下級牽引變電所、降壓變電站連接起來，橫向把全線的各個牽引變電所、降壓變電站連接起來，便構(gòu)成了中壓供電網(wǎng)絡(luò)，其功能類似于電力系統(tǒng)中的輸電線路。城市軌道交通的中壓交流環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)可采用牽引與動力照明相對獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)形式，也可采用牽引與動力照明混合的網(wǎng)絡(luò)形式。對于牽引與動力照明相對獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，牽引供電網(wǎng)絡(luò)與動力照明網(wǎng)絡(luò)的電壓等級可以相同，也可以不同。供電系統(tǒng)中的中壓供電網(wǎng)絡(luò)應(yīng)按列車運(yùn)行的遠(yuǎn)期通過能力設(shè)計(jì)，對互為備用線路，當(dāng)一路退出運(yùn)行時，另一路應(yīng)能承擔(dān)其一、二級負(fù)荷的供電，線路末端電壓損失不宜超過5％。1.外部供電系統(tǒng)

一個運(yùn)行可靠、調(diào)度靈活的環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)一般需滿足以下設(shè)計(jì)原則和技術(shù)條件：·供電系統(tǒng)應(yīng)滿足經(jīng)濟(jì)、可靠、接線簡單、運(yùn)行靈活的要求。·供電系統(tǒng)(含牽引供電)容量按遠(yuǎn)期高峰小時負(fù)荷設(shè)計(jì)，根據(jù)路網(wǎng)規(guī)劃的設(shè)計(jì)可預(yù)留一定裕度?！す╇娤到y(tǒng)按一級負(fù)荷設(shè)計(jì)，即平時由兩路互為備用的獨(dú)立電源供電，以實(shí)現(xiàn)不間斷供電。·環(huán)網(wǎng)設(shè)備容量應(yīng)滿足遠(yuǎn)期最大高峰小時負(fù)荷的要求，并滿足當(dāng)一個主變電站發(fā)生故障時（不含中壓母線故障），另一個主變電站能承擔(dān)全線牽引負(fù)荷及全線動力照明一、二級負(fù)荷的供電。1.外部供電系統(tǒng)

·電纜載流量不僅應(yīng)滿足最大高峰小時負(fù)荷的要求，同時當(dāng)主變電站正常運(yùn)行，環(huán)網(wǎng)中一條電纜故障時，應(yīng)能保證城市軌道交通正常運(yùn)行。此時可不考慮主變電站和環(huán)網(wǎng)電纜同時故障的情況，但需考慮主變電站與一個牽引變電所同時故障（三級負(fù)荷除外）的情況。在中壓環(huán)網(wǎng)電壓等級的選取上，國內(nèi)一般有35kV/33kV和10kV兩種等級，環(huán)網(wǎng)電壓高，可相應(yīng)減少主變電站的個數(shù)和降低線路損耗。目前，國內(nèi)已經(jīng)開通和即將開通的地鐵線路多數(shù)采用集中供電方式，中壓環(huán)網(wǎng)電壓多采用35kV/33kV等級。

（2）分散供電。在地鐵沿線直接由城市電網(wǎng)引入多路地鐵所需要的電源而構(gòu)成的供電系統(tǒng)稱為分散供電，如圖1-6所示。這種供電方式多為10kV電壓等級。因?yàn)槲覈鞔蟪鞘械碾娋W(wǎng)在逐漸取消或改造35kV這一電壓等級，因此要想在幾千米到幾十千米的范圍內(nèi)引入多路35kV電源是不可能的。分散供電要保證每座牽引變電所或降壓變電站皆能獲得雙路電源。北京地鐵主要采用分散供電方式。采用分散供電方式，可以取消地鐵主變電站，從而節(jié)省主變電站的投資，但是地鐵電源系統(tǒng)能否采用這種方式與城市電網(wǎng)的發(fā)達(dá)情況密切相關(guān)。采用集中供電方式可使地鐵供電系統(tǒng)與外界的接點(diǎn)減少，便于日后的運(yùn)營維護(hù)。圖1-6分散供電1.外部供電系統(tǒng)1.外部供電系統(tǒng)

（3）混合供電?；旌瞎╇姺绞绞乔皟煞N供電方式的結(jié)合，以集中供電方式為主，在個別地段引入城市電網(wǎng)電源作為集中供電方式的補(bǔ)充，使供電系統(tǒng)更加完善和可靠。武漢軌道交通、北京城市軌道交通1號線和2號線即采用此種供電方式。

2.牽引供電系統(tǒng)

城市軌道交通的電能由國家統(tǒng)一電網(wǎng)供給，其電力牽引供電系統(tǒng)如圖1-7所示。主降壓變電站（當(dāng)它不屬于電力部門時）及其以后部分分為以牽引變電所為主的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電站為主的動力照明供電系統(tǒng)。

2.牽引供電系統(tǒng)

如圖1-8所示，主降壓變電站及其以后部分統(tǒng)稱為牽引供電系統(tǒng)，其包括牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌及回流線等。在城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)中，電能從牽引變電所經(jīng)饋電線、接觸網(wǎng)輸送給電動列車，再從電動列車經(jīng)鋼軌（軌道回路）、回流線流回牽引變電所。由饋電線、接觸網(wǎng)、軌道回路及回流線組成的供電網(wǎng)絡(luò)稱為牽引網(wǎng)。牽引供電系統(tǒng)即由牽引變電所和牽引網(wǎng)組成，其中，牽引變電所和接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分。

（1）牽引變電所。牽引變電所是牽引供電系統(tǒng)的核心，一般由進(jìn)出線單元、變壓變流單元和饋出單元構(gòu)成。其主要功能是將中壓環(huán)網(wǎng)的AC35kV或AC10kV三相高壓交流電源經(jīng)變壓變流單元轉(zhuǎn)換為城市軌道交通列車所需的電能，并分配到上下行區(qū)間供列車牽引用。在城市軌道交通工程中，由于地下土建工程造價較高，因而在地面有條件時最好將牽引變電所建于地面。但降壓變電站由于壓損的要求仍應(yīng)設(shè)在車站內(nèi)，這樣可以有效地降低工程造價。2.牽引供電系統(tǒng)①饋電線。②接觸網(wǎng)。30%③軌道回路。40%④回流線。75%2.牽引供電系統(tǒng)20%（2）牽引網(wǎng)。

動力照明供電系統(tǒng)可為除城市軌道交通列車以外的其他所有地鐵用電負(fù)荷提供電能，其中包括通信、信號、事故照明和計(jì)算機(jī)系統(tǒng)等許多一級負(fù)荷。這些一級負(fù)荷均與城市軌道交通正常運(yùn)營密不可分，所以在設(shè)計(jì)、設(shè)備選型和施工過程中都應(yīng)對動力照明供電系統(tǒng)給予足夠的重視。城市軌道交通降壓變電站與城網(wǎng)10kV變電站一樣，都是將中壓電經(jīng)變壓器變?yōu)?80V或220V電源供動力照明負(fù)荷用電。在引入電源方面，每座降壓變電站均從中壓環(huán)網(wǎng)引入兩路電源，有條件時還應(yīng)從相鄰變電站或市電引一路備用電源；對于特別重要的負(fù)荷（如控制系統(tǒng)計(jì)算機(jī)設(shè)備等負(fù)荷），還應(yīng)設(shè)蓄電池作為備用電源。城市軌道交通動力照明供電系統(tǒng)如圖1-9所示。圖1-9城市軌道交通動力照明供電系統(tǒng)3.動力照明供電系統(tǒng)3.動力照明供電系統(tǒng)20%

其中，降壓變電站將三相電源進(jìn)線電壓降壓變?yōu)槿?80V交流電，其主要用電設(shè)備是風(fēng)機(jī)、水泵、照明設(shè)備、通信設(shè)備、信號設(shè)備、防火報警設(shè)備等。在動力供電系統(tǒng)中，降壓變電站一般每個車站設(shè)置一個，有時也可幾個車站合設(shè)一個；也可將降壓（動力）變壓器附設(shè)在某個牽引變電所之中，構(gòu)成牽引與動力混合變電站。配電所（室）僅起到電能分配的作用。降壓變電站通過配電所（室）將三相380V和單相220V交流電分別供給動力、照明設(shè)備，各配電所（室）對本車站及其兩側(cè)區(qū)間動力和照明等設(shè)備配電。3.動力照明供電系統(tǒng)20%

地鐵車站及區(qū)間照明電源采用380V/220V系統(tǒng)三相五線制系統(tǒng)配電。正常時，工作照明、事故照明均由交流電源供電；當(dāng)交流電源失去時，事故照明自動切換為蓄電池供電，確保事故期間必要的緊急照明。配電所（室）與用電設(shè)備之間的導(dǎo)線為配電線路。車站設(shè)備負(fù)荷可分為3級：一級負(fù)荷（包括事故風(fēng)機(jī)、消防泵、主排水站、售檢票機(jī)、防災(zāi)報警、通信信號、事故照明）、二級負(fù)荷（包括自動扶梯、普通風(fēng)機(jī)、排污泵、工作照明）和三級負(fù)荷（包括空調(diào)、冷凍機(jī)、廣告照明、維修電源）。對于一、二級負(fù)荷，一般有兩路電源供電，當(dāng)一臺變壓器故障解列時，另一臺變壓器可承擔(dān)全部一、二級負(fù)荷。三級負(fù)荷由一路電源供電，當(dāng)一臺變壓器故障解列時，可根據(jù)運(yùn)營需要自動切除。

SCADA系統(tǒng)是貫穿于整個供電系統(tǒng)的監(jiān)視和控制部分，是控制技術(shù)在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用。SCADA系統(tǒng)由控制中心、通信通道和被控站系統(tǒng)組成，對全線變電站及沿線供電設(shè)備實(shí)行集中監(jiān)視、控制和測量。其中，控制中心由數(shù)據(jù)服務(wù)器、通信前置機(jī)、工程師工作站及模擬盤顯示器等組成，實(shí)現(xiàn)對所采集數(shù)據(jù)的分析、計(jì)算、存儲、設(shè)備狀態(tài)監(jiān)視及控制命令的發(fā)送等功能。被控站系統(tǒng)由變電站上位可編程邏輯控制器（programmablelogiccontroller，PLC）或后臺計(jì)算機(jī)、所內(nèi)通信通道及下位PLC組成，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備狀態(tài)、信號等數(shù)據(jù)的采集、整理、簡單分析計(jì)算及所內(nèi)控制等功能。4.SCADA系統(tǒng)62

城市軌道交通供電系統(tǒng)應(yīng)具備安全、可靠、調(diào)度方便、技術(shù)先進(jìn)、功能齊全、經(jīng)濟(jì)合理的特點(diǎn)，并應(yīng)具備以下一些功能。1.2.3城市軌道交通供電系統(tǒng)的功能65%85%50%65%45%

供電系統(tǒng)的服務(wù)對象除運(yùn)送乘客的電動車輛外，還有保證乘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、自動扶梯、自動售檢票、屏蔽門、排水泵、排污泵、通信信號、消防設(shè)施和各種照明設(shè)備。在這個龐大的用電群體中，用電設(shè)備有不同的電壓等級和電壓制式，既有固定的，也有時刻在變化著的，供電系統(tǒng)就是要滿足這些不同用途的用電設(shè)備對電源的不同需求，使城市軌道系統(tǒng)的每種用電設(shè)備都能發(fā)揮各自的功能和作用，保證城市軌道系統(tǒng)能夠安全、可靠地運(yùn)營。1.全方位的服務(wù)功能

無論供電系統(tǒng)如何構(gòu)成，采用什么樣的設(shè)備，安全、可靠地供電總是第一位的。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，以保證城市軌道系統(tǒng)的正常運(yùn)營。供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)以雙電源為主要原則，當(dāng)一路電源故障時，另一路電源應(yīng)能保證系統(tǒng)的正常供電。例如，主變電站、牽引變電所和降壓變電站為雙電源、雙機(jī)組；動力照明的一、二級負(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（雙電源供電）方式，當(dāng)一座牽引變電所故障解列時，靠兩個相鄰變電站的過負(fù)荷能力對牽引網(wǎng)進(jìn)行大雙邊供電，保證列車可以照常運(yùn)行而不受影響。2.故障自救功能

系統(tǒng)應(yīng)有完善、協(xié)調(diào)的保護(hù)措施，供電系統(tǒng)的各級繼電保護(hù)應(yīng)相互配合和協(xié)調(diào)，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時，應(yīng)當(dāng)只切除故障部分的設(shè)備，從而使故障范圍縮小。系統(tǒng)的各級保護(hù)應(yīng)當(dāng)滿足可靠性、靈敏性、速動性、選擇性的要求。對牽引供電系統(tǒng)而言，為保證乘客的安全，保護(hù)的速動性是第一位的，其保護(hù)的原則是“寧可誤動作，不可不動作”。誤動作可以用自動重合閘校正，而保護(hù)不動作則很危險，因?yàn)橹绷麟娀≡诓磺袛嚯娫磿r可以長時間地維持燃燒，從而威脅乘客安全。由于城市軌道交通供電系統(tǒng)中壓交流側(cè)保護(hù)應(yīng)與城市電網(wǎng)的保護(hù)相配合和協(xié)調(diào)，因此，其保護(hù)的選擇性也受到制約。3.自我保護(hù)功能

系統(tǒng)中任何一個環(huán)節(jié)的操作都應(yīng)有相應(yīng)的聯(lián)鎖條件，不允許因誤操作而導(dǎo)致發(fā)生故障。尤其是各種隔離開關(guān)（無論是電動還是手動）或手車式開關(guān)的隔離觸頭，都不允許帶負(fù)荷操作。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)備本身所具備的或是在操作規(guī)程和程序上嚴(yán)格規(guī)定的。防止誤操作是保證系統(tǒng)安全、可靠運(yùn)行所不可缺少的環(huán)節(jié)。4.防止誤操作的功能

系統(tǒng)應(yīng)能在控制中心進(jìn)行集中控制、監(jiān)視和測量，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。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障而使一路或兩路電源退出運(yùn)行時，為保證地鐵列車的正常運(yùn)行，電力調(diào)度可以對供電分區(qū)進(jìn)行調(diào)度和調(diào)整，以達(dá)到安全可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的目的。5.方便靈活的調(diào)度功能

系統(tǒng)應(yīng)能進(jìn)行本地和遠(yuǎn)程控制，并可以方便地進(jìn)行操作轉(zhuǎn)換，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。各種信號顯示應(yīng)明確，事故信號和預(yù)告信號應(yīng)分別顯示。各種電量的測量和電能的計(jì)量應(yīng)準(zhǔn)確，并便于運(yùn)行人員查證和分析，牽引用電和動力照明用電應(yīng)分別計(jì)量，以利于對用電指標(biāo)進(jìn)行考核和經(jīng)濟(jì)分析。在控制中心應(yīng)能對整個供電系統(tǒng)進(jìn)行控制、信號顯示、各種量值的計(jì)量統(tǒng)計(jì)。6.完善的控制、顯示和計(jì)量功能7.電磁兼容功能20%

國際電工委員會（InternationalElectrotechnicalCommission，IEC）對電磁兼容性（electromagneticcompatibility，EMC）的定義為設(shè)備或系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力。其中，“任何事物”可以是設(shè)備、裝置、系統(tǒng)，也可以是有生命的生物或無生命的物體。城市軌道車輛是強(qiáng)電、弱電多個系統(tǒng)共存的電磁環(huán)境，為了使各種設(shè)備或系統(tǒng)能在這個環(huán)境中正常工作，且不對該環(huán)境中其他設(shè)備、裝置或系統(tǒng)構(gòu)成不能承受的電磁騷擾，各種電氣和電子設(shè)備的系統(tǒng)內(nèi)部以及與其他系統(tǒng)之間的電磁兼容顯得尤為重要。供電系統(tǒng)及其設(shè)備在地鐵這個電磁環(huán)境中，首先是作為電磁騷擾源存在的，同時也是敏感設(shè)備。在城市軌道的電磁環(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。在技術(shù)上應(yīng)采取措施抑制騷擾源，消除或減弱電磁耦合，提高敏感設(shè)備的抗干擾能力，以達(dá)到各系統(tǒng)的電磁兼容，使城市軌道車輛安全可靠地運(yùn)行。我國自1969年在北京建成第一條地下鐵道以來，相繼已有上海、廣州、南京等城市的軌道交通投入商業(yè)運(yùn)營。國內(nèi)正在運(yùn)營或?qū)⒁\(yùn)營的城市軌道交通的供電系統(tǒng)主要采用架空式接觸網(wǎng)和接觸軌式（第三軌式）接觸網(wǎng)兩種饋電類型。其中，北京、天津等地鐵采用DC750V的第三軌饋電，無錫地鐵采用DC1500V的第三軌饋電，電壓提高到1500V是第三軌饋電技術(shù)發(fā)展的一個方向；上海、南京等地鐵采用DC1500V架空式接觸網(wǎng)饋電。1.2.4國內(nèi)城市軌道交通供電系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀1.3城市軌道交通雜散電流3

在理想的狀況下，直流牽引供電系統(tǒng)的牽引電流由牽引變電所的正極出發(fā)，經(jīng)由接觸網(wǎng)、電動列車和回流軌（鋼軌）返回牽引變電所的負(fù)極。但由于鋼軌與隧道或道床等結(jié)構(gòu)鋼之間的絕緣電阻不是無限大，因此勢必造成流經(jīng)牽引軌的牽引電流不能全部經(jīng)由鋼軌流回牽引變電所的負(fù)極，有一部分的牽引電流會泄漏到隧道或道床等結(jié)構(gòu)鋼上，然后經(jīng)過結(jié)構(gòu)鋼和大地流回牽引變電所的負(fù)極，這部分泄漏電流因大地土壤的導(dǎo)電性質(zhì)及地下金屬管道的位置不同可以分布很廣，故稱為雜散電流或迷流。圖1-10所示為直流牽引雜散電流。圖1-10直流牽引雜散電流1.3.1雜散電流的形成

根據(jù)圖1-10，在牽引變電所回流線與鋼軌相接的回流點(diǎn)處，雜散電流回到牽引變電所。當(dāng)軌道沿線的地下有金屬管道或建筑物鋼筋等導(dǎo)電物時，雜散電流必沿金屬導(dǎo)體流動，到回流點(diǎn)附近再通過鋼軌流回變電所，在回流點(diǎn)附近的金屬管道上形成陽極區(qū)，如圖1-11所示。而且陽極區(qū)總是在回流點(diǎn)處不動，使得陽極區(qū)的金屬正離子流向大地，發(fā)生電解腐蝕，從而損壞金屬。當(dāng)接觸網(wǎng)為負(fù)極性時，陽極區(qū)與陰極區(qū)將轉(zhuǎn)變，陽極區(qū)將隨著列車的移動而移動，這樣陽極區(qū)是不固定的。由于金屬物的腐蝕現(xiàn)象較均勻，因而腐蝕情況不會太嚴(yán)重。圖1-11雜散電流腐蝕原理1.3.1雜散電流的形成城市軌道中的雜散電流是一種有害的電流，不僅會對城市軌道交通中的電氣設(shè)備設(shè)施的正常運(yùn)行造成不同程度的影響，還會對隧道、道床的結(jié)構(gòu)鋼和附近的金屬管線造成危害。這種危害主要表現(xiàn)在以下幾個方面：（1）若地下雜散電流流入電氣接地裝置，則會引起過高的接地電位，使某些設(shè)備無法正常工作。1.3.2雜散電流的危害

（2）若鋼軌局部或整體對地的絕緣能力變差，則此鋼軌對大地的泄漏電流增大，地下的雜散電流增大，這樣就有可能引起牽引變電所的框架保護(hù)動作。而框架保護(hù)動作會引起整個牽引變電所的斷路器跳閘，全所失電，同時還會聯(lián)跳相鄰牽引變電所對應(yīng)的饋線斷路器，從而造成較大范圍的停電事故，影響城市軌道交通系統(tǒng)的正常運(yùn)營。

（3）對隧道、道床或其他建筑物的結(jié)構(gòu)鋼和附近的金屬管線（如電纜、金屬管件等）造成電腐蝕。如果這種電腐蝕長期存在，將會嚴(yán)重?fù)p壞城市軌道交通系統(tǒng)附近的各種結(jié)構(gòu)鋼和地下金屬管線，從而破壞結(jié)構(gòu)鋼的強(qiáng)度，縮短其使用壽命。1.3.2雜散電流的危害工程上可以采取增加軌道與大地間的絕緣、降低鋼軌道的電阻、縮短變電站之間的距離、金屬管道遠(yuǎn)離軌道線路、設(shè)置其他專門的電保護(hù)等措施使軌道電流少泄入大地。即使有少量雜散電流泄入大地，也會通過地下回流點(diǎn)處專設(shè)的“電旁泄通道”直接流回變電站，不形成腐蝕陽極區(qū)。“電旁泄通道”是一種專設(shè)的電流通道，它保證雜散電流從地下建筑物回流到鋼軌、牽引變電所回流線或直接流入與鋼軌網(wǎng)相連的牽引變電所母線，使地下建筑物處于陰極狀態(tài)。1.3.3雜散電流的防護(hù)1231.雜散電流的防護(hù)原則

為了改善地下電流造成的迷流腐蝕狀況，應(yīng)采取“以防為主，以排為輔，防排結(jié)合，加強(qiáng)監(jiān)測”的原則。

防。防就是隔離和控制所有可能的雜散電流泄漏途徑，減少雜散電流進(jìn)入城市軌道交通的主體結(jié)構(gòu)、設(shè)備及可能與其相關(guān)的設(shè)施。

排。排就是通過雜散電流的收集及排流系統(tǒng)，提供雜散電流返回至牽引變電所負(fù)極的通路，防止雜散電流繼續(xù)向本系統(tǒng)外泄漏，以減少腐蝕。

監(jiān)測。設(shè)計(jì)完備的雜散電流監(jiān)測系統(tǒng)對雜散電流的大小進(jìn)行監(jiān)視、測量，為運(yùn)營維護(hù)提供依據(jù)。2.雜散電流的防護(hù)措施20%

（1）降低鋼軌對地電位。牽引供電系統(tǒng)采用雙邊供電方式。正常運(yùn)行時采用雙邊供電方式，事故狀態(tài)（一座牽引變電所解列）時也應(yīng)采用大雙邊供電方式。因?yàn)殡p邊供電比單邊供電有更多優(yōu)點(diǎn)，降低鋼軌對地電位就是其中之一，無論是軌道中平均電壓損失還是最大電壓損失，雙邊供電都為單邊供電的1/4～1/3，即雙邊供電軌道對地電位為單邊供電時的1/4～1/3，在線