轨道交通牵引供变电技术第1章第2节 城市轨道交通直流电力牵引供变电装置及其功能

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随着机车控制技术和电力电子技术的发展，出 现了斩波调压控制的直流牵引电机驱动方式，直流 牵引制的上述优势依然明显，即便是目前采用变频 调压（VVVF）控制的交流牵引电机传动系统，直流 牵引制对于保证网压质量和交流传动控制系统的稳 定工作，以及简化电动车辆逆变器的器件与设备都 是有利的，因此，至今仍然在城市轨道交通牵引中 得到广泛的采用。 国外城市轨道交通的直流牵引制供电电压等级， 从570V、750V到1500V、3000V等有多种标准，但其 发展趋势是向国际电工协会（IEC）制定的国际标准 600V、750V和1500V等电压等级靠拢。
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图1.11 城市轨道交通直流电力 牵引供变电系统组成图
世界上各国城市轨道交通的地铁与轻轨，大都采 用直流牵引制，并具有一百多年的运营历史。由于城市 轨道交通牵引的特点是，车站站间距离短（1～3km）， 列车启动和制动频繁，要求牵引网供电电压应相对维持 稳定。最初采用直流电力牵引制的出发点有以下几方面： （1）电动车辆应用直流牵引电机调速方便且易于 实现，借助传统的电阻调节控制，改变牵引电机端压或 调节励磁即可调节速度。 （2）直流串激电机具有适合于列车牵引性能的转 矩-速度特性。 （3）直流供电相对交流供电的牵引网电压损失和 功率损失要小得多，有利于保持网压稳定，确保列车频 繁启动下的电压质量，从而有利于保证列车的运行速度。
第一章 轨道交通牵引供变电装 置与电气设备概论
第二节 城市轨道交通直流电力牵引供变 电装置及其功能
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第二节
城市轨道交通直流电力牵引供 变电装置及其功能
城市轨道交通直流电力牵引供变 电系统是由从电力系统的区域变电站 或城网降压变电站接受和输送电能的 外部供电系统（包括主变电所、专用 中压供电网）、直流牵引变电所和降 压变电所等环节和装置组成的专用电 气系统，如图1.11所示。它主要通过 牵引变电所整流机组降压变流后，向 城市轨道交通电动车组牵引负荷提供 所需直流电压和电能。同时，经降压 变电所变压器降压后，为车站与线路 区间各种机电设备、照明负荷和通信 信号提供低压 380/220 V电源。
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1.
集中式供电方式 集中式供电方式是由专门设置的主变电所集中 为沿线直流牵引变电所和降压变电所供电的一种供 电方式，如图1.12所示。每个主变电所需有两路从区 域或城网降压变电所馈出的独立电源进线，线路电 压多采用110 kV，经降压后输出35 kV电压馈线， 为牵引变电所和降压变电所供电。图中各主变电所 的供电划分为若干供电分区，每两个供电分区间通 过双环网电缆进行联络，并设有联络开关QF1、QF2 等，正常时断开。若主变电所A退出工作，则QF1、 QF2自动合闸，由相邻主变电所B向原主变电所A的 供电分区供电。主变电所B退出时，上述程序类似。
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一、外部供电方式和中压供电网
城市轨道交通需从城市电网或区域变电所取 得电源，由于牵引负荷和为其服务的重要机械动 力、行车信号和车站照明都属于一级负荷，从电 源接受和输送电能并为其供电的外部供电方式必 须有足够的可靠性、灵活性，并能保证供电质量。 外部供电电源依靠中压供电网分别与沿线牵引变 电所、降压变电所连接，构成后两者的电源进线。 （一）外部供电方式 外部供电方式有集中式供电、分散式供电和 混合式供电3种，其构成和主要特点分述如下：
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20世纪末和21世纪初，上海、广州等地投入运 营的地铁线多数采用1500V柔性架空接触网结构， 少数采用1500V刚性架空接触网结构，同时少数城 市的轻轨线路也有分别采用750V柔性架空接触网 和750V下部取流与上部取流钢铝复合接触轨结构 的系统，其后一些城市的地铁工程则采用了1500V 下部取流钢铝复合接触轨系统。这说明接触网结构 形式及其使用的新材料，近年来得到了良好的发展 和应用。 为了对城市轨道交通直流电力牵引供变电系统 各主要组成环节和供电装置的功能与作用有全面的 了解，下面分别给以简要介绍。
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图1.12 集中式供电方式示意图
集中式供电方式的主要特点： （1）专用主变电所从城网（或区域变）高等 级的 110 kV 电压级引入，形成独立的供电系统， 受城市其他电气负荷的干扰影响小，供电质量和 可靠性较高。
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（ 2 ）城轨交通外部供电与牵引、降压供电组 成统一的独立系统，便于运营管理与维护，有利 于集中调度监控，最终将有利于提高效益。 （3）由于35 kV供电电压的集中式供电方式相 对于分散供电的 10 kV电网供电，在供电容量和输 送距离方面具有较大优势，有利于城轨交通的长 远发展和多条线路共用主变电所等资源，从而可 极大地获取总体经济利益。 我国多数大城市如上海、广州等地和国外某些 大城市地铁工程都采用集中式供电方式。
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2. 分散式供电方式 分散式供电方式是在城市轨道交通沿线就近从城 市电网引入中压 10 kV 电源直接为牵引变电所和降压 变电所供电的外部供电方式（因城网 35 kV 电压级趋 于淘汰），如图1.13所示。一般从城网不同降压变电 所引入的中压电源向若干个牵引、降压变电所供电， 并各自形成供电分区，两供电分区通过双环网电缆进 行联络，并设有联络开关，正常时联络开关断开，各 供电分区分别由各自电源供电，如图 1.13 中所示。 若某一中压电源进线故障或检修而退出工作，则通过 联络开关自动合闸，转换由相邻电源进线为其供电分 区供电，其过程与上述集中式供电方式相同。
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我国国家标准规定，城市轨道交通电力牵引供 电电压为750V、1500V两种等级，其电压允许波动 范围：750V电压级为500～900V；1500V电压级为 1000～1800V。电压等级的选择是一项牵涉城市或地 区近期与长远经济、社会发展的重大决策，它与牵 引网结构形式、城市远期客流量、电动车辆容量与 编组、线路断面开挖工程量，以及具体城市或地区 的环境和地质条件等多种因素有关，应针对主要影 响因素，通过综合技术经济全面比较予以确定。 对于750V和1500V电压等级的牵引网结构形式， 均分为架空接触网和接触轨两种。我国早期在北京、 天津等地建成的地铁工程，都是采用直流750V上部 取流低碳钢接触轨系统，