第二章外部供电系统【精选】
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第二章 城市轨道交通的外部供电系统
第一节 外部电源
城市轨道交通供电系统的外部电源供电系统就是为城 轨供电系统的主变电所或电源开闭所提供电能的外部 城市电网电源供电系统。图2-1为城市轨道交通外部电 源和牵引供电系统的连接图。
图2-1 城市轨道交通外部电源与牵引供电系统的连接 1-发电厂（站） 2-升压变压器 3-电力网 4-主降压变电站 5-直流牵引变 电所 6-馈电线 7-接触网 8-走行轨 9-回流线
第一节 外部电源
当电力系统向非线性负荷供电时，这些负荷在传递、变换、 吸收系统发电机所供给的能量的同时，又把部分能量转换为谐 波能量，向电力系统倒送大量的高次谐波，使电力系统的正弦 波形发生畸变，使电能质量降低。
城市轨道交通供电系统中的谐波源主要为电子开关型，即 城市轨道交通中广泛使用的各种交直流换流装置（整流器、逆 变器）以及双向晶闸管可控开关设备。
城轨供电系统中无功功率主要来源于感性负载（如 异步电动机、变压器、荧光灯等）。另外，电力系统 中的电抗器和架空线等也消耗一定无功功率；电力电 子装置等非线性装置也要消耗无功功率，这些装置工 作时也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无 功功率的。
第一节 外部电源
无功功率危害主要表现在以下几方面： 1）供电线路中增加了无功功率的有功损耗， 导致变送电设备、供电线路、用电设备发热程 度加重。 2）无功电流在供电线路上产生的电压降，导 致线路末端的输出电压降低，致使用电设备的 实际输出功率降低。 3）变送电设备的负荷容量一定，增加了无功 容量Q，则有功输出容量P降低。 4）电网中的电流与电压的相位不同相，产生 较为严重的谐波分量，导致供电网络电压不稳 定和谐波干扰增大。
图2-5 混合式供电方式示意图
第一节 外部电源
四、外部电源对城市轨道交通供电的电压等级 采用集中式供电方式的城市轨道交通供电
系统，目前外部电源的电压等级一般为AC110Kv或 AC63Kv，其中AC63Kv电压为东北电网所特有。
采用分散式供电方式的城市轨道交通供电 系统，外部电源电压等级应与城市电网电压等级 一致。目前根据城市电网的情况，外部电源的电 压等级有AC35Kv和AC10Kv两种。由于AC35Kv这一 电压等级在各大城市电网中将逐渐被AC110Kv取代， 所以一般都采用AC10Kv的电压等级。
牵引供电系统是城市轨道交通供电系统的主要谐波源。其 中采用的牵引整流机组的容量、整流相数、接线方式等对正弦 波形的畸变程度有较大的影响。
除牵引供电系统产生谐波外，动力照明系统也会产生谐波。 动力照明系统的主要谐波源有变频器、荧光灯、高压气体放电 灯、计算机、软启动装置、电容器。
第一节 外部电源
2.谐波的危害
1.集中式供电方式 一条轨道交通线路配置少量的受电点（主变电所）， 通过受电点（主变电所）集中从城市电网受进电力， 经主变电所降压后再向轨道交通内部电网供电。
图2-3 集中式供电方式示意图
第一节 外部电源
2.分散式供电方式 分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网（通常是
10KV电压等级）分别向各沿线的地铁牵引变电所和降 压变电所供电。
3.谐波的治理 谐波治理属于综合性工程。首先限制谐波源头，采取 必要的技术措施将谐波含量降到最小，其次采取辅助 措施，降低谐波的影响。 1）限制电网谐波源头 限制电网谐波源头的主要措施 有增加牵引整流机组的脉波数和安装滤波装置或谐波 补偿装置等。
2）其他辅助措施 除了对谐波源的限制以外还可以采 取选用D，Y11接线组别的三相配电变压器、将产生谐 波的供电线路和对谐波敏感的供电线路分开的方法来 降低谐波的影响。
区域变电所
10kV
10kV
10kV
10kV
10kV
Hale Waihona Puke Baidu
10kV
10kV
牵引或降压变电所
图2-4 分散式供电方式示意图
第一节 外部电源
3.混合式供电方式 混合式供电方式是将分散式与集中式相结合的供电方
式 。采用集中式供电方式时，在主变电所设置一定的
情况下，若线路末端中压网络压降不能满足要求，则可 从城市电网引入中压电源作为补充，这就构成了以集中 式供电方式为主的混合式供电方式。
第一节 外部电源
一、城市轨道交通对外部电源的要求 1）两路独立的进线电源。这两路电源可以来自城市电 网的不同变电所，也可来自城市电网的同一变电所的 不同母线。主变电所进线电源应至少有一路为专线电 源。 2）每路进线电源的容量应满足所内全部一、二级负荷 的要求。 3）两路电源应分列运行，互为备用，当一路电源发生 故障时，另一路电源不应同时受到损坏，由另一路电 源保证对城轨供电系统供电。 4）为了便于运营管理和减少损耗，外部电源点应尽可 能地靠近城市轨道交通线路。
第一节 外部电源
六、无功功率及其补偿
城市轨道交通中包含了大量的自然功率因数较低的 用电设备，如动力设备的功率因数一般为0.8左右，荧 光灯等气体放电灯的功率因数则只有0.5。这些设备的 存在使得供电系统的功率因数较低，就会增大供电线 路和设备的能量损耗，使供电设备的利用率较低，因 此必需进行适当的无功补偿。
第一节 外部电源
五、谐波及其治理 1.谐波及其产生 在理想的干净供电系统中，电流和电压都是 正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电 容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压 成正比，流过的电流是正弦波。 在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于 电流流经非线性负荷（如变压器、电子开关等） 时，电流与所加的电压不呈线性关系而造成波 形畸变，形成非正弦电流，即电路中有谐波产 生。
第一节 外部电源
二、外部电源系统的组成 由发电厂、电力网组成，而电力网由各种电压等级的
输、配电线路和变（配）电站（所）组成。
图2-2 采用集中供电方式的城市电网外部供电系统和牵引供电系统
第一节 外部电源
三、外部电源对城市轨道交通的供电方式 国内各城市对地铁及城市轨道交通的供电一般有三种 方式，即集中式供电方式、分散式电方式、分散与集 中相结合的混合式供电方式。
谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以 下几个方面： 1）谐波对供电线路产生了附加损耗，加大了 电力运行成本； 2）谐波降低了供电可靠性，影响各种电气设 备的正常工作； 3）谐波使电网中的电容器产生谐振，容易引 发供电事故； 4）谐波对附近的通信系统产生干扰，影响通 信系统的正常工作。
第一节 外部电源
第一节 外部电源
城市轨道交通供电系统的外部电源供电系统就是为城 轨供电系统的主变电所或电源开闭所提供电能的外部 城市电网电源供电系统。图2-1为城市轨道交通外部电 源和牵引供电系统的连接图。
图2-1 城市轨道交通外部电源与牵引供电系统的连接 1-发电厂（站） 2-升压变压器 3-电力网 4-主降压变电站 5-直流牵引变 电所 6-馈电线 7-接触网 8-走行轨 9-回流线
第一节 外部电源
当电力系统向非线性负荷供电时，这些负荷在传递、变换、 吸收系统发电机所供给的能量的同时，又把部分能量转换为谐 波能量，向电力系统倒送大量的高次谐波，使电力系统的正弦 波形发生畸变，使电能质量降低。
城市轨道交通供电系统中的谐波源主要为电子开关型，即 城市轨道交通中广泛使用的各种交直流换流装置（整流器、逆 变器）以及双向晶闸管可控开关设备。
城轨供电系统中无功功率主要来源于感性负载（如 异步电动机、变压器、荧光灯等）。另外，电力系统 中的电抗器和架空线等也消耗一定无功功率；电力电 子装置等非线性装置也要消耗无功功率，这些装置工 作时也会产生大量的谐波电流，谐波源都是要消耗无 功功率的。
第一节 外部电源
无功功率危害主要表现在以下几方面： 1）供电线路中增加了无功功率的有功损耗， 导致变送电设备、供电线路、用电设备发热程 度加重。 2）无功电流在供电线路上产生的电压降，导 致线路末端的输出电压降低，致使用电设备的 实际输出功率降低。 3）变送电设备的负荷容量一定，增加了无功 容量Q，则有功输出容量P降低。 4）电网中的电流与电压的相位不同相，产生 较为严重的谐波分量，导致供电网络电压不稳 定和谐波干扰增大。
图2-5 混合式供电方式示意图
第一节 外部电源
四、外部电源对城市轨道交通供电的电压等级 采用集中式供电方式的城市轨道交通供电
系统，目前外部电源的电压等级一般为AC110Kv或 AC63Kv，其中AC63Kv电压为东北电网所特有。
采用分散式供电方式的城市轨道交通供电 系统，外部电源电压等级应与城市电网电压等级 一致。目前根据城市电网的情况，外部电源的电 压等级有AC35Kv和AC10Kv两种。由于AC35Kv这一 电压等级在各大城市电网中将逐渐被AC110Kv取代， 所以一般都采用AC10Kv的电压等级。
牵引供电系统是城市轨道交通供电系统的主要谐波源。其 中采用的牵引整流机组的容量、整流相数、接线方式等对正弦 波形的畸变程度有较大的影响。
除牵引供电系统产生谐波外，动力照明系统也会产生谐波。 动力照明系统的主要谐波源有变频器、荧光灯、高压气体放电 灯、计算机、软启动装置、电容器。
第一节 外部电源
2.谐波的危害
1.集中式供电方式 一条轨道交通线路配置少量的受电点（主变电所）， 通过受电点（主变电所）集中从城市电网受进电力， 经主变电所降压后再向轨道交通内部电网供电。
图2-3 集中式供电方式示意图
第一节 外部电源
2.分散式供电方式 分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网（通常是
10KV电压等级）分别向各沿线的地铁牵引变电所和降 压变电所供电。
3.谐波的治理 谐波治理属于综合性工程。首先限制谐波源头，采取 必要的技术措施将谐波含量降到最小，其次采取辅助 措施，降低谐波的影响。 1）限制电网谐波源头 限制电网谐波源头的主要措施 有增加牵引整流机组的脉波数和安装滤波装置或谐波 补偿装置等。
2）其他辅助措施 除了对谐波源的限制以外还可以采 取选用D，Y11接线组别的三相配电变压器、将产生谐 波的供电线路和对谐波敏感的供电线路分开的方法来 降低谐波的影响。
区域变电所
10kV
10kV
10kV
10kV
10kV
Hale Waihona Puke Baidu
10kV
10kV
牵引或降压变电所
图2-4 分散式供电方式示意图
第一节 外部电源
3.混合式供电方式 混合式供电方式是将分散式与集中式相结合的供电方
式 。采用集中式供电方式时，在主变电所设置一定的
情况下，若线路末端中压网络压降不能满足要求，则可 从城市电网引入中压电源作为补充，这就构成了以集中 式供电方式为主的混合式供电方式。
第一节 外部电源
一、城市轨道交通对外部电源的要求 1）两路独立的进线电源。这两路电源可以来自城市电 网的不同变电所，也可来自城市电网的同一变电所的 不同母线。主变电所进线电源应至少有一路为专线电 源。 2）每路进线电源的容量应满足所内全部一、二级负荷 的要求。 3）两路电源应分列运行，互为备用，当一路电源发生 故障时，另一路电源不应同时受到损坏，由另一路电 源保证对城轨供电系统供电。 4）为了便于运营管理和减少损耗，外部电源点应尽可 能地靠近城市轨道交通线路。
第一节 外部电源
六、无功功率及其补偿
城市轨道交通中包含了大量的自然功率因数较低的 用电设备，如动力设备的功率因数一般为0.8左右，荧 光灯等气体放电灯的功率因数则只有0.5。这些设备的 存在使得供电系统的功率因数较低，就会增大供电线 路和设备的能量损耗，使供电设备的利用率较低，因 此必需进行适当的无功补偿。
第一节 外部电源
五、谐波及其治理 1.谐波及其产生 在理想的干净供电系统中，电流和电压都是 正弦波的。在只含线性元件(电阻、电感及电 容)的简单电路里，流过的电流与施加的电压 成正比，流过的电流是正弦波。 在电力系统中，谐波产生的根本原因是由于 电流流经非线性负荷（如变压器、电子开关等） 时，电流与所加的电压不呈线性关系而造成波 形畸变，形成非正弦电流，即电路中有谐波产 生。
第一节 外部电源
二、外部电源系统的组成 由发电厂、电力网组成，而电力网由各种电压等级的
输、配电线路和变（配）电站（所）组成。
图2-2 采用集中供电方式的城市电网外部供电系统和牵引供电系统
第一节 外部电源
三、外部电源对城市轨道交通的供电方式 国内各城市对地铁及城市轨道交通的供电一般有三种 方式，即集中式供电方式、分散式电方式、分散与集 中相结合的混合式供电方式。
谐波对公用电网和其他系统的危害大致有以 下几个方面： 1）谐波对供电线路产生了附加损耗，加大了 电力运行成本； 2）谐波降低了供电可靠性，影响各种电气设 备的正常工作； 3）谐波使电网中的电容器产生谐振，容易引 发供电事故； 4）谐波对附近的通信系统产生干扰，影响通 信系统的正常工作。
第一节 外部电源