供电系统的认识

任务5　供电系统的认识

【活动场景】在城市轨道交通变电所、接触网各设备现场教学，或利用多媒体展示城市轨道交通变电所、接触网系统情况。

【任务要求】掌握城市轨道交通供电系统概况，及变电所、接触网相关知识。

【知识准备】

1　地铁供电系统概况

地铁供电电源取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变换，然后以适当的电压等级供给地铁各类用电设备。

供电系统采用110 kV/35 kV两级电压集中供电方式，经AC35 kV环网电缆与车站变电所环串成供电网络。AC35 kV经变电所牵引部分降压、整流后为牵引列车提供1 500 V直流电源，经降压部分降压后为全线动力提供400 V交流电源，如图2．23所示。

图2．23　地铁系统电能的传输

以某地铁线路为例，全线共设牵引降压混合变电所9座，其中正线设8座牵引降压混合变电所，车辆段1座牵引降压混合变电所。正线牵引降压混合变电所全部设置于地下车站的站台层，车辆段牵引降压混合变电所设置于地面；设置降压变电所9座，跟随式降压变电所8座，区间跟随式降压变电所1座，如图2．24和图2．25所示。

正线线路采用刚性架空接触网，车辆段、停车场采用架空柔性接触网。

图2．24　地铁供电系统构成

图2．25　某地铁线路供电系统示意图

2　地铁供电系统的特点

地铁是一个重要的用电部门，地铁供电系统不同于一般工业和民用的供电，城市轨道交通变电所的电源进线应来自城市电网的多个区域变电所，当一路电源失电时，其他路电源可自动投入，使城市轨道交通变电所仍能不间断地获取电源。

城市轨道交通的外部电源方案根据线网规划和城市电网进行规划设计，可采用集中式供电、分散式供电和混合式供电方式。

（1）集中供电方式

城市电网对城市轨道交通的主变电所供电经主变电所降压后，再对牵引变电所和降压变电所供电，这种供电方式称为集中供电方式。

（2）分散供电方式

分散供电方式是指城市轨道交通线路不设主变电站，由城市电网的35 kV或10 kV电源直接向沿线设置的牵引、降压变电所供电并形成环网。采用这种方式的供电环境必须是城市电网比较发达，附近有符合可靠性要求的供电设施，如110 kV变电站等。

（3）混合供电方式

同一条轨道交通线路，其沿线供电条件不同，如一部分采用集中供电，一部分采用分散供电，则这条线路的供电方式就称为混合供电方式。

3　变电所设置及其运行方式

地铁供电电源取自城市电网，通过城市电网一次电力系统和地铁供电系统实现输送或变电。

（1）主变电所

主变电所内设两台主变压器，正常运行时两台主变压器分列运行，共同负担全站的负荷，35 kV分段断路器断开，设置分段自投装置。当其中一台主变停电时，另一台主变能承担该站全部的牵引负荷和动力、照明负荷的一、二类负荷。

（2）降压变电所

降压变电所、跟随式降压变电所均设两台动力变压器，分别负责向该变电所及区间内的动力、照明负荷供电，正常运行时两台动力变压器分别运行同时供电，当任一台动力变压器因故障退出运行时，通过联络开关由另一台动力变压器负担全所一、二级动力、照明负荷。

（3）牵引变电所

牵引变电所从主变电所获得电能，经过降压和整流变成电动列车牵引所需要的1 500 V直流电，同时，降压为400 V交流电供给动力负荷。

牵引变电所一次侧采用备用电源自投的单母线接线，直流侧采用单母线接线。牵引整流机组的数量和容量根据近、远期计算负荷比较确定，并在其中一座牵引变电所退出运行时，相邻的两座牵引变电所应能分担其供电分区的牵引负荷。

牵引变电所按其所需容量设置两组牵引整流机组并列运行。当其中一套牵引整流机组因故退出运行时，另一套牵引整流机组在具备运行条件时不应退出运行。

4　供电负荷分级

地铁供电不同于一般的工业和民用供电，对系统供电的可靠性要求极高，因此根据负荷性质及重要程度不同，地铁的供电负荷分为一、二、三级。

（1）一级负荷

自变电所两段母线各引一路电源至设备附近，两路电源在线路末端可自动切换。当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证所带负荷的全部用电需要。

（2）二级负荷

正常时从降压变电所、环控电控室、照明配电室馈出单回供电线路至设备末端配电箱。当一台变压器退出运行时，降压变电所的0．4 kV母联开关自动闭合，对应此变压器的二级负荷由另一台变压器供电。

（3）三级负荷

正常时由一路引自三级负荷母线的电源供电，当一台变压器退出运行时，应将三级负荷从电网中切除。

各种设备的供电负荷分级如表2．2所示。

表2．2　供电负荷分级

5　接触网系统介绍

西安地铁二号线接触网系统需满足列车最高运行速度80 km/h的运行要求。正线线路采用刚性架空接触网，车辆段采用架空柔性接触网。地下段接触网采用架空“∏”型刚性垂直悬挂，如图2．26所示，接触线无张力，架空地线最大张力为12 KN。地面段及停车场接触网采用架空柔性悬挂，在架空柔性悬挂和刚性悬挂衔接处设置刚柔过渡设施。

接触网采用直接供电方式，额定电压DC1 500 V，最高工作电压DC1 800 V，最低工作电压DC1 000 V。正线接触网总截面满足持续载流量3 000 A的需要。

6　接触网供电方式

牵引变电所向接触网供电方式有两种，即单边供电和双边供电。城市轨道交通接触网（或接触轨）在每个牵引变电所附近由电分段进行电气隔离，分成两个供电分区，每个供电分区也称为一个供电臂，若列车只从所在供电臂上的一个牵引变电所获得电能，这种供电方式称为单边供电。若一个供电臂同时从相邻两个牵引变电所获得电能，则称为双边供电。

图2．26　刚性接触网

车辆段内采用单边供电方式，正线采用双边供电方式。正线任一牵引变电所故障时，其相邻牵引变电所应采用越区供电方式，负担起该区段的全部牵引负荷，此负荷应满足远期高峰小时负荷。

牵引变电所的数量及其在线路上的位置，应满足在事故情况下越区或单边供电时接触网的电压水平。在任何运行方式下，接触网最高电压不得高于1 800 V，高峰小时负荷时，全线任一点的电压不得低于1 000 V。

如图2．27所示，正常运行时，列车从B牵引变电所和C牵引变电所以双边供电方式获得电能，越区隔离开关QS2断开。当B牵引变电所因故障退出运行时，合上越区隔离开关QS2，通过越区隔离开关由A牵引变电所和C牵引变电所进行大双边供电。正线上任何牵引变电所故障退出运行时，均由相邻牵引变电所越区供电。在越区供电方式下，供电末端的接触网（或接触轨）电压较低，电能损耗较大，因此，视情况要适当减少同时处在该供电区段的列车数目。所以，越区供电只是在不得已的情况下，短时采用的一种运行方式。

图2．27　接触网供电方式

7　接触网主要技术参数

接触网直流工作电压为1 000～1 800 V。

地下段架空刚性悬挂接触线导高为4 040 mm，车辆段为4 800 mm，停车列检库、洗车库内接触线悬挂点高度根据车辆段工艺要求确定，导高为5 300 mm。

地下段架空刚性接触网按一个正弦波布置，最大拉出值为200 mm，有效地减少了受电弓的磨耗。

【任务实施】

以西安地铁为例对西安地铁供电系统进行概括总结：

二号线首通段设有行政中心、会展中心两座主变电站，将110 kV降压为35 kV后，通过环网电缆向牵引降压混合变电所和降压变电所供电。供电控制模式为中央级和站级控制模式。

二号线首通段设有9座牵引降压混合变电所，分别为：渭河车辆段、北客站、运动公园、凤城五路、大明宫西、安远门、永宁门、小寨、会展中心变电所，将35 kV交流电降压整流为1 500 V直流电供给接触网，并将35 kV电压降压为380 V/220 V交流电供动力、照明系统设备使用。

二号线首通段设有9座降压变电所，分别为：北苑、行政中心、市图书馆、龙首原、北大街、钟楼、南稍门、体育场、纬一街降压所。将35 kV交流电降压为380 V/220 V交流电供动力、照明用电系统使用，并在行政中心、会展中心两个主变电所内各设一套所用降压变电设备，供主变电所动力、照明系统使用。

二号线首通段设有10座跟随式变电所，分别为：渭河车辆段（3）、北客站（2）、行政中心（1）、北大街（2）、小寨（1）、会展中心（1）跟随所，其将35 kV电压降压为380 V/220 V交流电供动力、照明系统设备使用。

牵引供电方式采用接触网供电，正线采用刚性架空接触网，车辆段接触网采用柔性架空接触网。

接触网导线距轨面的标准距离：隧道内4 040 mm；隧道外正线和试车线4 800 mm；渭河车辆段悬挂点最大高度为5 300 mm；接触网与车辆装载货物的距离不少于200 mm。

【效果评价】

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