城市軌道交通專業技能培訓教材

變配電設備管理與維護

中鐵通軌道運營有限公司

編著

溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司運營分公司

中國鐵道出版社有限公司

年北京

2022·

內容簡介

本書為城市軌道交通專業技能培訓教材系列圖書之一全書共分為章內容包括市

“”。5,

域鐵路變配電系統概述市域鐵路牽引變電系統基礎知識市域鐵路變配電系統運行維護與

、、、

試驗市域鐵路變配電系統安全操作與故障處理變配電專業常用儀器儀表使用等方面旨在

、、,

使員工掌握基本安全知識及安全操作技能

。

本書可供城市軌道交通領域管理與維護相關的從業人員以及軌道交通職業院校的師生

,

使用與參考

。

圖書在版編目CIP數據

()

變配電設備管理與維護中鐵通軌道運營有限公司溫州市鐵路與軌道交通投資

/,

集團有限公司運營分公司編著北京中國鐵道出版社有限公司

—:,

城市軌道交通專業技能培訓教.材2022.9

ISBN978-7-113-29040-5

變中溫變電所電氣設備設備管理技術培訓教材

………

變Ⅰ.電①所電氣設Ⅱ.備①電力系②統運行技Ⅲ.術①培訓教材----

②----Ⅳ.①TM63

中國版本圖書館數據核字第號

CIP(2022)058799

書名:變配電設備管理與維護

作者:中鐵通軌道運營有限公司

溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司運營分公司

策劃編輯:徐艷黎琳王淳

責任編輯:馮海燕編輯部電話:

(010)51873017

封面設計:尚明龍

責任校對:苗丹

責任印制:樊啟鵬

出版發行:中國鐵道出版社有限公司北京市西城區右安門西街號

(100054,8)

網址:

印刷:三河市興達印務有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

202291202291

開本:印張:字數:千

787mm×1092mm1/166.25114

書號:

ISBN978-7-113-29040-5

定價:元

32.00

版權所有侵權必究

凡購買鐵道版圖書如有印制質量問題請與本社讀者服務部聯系調換電話

,,。:(010)51873174

打擊盜版舉報電話

:(010)63549461

“城市軌道交通專業技能培訓教材”

編委會

主任朱三平

顧問金林張向豐

副主任馬向東潘俊武楊迎卯王式磊金韶華

尚利濤閔永超

委員閆瑞鵬程鴻博薛可寵蔡端陽諶述超

尹勇馬冬木邱連俊王小樂

《變配電設備管理與維護》編審人員

主編尚利濤蔡端陽

副主編梁輝景雷雷張騰馬冬木

參編喬湮文王偉鋒張威周一民陳繼淵

主審潘俊武

參審閔永超張春旭劉帥剛

我國城市軌道交通發展迅速,截至年月日,全國(不含港澳臺)共有

20211231

個城市開通運營城市軌道交通,運營里程達。隨著運營里程的快速

509206.8km

增加,城市軌道交通管理與維護人員的需求也不斷增大。同時,城市軌道交通設備

設施比較龐雜,且不同城市的軌道交通設備制式、廠家不盡相同,設備管理與維護過

程中修程修制也有較大出入,因此在城市軌道交通設施設備日常管理與維護中,確

立相對統一的管理與維護人員專業技能培訓內容至關重要。

為實現企業專業技能培訓科學合理化,全面提升技能隊伍整體管理與維護水

平,促進作業規范化、標準化,降低設備運行中的故障率,確保安全運行,中鐵通軌道

運營有限公司會同溫州市鐵路與軌道交通投資集團有限公司運營分公司組織相關

人員編制了“城市軌道交通專業技能培訓教材”系列圖書。本套書共冊,本書為

13

套書之一。

本套書從基礎知識、運行維護、安全操作、故障判別與處理等方面闡述了城市軌

道交通個專業的管理和維護要求,并且對相關專業管理和維護過程中常見的故

12

障進行原因分析,對高頻次故障的預防及處理進行梳理。套書力求在以下方面有所

突破:

一是力求崗位理論知識覆蓋全面。教材根據崗位的基礎知識和技能要求,內容

覆蓋了實際工作中需掌握的專業知識點,將理論內容結合崗位需求針對性講解。按

照連接性和擴展性要求對知識點進行必要的細化和展開,使相關的技能和知識點連

成線、織成片;注重各專業間有機銜接,補充必需的基礎性、輔助性知識和技能,形成

Ⅰ

變配電設備管理與維護

??????????????????

較為完整的知識體系。

二是力求適用性廣泛。教材內容以溫州線市域(郊)鐵路運營實踐為主,同

S1

時結合國內其他城市軌道交通設備使用情況和借鑒先進管理經驗,保證在行業內具

有較好的適用性。

三是力求指導性突出。作為崗位人才培養的基礎教材,在介紹理論知識基礎

上,同時介紹崗位工作接口、日常生產任務、生產技能等要求,以適應崗位的工作

要求。

本套書編寫過程中汲取了相關市域(郊)鐵路管理和維護單位的實踐經驗,結合

現行國家和行業標準,緊密聯系城市軌道交通的工作實際,內容深入淺出,文字力求

通俗易懂。本套書既可作為市域(郊)鐵路運營與管理企業員工專業技能培訓教材,

也可供軌道交通職業院校的師生以及行業管理人員使用與參考。

本分冊為《變配電設備管理與維護》,全書共分為章,內容包括市域鐵路變配

5

電系統概述、市域鐵路牽引變電系統基礎知識、市域鐵路變配電系統運行、維護與試

驗、市域鐵路變配電系統安全操作與故障處理、變配電專業常用儀器儀表使用等方

面,旨在使員工掌握基本安全知識及安全操作技能。

需要說明的是,本書內闡述的主要設備案例及應用場景均來源于溫州市域鐵路

線。由于城市軌道交通發展日新月異,各個城市使用的設備品牌、工藝、技術等

S1

均有所不同,加之編制人員專業技能與實踐經驗存在一定局限性,書中難免存在錯

漏之處,敬請讀者批評指正,以便及時修訂和完善。

編者

年月

20227

Ⅱ

第1章市域鐵路變配電系統概述…………

1

第2章市域鐵路牽引變電系統基礎知識…………………

2

牽引變電系統………………………

2.12

環網電力系統基礎知識…………

2.210

系統基礎知識……………

2.3SCADA12

第3章市域鐵路變配電系統運行、維護與試驗…………

17

變配電系統運行…………………

3.117

變配電系統維護…………………

3.220

變配電系統試驗…………………

3.331

第4章市域鐵路變配電系統安全操作與故障處理………

45

變配電專業安全操作規定………

4.145

變配電系統故障處理……………

4.257

第5章變配電專業常用儀器儀表使用……………………

71

萬用表的使用……………………

5.171

兆歐表的使用……………………

5.272

接地電阻測試儀的使用…………

5.374

鉗形電流表的使用………………

5.475

Ⅰ

變配電設備管理與維護

??????????????????

紅外熱成像測溫儀的使用………

5.577

紫外線成像儀的使用……………

5.687

Ⅱ

軌道交通變配電系統是城市軌道交通的重要組成部分交流牽引供電相比直流牽引供

,

電電壓高電能傳輸能力強系統結構簡單具備明顯的優勢鐵路變配電系統按照其功能

、、,。

不同可以分為牽引供電系統和電力供電系統其中牽引供電系統是指向電力機車或者

,。,

動車組進行供電的系統主要由牽引變電所和牽引網構成電力供電系統是為車站及沿線

,;

區間等非牽引負荷進行供電的系統

。

市域鐵路供電系統由牽引供電系統和電力環網系統組成進線系統采用單母線帶母

。

聯接線方式牽引變壓器互為備用電力變壓器可分列運行電力可采用環網供電方式變

,,。,

壓器低壓側引入開關柜進入母線饋出至環網環網進入車站綜合變電所再環出至下

,Ⅰ、Ⅱ

一站綜合變電所

。

牽引系統可采用直供回流供電方式牽引變壓器采用不等邊變壓器低壓側分

+,Scott,

別引出座進入牽引母線座進入同相供電裝置經匹配變壓器升壓至

M(27.5kV),T(6kV)

后進入牽引母線最后經牽引母線饋出至接觸網座與座間電壓相位角為

27.5kV,。MT

經過同相裝置后座和座的電壓相等相位角相同另外同相供電裝置還能有效

90°,,MT,。,

過濾牽引負荷產生的諧波以及補償電客車產生的無功消耗提高系統功率因數及電網電能

,

質量

。

1

2.1牽引變電系統

2.1.1牽引變電系統組成

牽引變電系統是將電能從地方供電系統通過變電所傳送給電力機車裝置的總稱它主

,

要由牽引變電所和接觸網兩大部分組成市域鐵路的供電系統為牽引變電所將地方輸電

。

線路電壓降到經饋電線將電能送至接觸網接觸網沿鐵路上空架設電力機車升

27.5kV,;,

弓后便可從其取得電能用以牽引列車

,。

牽引供電回路是由牽引變電所饋電線接觸網電力機車鋼軌回流連接牽

——————(

引變電所接地網組成的閉合回路其中流通的電流稱牽引電流閉合或斷開牽引供電回路

),,

會產生強烈的電弧處理不當會造成嚴重的后果通常將接觸網鋼軌回路包括大地饋

,。、()、

電線和回流線統稱為牽引網

。

2.1.2牽引變電系統供電方式

由于工頻單相交流的牽引網是一種不對稱供電回路勢必在其周圍空間產生電

25kV,

磁場從而對鄰近的通信和廣播設備產生噪聲干擾解決這一問題的途徑有兩個一是在通

,,:

信方面采取加強屏蔽的措施或將受影響的通信設備遷離影響范圍二是在供電方面采取

,;

抑制干擾的措施隨著牽引網所采取的抑制干擾措施的不同出現了直接供電方式以鋼

。,(

軌與大地為回流直供加回流供電方式供電方式供電方式等如圖所示

)、、BT、AT,2.1。

直接供電方式

(a)帶回流線的直接供電方式

(b)

圖

2.1

2

第2章市域鐵路牽引變電系統基礎知識

???????????????????

供電方式

(c)AT

圖牽引變電系統供電方式

2.1

2.1.3牽引變電系統主要設備

牽引變電系統的一次設備由以下部分組成牽引變壓器斷路器隔離開關電壓互感

:、、、

器電流互感器母線避雷器接地裝置開關柜同相供電裝置等

、、、、、、。

二次設備又稱低壓設備由測量儀表監視表計控制開關保護裝置自動裝置繼電

,、、、、、

器信號設備及控制信號電纜等組成安裝于交流盤直流盤控制盤保護盤計量盤中

、、。、、、、、

央信號盤及室外一些設備上

。

牽引變電所變壓器

1.

牽引變壓器是牽引變電所內的核心設備擔負著將牽引系統供給的三相電源變換成適

,

合電力機車使用的的單相電如圖所示由于牽引負荷具有極度不穩定短

27.5kV,2.2。、

路故障多諧波含量大等特點運行環境比一般電力負荷惡劣的多因此要求牽引變壓器過

、,,

負荷和抗短路沖擊的能力要強這也是牽引變壓器區別于一般電力變壓器的特點

,。

圖牽引變壓器

2.2

3

變配電設備管理與維護

??????????????????

斷路器

2.

斷路器是牽引變電所內最為重要的電氣設備之一其工作最為繁重地位最為關鍵結

,,,

構最為復雜它依靠本身所具有的強大的滅弧能力不但可以帶負荷切斷各種電氣設備和

。,

牽引網線路更可與保護裝置配合快速可靠切斷各種短路故障

,,、。

牽引變電所目前應用最多的有六氟化硫斷路器和真空斷路器兩種如圖圖所

,2.3、2.4

示斷路器的區別主要在于所用的滅弧介質不同六氟化硫斷路器使用六氟化硫氣

。,(SF6)

體作為溶溫和滅弧介質真空斷路器則使用真空作為絕緣和滅弧介質由于滅弧介質不同

,,,

斷路器的結構自然有所差別斷路器的主要結構為四部分導流部分滅弧部分絕緣部

。:;;

分操作機構部分

;。

圖斷路器圖真空斷路器

2.3SF62.4

隔離開關

3.

隔離開關顧名思義就是一種在需要時將電氣設備線路與電源隔離開來的開關設備

,、。

具有明顯可見的距離足夠的斷口它不帶滅弧裝置不能開合負荷電流和短路電流具體

、,,、,

作用如下

:

將需要停電的設備線路與電源可靠隔離以保證檢修工作的安全

(1)、,。

改變供電方式如進線互投牽引側高壓母線的分段運行或并聯運行等

(2),110kV、。

開合小電流電路如電壓互感器避雷器及小容量的空載變壓器等

(3)、、。

隔離開關按使用地點不同有戶內式和戶外式兩種其區別在于戶外式隔離開關可適

,,

應各種惡劣的氣候條件按操作方式不同有電動和手動兩種盡管隔離開關的類別多種

;,。

多樣但其基本組成和結構都是一樣的都由主刀閘支柱絕緣子底座連桿和操作機構等

,,、、、

部分組成如圖所示

,2.5。

4

第2章市域鐵路牽引變電系統基礎知識

???????????????????

圖隔離開關

2.5

互感器

4.

牽引變電所內僅有變壓器開關等變配電設備是遠遠不能滿足安全可靠高效供電等

、、、

要求的還需要用二次設備將其有效地監控保護起來因此需要一種變換裝置將主設備

,、。,

中的電氣參數傳遞給二次設備如儀表繼電器等這種將高電壓大電流變換成低電壓小

,、,、、

電流的設備就是互感器變換電壓的設備叫電壓互感器圖變換電流的設備叫電流互

,(2.6),

感器圖互感器的作用如下

(2.7)。:

圖電壓互感器

2.6

5

變配電設備管理與維護

??????????????????

將高電壓大電流變換成低電壓小電流以供儀表繼電器等二次設備使用

(1)、、,、。

將高電壓與低電壓可靠地隔離開來以保障二次設備及人身的安全

(2),。

將電壓互感器二次輸出電壓統一規定為電流互感器二次輸出電流統一規定

(3)100V,

為便于設備設計和制造的標準化并降低生產成本牽引變電所等級一般為

5A(1A),,,

級

1.5。

圖電流互感器

2.7

電壓互感器電流互感器的常用接線方式如圖圖所示

、2.8、2.9。

一臺單相電壓互感器的接線兩臺單相電壓互感器接線

(a)(b)V-V

三相三柱式電壓互感器的接線三相五柱式電壓互感器的接線三臺單相三繞組電壓互感器的接線

(c)(d)(e)

圖電壓互感器的常用接線方式

2.8

6

第2章市域鐵路牽引變電系統基礎知識

???????????????????

單相接線形接線差接線

(a)(b)V(c)

形接線形接線零序接線

(d)Y(e)△(f)

圖電流互感器的常用接線方式

2.9

避雷器

5.

避雷器是保護電氣設備免受雷電過電壓危害的設備通常接于帶電導線與大地之間

,,

與被保護設備并聯當過電壓達到規定值時避雷器立即放電限制過電壓幅值保護設備

。,,,

絕緣電壓值正常后避雷器又迅速恢復原狀以保證系統正常供電

;,,。

避雷器主要有碳化硅閥式避雷器和金屬氧化物避雷器又稱氧化鋅避雷器兩種類型

()。

氧化鋅避雷器又分瓷絕緣外套式和復合外套式如圖圖所示在保護性能上

,2.10、2.11。,

氧化鋅避雷器優于碳化硅閥式避雷器

。

圖瓷外套避雷器圖復合外套避雷器

2.102.11

接地裝置

6.

電氣設備裝置必須接地的部分與大地作良好連接稱為接地埋入地中并直接與大

(),。

7

變配電設備管理與維護

??????????????????

地接觸的金屬導體稱為接地體接地體為網狀時稱為接地網電氣設備裝置的接點與

,;,。()

接地體間的金屬連接導線稱為接地線接地體或接地網和接地線總稱為接地裝置

,。()。

按接地的目的電氣設備的接地可分為工作接地和保護接地如圖所示

,,2.12。

工作接地是為了保證電力系統正常運行所需要的接地如中性點直接接地系統中的變

,

壓器中性點接地避雷針避雷器的接地

,、。

保護接地也稱安全接地是為了人身安全而設置的接地如電氣設備的外殼包括電纜

,,(

護套接地

)。

圖保護接地與工作接地

2.12

接地裝置的接地電阻越小越好但由于地理條件施工條件的限制接地電阻不可能達

,、,

到無限小因此接地電阻只要不超過允許的最大值即可滿足工程的需要

,,。

牽引變電所接地裝置的接地電阻一年中任何季節不得超過此值可計入架空避

,0.5Ω,

雷線接地的作用在高土壤電阻率地區做到上述值在技術經濟上極不合理時允許提高

。,、,

到但應滿足一定的要求

5Ω,。

獨立的避雷針宜設獨立的接地裝置在非高土壤電阻率地區其接地電阻不宜大于

。,

在高土壤電阻率地區做到上述值有困難時允許采用較高的電阻值并可與主接

10Ω。,,,

地網連接但從避雷針與主接地網的地下連接點沿接地體的長度不得小于且避

。,15m,

雷針至保護設施的空氣中距離和地中距離還應符合防止避雷針對被保護設備反擊的

,

要求

。

母線

7.

在變電所中各級電壓配電裝置間各種電器之間的連接以及變壓器等電氣設備與相應

、

配電裝置之間的連接大多數采用矩形或圓形截面的裸導線或絞線這些導線或絞線統稱

,,

為母線母線的作用是匯總分配和傳送電能

。、。

8

第2章市域鐵路牽引變電系統基礎知識

???????????????????

牽引供電系統的各類保護

8.

在牽引供電系統中常因設備絕緣不良外物浸入帶電體等發生相間或對地短路故障

,,,

短路故障會產生強大的短路電流并可能燃起劇烈的電弧將故障設備燒損短路電流通過

,,;

非故障設備時由于發熱和電動力的作用也會使這些設備損壞或縮短其壽命短路時電壓

,,;

會大幅度降低電力機車無法運行最為嚴重的后果是短路故障會破壞電力系統的穩定性

,,,

造成大面積停電甚至整個系統的癱瘓此外供電設備運行中還會出現過負荷過熱斷線

。,、、

等不正常狀態須引起運行人員的注意及時采取措施消除所有這些短路的故障或不正

,,。

常狀態都需要一種自動裝置予以正確判別并作用于斷路器跳閘以切除故障或發出報警

,,

信號提示值班人員注意這種自動裝置就是繼電保護裝置它是由各種繼電器及電子元件

。,

按一定要求組合而成的為提高牽引供電系統的可靠性和供電質量牽引變電所除裝設有

。,

完善的繼電保護裝置外還設有備用主變及電源自動投入裝置重合閘裝置和接觸網故障

,、

探測裝置等自動裝置

。

饋線保護

(1)

接觸網是專供電力機車負荷的供電線路它與一般三相交流供電線路相比較有許多

,,

不同的特點單相機車負荷通過移動接觸直接從網上取流包含有較大的諧波分量回路

:;,;

阻抗大在系統最小運行方式下供電臂末端短路時短路電流在數值上可能與最大負荷電

;,

流相差不多運行條件惡劣故障率較大且無備用等為此要求牽引變電所饋線保護應具有

;,。,

高度的可靠性和靈敏度根據以上特點變電所饋線設置了以阻抗距離保護為主保護電流

。,(),

速斷為輔助保護故障后斷路器自動一次重合閘和故障點自動標定裝置的綜合保護措施

,。

故障測距裝置

(2)

故障測距裝置可以在帶電狀態下隨時自動測量接觸網的永久性或瞬時性故障點的

位置和故障電流目前直接供電和區段故障探測儀采用測量接觸網線路電抗的原

。BT

理構成測量值不受短路點過渡電弧電阻的影響而在區段是采用吸上電流比

,()。AT

原理制成的它是把故障點兩側的吸上電流之和作為基準值求與這個基準電流

,AT,

的比值稱為吸上電流比進而利用其到故障點的距離呈線性關系這一點將故障點

(),,

的位置標示出來

。

牽引變壓器保護

(3)

牽引變壓器是電力牽引供電系統的核心設備也是變電所內最為貴重的設備因此根

,,

據故障特點對其設置了完備復雜的保護主變的故障一般分為內部故障和外部故障前者

。,

指的是變壓器油箱內所發生的故障如線圈間的多相短路線圈的層間或區間短路單相接

,,,

地短路以及鐵芯燒損等后者指的是油箱以外的如套管及引出線的故障等變壓器的不

;,。

正常工作狀態主要是指由于外部短路或過負荷引起的過電流和溫升超過允許的數值以及

,

9

變配電設備管理與維護

??????????????????

油面的降低等對于主變的各種故障及不正常工作狀態裝設有下列保護裝置瓦斯保護

。,:,

差動保護過電流保護及過負荷保護零序電流保護

,,。

牽引變電所二次回路及直流電源裝置

9.

二次回路對牽引變電所的安全可靠運行發揮著極為關鍵的作用其運行環境即工作電

,

源對二次設備的運行可靠性至關重要例如工作電源不穩定將會導致開關設備失去控

。,

制繼電保護不能正常工作無法切除故障而燒壞電氣設備和供電線路從而釀成嚴重事故

,,,

和災難性的后果因此要求二次回路的工作電源是穩定的常備的和不受外界影響的獨

。,、

立電源顯然交流電源因易受供電系統和負荷的干擾無法擔此重任目前牽引變電所

。,。,

二次回路均使用以蓄電池組為核心的直流供電系統

。

整流充電機將交流電源變換成直流電在向直流設備供電的同時向蓄電池組進行浮

,

充當直流負荷較大直流母線電壓降低時蓄電池組內直流負荷補充供電維護正常的供

,,,,

電電壓當交流電源停電失壓時蓄電池組代替整流裝置向直流負荷供電維護二次回路的

;,,

正常工作

。

同相供電裝置

10.

同相供電裝置是指為電力機車提供電能的各供電區間具有相同電壓相別的牽引供電

裝置