城市軌道交通供電系統(tǒng)-變配電系統(tǒng)

4.3供電方式目錄CONTENTS03變配電系統(tǒng)供電方式城市軌道交通的規(guī)劃呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化的格局，供電方式的選擇不應(yīng)局限在單--的線路上，應(yīng)結(jié)合城市軌道交通規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)及城市電網(wǎng)的現(xiàn)狀進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，選擇合適的供電方式，供電系統(tǒng)按區(qū)域可分為集中供電、分散供電和混合供電3種方式，按照電壓等級(jí)可分為二級(jí)電壓供電和三級(jí)電壓供電兩種方式。我國城市軌道交通供電系統(tǒng)的受電方式有集中式和分散式受電。如北京的地鐵10kV變電站為分散式受電方式，其他大都為集中式受電方式。國外也有分散式和集中分散混合的供電方式。供電方式常用外部電源的供電方式有：集中供電、分散供電及混合供電。1）集中供電方式：由發(fā)電廠或區(qū)域變電站向主變電所供電，經(jīng)主變電所降壓后，分別以不同的電壓等級(jí)對牽引變電所和降壓變電所供電的方式。2）分散供電方式：不設(shè)主變電所，由城市電網(wǎng)中的區(qū)域變電所直接對牽引變電所和降壓變電所供電的方式。我國城市軌道交通供配電系統(tǒng)多采用集中供電方式。（2）供電方式供電方式集中供電：供電方式分散供電：供電方式3）混合供電方式：混合供電方式是前兩種方式的結(jié)合，以集中供電方式為主，個(gè)別地段就近引人城市電網(wǎng)電源作為集中供電方式的補(bǔ)充。此種供電方式不利于城市軌道交通廣電系統(tǒng)的管理。當(dāng)城市軌道交通線路很長、穿越城市中心及郊區(qū)時(shí)，可考慮混合供電方式。（2）供電方式供電方式供電方式城市軌道交通有多種降壓模式。三級(jí)降壓供電模式（上海的一、二、三號(hào)線等）：110KV——35KV——10KV——380V二級(jí)降壓供電模式（上海的九號(hào)線等）：110KV——35KV——380V二級(jí)電壓供電模式因其供電質(zhì)量、可靠性、損耗等指標(biāo)比三級(jí)電壓供電模式有顯著提高，所以二級(jí)電壓供電模式將成為城市軌道交通降壓供電的主要模式。（3）降壓供電模式4.4城市軌道交通供配電系統(tǒng)的組成變配電系統(tǒng)城市軌道交通供電系統(tǒng)的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)和城市軌道交通供配電系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)輸送或變換，最后以適當(dāng)?shù)碾妷旱燃?jí)和一定的電流形式（直流或交流）供給給電動(dòng)列車及各類用電設(shè)備。（4）城市軌道交通供配電系統(tǒng)的組成變配電系統(tǒng)其中牽引供電系統(tǒng)和動(dòng)力照明系統(tǒng)屬于城市軌道交通內(nèi)部供電系統(tǒng)，框架圖如圖4-6所示。（4）城市軌道交通供配電系統(tǒng)的組成變配電系統(tǒng)城市軌道交通內(nèi)部供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)動(dòng)力照明系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所降壓變電所動(dòng)力照明配電系統(tǒng)電動(dòng)車輛車站內(nèi)的動(dòng)力、照明、通信、信號(hào)、防災(zāi)裝置等用電負(fù)荷，區(qū)間內(nèi)的用電負(fù)荷及車輛段、系統(tǒng)控制中心等的用電負(fù)荷。供電系統(tǒng)組成及供電范圍框架圖變配電系統(tǒng)軌道交通供電不同于一般工業(yè)和民用供電，根據(jù)其重要性應(yīng)規(guī)定為一級(jí)負(fù)荷，一級(jí)負(fù)荷規(guī)定應(yīng)由兩路獨(dú)立的電源供電，當(dāng)任何一路電源發(fā)生故障中斷供電時(shí)，另一路能保證軌道交通一級(jí)重要負(fù)荷的全部用電需要，地鐵變電所的電源進(jìn)線應(yīng)來自城市電網(wǎng)的兩個(gè)區(qū)域變電所，當(dāng)一路電源失電時(shí)，另一路電源自動(dòng)投人，使地鐵變電所能不間斷地獲得三相交流電，滿足地鐵正常運(yùn)營的用電要求。在軌道交通供電系統(tǒng)中，根據(jù)用電性質(zhì)的不同可分為兩部分，既由牽引變電所為主組成的牽引供電系統(tǒng)和以降壓變電所為主組成的動(dòng)力照明供電系統(tǒng)。

（4）城市軌道交通供配電系統(tǒng)的組成變配電系統(tǒng)城市軌道交通供配電系統(tǒng)4.5牽引供電系統(tǒng)變配電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)的組成部分：牽引變電站、饋電線、接觸網(wǎng)（或接觸軌）、軌道電路、回流線、電分段。一般將饋電線、接觸網(wǎng)（或接觸軌）、軌道電路、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)由牽引變電站和牽引網(wǎng)所組成。變配電系統(tǒng)接觸網(wǎng)按其結(jié)構(gòu)可分為架空式和接觸軌式，按其懸掛方式又可分為柔性（彈性）接觸網(wǎng)和剛性接觸網(wǎng)。習(xí)慣上，由于接觸軌式是沿線路鋪設(shè)的與軌道平行的附加軌，故又稱第三軌；而采用架空方式時(shí)，才稱為“接觸網(wǎng)”。變配電系統(tǒng)4.6動(dòng)力照明系統(tǒng)動(dòng)力照明供電系統(tǒng)為車站空調(diào)、自動(dòng)扶梯和通信信號(hào)等設(shè)備供電，系統(tǒng)主要由降壓變電所、照明系統(tǒng)和低壓配電系統(tǒng)組成。（1）降壓變電所降壓變電所將三相電源進(jìn)線電壓降為三相380V交流電。一般每個(gè)車站均應(yīng)設(shè)降壓變電所，地下車站負(fù)荷較大，常設(shè)于站臺(tái)兩端；負(fù)荷較小的車站可以幾個(gè)站合設(shè)一個(gè)。降壓變電所可附設(shè)在某個(gè)牽引變電所之中，構(gòu)成牽引與降壓混合變電所。（2）照明系統(tǒng)車站照明系統(tǒng)采用380V三相五線制和220V單相三線制的方式供電。系統(tǒng)范圍大致包括：站臺(tái)層、站廳層公共區(qū)的一般照明、節(jié)電照明（包括站名牌標(biāo)示照明）、事故照明（包括疏散誘導(dǎo)指示照明）、廣告照明和設(shè)備及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。根據(jù)各場所照明負(fù)荷的重要性，照明負(fù)荷可分為三個(gè)等級(jí):節(jié)電照明、事故照明、疏散誘導(dǎo)指示照明為一級(jí)負(fù)荷；一般照明及各類指示牌為二級(jí)負(fù)荷；廣告照明為三級(jí)負(fù)荷。車站照明系統(tǒng)可分為就地級(jí)控制、照明配電室集中控制和站控室集中控制三級(jí)控制。（3）低壓配電系統(tǒng)車站低壓配電系統(tǒng)采用380V三相五線制和220V單相三線制的方式供電，系統(tǒng)范圍大致包括：站臺(tái)層、站廳層和設(shè)備管理用房的環(huán)控、排水、消防、電梯、自動(dòng)扶梯、自動(dòng)售檢票及通信、信號(hào)、站控室等系統(tǒng)動(dòng)力設(shè)備的供配電；車站環(huán)控室所供配電設(shè)備的電控控制。（3）低壓配電系統(tǒng)根據(jù)用電設(shè)備的用途和重要性，車站用電負(fù)荷分為以下三個(gè)等級(jí)。?一級(jí)負(fù)荷：包括通信系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、火災(zāi)報(bào)警系統(tǒng)、氣體滅火系統(tǒng)、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、屏蔽門、消防泵、廢水泵、雨水泵、防淹門、站控室、事故風(fēng)機(jī)及其風(fēng)閥等。?二級(jí)負(fù)荷：包括非事故風(fēng)機(jī)及風(fēng)閥、污水泵、集水泵、自動(dòng)扶梯、工作人員電梯、輪椅牽引機(jī)、自動(dòng)售檢票設(shè)備、民用通信電源、維修電源及冷水機(jī)組油加熱器等。?三級(jí)負(fù)荷：包括冷水機(jī)組、冷凍水泵、冷卻水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、電開水器、清掃電源等。4.7主變電站主變電所（簡稱主變）變電所就是供電系統(tǒng)中對電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場所。城市軌道交通供電系統(tǒng)中的變電所根據(jù)功能的不同，可以分為3類：變電所，牽引變電所，降壓變電所。1.主變電所功能與類型城市軌道交通供電系統(tǒng)按一類負(fù)荷設(shè)計(jì)，每條軌道線路設(shè)置兩個(gè)或兩個(gè)以上主變電所，每個(gè)主變電所平時(shí)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。主變電所從發(fā)電廠或城市電網(wǎng)區(qū)域變電所獲得高壓（如110kV）電源，經(jīng)降壓形成35（33）kV或10kV以中壓環(huán)網(wǎng)形式向布置在沿線的牽引變電所、降壓變電所輸送電能。地面型主變電所每個(gè)主變電所的主變?nèi)萘吭O(shè)計(jì)滿足最大高峰小時(shí)負(fù)荷的要求，并滿足當(dāng)一個(gè)主變電所發(fā)生故障（不含中壓母線故障）時(shí)，另一個(gè)主變電所能承擔(dān)全線牽引負(fù)荷及全線動(dòng)力I、II級(jí)負(fù)荷的供電要求。電纜載流量也滿足最大高峰小時(shí)負(fù)荷的要求，同時(shí)當(dāng)主變電所正常運(yùn)行、環(huán)網(wǎng)中一條電纜故障時(shí)，能保證地鐵正常運(yùn)行。按照電氣主接線的不同，目前城軌交通供電系統(tǒng)中的主變電所有兩種類型：內(nèi)橋接線主變電所和線路變壓器組接線主變電所。某線路-變壓器組接線的主變壓所主接線圖某內(nèi)橋接線的主變電所電氣主接線圖2.主變電所主要電氣設(shè)備（1）主變壓器主變電所使用的主變壓器為三相油浸電力變壓器,帶有載調(diào)壓開關(guān)和自動(dòng)調(diào)壓裝置，主變壓器下方設(shè)置儲(chǔ)油設(shè)施。（2）開關(guān)柜主變電所使用的開關(guān)柜主要有高壓（110kV）開關(guān)柜和中壓（35kV或者10kV）交流開關(guān)柜。①110kV開關(guān)柜110kV開關(guān)柜是戶內(nèi)安裝的GIS組合電器。GIS的中文全稱是六氟化硫氣體絕緣金屬全封閉組合電器，一般采用SF6斷路器、液壓操動(dòng)機(jī)構(gòu)。除母線為三相共箱式外，其余均為三相分箱式。②中壓開關(guān)柜中壓開關(guān)柜也采用GIS,均為三相分箱式,采用真空斷路器。開關(guān)柜的操動(dòng)機(jī)構(gòu)為彈簧儲(chǔ)能式或液壓彈簧式,采用三工位隔離開關(guān)和接地刀閘。（3）接地電阻作為主變壓器二次側(cè)中性點(diǎn)接地電阻，放置在專門房間。（4）控制室設(shè)備主要包括控制屏、信號(hào)屏、交直流屏，以及按照要求安裝在控制室內(nèi)的計(jì)量屏和保護(hù)屏。（5）自用電變壓器作為所內(nèi)用電電源,多為干式變壓器，單獨(dú)房間安裝。4.8牽引變電站牽引變電站（簡稱牽引變）牽引變電所是供電系統(tǒng)的核心，其主要功能是將交流電能轉(zhuǎn)換為直流電能，并將直流牽引電能提供給電動(dòng)列車。目前國內(nèi)各城市軌道交通工程主要采用房屋式牽引變電所。房屋式牽引變電所一般與車站合建，其建筑結(jié)構(gòu)是車站建筑結(jié)構(gòu)的一部分。同時(shí)國家大力倡導(dǎo)建設(shè)現(xiàn)代有軌電車等中小型城市軌道交通工程，此類工程房建專業(yè)一般在車站只設(shè)置簡易站臺(tái)，而不單獨(dú)設(shè)置建筑房屋。為了滿足現(xiàn)代有軌電車相關(guān)設(shè)計(jì)要求，各類箱式牽引變電所逐步設(shè)計(jì)投產(chǎn)。1.牽引變電所的工作原理每座牽引變電所按其所需容量設(shè)置兩組整流器并列運(yùn)行。位于相鄰兩個(gè)牽引變電所之間的接觸網(wǎng)，為了能安全、可靠地供電，通常在中央處斷開，將牽引變電所之間兩供電臂的接觸網(wǎng)分成相互絕緣的兩部分，每一部分稱為一個(gè)供電分區(qū)。在供電分區(qū)的末端設(shè)置有斷路器和隔離開關(guān)的分區(qū)亭，以便對接觸網(wǎng)起到分?jǐn)嗯c保護(hù)作用，同時(shí)還可以通過分區(qū)亭內(nèi)的開關(guān)設(shè)備，將供電分區(qū)連接起來。任一牽引變電所發(fā)生故障時(shí)，由兩側(cè)相鄰牽引變電所共同承擔(dān)其間的全部牽引用電負(fù)荷。2.牽引變電所的供電方式牽引變電所向牽引網(wǎng)的供電方式，主要按牽引變電所的分布情況、供電臂的長短、線路狀態(tài)之供電可靠性而定。通常有單邊供電和雙邊供電兩種。在相鄰兩個(gè)牽引變電所之間的接觸網(wǎng)，為了能安全、可靠的供電，通常將中央處斷開，將兩個(gè)牽引變電所之間的接觸器分成相互絕緣的兩部分，每一部分稱為一個(gè)供電分區(qū)。每個(gè)供電分區(qū)的接觸網(wǎng)，只從一端的牽引變電所獲取電流，這種供電方式為單邊供電。如將分區(qū)亭開關(guān)閉合，則相鄰牽引變電所間的兩個(gè)同相接觸網(wǎng)供電分區(qū)可同時(shí)從兩個(gè)牽引變電所獲取電流，這種供電方式稱為雙邊供電。3.牽引變電所的設(shè)置牽引變電所的容量和相互之間的距離是由牽引供電技術(shù)決定的，一般設(shè)置在沿線若干車站及車輛段附近,變電所的間隔一般為2~4km。牽引變電所可以設(shè)在地面，也可以設(shè)在地下，一般應(yīng)盡可能設(shè)在地面，因?yàn)榈孛孀冸娝顿Y小，運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行管理方便。牽引變電所可沿軌道交通線路均勻布置，也可與降壓變電所合建于車站站端。均勻布置可減少變電所數(shù)量，饋電質(zhì)量較好，但管理不方便;設(shè)在車站，可與降壓變電所合建，管理比較方便。牽引變電所內(nèi)應(yīng)留有大型設(shè)備的進(jìn)出口和運(yùn)輸通道，同時(shí)考慮通風(fēng)、散熱、防火、防電、防雷擊等要求。牽引變電所的設(shè)置距離應(yīng)保證高峰時(shí)段最大運(yùn)營負(fù)荷的需要，同時(shí)應(yīng)保證系統(tǒng)中任何相隔的兩座變電所發(fā)生故障解車時(shí)，靠其相鄰的變電所的過負(fù)荷能力,仍能保證列車的正常運(yùn)行。4.9降壓變電所城市軌道交通每個(gè)車站都應(yīng)設(shè)降壓變電所，它是保證旅客旅行中有良好秩序和良好環(huán)境的動(dòng)力供應(yīng)中心，主要是將中壓(35kV或10kV)電能降壓成低壓(400V/380V)電能，向車站、區(qū)間、車輛段(停車場)、控制中心所有低壓用電負(fù)荷提供電源。降壓變電所的位置應(yīng)靠近負(fù)荷中心，盡量靠近大負(fù)荷空調(diào)設(shè)施的冷水機(jī)組，以縮短電纜長度和減小電纜截面,降低能耗。降壓變電所有獨(dú)立式、跟隨式、混合式三種類型。在滿足各種用電負(fù)荷要求的情況下，同一個(gè)車站內(nèi)，降壓變電所與牽引變電所應(yīng)合建。車輛段(停車場)降壓變電所應(yīng)盡量與牽引變電所合建。在沒有牽引變電所的車站則單獨(dú)建降壓變電所。如為地面車站，則與地面站務(wù)用房合建。城市軌道交通供電系統(tǒng)降壓變電所設(shè)備主要包括：中壓(35kV或10kV)開關(guān)柜、配電變壓器、低壓(400V)開關(guān)柜、交直流屏、二次設(shè)備等。降壓變電所平面布置圖1.降壓變電所的位置設(shè)置降壓變電所的位置往往受車站建筑規(guī)模和用電負(fù)荷中心制約，具體位置要結(jié)合具體條件以及低壓配電系統(tǒng)自身要求，選擇合理的位置。在有牽引變電所的車站，降壓變電所應(yīng)與牽引變電所合建。降壓變電所的選址首先要滿足動(dòng)力照明設(shè)備的用電要求。不同車站及車輛段、停車場降壓變電所選址原則為:（1）車站降壓變電所和車站主排水泵站盡量分別設(shè)于車站的兩端。在土建條件允許的情況下，降壓變電所盡量靠近負(fù)荷中心。（2）車輛段和停車場根據(jù)車輛段和停車場的工藝布局，降壓變電所設(shè)置在供電范圍內(nèi)的負(fù)荷中心。2.主接線（1）中壓主接線形式①降壓變電所每座降壓變電所引入兩回獨(dú)立的35kV（或10kV）電源，分別為兩段35kV(或10kV)母線供電。根據(jù)供電系統(tǒng)接線，每段35kV(或10kV)母線設(shè)一回或兩回出線，為相鄰的變電所提供電源。35kV(或10kV)側(cè)采用分段單母線接線，設(shè)母線分段開關(guān)。每段35kV(或10kV)母線均設(shè)置一組電壓互感器和一組避雷器，用于母線電壓測量和過電壓防護(hù)。兩臺(tái)配電變壓器通過35kV(或10kV)斷路器分別接于兩段35kV(或10kV)母線上。②跟隨式降壓變電所跟隨式降壓變電所從鄰近的牽引降壓混合變電所或降壓變電所引人兩個(gè)獨(dú)立的35kV(或10kV)電源，采用斷路器或負(fù)荷開關(guān)等接線方式。（2）交流400V/380V配電系統(tǒng)主接線形式400V/380V配電系統(tǒng)根據(jù)負(fù)荷等級(jí)的分類直接向車站、區(qū)間的低壓用戶供電，從負(fù)荷分類來講，一、二級(jí)負(fù)荷占絕大多數(shù)，因此400V/380V配電系統(tǒng)的可靠性要求高。400V/380V配電系統(tǒng)包括進(jìn)線開關(guān)、母聯(lián)斷路器、饋出開關(guān)、三級(jí)負(fù)荷總開關(guān)、無功補(bǔ)償裝置、有源濾波裝置、電流互感器、多功能表等設(shè)備。4.10供電專業(yè)機(jī)構(gòu)設(shè)置◆機(jī)構(gòu)設(shè)置

根據(jù)供電專業(yè)的工作特點(diǎn)，本著設(shè)備物盡其用的原則，二號(hào)線擬與一號(hào)線共用電力試驗(yàn)工班，從事電力設(shè)備的預(yù)防性試驗(yàn)工作；車間加設(shè)生產(chǎn)調(diào)度崗位，組織、協(xié)調(diào)一號(hào)線、二號(hào)線的檢修作業(yè)和搶修工作；車間下設(shè)三個(gè)變電檢修工班和一個(gè)電力監(jiān)控工班，從事供電設(shè)備的維修保養(yǎng)工作。供電車間電力監(jiān)控工班變電檢修一工班變電檢修二工班電力試驗(yàn)工班變電檢修三工班生產(chǎn)調(diào)度◆工作范圍和內(nèi)容名稱工作范圍工作內(nèi)容生產(chǎn)技術(shù)組供電車間負(fù)責(zé)組織編制分部各專業(yè)的維修、運(yùn)行、操作規(guī)程、安全規(guī)程、各專業(yè)的技術(shù)資料收集和管理、建立設(shè)備檔案、編制和上報(bào)下達(dá)設(shè)備維護(hù)、維修、備品備件、材料消耗、指標(biāo)等計(jì)劃、對本車間的儀表儀器的計(jì)量和管理、組織有關(guān)設(shè)備的各種試驗(yàn)、事故分析及預(yù)防方案的編制等生產(chǎn)和技術(shù)性工作，各專業(yè)工程師對口負(fù)責(zé)相應(yīng)工班的生產(chǎn)和技術(shù)管理工作。生產(chǎn)調(diào)度供電車間協(xié)助車間主任完成生產(chǎn)人員組織、調(diào)度，負(fù)責(zé)生產(chǎn)人員的后勤管理、統(tǒng)計(jì)考勤和考核成績，負(fù)責(zé)文件材料收發(fā)、辦公用品等各種耗材的管理電力試驗(yàn)工班一二號(hào)線共用負(fù)責(zé)一號(hào)線、二號(hào)線供電設(shè)備的試驗(yàn)數(shù)據(jù)管理、預(yù)防性試驗(yàn)及備件檢驗(yàn)、工具檢驗(yàn)等工作電力監(jiān)控工班負(fù)責(zé)二號(hào)線電力監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)備的運(yùn)行管理、維修、故障搶修等工作名稱工作范圍工作內(nèi)容變電檢修一工班負(fù)責(zé)武昌風(fēng)井至光谷廣場區(qū)間、變電所、中北路停車場內(nèi)供電設(shè)備運(yùn)行管理、維修、故障搶修等工作；負(fù)責(zé)中南路主變電站的運(yùn)行、維修、搶修及部分日常維護(hù)