01、城市軌道交通供電系統介紹

城市軌道交通供電系統是為城市軌道交通運營提供所需電能的系統，不僅為城市軌道交通電動列車提供牽引用電，而且還為城市軌道交通運營服務的其他設施提供電能，如照明、通風、空調、給排水、通信、信號、防災報警、自動扶梯等，應具備安全可靠、技術先進、功能齊全、調度方便和經濟合理等特點。

在城市軌道交通的運營中，供電一旦中斷，不僅會造成城市軌道交通運輸系統的癱瘓，還會危及乘客生命與財產安全。因此，高度安全可靠而又經濟合理的電力供給是城市軌道交通正常運營的重要保證和前提。

城市軌道交通的用電負荷按其功能不同可分為兩大用電群體。

一是電動客車運行所需要的牽引負荷。

二是車站、 區間、車輛段、控制中心等其他建筑物所需要的動力照明用電，諸如：通風機、空調、自動扶梯、電梯、水泵、照明、AFC系統、FAS、BAS、通信系統、信號系統等。

在上述用電群體中， 有不同電壓等級直流負荷、不同電壓等級交流負荷，有固定負荷、有時刻在變化的運動負荷。每種用電設備都有自己的用電要求和技術標準，而且這種要求和標準又相差甚遠。城市軌道供電系統就是要滿足這些不同用戶對電能的不同需求，以使其發揮各自的功能與作用。

02、城市軌道交通供電系統的組成

城市軌道交通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。

城市軌道交通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。

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，是專為城市軌道交通系統提供能源的樞紐。

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，為車站、隧道動力照明負荷提供電源。

牽引變電所：從主變電所（電源開閉所）獲得電能，經過降壓和整流變成電動列車牽引所需要的直流電。

F1、F2-城市電網發電廠;

B1、B2、B3-城市電網區域變電所;

B4、B5一地鐵牽引變電所;

B6-地鐵降壓變電所。

03、外部電源系統--城市電網

城市軌道交通作為城市電網的一個用戶，一般都直接從城市電網取得電能，無需單獨建設電廠，而城市電網的電能來源于各種發電廠。城市電網對城市軌道交通進行供電，供電結構通常有集中供電、分散供電和混合供電。

（1）集中式供電

在城市軌道交通沿線，根據用電容量和線路長短，建設專用的主變電所。主變電所進線電壓一般為110kV，經降壓后變成35kV或10kV，供給牽引變電所與降壓變電所。主變電所應有兩路獨立的進線電源。集中式供電，有利于城市軌道交通供電形成獨立體系，便于管理和運營。采用集中式供電的有上海、 廣州、南京、香港、德黑蘭地鐵等。

（2）分散式供電

在地鐵沿線直接由城市電網引入多路電源構成供電系統。一般為10kV電壓級。分散式供電要保證每座牽引變電所和降壓變電所均獲得雙路電源，要求城市軌道交通沿線有足夠的電源引入點及備用容量。比如沈陽地鐵、長春輕軌、大連輕軌、北京城鐵、北京八通線、北京地鐵5號線等。

（3）混合式供電

將前兩種供電方式結合起來，一 般以集中式供電為主，個別地段引入城市電網電源作為集中式供電的補充，使供電系統更加完善和可靠。北京地鐵一線和環線、武漢軌道交通工程、青島地鐵南北線程等即為混合式供電方案。

集中式供電的優點：

（1）可靠性高，便于集中統一調度和集中管理。

（2）施工方便，維護容易，電纜敷設徑路比較好走。

（3）抑制諧波的效果較好。為減少諧波對電網的影響和危害，一是采用較高脈波（24脈波）整流機組；二是選用較高電壓（110kV）的電源，因為大容量、高電壓電網的承受能力強，同時國標規定的諧波總畸變率和諧波電壓含有率比小容量、低電壓電網要低得多，而且也有利于今后集中采取高次諧波防治措施。

（4）計費方便、簡單。采用110kV電壓集中供電方式，運行管理單位與電業部門的電度計費在主變電所設總計量就行，不必在各變電所分別計量。

04、城市軌道交通內部供電系統

城市軌道交通內部供電系統主要由動力照明供電系統和牽引供電系統組成。一條軌交線的降壓供電系統有多個降壓變電站，每個車站設1~2座，為車站用戶和負荷供電，包括：通信、信號、車站照明、AFC、FAS、BAS、商業用電等等。牽引供電系統為城軌列車供電，每隔3~5 k m設一個牽引變電站。

（1）動力照明供電系統

動力照明供電系統:提供車站和區間各類照明、扶梯、風機、水泵等動力機械設備電源和通信、信號、自動化等設備電源，由降壓變電所和動力照明配電線路組成。

a. 降壓變電所：將三相電源進線電壓（10kV）降壓為三相380V交流電，提供機電設備如風機、水泵等動力用電，也可稱為動力變電所。

b. 配電所：配電所（室）起電能分配作用，將降壓變電所引入的三相交流380V和單相220V交流電，分別供給動力、照明設備。車站配電所負責車站電能配置，區間配電所負責車站兩側區間動力與照明用電配電。

c. 配電線路:配電所(室)與用電設備之間的連接線路。

（2）牽引供電系統

牽引供電系統：牽引變電所將三相高壓交流電變成適合電動車輛應用的低壓直流電。饋電線再將牽引變電所的直流電送到接觸網上，電動車輛通過其受流器與接觸網的直接接觸而獲得電能。

a. 牽引變電所：對軌道交通某一供電區段提供牽引電能的變電所;

b. 接觸網：分架空線和接觸軌兩種受流方式，對軌道交通列車供電的導線；

e. 饋電線：從牽引變電所向接觸網輸送牽引電能的導線；

d. 軌道電路：利用走行鋼軌作為牽引電流回路；

e. 回流線：供牽引電流從鋼軌返回牽引變電所的導線。

牽引供電系統兩種運行方式：

（1）正常運行：雙邊供電

正線各供電區間，均由相鄰牽引變電所雙邊供電，車輛段內接觸網由車輛段牽引變電所供電，停車場內接觸網由停車場牽引變電所供電。

（2）任一牽引變電所解列時的運行方式-大雙邊供電

當任一 牽引變電所解列（不含線路端頭牽引變電所），由相鄰變電所越區“大雙邊供電。當正線線路端頭的牽引變電所解列，分別由相鄰的牽引變電所單邊供電。

05、供電系統的要求

（1）供電系統必須可靠

城市軌道交通電動列車和車站設備都是為乘客提供服務的設備，在運營過程中，一旦供電中斷，受影響最大的是行車和客運兩個部門。所以城市軌道交通供電系統，必須具有高度的可靠性。為此，各變電站采用兩路進線，并互為備用；電源容量設計時應為發展留有余地；而且應選用先進、可靠的電氣設備，采用模塊化的計算機控制系統，實現實時監控，調度自動化的運行模式；以專人定時巡視檢查為輔助手段。

（2）供電系統必須滿足不同用戶的需求

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沉可分為一級、二級或三級負荷。

按供電對象的重要性，將供電系統分成三級符合：

一級負荷：城市軌道交通電動列車、通信、信號設備、消防設備等用戶，必須確保不間斷供電。為此，必須采取兩路電源供電，當任何一路電源失電后，應自動、迅速切換至另一路電源。

二級負荷：城市軌道交通車站照明、自動扶梯等用戶，應確保連續供電，萬一停電后會影響客運服務質量，但并不影響列車運行安全。設計時，一般采用二路進線電源，再分片分區供給。

三級負荷：城市軌道交通的商業用電、廣告照明等用戶，應確保其正常供電這些用戶并直接不影響客運服務質量，其用電可根據電網負荷情況講行調整。

按用戶負荷變化及用途可作以下分類：

① 負荷變化不大的低壓交直流負荷

此類負荷要求有很高的供電可靠性和良好的供電質量。如變電站控制設備的低壓交直流負荷。

② 負荷變化大的直流供電

它們對供電、供電設備的可靠性要求高，用電量隨客運的高峰低谷變化而變化。如客運列車，它是城市軌道交通供電系統中的最主要負荷，而且是直流負荷。在夜間列車停運時，負荷為零。

③ 負荷變化大的交流供電

車站用戶多為低壓用戶，如車站電梯和自動扶梯、環控設備、照明、售檢票系統、消防報警系統、給排水系統、通信、信號等。這些用戶，在客運時段是用電高峰列車停運時段是用電低谷，而且必須向通信、信號專業設備提供24h不間斷的連續供電。

④ 夜間用電

停車場的車輛維修作業區等夜間用電用戶。白天列車運行的時間段，由于絕大部分的電動列車都在正線運行，因此，列車檢修用電是低谷，反之在夜間客運終止，回庫列車的檢修作業用電是高峰時段。

⑤ 非重要用戶

車站商業等不直接影響運營質量的用戶， 盡管其用電量較大，但這些用戶的列車運營沒有直接關系，我們將這些用戶歸類為非重要用戶。

綜上所述，城市軌道交通供電系統，必須依據不同用電需求區別對待，即重要的一級負荷：二路電源供電，并能自動切換。二級負荷：也是二路電源進線分片分區供給。三級負荷：一路電源供電在供電能力緊張，停止三級負荷供電，只有這樣才能滿足和保障用戶的用電要求，實現城市軌道交通運營的正常進行。

06、城軌供電系統的供電制式

城軌供電系統的供電制式是指供電系統向電動車輛或電力機車供電所采用的方式，主要包括：電流制式、電壓等級和饋電方式。

（1）電流制式

城市軌道交通的牽引供電系統幾乎毫無例外地都采用較低電壓等級的直流電流供電制式。

采用直流制式的原因主要有以下幾點：

1）由于直流制供電無電抗壓降，因而比交流制供電的電壓損失小。

2）電網的供電范圍（距離）、電動車輛的功率都不大，均不需太高的供電電壓。

3）城市軌道交通和地鐵的供電線路都處在城市建筑群之間，供電電壓不宜過高，以確保安全。

4）直流制供電的對象，即早期使用的直流牽引電動機和近期采用的變頻調速異步牽引電動機均具有良好的起動和調速特性，可充分滿足電動車輛牽引特性的要求。

（2）電壓等級

世界各國城市軌道交通的供電電壓均在 550~ 1500V之間，其中間檔級很多，這是由各種不同交通形式、不同發展歷史時期造成的。現國際電工委員會擬定的電壓標準為: 600V、 750V、 1500V三種，后兩種電壓為推薦值。我國國標亦規定為750V和1500V，不推薦600V電壓等級。

（3）饋電方式

牽引網的饋電方式有架空接觸網和接觸軌兩種方式。電壓等級與饋電方式是牽引網供電制式的關鍵點，兩者密切相關。對于一個具體的城市，電壓等級與饋電方式的選擇，應該結合起來，統一考慮。我國牽引網供電制式可以選擇以下四種方式：直流1500V架空接觸網、直流1500V接觸軌、直流750V架空接觸網、直流750V接觸軌。

列車受電普遍采用兩種方式：

1、架空接觸網供電 。這個和高鐵比較相似，地鐵隧道上方架設剛性或彈性裝置、懸掛接觸網，車輛通過受電弓從接觸線中獲取電流，多采用1500伏電壓。

此法安全系數高，但技術含量大，鋪設難度大，費用高昂。廣州、上海等城市的地鐵線路用此法。

2、第三軌供電。簡單地說，就是從地上取電，供電不是列車軌道，而是與軌道平行的第三軌，通常是用較輕的工型鋼。但也有例外（北京地鐵采用60公斤/米的標準工型鋼）。電壓750V。

車輛通過集電裝置與接觸軌接觸取電，接觸軌外設有防護罩保障安全。根據接觸面的位置不同，可分為上部授流、下部授流和側部授流接觸軌。

此法不太安全，但價格低廉，技術含量低，易于鋪設。另外，英國倫敦采用的四軌供電，即在鐵道中央在鋪設一條零線軌，是三軌的變種。

建造較早的地鐵基本上都是三軌供電。例如：北京、天津、莫斯科、平壤、基輔、東京（部分）、大阪（部分）等等。

注：地鐵采用以上哪種供電方式，要考慮城市特點、客流大小、列車編組、美觀需求等各方面因素。

7、電力監控系統SCADA組成及功能介紹

電力監控系統SCADA：保證控制中心對主變電所、牽引變電所、降壓變電所等供電設備運行狀態監視、控制和數據采集。

（1）遙控功能

① 選點式操作，即單控。調度員可根據站名、開關號以及動作狀態進行選擇操作。

② 選站式操作，調度員通過對所控站名、動作狀態的選擇，按系統的運行方式發出指令，進行停送電操作。

③選線式操作，調度員對運行線名、動作狀態進行選擇，實現全線停送電操作。

（2）遙測功能

控制中心對各變電所的量值遙測。遙測的主要參數包括進線、母線、饋線的電壓、電流、有功電度、無功電度、有功功率、無功功率及主變壓器溫度等。

（3）遙信功能

變電所的各種實時信息，包括斷路器開關的位置、保護信號和預告信號，通過通信網絡傳輸到控制中心，并顯示在模擬屏上。

（4）其他功能

自檢功能、顯示功能、數據處理功能、打印功能、漢字功能、口令功能、培訓功能。