1、第二章 城市軌道交通供電系統描述l 第一節 供電系統的組成與功能l 地鐵供電系統是為地鐵運營提供所需電能的系統，它不僅為地鐵電動列車提供牽引用電，而且還為地鐵運營服務的其它設施提供電能，如照明、通風、空調、給排水、通信、信號、防災報警、自動扶梯等。l 地鐵供電系統一般包括外部電源、主變電所（或電源開閉所）、牽引供電系統、動力照明供電系統、電力監控系統。其中，牽引供電系統包括牽引變電所和牽引網，動力照明供電系統包括降壓變電所和動力照明配電系統?；脽羝?6l 地鐵系統是一個重要的用電負荷。按規定應為一級負荷，即應由兩路電源供電， 當任何一路電源發生故障中斷供電時，另一路應能保證地鐵重要負荷的全部用

2、電需要。在地鐵供電系統中牽引用電負荷為一級負荷，而動力照明等用電負荷根據它們的實際情況可分為一級、二級或三級負荷。地鐵外部電源供電方案，可根據實際情況不同分為集中供電方式、分散供電方式和混合供電方式。幻燈片27第二節 變電所的分類l 地鐵供電系統中一般設置三類變電所，即主變電所（分散式供電方式為電源開閉所）、降壓變電所及牽引降壓混合變電所。l 主變電所是指采用集中供電方式時，接受城市電網35kV及以上電壓等級的電源，經其降壓后以中壓供給牽引變電所和降壓變電所的一種地鐵變電所。l 降壓變電所從主變電所（電源開閉所）獲得電能并降壓變成低壓交流電。l幻燈片28l 牽引變電所從主變電所（電源開閉所）獲

3、得電能，經過降壓和整流變成電動列車牽引所需要的直流電。l 主變電所：專為城市軌道交通系統提供能源的樞紐。l 牽引變電所：為列車提供適應的電源。l 降壓變電所（配電變電所）：為車站、隧道動力照明負荷提供電源?；脽羝?9第四節 供電系統主要運行方式l 1 10kV系統運行方式l 1.1 正常運行方式l 變電所10kV母聯開關和開閉所間聯絡開關均處于打開狀態，每座變電所由2回電源供電，兩段10kV母線分列運行。變電所由開閉所按不同的供電分區供電。1.2 其它運行方式1.2.1 故障或檢修運行方式開閉所一回10kV外電源退出時的運行方式時，合上開閉所母聯開關，由另一回10kV外電源向該開閉所供電范圍內

4、所有變電所供電。非開閉所一回10kV進線電源退出運行時，合上該變電所母聯開關，由另一回10kV進線電源向該變電所供電?；脽羝?51.2.2 應急運行方式當一座開閉所的2回外電源均退出運行時，合上開閉所間聯絡開關，由相鄰開閉所支援供電。支援供電時保證不使兩個開閉所電源連通，并且支援范圍不越過退出運行的供電分區?；脽羝?62 DC750V系統運行方式2.1 正常運行方式正極進線開關及其電動隔離開關、饋線開關、上網電動隔離開關、負極電動隔離開關合閘，使正極接觸軌和負極走行軌帶電。備用饋線柜開關及饋線開關旁路電動隔離開關、越區電動隔離開關分閘。相鄰兩變電所構成雙邊供電?；脽羝?7l 2.2 其它運行方

5、式l 方式一：同一牽引變電所內的兩套牽引整流機組，一套退出運行，另一套繼續運行。l 方式二：某一饋線開關退出運行，由備用饋線開關代替其向接觸軌供電。l 方式三：當一個牽引變電所退出運行，其供電區段由相鄰牽引變電所單邊或大雙邊供電?；脽羝?8第三章 所內典型設備簡介第一節 10kV中壓開關柜及保護1、10kV開關柜10kV開關柜主要有環網進出線柜、外電源進出線柜（開閉所）、饋線柜、母聯柜、母聯提升柜、PT柜等組成。10kV開關柜一般有斷路器室、低壓室、電纜室、母線室、柜頂小母線室及線路PT室（主要用于環網進出線柜，用于安裝測量線路電壓的電壓互感器）組成。幻燈片39l 開關柜內各隔離室均采用由開關

6、柜頂部泄壓。在柜體的頂部裝有可翻轉的活門，一側用合頁固定死另一側用塑料螺栓固定。當發生內部燃弧故障時，通過排放熱氣到柜體外部，防止隔室里氣壓過大，消除對操作人員的危害。l 環網進出線柜、外電源進出線柜（開閉所）、饋線柜、母聯柜內主要有斷路器、帶電顯示器、母線、保護單元等組成。主要是帶負荷分斷一次回路。當系統存在故障時，由保護單元發出指令，使其斷開一次回路，減少故障對設備危害及事故的發生?；脽羝?0l 成套10kV開關柜一般將母線安裝在斷路器柜內，電纜室內線纜設計為下進上出，母聯提升柜主要用于對成排開關柜母線提升用，一般不對其進行操作，柜內沒有斷路器，不能帶負荷分斷，因此它與母聯柜之間存在連鎖關

7、系。l PT柜內主要有電壓互感器、帶電顯示器、母線等組成，主要用于測量10kV系統的母線電壓，將電壓量經電壓測量回路將得到的電量傳給保護單元?；脽羝?1l 為了安全和便于操作，開關柜不同元件之間設有必要的聯鎖裝置：l 只有當斷路器小車處于斷開位置時，才能操作接地開關。l 只有當斷路器處于“分閘”狀態，接地開關斷開，高壓室門關閉的情況下，斷路器小車才可能移動。l 只有在斷路器“分閘”狀態，才能將斷路器小車推入至工作位或試驗位。l 防止斷路器合閘位置時抽出手車。l 在斷路器手車搖入、搖出的過程中，斷路器將一直鎖定在分閘狀態。幻燈片42l 只有在接地開關閉合時，才能打開電纜室的前門。l 只有在手車鎖

8、定在隔離位置時，才能夠閉合接地開關。l 只有在電纜室前門就位的情況下，才能分開接地開關。l 只有在手車鎖定在隔離位置時，才能夠打開高壓室前門。l 斷路器手車前部面板上設有緊急機械分閘按鈕，并可使用掛鎖鎖定。2、10kV開關柜保護配置見下表：幻燈片43幻燈片44第二節 DC750V開關柜l 直流開關柜與地之間安裝絕緣板，柜體的固定采用絕緣螺栓，保證安裝后絕緣電阻值在500V時不小于2M。直流開關柜包括進線柜、饋線柜（含備用柜、制動電阻饋線柜）、負極柜，且均為戶內安裝。幻燈片45l 1 進線柜l 進線柜在直流牽引供電系統中也稱為正極柜（或總閘柜），在整流柜和直流母線之間起隔離作用，是安裝于整流器正

9、極與750V正極母線間的開關設備；柜內主要有分流器、變速器、電動隔離開關、微機保護單元、直流快速斷路器等設備構成。l 2 饋線柜l 饋線柜安裝于正極母線與接觸網上網點之間，其內配置正極母線，直流快速斷路器手車，及相關控制保護單元?；脽羝?6l 3 電阻柜l 電阻柜主要安裝于正極母線與再生制動設備之間，其內主要元器件與饋線柜一樣。l 4 負極柜負極柜安裝于750V負極母線與鋼軌之間，柜內裝有兩臺電動隔離開關，牽引變電所內的低阻抗框架泄漏保護裝置裝于負極柜內。框架泄漏保護由一個電流元件和一個電壓元件組成，當電壓元件動作時，只聯跳本站10kV機組斷路器、750V進線直流斷路器、饋線斷路器共8個開關，

10、不聯跳鄰站；而當電流元件啟動時，聯跳本站10kV機組斷路器、750V進線直流斷路器、饋線斷路器，并且聯跳鄰站對應饋線斷路器共12個開關。幻燈片47l 5 邊柜l 邊柜內設有中央控制單元，用于上網隔離開關的監控，以及采集直流開關柜中保護裝置的所有信息并上傳。柜體設有用于控制上網隔離開關的按鈕、指示燈、遠方/就地轉換開關，以及用于雙邊聯跳繼電器，并提供足夠的端子排用于采集和控制直流開關柜整個系統的各種信號。l 6 鋼軌電位限制裝置l 在直流牽引系統中，由于操作電流和短路電流的存在，可能會引起回流回路和大地間產生超出安全許可的接觸電壓。這時，就需要在回流回路與大地間裝配一套鋼軌電位限制裝置，以限制走

11、行軌的電位，避免超出安全許可的接觸電壓的發生?；脽羝?8當發生超出安全許可的接觸電壓時，鋼軌電位限制器就將鋼軌與大地短接，從而保證人員和設施的安全。鋼軌電位限制裝置一般與750V框架保護配合使用，機車啟動及運行時，可能引起軌地之間的電位升高，此時鋼軌電位限制裝置和框架保護單元的電壓檢測元件均啟動，但由于直流系統的正常運行情況，框架保護不動作，故應是框架保護電壓檢測元件的動作時間整定值比鋼軌電位限制裝置的動作整定值長?；脽羝?9第三節 低壓0.4kV開關柜l 1 系統運行方式l 1.1 正常運行模式l 正常工作時，兩路10kV電源經配電變壓器降壓后，分別向兩段400V母線供電，400V母線為單母

12、線分段運行，并承擔車站及區間動力照明的全部用電負荷。幻燈片50l 1.2 非正常運行模式l 當一路電源失壓時，延時跳閘，自動/手動切除兩段母線上的三級負荷，母聯開關合閘，由另一路進線承擔全站所有的一、二級負荷；當失壓電源恢復供電后，斷開母聯開關，母線分段運行，返回正常運行模式。l 1.3 火災運行模式l 當發生火災時， FAS系統發出指令，由設于斷路器處的分勵脫扣器切除火災區域內全部非消防電源。當FAS系統確認災情處理完畢后，發出解除指令，由人工恢復火災區域的正常供電?；脽羝?1l 2 開關柜描述l 0.4kV開關柜有進線柜、饋線柜、母聯柜、電容柜組成。l 進線柜、母聯柜內主要有抽出式斷路器構

13、成，斷路器有三個明顯的位置：連接位置、試驗位置、分離位置，各個位置有明顯的文字符號標識。饋線柜內一般采用塑殼斷路器，開關柜面板上設置測量表計，測量饋出回路各種電量。電容柜內的主要作用時補償供電系統的補償無功功率，提高功率因數，降低功率損耗和電能損耗等。幻燈片52第四節 再生制動裝置l 制動能量消耗裝置由制動控制柜和制動電阻柜構成，采用多相不重IGBT斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，當車輛再生電制動且制動能量不能被其它車輛或用電設備消耗時，制動能量消耗裝置消耗該部分的能量，根據吸收功率的大小及直流母線電壓的變化狀況自動調節斬波器的導通比，從而改變吸收功率，通過對網壓進行恒壓閉環控制，維持線網

14、電壓恒定。當車輛處于啟動、加速、惰行、停站或線網無車輛運行時，裝置不投入工作。幻燈片53l 當處于再生制動狀況的列車回饋出去的電流不能完全被其他車輛和本車的用電設備所吸收時，能量消耗裝置立即投入工作，吸收掉多余的回饋電流，使車輛再生電流持續穩定，最大限度的發揮電制動功能。幻燈片54第五節 整流機組及配電變壓器l 1 整流機組l 單臺變壓器為六相十二脈波整流變壓器，兩臺變壓器并聯運行構成等效二十四脈波整流變壓器。每個牽引變電所內并聯運行的兩臺整流變壓器一次側繞組分別移相7.5和7.5，并能實現互換，使任何兩臺同容量整流變壓器二次側電壓相角差15，通過整流器獲得24脈波整流?；脽羝?5為了構成24

15、脈波整流的兩臺變壓器具有互換性，整流精度更高，每臺整流變壓器的二次繞組有一個星形繞組和一個三角形繞組，分別向兩個三相整流橋供電。因為整流變壓器二次側星形繞組和三角形繞組相對應的線電壓相位錯開30，于是可以得到12脈波整流電路。每個牽引變電所內并聯運行的兩臺牽引變壓器，聯結組別為Dd0y11和Dd2y1，當供給兩臺12脈波整流器的整流變壓器高壓網側并聯的繞組分別采用7.5外延三角形聯接時，可使兩臺整流變壓器閥側輸出電壓的相角差為15通過整流器獲得等效24脈波直流。如下圖所示：幻燈片56幻燈片57l 聯鎖l 防止誤入帶電間隔及誤操作的發生裝置。變壓器門體設電磁鎖與變壓器10kV斷路器閉鎖。每個門上

16、裝一套，保證當10kV斷路器分閘后，對應變壓器門才可以打開，變壓器門打開的情況下，10kV斷路器不能合閘?；脽羝?8l 分接開關（分接片）l 整流變壓器采用無勵磁調壓，原邊分接抽頭的分接范圍：22.5%。l幻燈片59l 2 整流器l 單臺整流器由二個三相6脈波全波整流橋組成，其中一個整流橋接至整流變壓器二次側Y型繞組，另一個整流橋接至整流變壓器二次側D型繞組。兩個整流橋并聯連接構成十二脈波整流。在每座牽引變電所內兩套整流機組并聯運行構成等效二十四脈波整流。幻燈片60幻燈片61l 3 配電變壓器l 北京地鐵15號線采用SCB10系列澆注式樹脂絕緣干式電力變壓器：l 電壓等級為10kV/0.4kV

17、；l 調壓范圍：22.5%；l 絕緣電阻為：l 高壓線圈低壓線圈 500M；l 高壓線圈地 500M；l 低壓線圈地 400M?；脽羝?2l 系統運行方式l 正常運行方式：l 兩臺配電變壓器分列運行，向整個車站及相鄰半個區間的一、二、三級低壓負荷供電。l 其他運行方式：l 當一臺配電變壓器因故障退出運行時，切除三級負荷，AC 0.4kV母聯自投，由另一臺配電變壓器向全站及相鄰半個區間的一、二級低壓負荷供電。l 聯鎖l 變壓器門體設電磁鎖與變壓器10kV斷路器閉鎖。保證當10kV斷路器分閘后，對應變壓器門才可以打開，變壓器門打開的情況下，10kV斷路器不能合閘。幻燈片63第六節 變電所交直流電源

18、裝置變電所內交直流屏由交流輸入配電部分、整流部分、降壓部分、直流輸出饋電部分、監控部分以及絕緣監測部分組成。主要對變電所內設備的控制系統、信號系統、繼電保護、自動裝置、智能測量裝置提供AC220V或DC220V操作電源，北京地鐵15號線變電所內交直流屏分為A型屏和B型屏兩種。A型交流屏主要用于區間變電所、車輛段變電所、停車場變電所。交流屏本體所需的輔助電源為交流，取自本交流屏。B型電源屏主要用于正線各車站。B型電源屏柜體為1面，由交流配電、直流配電及監控裝置組成，直流電源有站內電源整合專業提供，經過B型電源屏直流配電系統給所內設備供電?；脽羝?4A型交直流屏原理圖幻燈片65B型屏交流配電部分工

19、作原理框圖幻燈片66B型直流輸出饋電部分工作原理框圖幻燈片67第七節 雜散電流監測及防護系統l 1 雜散電流產生原因l 機車所需電流由牽引變電所提供，通過接觸網/軌向機車送電，并利用走行軌把牽引電流返回牽引變電所。由于鋼軌很難做到完全對地絕緣，所以牽引電流并非全部由鋼軌流回牽引變電所，而是有一部分通過鋼軌與大地之間的絕緣不良點流經大地流向大地低電位處，再由大地流回鋼軌并返回牽引變電所，從而形成沒有任何規律的雜散電流。如下圖所示，I1和I2分別為一個供電區間兩個牽引變電所向機車提供的電流，I3和I4分別為通過走行軌向兩個牽引變電所回流的電流，I5和I6分別為泄漏到地下的雜散電流。幻燈片68幻燈片

20、69l 2 雜散電流的危害l 引起地鐵附近建筑物結構鋼筋、金屬管線腐蝕。l 使某些地鐵設備無法正常工作。雜散電流若流入電氣接地裝置，將引起過高的接地電位，使某些設備無法正常工作，甚至會危及人身安全。l 給地鐵的安全運營帶來不利影響。若走行軌局部或整體對地的絕緣變差，則對大地的泄漏電流增大，地下雜散電流增大，會使鋼軌電位發生變化，進而引起鋼軌與框架之間的電位差發生變化，可能引起牽引變電所的框架保護動作l 危及地鐵乘客的安全。幻燈片70l 3 排流柜l 排流柜安裝于牽引變電所內，一端接負極柜內的直流負母排，另一端接隧道結構鋼筋（或高架橋梁結構鋼筋）、整體道床結構鋼筋、牽引變電所的地母排。使結構鋼筋中的雜散電流單方向回流到牽引變電所內的負極柜，防止雜散電流對結構鋼筋的腐蝕。幻燈片71l 4 單向導通裝置l 在地鐵軌道系統中，車輛段需要設置絕緣接頭，其目的是為了盡量減小雜散電流并縮小雜散電流影響的范圍，從而減小雜散電流對結構鋼筋的腐蝕。而在采用絕緣接頭的鋼軌