2210222《城市軌道交通概論》（石英） 第11課 認識城市軌道交通供電系統

11第課11第課認識城市軌道交通供電系統，有效交流PAGE811認識城市軌道交通供電系統第課PAGE11認識城市軌道交通供電系統第課PAGE9課題認識城市軌道交通供電系統課時2課時（90min）教學目標知識技能目標：（1）熟悉城市軌道交通供電系統的組成（2）能判斷出不同的城市軌道交通供電系統的供電方式思政育人目標：（1）具備愛國情懷（2）具備立足腳下、舉一反三的能力教學重難點城市軌道交通供電系統的組成教學方法問答法、討論法、講授法教學用具電腦、投影儀、多媒體課件、教材教學設計考勤（2min）→作業(yè)展示（15min)→案例導入（5min）→傳授新知（53min）→課堂小結（10min）→作業(yè)布置（5min）教學過程主要教學內容及步驟設計意圖考勤

（2min）【教師】使用文旌課堂APP進行簽到【學生】按照老師要求簽到培養(yǎng)學生的組織紀律性，掌握學生的出勤情況作業(yè)展示（15min)【教師】組織學生分組展示上節(jié)課布置作業(yè)的PPT活動步驟：（1）學生每4～6人一組，以小組為單位，各組將掌握的城市軌道交通車輛結構的基礎知識等制作成的PPT在班上進行展示，并派代表解說具體內容。（2）教師從主題、內容、制作、解說等方面為各組的PPT打分，評出前三名。（3）各組成員配合指導教師完成考核評價表，如表所示（詳見教材）。【學生】展示PPT、解說內容、配合教師完成考核評價通過展示、評選PPT，鞏固學生對城市軌道交通車輛結構的基礎知識的掌握案例導入

（5min）【教師】介紹電力調度員的主要工作，并提出問題：電力調度員是城市軌道交通供電系統的操縱者，他們負責為列車運行和車站運營服務提供不間斷的電能，以保障供電系守護城市軌道交通能源生命線。請思考：城市軌道交通供電系統包含哪些部分？【學生】聆聽、思考、回答通過提問讓學生主動探究城市軌道交通供電系統的組成，導入本節(jié)課課題傳授新知（53min）【教師】講解城市軌道交通供電系統中的高壓供電系統、牽引供電系統和動力照明供電系統的相關知識城市軌道交通供電系統是指經過高壓輸電網傳輸、變電所降壓、整流等環(huán)節(jié)，向城市軌道交通系統輸送電能的系統。從具體組成來看，城市軌道交通供電系統一般包含高壓供電系統、牽引供電系統和動力照明供電系統。一、高壓供電系統1．高壓供電系統的組成高壓供電系統是城市電網對城市軌道交通系統內部變電所的供電系統，它由發(fā)電廠、傳輸線路和區(qū)域變電所組成。1）發(fā)電廠發(fā)電廠是將其他形式的能源轉換為電能的工廠?！編熒印拷處熾S機邀請學生回答以下問題：你見過發(fā)電廠嗎？發(fā)電廠能夠通過哪些能源進行發(fā)電？【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生的回答根據能源的不同，常見的發(fā)電廠有靠火力發(fā)電的火電廠、靠水力發(fā)電的水電廠、靠太陽能發(fā)電的光伏廠，以及靠核燃料發(fā)電的核電廠。2）傳輸線路傳輸線路的作用是將發(fā)電廠的電能傳輸到其他位置。通過傳輸線路，相距較遠的發(fā)電廠與用電單位可以互相連接，這使得電能的開發(fā)和使用不受地域的限制。傳輸線路的特點是電壓較高、線路較長。3）區(qū)域變電所【師生互動】教師隨機邀請學生回答以下問題：你知道區(qū)域變電所的作用是什么嗎？【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生的回答區(qū)域變電所是對電能的電壓和電流進行變換、集中和分配的場所。發(fā)電廠輸出的電能，如果直接遠距離輸送，線路電流會很大，這使得傳輸線路上的電能損耗大、不經濟。為了減少傳輸線路上的電能損耗，可先通過區(qū)域變電所將電壓升高，以減小線路電流。當電能到達用戶附近后，為了滿足用戶安全用電的需求，再通過區(qū)域變電所將電壓降低，并分配給用戶。2．高壓供電系統的供電方式高壓供電系統的供電方式有集中式供電、分散式供電和混合式供電三種。具體采用何種方式一般視各城市的情況而定。1）集中式供電集中式供電是指城市電網直接向城市軌道交通專用的主變電所供電，主變電所再向牽引變電所和降壓變電所供電的方式。主變電所一般有兩路獨立的110kV電源，它們可變壓為內部供電系統所需的電壓級10kV或35kV。我國上海、廣州及香港地鐵采用此種供電方式。2）分散式供電分散式供電是指由城市軌道交通沿線的城市電網直接向附近牽引變電所和降壓變電所供電的方式。分散式供電應保證每座牽引變電所和降壓變電所皆能獲得雙路電源，這就需要城市電網在城市軌道交通線路沿線有足夠的變電站和備用電能，并能滿足牽引供電的安全要求。早期的北京地鐵就采用此種供電方式。3）混合式供電混合式供電是集中式和分散式兩種供電方式的結合。混合式供電能節(jié)約城市電網的資源，但是可靠性不足。這種方式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。目前，北京地鐵1號線和2號線為此種供電方式?！編熒印拷處熾S機邀請學生回答以下問題：這三種不同的高壓供電方式各自有哪些優(yōu)缺點？【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生的回答二、牽引供電系統1．牽引供電系統的組成牽引供電系統主要由牽引變電所和牽引網兩大部分組成。它的主要功能是將高壓交流電經降壓整流變成直流1500V或直流750V的電，并為列車牽引供電?！径嗝襟w】展示“采用架空式接觸網的牽引供電系統示意圖”（詳見教材），講解牽引供電系統的工作流程區(qū)域變電所將供電部門送來的三相高壓交流電降壓為所需電壓等級（如35kV），然后通過三相線路送到牽引變電所，再降壓并整流為適用于列車的1500V或750V直流電，最后通過列車的受流裝置與接觸網或接觸軌滑動接觸，將直流電引入列車，工作后的電流會經車體、輪對、軌道，再經由回流線流回到牽引變電所。【多媒體】組織學生掃碼觀看“在軌道中就一定會觸電嗎？”視頻（詳見教材），幫助學生進一步了解牽引供電系統1）牽引變電所牽引變電所的任務是將由區(qū)域變電所（或主變電所）獲取的高壓電，經降壓與整流后變換為可供列車牽引用的直流電（1500V或750V），并以直流電的形式將電能經饋電線送至接觸網。牽引變電所應沿線路布置，每一個牽引變電所都有一定供電范圍。供電距離過長，會使末端電壓過低及電能損耗過大；供電距離過短，又會使變電所數目太多而不經濟。牽引變電所一般應設置在車站和車輛段附近，相鄰兩所之間距離在2～4km?！拘≠N士】牽引變電所的容量與設置距離可通過牽引供電計算的結果，并經過經濟技術分析比較后確定。2）牽引網牽引網是城市軌道交通供電系統中向列車供電的裝置，它主要由接觸網、饋電線、電分段、軌道和回流線組成。接觸網：指經過列車的受電器向列車供電的導電網，它在工作過程中沒有備用線路，經常暴露于自然環(huán)境中，且結構復雜、對技術要求高。饋電線：指從牽引變電所向接觸網輸送電能的導線。電分段：指將接觸網從電氣連接上相互分開的裝置。為便于檢修和縮小事故范圍，一般會將接觸網分成若干段。軌道：列車行走時，可利用其作為牽引電流回流的電路?；亓骶€：指用以供牽引電流返回牽引變電所的導線?！拘≠N士】在采用跨坐式單軌列車時，需沿線路專門鋪設單獨的回流線。接觸網一般可分為架空式接觸網和接觸軌式接觸網。（1）架空式接觸網。架空式接觸網是架設在走行軌道上部的接觸網，列車（車輛）可通過其頂部伸出的受電弓與之接觸獲得電能。架空式接觸網具有敷設難度大、維護成本高、安全系數高和技術含量高的特點。通常，架空式接觸網按懸掛方式可分為柔性懸掛接觸網和剛性懸掛接觸網?！径嗝襟w】展示“柔性懸掛接觸網”與“剛性懸掛接觸網”（詳見教材），講解這兩種方式的接觸網柔性懸掛接觸網：主要由支柱基礎、定位裝置、支持裝置、接觸懸掛等組成。柔性懸掛接觸網彈性好，可以支持高速度列車的運行，但其需要極大的空間，結構復雜，與剛性接觸網相比更易斷裂。剛性懸掛接觸網：指在固定的導電體受流過程中在受電弓或接觸靴的作用下基本不變形的接觸網。匯流排是剛性懸掛接觸網的關鍵部件，一般采用鋁合金材料制成?！編熒印拷處熾S機邀請學生回答以下問題：與柔性懸掛接觸網相比，剛性懸掛接觸網具有哪些優(yōu)點？【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生的回答剛性懸掛接觸網所需要的隧道凈空小，投資小，而且導電銅線無張力架設，不必設置下錨裝置，也不會發(fā)生斷線事故，零部件少、載流量大、安全可靠且維護量小，可大大降低維護成本，其優(yōu)越性是柔性懸掛接觸網難以比擬的。（2）接觸軌式接觸網。在接觸軌式接觸網中，接觸軌是沿著走行軌道一側平行鋪設的附加第三軌，所以接觸軌式接觸網又被稱為第三軌式接觸網。列車運行時會從側邊伸出接觸靴，從接觸軌中獲取電能。采用接觸軌式接觸網的優(yōu)點是列車的接觸靴與第三軌的接觸面較大且對其磨損極小，故維護簡單。此外，修建地下線可降低凈空，減小開挖土方。接觸軌式接觸網根據接觸靴的接觸方式可分為上磨式、下磨式和側磨式三種。上磨式接觸軌：接觸軌裝在專用絕緣子上，底朝下。上磨式接觸軌固定方便，但不易加防護罩。下磨式接觸軌：接觸軌底朝上，緊固在絕緣子上，并且由固定在軌枕上的弓形肩架予以支持。下磨式接觸軌可以加防護罩，對工作人員較為安全。但其安裝結構較為復雜，費用較高，在經常因冰凍和下雪而造成集電困難的地區(qū)普遍使用。側磨式接觸軌：工作原理與上磨式相似，為高導電率鋼制成的特殊斷面的鋼軌。在其通過的地方要設置工作人員使用的人行道，在其余地點必須考慮設置保護木板或其他合適材料的保護板，以防觸電?！拘≠N士】在城市軌道交通車站，接觸軌總是設在遠離站臺軌道的一邊，以免乘客摔落在軌道上觸電。在線路露天地段，沿線要用木板保護起來，以免散落物引起電路故障。2．牽引供電系統的供電方式為了能安全、可靠地供電，通常將兩個相鄰牽引變電所之間的接觸網斷開，并將其設置為相互絕緣的兩部分，每一部分稱為一個供電分區(qū)。為了對接觸網起到分斷和保護作用，供電分區(qū)的末端還設置有斷路器和隔離開關的分區(qū)亭。分區(qū)亭內的開關設備不僅能隔斷供電分區(qū)，還可以將供電分區(qū)聯結起來，牽引供電系統的供電方式主要按牽引變電所的分布情況、供電臂的長短、線路的供電可靠性而定。通常，牽引供電系統的供電方式根據供電分區(qū)的狀態(tài)可分為單邊供電和雙邊供電。單邊供電：分區(qū)亭開關開啟，每個供電分區(qū)的接觸網只從相鄰一端的牽引變電所獲取電流。雙邊供電：分區(qū)亭開關閉合，每個供電分區(qū)的接觸網可同時從相鄰的兩個牽引變電所獲取電流?！編熒印拷處熾S機邀請學生回答以下問題：比較單邊供電和雙邊供電，兩者誰更具優(yōu)勢？【學生】聆聽、思考、回答【教師】總結學生的回答單邊供電時，接觸網若發(fā)生故障只會影響本供電分區(qū)，故障范圍較??；雙邊供電時，雖然可提高供電電壓水平，但一旦發(fā)生故障，影響范圍較大，因此目前較少應用。除此之外，越區(qū)供電也是牽引供電系統的一種供電方式。當某個牽引變電所發(fā)生故障或停電檢修時，該牽引變電所承擔的供電任務會由兩側相鄰的牽引變電所負責，此時稱為越區(qū)供電。在越區(qū)供電方式下，供電末端的接觸網電壓較低，電能損耗較大。因此，越區(qū)供電只是在不得已的情況下短時采用的一種運行方式。三、動力照明供電系統動力照明供電系統為車站空調、自動扶梯和通信、信號等設備供電，該系統主要由降壓變電所和動力照明配電系統組成。1．降壓變電所降壓變電所只需要向區(qū)間和車站的動力照明系統供電。通常，每個車站應設降壓變電所，有時負荷較小的車站可以幾個站合設一個。降壓變電所可分為車站降壓變電所、車輛段和停車場降壓變電所、OCC降壓變電所。2．動力照明配電系統1）動力照明配電系統的組成（1）照明配電室。照明配電室主要負責為車站的照明設備供電，以保證照明設備的正常運行。通常，一個普通車站會配備4個照明配電室，分別負責站臺、站廳一半的照明負荷，它們通常分布在站臺和站廳的兩端。正常情況下，工作照明、事故照明均由交流電源供應，當交流電源不工作時，事故照明自動切換為蓄電池供電，用直流電確保事故期間的必要照明。（2）環(huán)控控電室。環(huán)控控電室主要負責隧道通風系統、空調大系統、空調小系統、空調水系統等設備的供電。通常，一個普通車站會配備2個環(huán)控控電室，分別安裝在站廳兩端的環(huán)控機房附近，各負責車站一半的環(huán)控負荷。2）動力照明配電系統的控制范圍動力照明配電系統主要包含車站照明系統和車站低壓配電系統兩個子系統。（1）車站照明系統。車站照明系統的控制范圍大致包括：站臺層、站廳層公共區(qū)的一般照明、節(jié)電照明、事故照明、廣告照明，以及設備用房和運營管理用房的一般照明、事故照明；出入口的疏散誘導指示照明、一般照明與事故照明；電纜廊道的一般照明及區(qū)間隧道的一般照明、事故照明。（2）車站低壓配電系統。車站低壓配電系統的控制范圍大致包括：環(huán)境控制、排水、消防、電梯、自動扶梯、自動售檢票及通信、信號等系統動力設備的供電?！局R拓展】教師講解車站不同級別的用電負荷根據用電設備的用途和重要性，車站的用電負荷可分為以下三個等級。在事故或供電不足的情況下，可按照重要性來保證必要的負荷。（1）一級負荷：包括通信系統、信號系統、火災報警系統、氣體滅火系統、環(huán)境與設備監(jiān)控系統、屏蔽門系統、消防泵、廢水泵、雨水泵、防淹門、車站控制室、事故風機及其風閥等。（2）二級負荷：包括非事故風機及其風閥、污水泵、集水泵、自動扶梯、工作人員電梯、輪椅升降機、自動售檢票設備、民用通信電源及維修電源等。（3）三級負荷：包括冷水機組