【文章內(nèi)容簡介】 運(yùn)行與服務(wù)的電力監(jiān)控系統(tǒng)。設(shè)計的內(nèi)容：控制中心電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能要求；供電復(fù)示工作站電力監(jiān)控系統(tǒng)功能要求；電力監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)的相關(guān)內(nèi)容 第二章 軌道交通供電系統(tǒng)介紹 設(shè)備分類 按照電壓等級可劃分為高壓設(shè)備、中壓設(shè)備和低壓設(shè)備、高壓設(shè)備包括高壓開關(guān)設(shè)備、主變壓器；中壓設(shè)備包括中壓開關(guān)設(shè)備和配電變壓器、牽引變壓器、1500V直流開關(guān)設(shè)備；低壓設(shè)備包括低壓開關(guān)設(shè)備、整流器、750V直流開關(guān)設(shè)備、繼電保護(hù)類設(shè)備。按照設(shè)備所位置劃分為主變電所設(shè)備、牽引變電所設(shè)備和降壓變電所設(shè)備。主變電所設(shè)備主要包括高壓開關(guān)設(shè)備、主變壓器、接地變壓器、所變壓器、中壓開關(guān)設(shè)備；牽引變電所設(shè)備主要包括中壓開關(guān)設(shè)備、直流開關(guān)設(shè)備、牽引變壓器、整流器；降壓變電所設(shè)備主要包括中壓開關(guān)設(shè)備、低壓開關(guān)設(shè)備、配電變壓器等。
設(shè)備的功能和型式 高壓開關(guān)設(shè)備 高壓開關(guān)設(shè)備應(yīng)用于城軌工程主變電所，作為高壓配電設(shè)備，接受城網(wǎng)電源并分配給所內(nèi)主變壓器。高壓開關(guān)設(shè)備為戶內(nèi)式安裝，一般采用高壓GIS全封閉組合電器設(shè)備。
高壓SF6全封閉組合電器，將SF6斷路器、隔離開關(guān)、接地開關(guān)、互感器、避雷器、母線、連接件和出線終端等組合在一起，這些設(shè)備或部件全部封閉在已接地的金屬外殼中，在其內(nèi)部充有一定壓力的SF6絕緣氣體。該設(shè)備簡稱GIS（gas isolate system）。由于GIS是將多個高壓電器元件有機(jī)的組合在一起，因此具有結(jié)構(gòu)緊湊、元器件不受污染及大氣環(huán)境因素的影響、安裝方便、有利于縮短安裝工期等特點。
高壓sF6全封閉組合電器不僅電氣絕緣介質(zhì)采用sF6氣體，滅弧介質(zhì)也是sF6氣體。雖然SF6氣體本身極穩(wěn)定，有很高的絕緣強(qiáng)度和滅弧能力，但在SF6氣體環(huán)境中的斷路器和電器設(shè)備的穩(wěn)定性、可靠性完全取決于sF6氣體的純潔度。如果純潔度受到破壞，例如混入了過量的水分、雜質(zhì)及加工余屑和金屬粉末等，它的穩(wěn)定性就會受到破壞，同時絕緣強(qiáng)度和滅弧能力也會大大降低。此時受到弧光溫度的作用和影響，還將分解出有害的分解物，在嚴(yán)重的情況下甚至?xí)a(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)。
中壓開關(guān)設(shè)備 （1）功 能 中壓開關(guān)設(shè)備應(yīng)用于城軌工程的主變電所、電源開閉所、牽引變電所和降壓變電所，用于接受和分配中壓電能。
在主變電所，中壓開關(guān)設(shè)備的進(jìn)線電源引自主變壓器，饋出線引至主變電所供電范圍內(nèi)的牽引變電所、降壓變電所。
電源開閉所的中壓開關(guān)設(shè)備接受城網(wǎng)或主變電所的中壓電源，并為開閉所供電范圍內(nèi)的牽引變電所、降壓變電所提供中壓電源。
依據(jù)中壓網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計，牽引變電所的中壓開關(guān)設(shè)備由主變電所、電源開閉所、相鄰牽引變電所或降壓變電所引入中壓電源，并供給所內(nèi)牽引變壓器。降壓變電所的中壓開關(guān)設(shè)備由主變電所、電源開閉所、相鄰牽引變電所或降壓變電所引入中壓電源，并供給所內(nèi)配電變壓器。
（2）開關(guān)柜型式 按照電氣絕緣介質(zhì)可分為空氣絕緣開關(guān)柜、復(fù)合絕緣開關(guān)柜和SF6氣體絕緣開關(guān)柜。按照開關(guān)柜內(nèi)安裝的開關(guān)設(shè)備可分為斷路器柜、負(fù)荷開關(guān)柜、隔離開關(guān)柜和熔斷器柜。
空氣絕緣和復(fù)合絕緣開關(guān)柜的結(jié)構(gòu)形式為金屬鎧裝封閉式，內(nèi)部設(shè)有不同功能隔室，手車可為落地式或中置式。SF6氣體絕緣開關(guān)柜可分為全密封充氣(SF6)環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜和CGIS(Cubicle Type—GIS)開關(guān)柜。
不同的電氣絕緣介質(zhì)，對開關(guān)柜的外形尺寸影響很大，采用空氣絕緣的開關(guān)柜體積最大，采用復(fù)合絕緣次之，采用SF。氣體絕緣時開關(guān)柜體積最小。對于10 kV開關(guān)柜，空氣絕緣開關(guān)柜的寬度多為800 1000 mm，采用復(fù)合絕緣可為650 mm，采用SF6氣體絕緣時可為400~600 mm。對于35 kV開關(guān)柜，空氣絕緣開關(guān)柜的寬度多為1 400 mm，采用sF6氣體絕緣時可為800 mm左右。采用空氣絕緣和復(fù)合絕緣開關(guān)柜的外殼防護(hù)等級在IP20及以上。
35 kv開關(guān)柜多采用C．GIS開關(guān)柜，以減小變電所的土建規(guī)模，20 kV及以下開關(guān)柜應(yīng)采 用空氣絕緣的金屬鎧裝開關(guān)柜，避免溫室氣體SF6對環(huán)境的影響。
金屬鎧裝封閉手車式開關(guān)柜、C．GIS開關(guān)柜可用于主變電所、牽引變電所和降壓變電所，全密封充氣只sF6)環(huán)網(wǎng)開關(guān)柜、負(fù)荷開關(guān)柜一般用于跟隨式降壓變電所。
(3)斷路器類型 按照斷開速度不同分為低速斷路器和高速斷路器，一般以斷開時間為0．02 s分界。從滅弧介質(zhì)則可分為油斷路器、真空斷路器、sF6斷路器、壓縮空氣斷路器、自產(chǎn)氣斷路器和磁吹斷路器等。目前，油斷路器城網(wǎng)仍有少量采用，其他斷路器已被真空斷路器和sF6斷路器取代。
油斷路器分為多油式斷路器和少油式斷路器，主要區(qū)別是：少油式斷路器的觸頭及滅弧裝置對地的絕緣是由支撐絕緣子、瓷套管和有機(jī)絕緣部件實現(xiàn)的，而多油式的觸頭及滅弧裝置對地的絕緣和觸頭之間的絕緣則是靠油來實現(xiàn)的，因而油量大、體積大、斷流容量小。少油式則油量小、體積小、斷流容量大，技術(shù)比多油式先進(jìn)。
SF6斷路器以sF6氣體為滅弧介質(zhì)，它有很好的滅弧性能，滅弧性能是空氣的100倍，并且滅弧后不變質(zhì)，可重復(fù)使用。sF6氣體優(yōu)良的絕緣和滅弧性能，使sF6斷路器具有如下優(yōu)點：開斷能力強(qiáng)，斷口耐受電壓較高，燃弧時間短，不會產(chǎn)生重燃過電壓。
在正常情況下，sF6是一種不燃、無臭、無毒的惰性氣體，密度約為空氣的2倍。但sF6氣體在電弧作用下，小部分會被分解，生成一些有毒的低氟化物，如sOFsFsOF4和s02F2等，對身體健康有影響，對金屬部件也有腐蝕和劣化作用，因此，sF6斷路器對加工精度要求高，需要具備非常良好的密封性能。由于sF6氣體是溫室效應(yīng)氣體，從環(huán)保角度出發(fā)，也不建議采用SF6斷路器。
目前，城軌工程一般采用真空斷路器。真空斷路器的主要部件是真空滅弧室，滅弧室是一個高度真空的玻璃泡或礬土陶瓷，內(nèi)置動靜觸頭，利用真空的絕緣性能強(qiáng)迫滅弧，滅弧時沒有游離氣體產(chǎn)生，電弧容易熄滅，觸頭不會燒損。由于真空的絕緣性能很好，動靜觸頭的開距較小，適合于頻繁操作。
真空斷路器的滅弧原理是在斷路器跳閘動靜觸頭分開的瞬間，真空滅弧室內(nèi)觸頭間形成高溫液態(tài)的金屬橋，金屬橋被拉斷時，金屬橋蒸發(fā)，產(chǎn)生金屬蒸氣，使觸頭間隙擊穿，產(chǎn)生電弧。電弧電流流過觸頭時，將產(chǎn)生磁場，驅(qū)使電弧在電流過零點時熄滅，或在過零點前被強(qiáng)迫熄滅。在這熄滅的瞬間，金屬蒸氣離子在磁場的作用下被迅速擴(kuò)散，并被吸附在觸頭和金屬屏蔽罩上，金屬離子的密度迅速降低，使觸頭間恢復(fù)真空間隙，不再被較高的恢復(fù)電壓擊穿，使電弧熄滅，實現(xiàn)斷路器的開斷功能。
低壓開關(guān)設(shè)備 （1）功 能 低壓開關(guān)設(shè)備用于降壓變電所中，是動力照明供電系統(tǒng)的核心內(nèi)容。它接受配電變壓器提供的低壓電能，為車站、區(qū)間、車輛段、停車場和控制中心的低壓動力照明設(shè)備提供電源。低壓開關(guān)設(shè)備一般設(shè)置安裝于斷路器本體的脫扣器作為保護(hù)設(shè)備。
（2）低壓開關(guān)柜型式 城軌工程降壓變電所低壓開關(guān)柜多采用金屬封閉間隔式開關(guān)柜。開關(guān)柜的電氣絕緣和開關(guān)設(shè)備的滅弧介質(zhì)均為空氣。開關(guān)柜的外殼防護(hù)等級在IP20及以上。開關(guān)柜柜體為模塊化框架結(jié)構(gòu)，基本分三個功能隔室：水平母線室、功能單元隔室、電纜室。功能單元某一隔室產(chǎn)生故障電弧時，不影響相鄰的其他隔室。開關(guān)能前接線或后接線，接線端子規(guī)格及固定的牢靠性能滿足所連接電纜的需要。
開關(guān)柜的類型以低壓電器的安裝方式可分為固定式、抽出式和混合式?；旌鲜绞窃谕坏蛪洪_關(guān)柜中，低壓電器既有固定式安裝，也可為抽出式安裝。抽出式的斷路器可以是插拔式也可以是固定安裝在開關(guān)柜的抽屜中。無論低壓電氣設(shè)備為何種安裝方式，低壓開關(guān)柜的各安裝單元之間均采用金屬或絕緣板分隔，以避免在某安裝單元故障時，對其他安裝單元產(chǎn)生影響，擴(kuò)大故障范圍。
低壓電器安裝于低壓開關(guān)柜內(nèi)，一般分為配電電器和控制電器。配電電器包括低壓斷路器、熔斷器、低壓負(fù)荷開關(guān)、低壓隔離開關(guān)等，控制電器包括接觸器、啟動器、主令電器和各種控制繼電器等。低壓開關(guān)柜的主要電器是低壓斷路器。
(3)低壓斷路器類型 低壓斷路器主要用于配電線路和電氣設(shè)備的過載、失壓和短路保護(hù)。在IEc國際電工詞匯中，對斷路器的定義為：斷路器是能接通、承載以及分?jǐn)嗾ｋ娐窏l件下的電流，也能在規(guī)定的非正常電路條件下(如短路)接通、承載一定時間和分?jǐn)嚯娏鞯拈_關(guān)電器。
按照斷路器南極數(shù)可分為單極、雙極、三極和四極斷路器；按照是否具有隔離功能，可分為具有隔離功能和不具有隔離功能斷路器；按照動作速度可分為一般型和快速型(快速型斷路器通常為限流型，其分?jǐn)鄷r間短到足以使電流在未達(dá)到預(yù)期值之前即被分?jǐn)?；按照結(jié)構(gòu)分為框架式(萬能式)斷路器和塑殼斷路器；按照用途分為配電斷路器、保護(hù)電動機(jī)用斷路器、剩余電流斷路器等，低壓斷路器分類見表2．1 表2．1 低壓斷路器分類(按用途分類) 斷路器類型 保 護(hù) 特 性 主要用途 二段保護(hù) 瞬時、短延時 進(jìn)線開關(guān)、靠近變 選擇型 三段保護(hù) 瞬時、短延時、長延時 壓器近端支路開關(guān) 配電斷路器 非選擇型 限流型 瞬時、長延時 靠近變壓器近端 支路開關(guān) 一般型 支路末端開關(guān) 電動機(jī)保護(hù)用 直接啟動 一般型 過電流脫扣器瞬 時整定時間為脫扣器額定電流的8～15倍 保護(hù)鼠籠型電動機(jī) 斷路器 限流型 過電流脫扣器瞬時整定時間為脫扣器額定電流的12倍 靠近變壓器近端電動機(jī) 間接啟動 過電流脫扣器瞬時整定時間為脫扣器額定電流的3～8倍 保護(hù)鼠籠型、繞線型電動機(jī) 照明用微型斷路器 瞬時、長延時 用于照明和信號二次回路 剩余電流斷路器 電磁式 動作電流為mA級 動作電流為mA級 接地故障保護(hù) 接地故障保護(hù) 電子式 直流開關(guān)柜 直流開關(guān)設(shè)備在直流牽引供電系統(tǒng)中承擔(dān)接受和分配直流電能的作用。它接受牽引整流機(jī)組提供的直流電能，分配給上、下行牽引網(wǎng)，為電動列車提供直流電能。
直流開關(guān)設(shè)備包括牽引變電所內(nèi)的直流開關(guān)柜和一般設(shè)于牽引變電所外的上網(wǎng)開關(guān)柜。
直流開關(guān)柜包括正極開關(guān)柜、負(fù)極開關(guān)柜和饋出開關(guān)柜。正極開關(guān)柜內(nèi)可采用直流快速斷路器或電動隔離開關(guān)；負(fù)極開關(guān)柜內(nèi)設(shè)電動隔離開關(guān)或手動隔離開關(guān)；饋出開關(guān)柜采用直流快速斷路器；上網(wǎng)開關(guān)柜(包括縱向聯(lián)絡(luò)開關(guān)設(shè)備)采用電動隔離開關(guān)，為短軌供電采用直流接觸器或直流快速斷路器。上網(wǎng)開關(guān)柜用于牽引網(wǎng)斷電檢修和形成大雙邊越區(qū)供電。
目前，城軌工程采用的直流開關(guān)柜均為金屬鎧裝落地手車式，直流快速斷路器安裝在手車上，電動或手動隔離開關(guān)在開關(guān)柜內(nèi)固定安裝。
直流開關(guān)柜無論其標(biāo)稱電壓為750 V還是1 500 V，其電氣絕緣介質(zhì)和斷路器的滅弧介質(zhì)都是空氣。
微機(jī)保護(hù)裝置 供電系統(tǒng)在運(yùn)行過程中不可避免地會出現(xiàn)一些故障，最常見的是各種形式的短路，以及頻率下降等，故障的基本特征是導(dǎo)致電流突增、電壓下降以及電流與電壓間相角的變化。繼電保護(hù)裝置對這些故障和不正常工作狀態(tài)會自動發(fā)出故障報警或跳閘信號，實現(xiàn)對電氣設(shè)備的保護(hù)，滿足供電系統(tǒng)可靠運(yùn)行要求。
繼電保護(hù)裝置采集電流互感器、電壓互感器二次側(cè)的實時電流、電壓數(shù)值，并與繼電保護(hù)裝置中預(yù)先設(shè)定的門檻值進(jìn)行比較，當(dāng)超過限定值，裝置可發(fā)出報警信號或驅(qū)動開關(guān)操作機(jī)構(gòu)分閘線圈，使斷路器跳閘。
繼電保護(hù)可通過各種電磁繼電器實現(xiàn)，如利用電流繼電器判斷線路電流是否越限，利用電壓繼電器判斷線路電壓是否正常，利用中間繼電器驅(qū)動指示燈、開關(guān)的操作機(jī)構(gòu)合閘、分閘線圈等。
微機(jī)保護(hù)裝置也是實現(xiàn)繼電保護(hù)的一種設(shè)備，它的基本功能包括繼電保護(hù)、測量計量、裝置的自診斷功能和通信功能，其中通信功能可實現(xiàn)微機(jī)保護(hù)裝置內(nèi)各種信息的上傳。
有些微機(jī)保護(hù)裝置除了上述基本功能以外，還有PLC的功能，可實現(xiàn)控制聯(lián)鎖等邏輯編程功能。微機(jī)保護(hù)裝置一般不會將所有保護(hù)功能集于一身，主要是價格和裝置大小將影響產(chǎn)品的適用性。目前，微機(jī)保護(hù)裝置在城軌工程中已得到廣泛應(yīng)用，交流高壓、中壓系統(tǒng)和直流牽引供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)多采用微機(jī)保護(hù)裝置。
微機(jī)保護(hù)裝置的主要特點在于靈活方便的遠(yuǎn)方調(diào)整功能，故障錄波功能和可編程功能等，采用微機(jī)保護(hù)裝置大大減少了二次控制電纜的數(shù)量，提高了繼電保護(hù)的可靠性。
牽引整流機(jī)組 牽引整流機(jī)組由牽引變壓器和整流器構(gòu)成。李引變壓器接受中壓開關(guān)設(shè)備提供的中壓電壓，經(jīng)過降壓，為整流器提供適合的低壓交流電源；整流器則將交流電源整流為電動列車所需要的直流電源。
牽引整流機(jī)組是牽引變電所的核心設(shè)備，是列車高速、安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、節(jié)電運(yùn)行的保證。牽引整流機(jī)組需要牽引變壓器和整流器兩種完全不同的設(shè)備相互匹配，才能實現(xiàn)牽引整流機(jī)組的整體性能。
牽引變壓器的絕緣類型分樹脂澆注、浸絕緣漆和杜邦紙絕緣，城軌工程多采用樹脂澆注絕緣方式。整流器中整流元件可為大功率二極管、可控硅和晶閘管，采用可控硅、晶閘管可以控制整流橋臂的導(dǎo)通或關(guān)閉，使直流輸出的紋波系數(shù)更小，而且可以在不同負(fù)載情況下對直流輸出電壓進(jìn)行調(diào)節(jié)，使直流輸出電壓恒定輸出。城軌工程多采用二極管作為整流元件。
按照中壓系統(tǒng)和直流牽引供電系統(tǒng)標(biāo)稱電壓的不同，目前國內(nèi)牽引變壓器采用的網(wǎng)側(cè)電壓為35 kV、33 kV、10 kV，閥側(cè)電壓對于750 V系統(tǒng)為0．59 kV、0．61 kv，對于1 500 v系統(tǒng)為1．18 kV、1．22 kV。
牽引整流機(jī)組為VI類重牽引負(fù)荷等級，即在額定負(fù)荷能夠長期運(yùn)行i在1．5倍過載時能夠運(yùn)行2 h；在3．0倍過載時能夠運(yùn)行1 min。
主變壓器 主變壓器是城軌工程中設(shè)在主變電所的配電變壓器，用于將城網(wǎng)引入的高壓電源轉(zhuǎn)換成中壓電源并滿足容量要求。主變壓器的網(wǎng)側(cè)和閥側(cè)電壓等級依據(jù)供電系統(tǒng)設(shè)計確定。目前使用的主變壓器主要有110／35 kV、110／33 kV和110／10 kV三種。
為了減少城網(wǎng)電壓波動和負(fù)荷變化對城軌中壓系統(tǒng)的電壓質(zhì)量影響，主變壓器多采用有載調(diào)壓型電力變壓器。有載調(diào)壓開關(guān)具有就地、遠(yuǎn)方操作功能。
1lO kV級變壓器按照絕緣介質(zhì)的不同可分為復(fù)合油絕緣式、油浸式、SF6氣體絕緣式(簡稱GIT)和樹脂澆注干式變壓器(Resin—casting Dry．type Transformer，簡稱RCDT)。由于油浸式變壓器價格低，應(yīng)用成熟，目前均采用自冷油浸式變壓器。
配電變壓器 配電變壓器就是將中壓電源降壓成適合動力照明負(fù)荷的低壓電源并滿足容量要求。根據(jù)中壓網(wǎng)絡(luò)電壓等級的不同，配電變壓器