轨道交通概论一

城市轨道交通供电系统概述与分析

摘要：随着城市轨道交通的快速发展，供电系统在其中得到了广泛应用，成为轨道交通的重要组成部分，它不但为列车提供牵引动力，而且还为地铁运营的辅助设施，如照明、通风、空调、排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等提供电力。轨道交通供电系统已逐步实现监控自动化、远程化，运行管理智能化，性能检测及故障诊断现代化。本文对城市轨道交通供电系统的组成及应用特点进行浅析，并对轨道交通供电系统进行了详细分析，说明了城市轨道交通供电系统的应用特殊性。

关键词：轨道交通 供电系统 1.轨道交通供电系统的发展与现状

电力牵引用于轨道交通已有100多年的历史，随着经济和科学技术的不断发展，用于轨道交通的电力牵引方式有许多不同的制式出现。这里所说的制式是指供电系统向电动车辆或电力机车供电所采用的电流和电压制式。

地铁供电系统的电压等级一般为交流中压10~35kV之间，通过牵引变电所变压整流，经牵引网供给电动车辆的电压为直流750V或1500V，通过降压变电所将交流中压变为低压380V/220V供给地铁车站、区间的动力照明和其他需要低压电源的通信、信号及各种自动化设备。所有这些，都需要地铁有一个结构完善、功能齐全、安全可靠、调度方便的供电系统供电，使地铁的所有电气设备各自发挥自己的功能，同时又与其他系统相互兼容，使每个系统都能正常发挥自己的作用，保证地铁安全、快捷地运送旅客。

我国自1969年建成北京第一条地下铁道之后，相继已有上海、广州等城市的轨道交通投入商业运营。其中北京和天津地铁采用DC750V第三轨馈电。上海、广州、南京、深圳和大连采用DC1500V接触网馈电。苏州、杭州、武汉和青岛采用DC750V第三轨馈电。 2.轨道交通供电系统应具备的功能 2.1全方位的服务功能

地铁供电系统是为地铁安全运营服务的，保证地铁的所有电气用户安全、可靠地用电是它的职责。

2.2故障自救功能

系统的安全性、可靠性是供电系统首先要考虑的重要因素，无论供电系统如何构成，采用什么样的设备，安全、可靠地供电总是第一位的。 2.3系统的自我保护功能

系统应有完善、协调的保护措施，供电系统的各级继电保护应相互配合和协调，当系统发生故障时，应当只切除故障部分的设备，从而使故障范围缩小。 2.4防止误操作的功能

系统中任何一个环节的操作都应有相应的联锁条件，不允许因误操作而导致发生故障。

2.5方便灵活的调度功能

系统应能在控制中心进行集中控制、监视和测量，并应能根据运行需要，方便灵活的进行调度，变更运行方式，分配负荷潮流，使系统的运行更加经济合理。 2.6完善的控制、显示和计量功能

系统应能进行就地和远程控制，并可以方便地进行操作转换，系统各环节的运行状态应有明确的显示，使运行人员一目了然。 2.7电磁兼容功能

按照国际电工委员会（IEC）对电磁兼容（EMC）的定义“设备或系统在其电磁环境中能正常工作且不对该环境中任何事物构成不能承受的电磁骚扰的能力”，其中“任何事物”可以是设备、装置、系统，也可以是有生命或无生命的物体。 3.轨道交通供电系统的构成与分类

城市轨道交通供电系统主要由降压供电系统和牵引供电系统组成。

根据供电功能的不同，对于集中式供电，城市轨道交通供电系统可分为以下及几部分：外部电源、主变电所、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控系统。对于分散式供电，城市轨道交通供电系统则可分成以下几部分：外部电源、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控系统。牵引供电系统，又可分成牵引变电所与牵引网系统。动力照明配电系统，又可分为降压变电所与动力照明。

按供电对象的重要性，又将供电系统分成一级，二级和三级负荷。其中一级负荷包括防灾报警、事故照明、通信信号等必须确保不间断供电；为此，必须采取两路电源供电，当任何一路电源失电后，应自动、迅速切换至另一路电源。而其他用电设备，例如电梯、一般照明、普通风机、排污水泵等则属于二级、三级负荷。 4.轨道交通变配电系统

变电站是变配电系统的核心，在供电系统中占有十分重要的地位。在城市轨道交通供电系统中，变电站有5种类型：主变电站、牵引变电站、中心降压变电站、降压变电站、混合变电站 主变电站，将城市电网提供的110kv三相交流电压，降压至35kv；然后配送到城市轨道交通沿线的各个牵引变电站和中心降压变电站。所以主变承担着城市轨道交通所有用户的供电，一旦主变因故失电，将直接影响一、二级负荷的供电。所以要求主变的供电必须可靠，为此主变设有两路以上的进线电源。

牵引变电站，为电动列车提供直流牵引电源，而进行降压、整流的场所。由于主变电站输出的是35kv交流电，为此需将此高压交流电降压、整流变换成适合电动列车使用的直流电源。

中心降压站，除电动列车的牵引电源外，其他设备和设施所需的电源均由其提供。中心降压站从主变站引入两路电源，经动力变压器将电压降至10kv后，再以两路电源配送到各个降压变电站。中心降压站的输入和输出电路，都采用互为备用的冗余两路设计，以确保供电的可靠。

降压变电站，从中心降压站输出的10kv电源，并不能直接提供给城市轨道交通系统内的设备

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使用，还必须进一步降压，经降压后再输出到不同的供电用户。

混合变电站就是将牵引变电站和降压变电站合建在一起的变电站。 5.轨道交通电力监控与保护系统

城市轨道交通电力监控系统主要是对城市轨道交通全线各类变配电所、接触网等电力设备运行情况进行分层分布远程实时监视和控制，处理供变配电系统的各自异常事故及报警事件，保障系统的正常运行。系统通过通信专业提供的通信通道与车站变电所综合自动化系统进行信息交换；变电所综合自动化系统通过所内通信网与所内各类现场测控装置互联，形成现场、车站和主控中心的多层应用体系。在系统整体网络结构中，控制中心主备监控系统和站级监控系统是数据采集、处理、分析与系统实时控制的关键节点和使用节点，而现场测控设备是整个监控的接口设备。

电力监控系统由主站监控系统、子站监控系统和通信传输系统构成。其中主站监控系统设在控制中心，子站监控系统设在各个变电站，传输系统将主站和子站联系起来。电力监控系统具备遥控、遥测、遥信、遥调、遥视等特点。

电力保护系统是当电力系统出现异常状态时发出信号、减负荷或跳闸的一种自动装置。其保护原理是当短路故障时利用电流、电压、温度等出现变化，构成相应的保护，通过断路器将故障原件能自动地、有选择地、快速地切除。常用的电力保护有电流保护（例如瞬时电流速断、限时电流速断、过负荷保护等）、电压保护（包括欠压保护、过电压保护）、变压器温度保护、重合闸、整流器内部保护、断路器防跳保护等。 6.接触网

接触网是沿轨道交通线路安装的向电力机车供电的特殊形式输电线路,它是城市轨道交通所特有的向电力机车或电动车组提供电能且无备用的供电设备。 6.1接触网的分类及特点

接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网。架空式接触网用于城市地面或地下、铁路干线、工矿的电力牵引线路。接触轨式接触网一般用于净空受限的地下电力牵引。我国在地铁轨道系统中，架空式和接触轨式均有采用，北京地铁采用的是接触轨式接触网，上海和广州均采用了架空式接触网。

6.2接触网系统的设计应遵循以下原则:

1)应具备安全、可靠的性能,满足列车最高行驶速度的运营要求。 2)应持续地向列车提供电能,且具有良好的弓网关系。

3)应满足车辆在地下隧道、地面及高架区段的运行要求,保证在气候环境条件下正常运行。 4)安装形式应满足地下隧道、高架桥梁等空间的要求。

5)接触网设备及零部件应具有耐腐蚀性好、寿命长、少维修的特点。 6)接触网设备及零部件在满足技术要求的前提下,应采用国产设备。

7)接触网设备除与机车车辆有相互作用的设备外,在任何情况下不得侵入设备限界,确保安全。 8)应充分考虑城市的景观协调。

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城市轨道交通线路无论采用架空接触网还是接触轨,应从城市规划、景观布局、城市轨道交通技术状况、安全防护、经济投资、运营方式以及线路特征等方面进行综合考虑,选择适合城市轨道交通线路的接触网形式。 7.结论与展望

目前城市轨道交通问题的供电问题经过长时间的建设与经营，已经基本解决了可靠性的问题。目前突出的问题是怎样根据城市轨道交通网络的总体规划和建设进度，对城市轨道交通网络的供电系统做网络化规划，打破既有线路供电系统各自为政的局面，充分利用轨道交通供电网现有和建设中的资源，以从系统的角度降低重复建设的成本，使城市轨道交通更加健康有序的发展。

参考文献：

1.郑瞳炽 张明锐 《城市轨道交通牵引供电系统》，中国铁道出版社，2009 2.宋奇吼 李学武 张云太 《城市轨道交通供电》，中国铁道出版社，2009 3.刁新宏 李明华 《城市轨道交通概论》，中国铁道出版社，2010 4.徐安 陶生桂 《城市轨道交通电力牵引》，中国铁道出版社，2003

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