演講：城市軌道交通車輛牽引與供電系統(tǒng)

1、項目5：城市軌道交通車輛牽引與供電系統(tǒng)制作：高鐵二班 余春麗、盧雨琪、喻慧婕、周玉玲城市軌道交通車輛牽引傳動系統(tǒng)的構成車軸 車輪 牽引電機 齒輪傳動箱 牽引傳動裝置牽引傳動裝置接觸網（第三軌） 受流器 變流裝置 牽引電機 齒輪傳動箱 輪對 列車運行 城市軌道交通車輛牽引與供電系統(tǒng)是城市軌道交通系統(tǒng)的重要組成部分，其電力牽引系統(tǒng)是以城市電網的電力為動力源，將電能轉為機械能，牽引列車運行的一種城市軌道交通牽引動力形式。城市軌道交通車輛供電系統(tǒng)是由電力系統(tǒng)經高壓輸電網、主變電所降壓、配電網絡和牽引變電所降壓等環(huán)節(jié)，向城市軌道交通列車輸送電力的全部供電系統(tǒng)。介紹電力牽引系統(tǒng)工作原理及能量傳遞過程車上受

2、電弓牽引變壓器牽引整流器轉向架牽引電機機車車輛27.5KV單相接觸網交流直流機械能電能城市軌道交通車輛電氣傳動及控制方式牽引電動機牽引電動機旋轉電動機旋轉電動機線性電動機線性電動機直流電動機直流電動機交流電動機交流電動機變壓變頻控制變壓變頻控制凸輪變阻凸輪變阻斬波調阻斬波調阻變阻控制變阻控制斬波調壓控制斬波調壓控制（一）受流器的形式 1.受電弓形式直流1500V供電采用架空線接觸網式，車輛采用受電弓受流 2.集電靴形式集電靴是安裝在車輛轉向架上，為列車從剛性供電進行動態(tài)取流，滿足列車電力需求的一套動態(tài)受流設備。受流設備 1.受電弓結構受電弓 安裝位置：安裝位置： 車體幾何中心點最近的車頂上部。

3、車體幾何中心點最近的車頂上部。 工作方式：工作方式： 當受電弓升起時，弓與網接觸滑行，當受電弓升起時，弓與網接觸滑行，從接觸網受取電流，通過車頂從接觸網受取電流，通過車頂母線母線傳送傳送到車輛內部。到車輛內部。 類型：類型： 氣動弓氣動弓和電動弓和電動弓母線母線：用高導電率的銅、鋁質材料制成，：用高導電率的銅、鋁質材料制成，用以用以傳輸傳輸電能電能，具有匯集和分配電力能具有匯集和分配電力能力的產品。力的產品。受電弓的結構組成受電弓的結構組成圖圖1-6 單臂受電弓的結構組成單臂受電弓的結構組成 基礎框架基礎框架1： 通過通過絕緣子絕緣子3固定安裝在車頂；固定安裝在車頂； 作為作為框架框架4、軸承

4、、下部導桿等支承和安裝。、軸承、下部導桿等支承和安裝。 框架框架4： 包括包括下部支桿下部支桿5、下部導桿、下部導桿6、上部支桿、上部支桿7和和上上部導桿部導桿8； 采用高強度冷拔無縫管制作。采用高強度冷拔無縫管制作。 高度止擋高度止擋2： 安裝在下部導桿側下方的基礎框架上；安裝在下部導桿側下方的基礎框架上； 用以限制受電弓的最大升弓高度。用以限制受電弓的最大升弓高度。 弓頭：弓頭： 是弓與網相接觸的部分；是弓與網相接觸的部分； 由由集流頭集流頭9、接觸帶接觸帶10、轉軸、轉軸、端角端角11和彈簧和彈簧盒組成。盒組成。 升降弓裝置升降弓裝置12： 由傳動風缸、拉伸彈簧及氣路電磁閥組成。由傳動風

5、缸、拉伸彈簧及氣路電磁閥組成。集電靴集電靴部件的主要作用 1.集電靴的設置要使機車在通過三軌電區(qū)時不發(fā)生瞬間斷電現象，即兩電氣連通的集電靴間的最小距離要大于三軌斷電區(qū)的長度。 2.由于三軌在道岔和車站站臺換邊布置，因此要求車輛的兩側都要設置集電靴。集電靴的設置要求 牽引電動機是城市軌道交通車輛得以實現牽引機點及電制動的動力機械。牽引電動機懸掛在車輛轉向架或車軸上，并借助傳動裝置驅動車輛前進。 牽引電動機分為旋轉電動機和線性電動機兩大類。旋轉電動機有直流電動機和交流電動機。線性電動機即直線牽引電動機，是異步感應電動機的簡稱牽引電動機直流電動機 直流電動機由定子轉子兩部分構成。NS NS直流電動機

6、各部分的作用定子的作用是用來產生磁場，提供磁路和作為電機的機械支撐 轉子部分是用來產生感應電勢和電磁轉矩從而實現機電能量轉換的主要部件轉子通過軸承與定子保持相對位置，使兩者之間有一個空氣隙直流電動機工作原理：拓展友情提示：本知識點涉及高中物理知識個，感興趣的同學可以上網搜索更加詳細的直流電動機系統(tǒng)知識 直流牽引電動機的調速有兩種基本形式：變阻控制和斬波調壓控制 1.變阻控制：通過調節(jié)串入電動機回路以改變直流牽引電動機端電壓來達到調速目的 2.斬波調壓控制：通過接在電網與牽引電動機之間斬波器的導通與關斷來改變牽引電動機端電壓，實現調速直流電動機的調速方式 變阻控制 調節(jié)電阻的方法又可分為兩類，即

7、采用有觸點組合式凸輪開關調阻和無觸點斬波調阻。有觸點開關調阻 CH0R斬波調阻斬波調壓 UTtUUonRLonTT 直流斬波電路原理t0LRUonToffTTLRuU 直流斬波電壓波形交流電動機1 軸承2 前端蓋3 轉軸4 接線盒5 吊環(huán)6 定子鐵心7 轉子8 定子繞組9 機座10 后端蓋11 風罩12 風扇 封閉式三相籠型異步電動機結構 定子鐵心：由內周有槽 的硅鋼片疊成。三相繞組A -X B -Y C- Z機座：鑄鋼或鑄鐵轉子鐵心：由外周有槽的硅鋼片疊成。(1) 鼠籠式轉子鐵芯槽內放銅條，端部用短路環(huán)形成一體；或鑄鋁形成轉子繞組。(2) 繞線式轉子同定子繞組一樣，也分為三相，并且接成星形。

8、鼠籠轉子氣隙：定子和轉子之間必須有一個氣隙 交流電動機沒有轉向器，構造簡單，運行可靠，效率較高，維護很少，價格低廉；轉子堅固，定子繞組沿圓周均勻分布，電動機體積小，能夠獲得較大的單位質量功率；其機械特性較硬，具有較好的防空轉性能，使黏著利用提高；且微電子技術的發(fā)展使異步電動機的調壓變頻調速得以順利實現。交流電動機的特點前方高能直線電動機的構成及工作原理事件管理事件管理器（器（EV）SVPWM信信號號驅動驅動電路電路牽引逆牽引逆變器變器直線直線電動電動機機MVBC01USB接口接口512KBRAM512KBFLASHTMS320F2812內核內核EPROMI/O 控制控制電路電路A/D電流檢電流

9、檢測測故障檢測故障檢測控制電路控制電路 直線電機的結構直線電機的結構 直線電機的結構可以看作是將一臺旋轉電機沿徑向剖開，并將電機的圓周展開成直線而形成的。其中電機內部的定子相當于現在直線步進電機的初級，而其轉子則相當于其直線步進電機的次級，每當其初級進行通入電流之后，則就會在其直線電機的初次級之間的氣隙當中產生行波式磁場，在行波式的磁場與次級永磁體的相互作用之下產生了電機驅動力，從而實現了其運動部件的直線運動能力。 直線電機的工作原理直線電機的工作原理 設想把一臺旋轉運動的感應電動機沿著半徑的方向剖開，并且展平，這就形成了一臺直線型的感應圖步進電機。 初級做得很長，延伸到運動所需要達到的理想位

10、置，也可以把次級做得很長；既可以初級固定、次級移動，也可以次級固定、初 級移動 通入交流電后在定子中產生的磁通，根據楞次定律，在動體的金屬板上感應出渦流。設引起渦流的感應電壓為E，金屬板上有電感L和電阻R，渦流電流和磁通密度將按費來明法則產生連續(xù)的推力F。 直線電機的特點直線電機的特點 高速響應 由于系統(tǒng)中直接取消了一些響應時間常數較大的如絲杠等機械傳動件，使整個閉環(huán)控制系統(tǒng)動態(tài)響應性能大大提高，反應異常靈敏快捷。 位精度高 線驅動系統(tǒng)取消了由于絲杠等機械機構引起的傳動誤差減少了插補時因傳動系統(tǒng)滯后帶來跟蹤誤差。通過直線位置檢測反饋控制，即可大大提高機床的定位精度。 傳動環(huán)節(jié)的彈性變形、摩擦磨

11、損和反向間隙造成的運動滯后現象，同時提高了其傳動剛度。 速度快、加減速過程短 行程長度不受限制 在導軌上通過串聯直線電機，就可以無限延長其行程長度。 動安靜、噪音低 由于取消了傳動絲杠等部件的機械摩擦，且導軌又可采用滾動導軌或磁墊懸浮導軌（無機械接觸），其運動時噪音將大大降低。 效率高 由于無中間傳動環(huán)節(jié)，消除了機械摩擦時的能量損耗。 城市軌道交通車輛的控制電路，是低電壓小功率電路，分為有接點的直流電路和無接點的電子電路。有接點的直流電路由主控制器、繼電器、電氣控制的低壓部分、聯鎖接點組成；無接點的電子電路由微機及各種電子單元組成，如列車牽引系統(tǒng)控制單元、制動控制單元、空調控制單元等。列車控制

12、系統(tǒng)工作原理 控制系統(tǒng)的作用是控制牽引系統(tǒng)與輔助系統(tǒng)各個電器的動作，通過司機或檢修人員控制車輛的運行。主電路、輔助電路、控制電路在電氣設備方面互相隔離，分別裝置在操縱臺和各種設備箱、電器柜中，但又通過電磁或機械傳動等方式，互相聯系、互相配合動作，形成完整統(tǒng)一的車輛電氣系統(tǒng)，以實現整個列車的正常運行。控制系統(tǒng)的組成及作用1.主電路控制2.輔助電路控制3.列車照明控制4.車鉤監(jiān)控5.空調控制系統(tǒng)6.列車門控系統(tǒng)7.列車運行自動控制系統(tǒng) 為主電路提供回流通路，使電流經輪對到達鋼軌，為主電路提供回流通路，使電流經輪對到達鋼軌，構成完整的構成完整的回路回路 防止防止電流通過軸承噪聲軸承內潤滑油層的電腐蝕

13、；電流通過軸承噪聲軸承內潤滑油層的電腐蝕； 提高軸承的使用壽命提高軸承的使用壽命接地裝置接地裝置 安裝位置安裝位置：安裝于轉向架軸端，分別在安裝于轉向架軸端，分別在A車轉向架車轉向架的第的第2軸的右側和第軸的右側和第3軸左側軸端各安裝了一個，分軸左側軸端各安裝了一個，分別在別在B車和車和C車的轉向架第車的轉向架第1、3 軸的左側軸端各安裝軸的左側軸端各安裝了一個，在第了一個，在第2、4軸的右側軸端各安裝了一個。軸的右側軸端各安裝了一個。接地裝置主要由接觸盤、碳刷架、彈簧支撐組成接地裝置主要由接觸盤、碳刷架、彈簧支撐組成?？刂齐娐冯娖黢{駛駕駛控制器控制器城軌車輛司機控制器為凸輪觸點式控制器。城軌

14、車輛司機控制器為凸輪觸點式控制器。駕駛控制器結構駕駛控制器的結構1.1.主控主控制制手柄手柄2.2.方式方式/ /方向手柄方向手柄3.3.主控器鑰匙主控器鑰匙4.4.警惕開關警惕開關5.5.電位器電位器6.6.轉換開關組轉換開關組7.7.凸輪組凸輪組 位于主控手柄的上端的兩個半圓頭開關。正常工作時，司機必須用大拇指將兩個半圓合攏，只有停車時才放開。人工駕駛時只有按下警惕開關，操作主控器手柄，列車才能啟動。若松開警惕開關3秒鐘（在彈簧作用下兩個半圓頭分開），列車立即進入緊急制動狀態(tài)。主控主控制制手柄手柄主控手柄有主控手柄有零位、牽引、制動、快速制動零位、牽引、制動、快速制動四個位置。四個位置。

15、“0 0”位位機械零位。機械零位。 “牽引牽引”位位向前向前推動手柄（遠離司機），牽引給定值可無推動手柄（遠離司機），牽引給定值可無 級輸入，最前端位置為級輸入，最前端位置為“100%100%牽引位牽引位”。 “制動制動”位位向內拉動手柄（拉向司機），制動給定值可無向內拉動手柄（拉向司機），制動給定值可無 級輸入，在級輸入，在“100%100%制動位制動位”有一阻滯，最里端有一阻滯，最里端 位置為位置為“緊急（快速）制動位緊急（快速）制動位”，快速制動帶，快速制動帶 有限位凹槽。有限位凹槽。方式方式/ /方向手柄方向手柄方式方向手柄方式方向手柄用于選擇駕駛方向用于選擇駕駛方向，有有向前、向前、

16、0 0、后退、后退三個位置。三個位置。運行方向必須在車輛運行前選擇，并且到下一站前保持有效。運行方向必須在車輛運行前選擇，并且到下一站前保持有效。 “ATCATC”列車自動控制位列車自動控制位：通過系統(tǒng)操作或手動控制向前運行。通過系統(tǒng)操作或手動控制向前運行。 在制動位上通過操作主控器手柄，可擺脫在制動位上通過操作主控器手柄，可擺脫“ATCATC”的指令進行制動。的指令進行制動。 “ 0 0 ”位置位置：沒有駕駛模式被激活。沒有駕駛模式被激活。 “后退后退”位置位置：人工倒車模式。人工倒車模式。u 方式方式/ /方向手柄與主控制手柄間存在機械連鎖。方向手柄與主控制手柄間存在機械連鎖。 只有當只有

17、當主控器手柄在主控器手柄在“0 0”位位，方式，方式/ /方向手柄才進行方向手柄才進行向前或向后位置轉換向前或向后位置轉換。只有只有當選擇好方向當選擇好方向，即方式，即方式/ /方向手柄在方向手柄在非零位非零位，主控器手柄才可進行，主控器手柄才可進行牽引牽引或制動或制動操作。一旦方式操作。一旦方式/ /方向手柄在方向手柄在非允許非允許情況下改變了方向手柄的位置，情況下改變了方向手柄的位置，則則系統(tǒng)自動啟動緊急制動系統(tǒng)自動啟動緊急制動。3.3.主控器鑰匙主控器鑰匙 主控器鑰匙用于激活司機臺主控器鑰匙用于激活司機臺，有兩個，有兩個位置：位置： “0 0”位置：位置：關閉位置，只能在此位置取出或插入

18、鑰匙。關閉位置，只能在此位置取出或插入鑰匙。 主控器鑰匙零位時，主控器手柄和方式主控器鑰匙零位時，主控器手柄和方式/ /方向手方向手 柄被鎖死，不柄被鎖死，不能操作且都處于零位。能操作且都處于零位。 “1 1”位置：位置：激活司機臺。司機可進一步操作其它開關激活車輛。激活司機臺。司機可進一步操作其它開關激活車輛。 一旦主控器手柄和方式方向手柄處于非零位，則主控器鑰匙被鎖一旦主控器手柄和方式方向手柄處于非零位，則主控器鑰匙被鎖死不能回零位。死不能回零位。只有當主控器手柄和方式只有當主控器手柄和方式/ /方向手柄雙零位方向手柄雙零位時，主控器鑰匙開關才能從時，主控器鑰匙開關才能從“1 1”位移回位

19、移回“0 0”位。位。駕駛駕駛控制器控制器司機室司機臺司機室司機臺輔助電路電器主要包括主要包括：空氣壓縮機裝置、照明和空調等空氣壓縮機裝置、照明和空調等。 城軌列車的每個單元，即A、B和C 車車頂上都安裝了兩個相同的空調裝置（A/C），該空調裝置一般不能用來取曖。 空調裝置把空氣吸入到安裝在車頂板上部的風道里，空氣在風道里按整車長度均勻分配，并通過安裝在車頂上的空氣隔柵吹入客室。 A 車除了有客室通風系統(tǒng)，還安裝了單獨的司機室通風單元，司機室通風單元與風道系統(tǒng)相連，由人工控制。 新鮮空氣通過四個橫向的隔柵（新風入口）進入A/C 單元，與從客室來的循環(huán)空氣混合。循環(huán)空氣通過空調單元端部的返回入風

20、口進入空調?；旌峡諝饨浱幚砗螅浛諝夥峙滹L道強迫進入客室。 空調裝置空調裝置 空調裝置空調裝置 空調裝置空調裝置 空調裝置空調裝置 空調裝置空調裝置客室空調送回風口分布圖空調機組的主要部件及其分布見下圖所示：2:43:41客室空調控制器客室空調控制柜作用作用：確保車內有一個舒適的環(huán)境溫度和濕度，即使室外確保車內有一個舒適的環(huán)境溫度和濕度，即使室外的溫度和濕度很高，空調裝置也能夠給旅客提供充足的的溫度和濕度很高，空調裝置也能夠給旅客提供充足的新鮮空氣。新鮮空氣?？照{壓縮機空調蒸發(fā)風機冷凝風機蒸發(fā)器1.1.空調系統(tǒng)結構組成空調系統(tǒng)結構組成2 2個冷凝盤管、個冷凝盤管、2 2個軸流風扇電機（即室外熱

21、交換機）個軸流風扇電機（即室外熱交換機） 作用作用：將室外風機吸入的新鮮空氣經過盤管，實現內部制冷劑的冷凝；將室外風機吸入的新鮮空氣經過盤管，實現內部制冷劑的冷凝；2 2個渦旋式壓縮機個渦旋式壓縮機：吸入低溫的制冷劑將其壓縮為高溫高壓的制冷劑后送出；吸入低溫的制冷劑將其壓縮為高溫高壓的制冷劑后送出；2 2個干燥過濾器個干燥過濾器：用以吸收制冷劑中的水分，同時過濾制冷劑中的雜質，避用以吸收制冷劑中的水分，同時過濾制冷劑中的雜質，避 免制冷系統(tǒng)出現臟堵；免制冷系統(tǒng)出現臟堵；1 1套蒸發(fā)器套蒸發(fā)器包括包括：1 1個帶有兩個熱力膨脹閥的蒸發(fā)器盤管個帶有兩個熱力膨脹閥的蒸發(fā)器盤管、1 1套風扇及其驅動套

22、風扇及其驅動 電機電機、1 1個壓力開關個壓力開關、1 1個供風溫度傳感器個供風溫度傳感器、1 1個空氣過濾器個空氣過濾器 作用作用：將制冷劑與混合空氣進行熱交換。將制冷劑與混合空氣進行熱交換。1 1個基于微處理器的溫度控制器個基于微處理器的溫度控制器控制板控制板：通過數字輸入通過數字輸入/ /輸出和輸出和MVB MVB 總線與車輛信息系統(tǒng)連接，用來報告總線與車輛信息系統(tǒng)連接，用來報告 故障，啟動命令，啟動授權和自檢測結果。故障，啟動命令，啟動授權和自檢測結果。2:43:412.2.空調系統(tǒng)的運行模式空調系統(tǒng)的運行模式通風（無制冷）通風（無制冷）預制冷（只有循環(huán)空氣）預制冷（只有循環(huán)空氣）制冷

23、制冷- -一般新鮮空氣模式一般新鮮空氣模式制冷制冷- -減少新鮮空氣模式減少新鮮空氣模式緊急通風（只有新鮮空氣）緊急通風（只有新鮮空氣）試驗模式試驗模式通常的三種-空調系統(tǒng)啟動時，預制冷模式自動啟動，一直保持到發(fā)出駕駛指令，在這期間沒有新風被送入客室。 來自客室的循環(huán)空氣和吸入的新鮮空氣混合后，通過相應的空氣調節(jié)風門進入蒸發(fā)器模塊，被風扇強迫吹過蒸發(fā)器盤管，利用制冷劑，空氣熱量被翅片吸收，使溫度下降后即冷卻空氣送入客室。 可以在每輛車的控制板上選擇?？照{系統(tǒng)一啟動，就開始系列試驗，檢查系統(tǒng)的正常工作。 -車載供電系統(tǒng)故障時，例:如果車載380V AC供電系統(tǒng)故障，空調無法使用。為了保持向客室內

24、供應新鮮空氣，地板下的一個靜止逆變器啟動，由蓄電池供電，供風風扇工作，同時循環(huán)空氣蓋被關閉，只允許外部空氣供向車內。 -2:43:41 車鉤是用來實現機車和車輛或車輛和車輛之間的連掛，傳遞牽引力及沖擊力，并使車輛之間保持一定距離的連接狀態(tài)的車鉤 車輛部件。車鉤按開啟方式分為上作用式及下作用式兩種。通過車鉤鉤頭上部的提升機構開啟的叫上作用式（一般貨車大都采用此式）；借助鉤頭下部推頂杠桿的動作實現開啟的叫下作用式（客車采用）。車鉤按其結構類型分為螺旋車鉤、密接式自動車鉤、自動車鉤及旋轉車鉤等。螺旋車鉤使用最早，但因缺點較多已被淘汰，密接式自動車鉤多為高速鐵路車輛所用。中國除在大秦鐵路重載單元列車上

25、使用旋轉車鉤外，現一律采用自動車鉤。所謂自動車鉤，就是先將一個車鉤的提桿提起后，再用機車拉開車輛或與另一車輛車鉤碰撞時，能自動完成摘構或掛鉤的動作的車鉤。中國鐵道部門1956年確定1、2號車鉤為標準型車鉤。但隨著列車速度的提高和牽引噸位的增加，又于1957、1965年先后設計制造了15號車鉤和13號車鉤。客車使用15號車鉤，貨車則逐步用13號車鉤代替2號車鉤車鉤監(jiān)控列車自動控制系統(tǒng) 城市軌道交通供電系統(tǒng)是軌道交通的重要的組成部分年，它不但為列車提供牽引動力，而且還為地鐵運營服務的輔助設施，如照明、通風、空調、排水、通信、信號、防災報警、自動扶梯等提供電力。如果在地鐵運營期間供電一旦中斷，不僅列

26、車運行癱瘓，還會導致現場及附近地區(qū)一起極大的混亂。所以城市軌道交通供電系統(tǒng)是確保城市軌道交通正常運營的重要設施。認知城市軌道交通車輛供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)的組成城市軌道交通供電系統(tǒng)外部電源主變電所牽引供電系統(tǒng)動力照明供電系統(tǒng)電力監(jiān)控系統(tǒng)牽引變電所牽引網系統(tǒng)降壓變電所動力照明電能從牽引變電所經饋電線、接觸網輸送給電動列車，再從電動列車經鋼軌、回流線流回牽引變電所。牽引負荷為一級負荷，規(guī)定有兩路獨立的電源雙邊供電，當任何一路電源發(fā)生故障中斷供電時，另一路應能保證一級負荷的全部用電。牽引變電所接觸網饋電線回流線電分段電動車組軌道受電器牽引供電系統(tǒng)列車動力照明系統(tǒng) 動力照明供電系統(tǒng)由降壓變電所及動力照明組成

27、。每個車站應設降壓變電所，若地下車站負荷較大，一般設于站臺兩端，其中一端可以和牽引變電所合建成混合變電所；若地面車站負荷較小，可設一個降壓變電所。 城市軌道交通系統(tǒng)的外部電源方案，根據城市電網構成的不同特點，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何種方式，應通過計算確定需要負荷之后，根據城市軌道交通路網規(guī)劃、城市電網構成特點、工程實際情況綜合分析確定。 （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，這種由主變電所構成的供電方案，稱為集中式供電。上海、廣州、南京、香港、德黑蘭 （2）分散式供電 ：不設主變電所，而直接由城市電網區(qū)域變電所的35（33）

28、kV或10kV中壓輸電線直接向城市軌道交通沿線設置的牽引變電所、降壓變電所供電并形成環(huán)網。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 （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(tǒng)更加完善和可靠。北京地鐵一線和環(huán)線城市電網對軌道交通的供電方式及負荷等級 城市軌道交通供電系統(tǒng)的負荷等級共分為三個： （1）地下鐵道重要的電力用戶如車站站廳和站臺層的事故救援及照明、電動車輛、通信、信號、防災裝置為一級負荷；一級負荷規(guī)定有兩路獨立的電源雙邊供電，當任何一路電源發(fā)生故障中斷供電時，另一路應能保證一級負荷的

29、全部用電； （2）車站站廳和站臺層的一般照明、設備及管理用房照明、出入口照明、一般風機、直升電梯、自動扶梯為二級負荷； （3）車站內廣告照明、冷水機組及配套設備、電熱設備、清潔機械設備等為三級負荷。 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(qū)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(tǒng)、FAS、BAS、通信系統(tǒng)、信號系統(tǒng)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，

30、而且這種要求和標準又相差甚遠。城市軌道供電系統(tǒng)就是要滿足這些不同用戶對電能的不同需求，以使其發(fā)揮各自的功能與作用。城市軌道供電系統(tǒng)的功能和作用 城市軌道交通的供電電源一般取自城市電網，通過城市電網一次電力系統(tǒng)和軌道交通供電系統(tǒng)實現輸送或變換，最后以適當的電流形成（直流或交流電）和電壓等級供給用電設備。 城市電網一次電力系統(tǒng) 軌道交通供電系統(tǒng)城市軌道供電原理 城市電網一次電力系統(tǒng)由國家電力部門建造與管理，包括發(fā)電廠（站）、傳輸線路及區(qū)域變電所。 發(fā)電廠（站）：分為火力、水力、核動力等各種能源發(fā)電廠（站）。 傳輸線路：需升壓為超高電壓（110kV或220kV），通過三相傳輸線輸送到區(qū)域變電所。 區(qū)

31、域變電所：將超高壓電能降壓為所需電壓等級（如10kV或35kV），再經過三相輸送電線輸送到本區(qū)域內的牽引變電所和降壓變電所，并再降壓為所需的電壓等級（如1500V或380V等）。 城市軌道交通是一個重要的用電部門，按規(guī)定須由兩路獨立的電源供電，當其中任何一路電源發(fā)生故障時，另一路應能保證一級負荷的全部用電的需要。因此，城市軌道牽引變電所的電源進線來自兩個區(qū)域變電所或來自一個區(qū)域變電所的兩路獨立電源，當一路電源失壓時，另一路電源自動切入，使軌道交通系統(tǒng)能獲得不間斷的電源。 1.集中式供電集中式供電2.分散式供電分散式供電3.混合式供電混合式供電城市軌道交通外部供電方式變電所是電力系統(tǒng)中，變換電壓

32、、接受變電所是電力系統(tǒng)中，變換電壓、接受和分配電能、控制電流向和調整電壓的和分配電能、控制電流向和調整電壓的電力設施，它通過降壓變壓器將電網和電力設施，它通過降壓變壓器將電網和用戶聯系起來。變電所可以通、斷用戶用戶聯系起來。變電所可以通、斷用戶電能的供路改變或調整電壓；變電所也電能的供路改變或調整電壓；變電所也是輸電和配電的集結點。是輸電和配電的集結點。變電所 主要設備包括：變壓器、斷路器、隔離開關、母線、熔斷器、電壓互感器、電流互感器、避雷器、整流器等。 變壓器：一種傳遞和變換交流電能的靜止變換器。按應用功能分升壓變壓器和降壓變壓器；按相數分單相、三相、多相變壓器；按線圈數分單相線圈（自耦變

33、壓器）、雙線圈、三線圈變壓器；按調壓方式分空載調壓（不帶負載調壓）、有載調壓變壓器；按絕緣方式分干式、澆注式、油浸式變壓器。 斷路器：一種對電路進行控制（開斷、關合）和保護的高壓電器開關，用于自動切斷負載電流和短路電流。按絕緣方式和熄弧介質分為：油斷路器、六氟化硫斷路器、真空斷路器、空氣斷路器等。 隔離開關：一種沒有熄弧裝置的高壓電器開關。不能切斷負載電流和短路電流，但可在無負荷電流時接通和斷開電路。在斷開狀態(tài)，能起到隔離電壓作用。為運行、操作和檢修提供方便和安全條件，電路停電時應斷開斷路器，后拉開隔離開關；送電時則先合上隔離開關，再閉合斷路器。變電所的主要電氣設備 母線：一種匯合和分配電能的

34、導線。室外常用軟質母線，如蕊芯鋁絞線；室內則采用硬質母線，如鋁排。母線常用顏色標記識別，在三相交流系統(tǒng)中：黃色A相，綠色B相，紅色C相；在直流系統(tǒng)中：紅色正極，藍色負極，黑色零線及接地線。 熔斷器：一種利用過負荷或短路電流導致熔體發(fā)熱熔斷原理設計的保護電器設備，低壓熔斷器一般采用插入式纖維管瓷管熔斷器。高壓熔斷器有充石英砂瓷管熔斷器、室外用角式和跌落式熔斷器。熔斷器在電流超過最小熔斷電流時，熔斷時間隨電流增大而縮短，一旦熔體熔斷，須停電更換熔體。 電壓互感器：一種用于測量、控制和保護回路用的變壓器。其一次繞組并聯在一次電路中，二次繞組則并聯儀表、繼電器的電壓線圈。由于二次儀表、繼電器的電壓線圈

35、阻抗很大，所以電壓互感器工作時二次回路接近于空載狀態(tài)。二次繞組的電壓一般為10 V。電壓互感器分為雙繞和三繞組；單相和三相；干式、油浸式和澆注式，屋內和屋外等分區(qū)。 電流互感器：是一種電氣測量、控制和保護回路用的變流器。將其一次線圈串連在一次回路中，二次繞組與儀表、繼電器等的電流線圈串連，形成閉合回路。電流互感器有單匝和多匝式，干式、油浸式和澆注式，屋內和屋外等分 避雷器：一種防止從線路浸入的雷電波損壞電器設備絕緣的保護電器，一般有保護間隙型（角型）、管型、閥型等。 整流器：一種與牽引變壓器組合成變壓整流機組的電流變換設備。通過整流器，將牽引變壓器輸出的交流電變?yōu)橐欢妷旱燃壍闹绷麟娏?，當牽?/p>

36、變壓器是多相變壓器時，整流器變換成的直流電較為平滑，即直流電中含有的交流成分少。 變電所的類型 根據變電所的功能不同，可分為以下三類： （1）高壓主變電所 由發(fā)電廠或區(qū)域變電所直接供電。在主變電所降壓后，分別以不同電壓等級向牽引變電所和降壓變電所供電，是城市軌道交通供電系統(tǒng)的集中變電所（用于三級電壓供電）。 （2）牽引變電所 城市軌道交通供電系統(tǒng)的主要用電對象是電動車組，即牽引用電。為確保牽引供電的質量，牽引變電所的設置（數量、位置）和容量應該按遠期列車編組，運行密度進行牽引供電計算后確定。牽引變電所引入兩個獨立的中壓交流電源，并將交流電能轉換為直流電能，承擔著向電動列車提供直流牽引電能的功能

37、。 根據制式的不同牽引變電所又分為直流牽引變電所和交流牽引變電所。根據不同的牽引制式，變電所內完成相應的變壓、變相、變流作用。目前我國的牽引變電所主要有電氣化鐵路的單相工頻交流制牽引變電所和城市軌道交通系統(tǒng)（地鐵和輕軌）的直流牽引變電所。 （3）降壓（動力）變電所 降壓（動力）變電所根據動力用電量確定其設置數量和容量。 （1）二級電壓供電：由區(qū)域變電所輸出中高壓等級（10kV或35kV），直接向牽引變電所和降壓變電所供電。由牽引變電所降壓和整流為直流牽引電壓等級（如750V或1500V）；由降壓變電所降為380V動力電壓等級。再分別向接觸網、電動車組供電或向動力用電設備供電。 （2）三級電壓供

38、電：需設置軌道交通系統(tǒng)高壓變電所，即由區(qū)域變電所輸出高壓等級（如110kV或220kV）對主變電所供電。再由主變電所將高壓等級降為中高壓等級，分別向牽引變電所和降壓變電所供電。 我國北京、天津地下鐵道采用二級電壓供電方式，上海地鐵則采用三級電壓供電方式。變電所的供電方式接觸網 接觸網即經過電動列車的受電器向電動列車供給電能的導電網（有接觸軌方式和架空接觸網兩種方式）。城市軌道交通系統(tǒng)的牽引網是沿線路敷設的專為電動車輛供給電源的裝置，是軌道交通供電系統(tǒng)中電動車組供電的直接環(huán)節(jié)，它由兩部分組成，正極接觸網供電，負極走行軌回流。牽引網包括接觸網、鋼軌回路（包括大地）、饋電線和回流線等，饋電線是連接牽

39、引變電所和接觸網的導線，把牽引變電所電能變換成牽引制式用電能并饋送給接觸網。 接觸網是一種懸掛在軌道上方沿軌道敷設的、與鐵路頂軌保持一定距離的輸電網。通過電動車組的受電弓（或受流器）和接觸網的滑動接觸，牽引電能就由接觸網進入電動車組，驅動牽引電動機使列車運行。接觸網可分為接觸軌和架空接觸網兩種類型。接觸軌的主要優(yōu)點是：使用壽命長，維修量小，在地面對城市景觀沒有影響，適應于電壓較低的制式。接觸網的主要優(yōu)點是：安全性較好，適應于電壓較高的制式。 接觸軌和接觸網兩種供電方式，目前在世界上許多國家同時并存，到底用哪種方式要根據城市自身的特點決定。接觸網應滿足的要求 （1）由于接觸網在工作中無備用網，因

40、而要求接觸網強度高、且安全可靠； （2）要求在各種氣候條件下均應受流良好； （3）因接觸網部件更換困難，因此要求接觸網性能好、運行壽命長； （4）因其維修是利用行車中的間隔時間進行的，故要求結構輕巧，零部件互換性強，便于施工、維護和搶修； （5）因接觸網無法避開腐蝕強、污穢嚴重等異常環(huán)境，應采用耐腐蝕和防污穢技術措施； （6）因采用與受電器摩擦接觸的受流方式，因此要求接觸網有較均勻的彈性，接觸線等部位要有良好的耐磨性。接觸網的電分段 電分段是為了便于檢修和縮小事故范圍而將接觸網分為若干段。電分段根據設置位置分為縱向電分段和橫向電分段，縱向電分段指的是沿線路方向進行分段，橫向電分段式在線路之間的

41、分段，如在車輛段的各股道之間進行的分段等。 電分段通常用分段絕緣器來實現。分段絕緣器是用以實現電分段的專用絕緣裝置。目前，廣泛采用環(huán)氧樹脂分段絕緣器，其結構主要由環(huán)氧樹脂絕緣板、鋁合金導流滑板等組成。 接觸網在正常工作狀態(tài)下，從牽引變電所直接得到饋電，并構成雙邊供電。接觸網的電分段設在下列各處： （1）車輛出行處（進站端）； （2）輔助線與正線的銜接處； （3）車輛段與正線的銜接處； （4）車輛段庫線入口處。接觸網的供電原理及方式 牽引供電所向接觸網供電有兩種方式：單邊供電和雙邊供電。 接觸網通常在相鄰兩牽引變電所間的中央斷開，將兩牽引變電所之間兩供電臂的接觸網分為兩個供電分區(qū)。每一供電分區(qū)的接觸網只從一端的牽引變電所獲得電流，稱為單邊供電。 如果在中央斷開處設置開關設備時，可將兩供電分區(qū)連通，此處稱為分區(qū)亭。經分區(qū)亭的斷路器閉合，則相鄰牽引變電所間的兩個接觸網供電分區(qū)均可同時從兩個變電所獲得電流，則稱為雙邊供電。 結構形式以及懸掛類型 牽引供電所向接觸網供電有兩種方式：單邊供電和雙邊供電。 接觸網分為架空式接觸網和接觸軌(也稱第三軌)式接觸網。接觸軌式接觸網僅用于地鐵與封閉的城市鐵路和輕軌，架空式接觸網除此還可