第6章　城市轨道交通系统包括哪些系统的构成——供电与牵引 第6章　城市轨道交通系统包括哪些系统的构成——供电与牵引 【学习目标】【教学建议】 【理论知识】【实踐操作】【评价跟进】 【学习目标】 1.能掌握城市轨道交通系统包括哪些供电系统的组成2.能说出直流牵引变电所的核心设备——整流装置嘚工作原理。3.能掌握电力牵引的制式、电力车辆牵引供电系统的组成4.了解城市轨道交通系统包括哪些常用的电力电子器件。 【教学建议】 1.教学场地：在教室和牵引供电模拟实训室中进行课后可实地参观。2.设备要求：至少具有接触网或接触轨及操作模拟演示软件1套仿真受电弓、受电靴等教具1套。3.课时要求：共6课时其中课堂讲授4课时，模拟操作2课时 【理论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 1.供电系统概述城市轨道交通系统包括哪些供电系统是由电力系统经高压输电网、主变电所降压、配电网络和牵引变电所降压、换流（转换為直流电）等环节，向城市轨道快速交通线路运行的动车组输送电力的全部供电系统 2.供电系统的组成城市轨道交通系统包括哪些的供电系统通常包括两大部分，即外部供电系统和牵引供电系统 【理论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 供电系统示意图 【理论知識】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 2.供电系统的组成城市轨道交通系统包括哪些供电系统一般包括四个子系统：高压供电源系统；牽引供电系统；动力照明供电系统；电力监控系统。 供电系统划分示意图 【理论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 3.高压供电源系统的组成(1)发电厂　发电厂将其他形式的能源转换为电能1)火电厂。2)水电厂3)核电厂。 (2)电力网和电网电压　电力网简称电网由输电线路、配电线路和变电所组成。(3)变电所　变电所除具有变换电压的作用外还具有集中电能、分配电能、控制电能以及调整电压的作用。1)枢纽變电所2)地区变电所。3)用户变电所(4)一次供电网络　一次供电网络是指直接向牵引变电所供电的地区变电所(或发电厂)及高压输电线路。 4.牵引供电系统的组成 【理论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 (1)牵引变电所　牵引变电所的作用是降压并将三相电源转换成两个單相电源，然后通过馈电线分别供电给牵引变电所两侧的接触网1)桥接线方式。 图6-1　牵引变电所的引入线方式 【理论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 2)双T接线方式3)单母线分段方式。 (2)牵引网　牵引网是由馈电线、接触网、钢轨和回流线组成的双导线供电系统 【悝论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 图6-6　外部供电方式——环形供电 5.内外部供电系统联结方式(1)环形供电　环形供电即电力系統将牵引变电所联成环形网。 【理论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 图6-7　外部供电方式——双侧供电 (2)双侧供电　双侧供电即電源来自电力系统的两个地区变电所给铁路供电的输电线是联络这两个地区变电所的线路。 【理论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 图6-8　外部供电方式——单侧供电 (3)单侧供电　单侧供电即由一个地区变电所给数个牵引变电所供电 【理论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 图6-9　外部供电方式——放射式供电 (4)放射式供电　当各牵引变电所离开电源差不多等距并且比单侧供电更经济时，可采用放射供电方式(见图6-9) 【理论知识】 6.1　城市轨道交通系统包括哪些供电系统 【理论知识】 6.2　城市轨道交通系统包括哪些电力牵引系统 图6-10　城市轨道交通系统包括哪些电力牵引结构图 1.城市轨道交通系统包括哪些电力牵引概念 以电力系统城市电网的电力为动力源，在车辆上将電能转换为机械能从而牵引列车组在轨道上运行的一种城市交通牵引动力形式。 【理论知识】 6.2　城市轨道交通系统包括哪些电力牵引系統 2.城市轨道交通系统包括哪些电力牵引系统的构成及功能 （1）城市轨道交通系统包括哪些电力牵引系统的构成 城市轨道交通系统包括哪些電力牵引系统主要是由牵引供电系统和电动列车牵引控制装置两大部分组成 1）牵引供电系统。是由牵引变电所和牵引网组成的向列车提供电力的系统牵引变电所包括：主降压变电站、直流牵引变电所。牵引网包括：馈电线、接触网（接触轨）、走行轨道、回流线 2）电動列车牵引控制装置。 电动列车的牵引控制装置是由牵引电器和列车电路构成的牵引电器包括：受流器、牵引电机、传动控制装置、其怹牵引电力电子转换控制系统。列车电路包括：主电路、辅助电路、控制电路 【理论知识】 6.2　城市轨道交通系统包括哪些电力牵引系统 牽引变电所 接触轨与受电器连接三种方式 馈电线 【理论知识】 6.2　城市轨道交通系统包括哪些电力牵引系统 受电弓结构示意图 受电靴结构示意图 【理论知识】 6.2　城市轨道交通系统包括哪些电力牵引系统 直线牵引电机在列车上的应用 3.电力牵引的技术特性 (1)电力牵引的优点1)电力牵引為非自给式牵引动力。2)电力牵引的

[摘 要]国家政府的重视与技术资本嘚雄厚为城轨交通的发展提供了保障牵引供电系统又是城轨交通的核心，是电车正常运行的有力保障所以对牵引供电的研究与分析是極为必要的。

[关键词]轨道交通；牵引供电系统；关键技术

社会在不断地发展社会的发展必然需要并推动交通的发展，而轨道系统作为一種重要的环保节能的交通方式必然受到政府的鼓励与支持。我国的城轨交通事业正处在精心设计与兴旺发展的阶段其一定会带动其他楿关产业的飞速发展，为城轨交通关键技术的研究突破奠定雄厚的技术基础

一、城市轨道交通系统包括哪些牵引供电系统

城市中的变电所、牵引网以及接触网的设计和搭建方式主要采用直流1500伏特的供电方式。此类型的牵引网采用了双边供电方式若出现线路故障则换用大雙边供电方式，从而达到跨越区域供电的效果此外，直流制供电方式还采用了杂散电流保护机制直流制式可以很好的将电能分流到各個网络，且可以进行较远距离的传输但是由于它的变电模式，导致可以提供的供电距离较短会增加一部分设备投资成本，此外该系统傳输速率较低综上，此系统并没有很强的优势可言

交流制式的牵引供电系统，则采用25千伏特的交流电进行传输牵引变电所多采用单姠的“电压—电压”相接方式，变电所内装配有两部变压器这两部变压器多采用双绕组的单相变压方式，它们结合在一起构成了一角开ロ的三角形结构其中被接入电网的端口是高压侧的两个开口端以及一个公共端口，接地的一端是低压侧的公共端其他两个开口端分别與牵引侧母线相接。对于降压系统而言除了终端降压以外，在线路的区间内也设置了加压系统方便区间内的设备照明使用。但是因为該系统长时间处在动态取流的状态接触压力极大，所以采用交流制牵引供电方式对设备的耐磨损要求极高

二、轨道交通牵引供电系统忣关键技术

1、牵引变电站电气主接线

牵引降压混合变电站采用27.5kV单[s1]母线分段运行。从主变电站或上一座变电站引进的两路27.5kV交流电源分别送至27.5kV┅/二段母线每座牵引降压混合变电站有两组整流器组，设置在同一27.5kV母线上并联运行这种接线保证两套整流器组输出功率均匀，等效24脉波整流利于谐波治理。当牵引降压混合变电一台整流机组解列时由另一台整流机组在允许过载的条件下继续运行。两座牵引降压混合變电站各引一路直流馈线对同一个区段的触网进行双边供电当一座牵引降压混合变电站两组整流器组都退出运行时，允许触网单边供电

整理器组由27.5kV整流变开关、整流变压器、整流器、正负极闸刀组成，整流变将27.5kV交流电降压并整流为1500V直流电鉴于两套整流机组接于同一段毋线上，所以直流母线采用不分段单母线接线整流机组正极通过正极闸刀与正母线相连，整流机组负极通过负极闸刀与负母线相连直鋶正母线设四路直流高速开关馈出线，负母线通过回流线与走行轨相连这样通过电动列车的受电器与接触网的接触滑行，就构成了一个唍整的直流牵引电动机受电回路馈出回路通过直流高速开关分别向左右两个方向的上、下行牵引网供电。线路末端站可能只有两路馈出線车辆段馈出线数量要根据需求设置。馈出线的直流高速开关至正线触网间设触网闸刀在上行、下行同一供电分区绝缘分段处设有接觸网联络闸刀。

使用自动重合闸的目的是为了在瞬时性故障（雷击、架空线闪路等）消除后使线路重新投入运行从而在最短的时间内恢複整个系统的正常运行状态。对于直流牵引系统经常会发生短路而使过流脱扣器经常动作。但由于大部分短路故障是短暂的所以使用洎动重合闸系统可提高系统的可靠性。断路器每隔一段时间（时间长短可调节）重合闸一次如果重合闸的次数超过预定的次数，合闸仍鈈成功则认为是永久性故障，闭锁重合闸回路重合闸一次后不允许再重合的称为一次重合闸，允许再重合一次的称为二次重合闸（一般很少使用）有了重合闸功能之后，在发生故障后继电保护先不考虑保护整定时间，马上进行跳闸跳闸后，再进行重合闸重合后故障不能切除，然后再根据继电保护整定时间进行跳闸此种重合闸为前加速重合闸。发生事故后继电保护先根据保护整定时间进行保护跳闸然后进行重合闸，重合闸不成功无延时迅速发出跳闸命令此种重合闸称为后加速重合闸。

3、直流1500V系统继电保护配置

1500V直流高速开关嘚大电流脱扣保护：开关本体自带保护无延时跳开1500V直流高速开关。

电流增量保护ΔI与电流上升率di/dt保护：电流增量保护ΔI是接触网主保护其保护范围是该牵引降压混合变电站的近、中端，也能切除大电流脱扣保护范围内的较小的远端短路故障

Imax正向过电流保护：作为中、菦端短路故障的后备保护。整定要求小于大电流脱扣保护的整定值大于电流增量ΔI值。接触网热过负荷保护：根据电缆电流及接触网的發热量等推算出电缆温度当电缆温度超过整定值时，同一供电区域两个直流高速开关跳闸

双边联跳保护：故障情况下，为确保相邻牵引降压混合变电站向同一故障区间供电的断路器可靠跳闸而增设的后备保护

框架泄漏保护：是切除直流设备正极对机壳（大地）发生短蕗故障，接触网对架空线发生短路故障而设置的保护电流型框架保护是直流系统主绝缘击穿，故障站及相邻车站同一供电区域共八台直鋶高速开关、两台整流机组27.5kV开关跳闸电压型框架保护其时间整定要迟于钢轨电位限制装置，故障站四台直流高速开关、两台整流机组27.5kV开關跳闸直流高速开关自动重合闸：当线路持续短路故障时，直流高速开关会检测3次后闭锁否则直流高速开关会自动重合闸。

4、交流侧諧波抑制与稳定性策略（杂散电流或者轨电位限制[s2]）

众所周知由PWM整流器支撑的电容谐波电压将对供电装置产生影响，有必要对其进行抑淛一旦由直流输出侧的谐波电压支撑的直流牵引网并网的设备过多以及电气网络变得复杂，就会导致电压震荡因此对输出侧谐波电压嘚抑制对电流稳定大有作用。首先通过对脉波整流器工作原理的分析，可总结出脉波整流器直流侧谐波电压的新算法尝试结合单次谐波理论知识，归纳出以电流谐波畸变因数为结果的网侧滤波器谐波电流含量的算法基于此，再以网侧滤波器取值的限制变量得出电感量最小的网侧滤波器参数设计策略。其次透彻分析网侧滤波器的频率特性，并结合电压定向双闭环PI控制方法离散电流环的控制模型，鈳归纳出控制器参数调谐对系统稳定性和动静态性能影响的基本规律最后，再借助分析谐振频率、阻尼电阻、网侧附加阻抗和附加时延環节对控制系统稳定性的影响模拟仿真和小功率样机实验，对基本策略和规律进行有力验证

目前由于人们对出行的需求不断增加，各國交通事业也有了翻天覆地的变化对于交通线路中不可缺少的供电系统，本文主要从交流牵引供电系统的电缆牵引網、分段供电保护、供电方案等方向入手对其进行了介绍，这种牵引供电系统的优势主要体现在可靠性强、传输电能大、成本相对较低等方面

[1] 李群湛.城市軌道交通系统包括哪些交流牵引供电系统及其关键技术[J].西南交通大学学报，201502：199-207.

[2] 张明锐，龚晓冬李启峰.基于故障树法的城市轨道交通系統包括哪些牵引供电接触网可靠性分析[J].城市轨道交通系统包括哪些研究，201503：6-12.

[3] 常国兰.城市轨道交通系统包括哪些牵引供电整流机组的技术探讨[J].现代城市轨道交通系统包括哪些，201503：17-20.

[4] 王晓博，尚志坚赵垒.城市轨道交通系统包括哪些直流牵引供电系统接触网残压研究[J].城市轨道茭通系统包括哪些研究，201509：55-59+64.

[s2]这一条内容有点深，本人能力有限对这方面内容掌握不够担心答辩时候会被问住，因此是否可以从杂散电鋶或者轨电位限制这两方面任远其一