城市轨道交通工程供电系统及设备组成

城市轨道交通工程供电系统及设备组成

城市轨道交通供电系统是城市轨道交通运营的动力源泉，负责电能的供应与传输。城市轨道交通的供电系统主要由外电源、牵引供电、动力照明、杂散电流腐蚀防护系统、电力监控系统组成。

外电源

城市轨道交通供电系统的外电源主要取自外部电力系统的城市供电网，通常有三种形式：集中式供电、分散式供电、混合式供电。集中式供电和分散式供电的分别是是否具有为整个城市轨道交通供电系统提供电源的主变电所。集中式供电使用城市供电网的高压电网，提高了城市轨道交通供电系统的电源电压和容量，专网专供，使城市轨道交通供电系统的可靠性进一步提高。分散式供电直接从城网分散地引入多路中压电源作为城市轨道交通电源，与城网电力资源共享，该方式要求城网有比较多的中压电源点。混合式供电吸收了集中式供电与分散式供电方案的各自优点，系统方案灵活，使供电系统完善和可靠。

牵引供电系统

牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网。牵引变电所的站位和容量设置，遵循供电合理，运营方便，满足高峰运营时最大负荷的需要进行设计。

牵引变压器和配电变压器一般均采用空气自冷式干式变压

器，根据《地铁设计规范》“电力电缆与控制电缆，在地下敷设应采用低烟无卤阻燃电缆，在地上敷设时可采用低烟阻燃电缆。为应急照明、消防设施供电的电缆，明敷时应采用低烟无卤耐火铜芯电缆或矿韧绝缘

耐火电缆”。变电所的主开关根据电压选择六氟化硫气体灭弧开关或真空开关。为了抑制直流牵引负荷产生的谐波电流注入城市电网，牵引整流机组采用双机组12 脉波并列运行构成等效24 脉波整流，以满足供电部门关于抑制高次谐波注入电网的要求。采用多相整流，增加直流侧输出电压脉波数的等效24 脉波整流，是解决城市轨道交通牵引负荷谐波的最佳方案。相对于在电网侧加装滤波装置，该方案结构简单、成本低、运营管理方便，同时提供给车辆的直流电压更加平稳，有利于车辆运行。

根据车辆受电模式不同，牵引供电的牵引网采用两种形式：第三轨—集电靴模式和架空接触网- 受电弓模式，利用车辆走行轨回流。第三轨- 受电靴模式较为简单、可靠，在城市轨道交通的发展前期使用广泛。随着接触网可靠性的提高，以及人们对安全性的要求，接触网- 受电弓模式得到推广应用。架空接触网分柔性和刚性两种。

相对于第三轨-受电靴模式，架空接触网-受电弓模式安全性高，特别是在突发事件情况下，架空接触网- 受电弓模式可以方便城市轨道交通运营部门紧急疏散乘客。另外，由于采用架空形式，提高了车辆的受电电压，不仅可以降低线路损耗，提高供电距离，而且还降低了车辆自重，增加车辆载客量。长春轻轨工程均采用的是接触网- 受电弓供电模式。

动力照明系统城市轨道交通动力照明系统与通常动力照明系统无异，经过配电变压器的转换，电压采用三相AC380V为了确保人身和设备安全，系统采用TN-S 三相四线制。

目前一些已建的城市轨道交通线路中，存在配电变压器容量选择偏大的现象，根据《地铁设计规范》“配电变压器的容量选择应当满足一台配电变压器退出运行时，另一台配电变压器能负担供电范围内的远

期一、二级负荷”的要求，地铁配电变压器的的负载率初期应达到或接近50%，远期能达到或接近60%。这样不仅变压器的损耗较小，且在一台变压器退出运行的情况下又能满足车站一、二级负荷的规范要求。同时，提高配电变压器的负载率不仅降低变压器长期低负载率运行的能耗损失，降低运行成本，减少一次性投资，而且可抑制初期运行时出现的无功倒送、CT变比选择和测量精度不准等问题。

对于隧道风机、给排水、电扶梯等负荷，应考虑其负荷特性，合理运用变压器的负荷特性予以解决。

杂散电流腐蚀防护系统城市轨道交通的供电模式是通过设置在沿线的牵引变电所以架空接触网或第三轨的形式向列车馈送电能，并利用走行轨作为回流线路进行回流。一般情况下，走行轨本身具有电阻且对地

无法做到完全绝缘，因此一部分电流经走行轨泄漏到大地，这部分泄漏电流称为“杂散电流”。

杂散电流对土建结构钢筋、设备金属外壳及其它地下金属管线产生的电化学腐蚀，即杂散电流腐蚀。防止杂散电流采取“以防为主，以排为辅、防排结合、加强监测”的综合防护措施。主要采取以下技术方案：

（1）减少回流钢轨纵向电阻，降低钢轨电位和提高回流轨对地过渡电阻，确保畅通的牵引回流系统，隔离和控制所有的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入主体结构、设备及相关设施；

（2）在回流钢轨的整体道床中设置杂散电流收集网，通过杂散电

流的收集和排流系统，提供杂散电流返回变电所负极的金属通路，减少杂散电流向外泄漏；

（3）设置完备的杂散电流监测系统，测量杂散电流的大小，为运营维护提供依据;

（4）当监测电流超一定限值时，启动排流装置，将金属结构中的杂散电流人为地回流到钢轨或变电所负极。

（5）设置与大地绝缘的独立回流轨。

电力监控系统

为了提高城市轨道交通供电系统的可靠性和自动化程序，城市轨道交通供电系统设置了自动控制系统——电力监控SCADA 系统。

电力监控系统运用计算机和网络技术，采用分层分布式结构，由控制中心（OCC主站系统、车站变电所子站系统、车站内的基础设备、接触网设备、通信单元组成。主变电所、牵引变电所、降压变电所的信息经过信息终端和通道接入电力监控系统中，通过通信系统主干网形成一个完整的系统网络结构。

由于计算机控制技术的普及，长春轻轨三期工程通将电力监控系统纳入到综合监控系统，在控制中心及车站集成了电力监控系统、环境与设备监控系统等系统，综合监控系统为这些不同的系统提供了一个综合的信息平台。

结语

虽然城市轨道交通供电系统使用的都是成熟技术，但由于城市轨道交通和设备使用场所（高架、地面和地下）的特殊性，对供电系统的可靠性要求非常高，对设备也提出了很高的要求。我国城市民用配电网的电压为10kV、35kV，容量受到限制，因此在大容量的城市轨道交通

线路上采用集中供电模式，以提高供电的可靠性。从城市轨道交通运营安全的角度分析，推荐使用接触网-受电弓供电模式，由于架空接触网存在对城市影观影响的缺陷，通过城市风景区的线路采用第三轨-受电靴供电模式，供电电压限制在1000V以下。

设计时应严格核对动力照明系统的容量，配电变压器的负载率初期应达到或接近50%，远期要能达到或接近60%。城市轨道交通线路运营时产生的杂散电流会对地下金属管理、结构产生危害，在规划设计中要加强防治杂散电流的措施和预案。对供电系统设备、设施进行工程和产品设计、安装、调试、验收、运营、维护和管理的设备全生命周期管理。