【正文】 城軌供電系統(tǒng)應具備安全可靠、經(jīng)濟適用、調(diào)度方便的特點，其總體功能如下： （ 1） 供電服務功能 供電系統(tǒng)是為城市軌道交通安全運營服務的，其職責是保證所有電氣用戶安全、可靠地用電。 （ 2） 故障自救功能 系統(tǒng)的安全性、可靠性是供電系統(tǒng)的首要因素，無論供電系統(tǒng)如何構成，采用什么樣的設備，安全、可靠的供電是第一位。雙電源是構成供電系統(tǒng)的主要原則，當一路電源故障時，另一路電源應能保證正常供電。這些都是系統(tǒng)故障自救功能的體現(xiàn)。系統(tǒng)的各級保護應當滿足可靠性、選擇性、靈敏性、速度性的要求。 （ 4）防誤操作功能 系統(tǒng)中任何一個環(huán)節(jié)的操作都應具有相應的聯(lián)鎖條件，不允許因誤操作而發(fā)生故障。防止誤操作，是保證系統(tǒng)安全、可靠地運行所不可缺少的環(huán)節(jié)。 第一章 概述 9 （ 6）控制、顯示和 計量功能 系統(tǒng)應能進行就地和距離控制，并可以方便地進行操作轉(zhuǎn)換，同時系統(tǒng)各環(huán)節(jié)的運行狀態(tài)應有明確的顯示，使運行人員一目了然。 （ 7）電磁兼容功能 城市軌道交通處于強電、弱電多個系統(tǒng)共存的電磁環(huán)境，為了使各種設備或系統(tǒng)在這個環(huán)境中能正常工作且不對該環(huán)境中其他設備、裝置或系統(tǒng)構成不能承受的電磁干擾，各種電氣和電子設備的系統(tǒng)內(nèi)部以及和其他系統(tǒng)之間的電磁兼容顯得尤為重要。在城市軌道交通電磁環(huán)境中，供電系統(tǒng)與其他設備、裝置或系統(tǒng)應是電磁兼容的。 系統(tǒng)的基本要求 城軌供電系統(tǒng)應滿足安全性、可靠性、適用性、經(jīng)濟性、先進行的基本要求。 供電系統(tǒng)的安全性，關系著乘客安全、運營人員安全、行車安全、設備安全等多個方面，而且各種安全性是相互聯(lián)系、不 可分割的。系統(tǒng)安全性分析，一般包括聯(lián)鎖關系、繼電保護、牽引網(wǎng)、直流牽引系統(tǒng)、綜合接地系統(tǒng)、應急照明電源等方面；設備安全性分析，一般包括變壓器、牽引整流器、斷路器、隔離開關、接地開關、電纜等方面。 供電系統(tǒng)的可靠性，是正常運營、事故處理、災害救援等方面的前提條件。每一個環(huán)節(jié)的可靠性既包括電氣原理的可靠性又包括電氣設備的可靠性。 供電系統(tǒng)設計時，應從各個環(huán)節(jié)著手，分析系統(tǒng)的故障現(xiàn)象，研究定性或定量的評定指標，提出提高可靠性的措施。 根據(jù)城市軌道交通可靠性要求，供電系統(tǒng)應滿足“ N1 準則”，又稱單一故障華南理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設計 說明書 ） 10 安全準則。 對于城市軌道交通電源網(wǎng)絡來說，當一個電源推出時，另一個電源應能保證系統(tǒng)的正常供電，保證列車正常運行；當一個電源點（主變電所或電源開閉所）的兩個電源都推出時，應從相鄰電源點引入兩路應急電源，提供一定的運輸能力和必要的動力照明，維持城市軌道交通繼續(xù)運行。 設計是實現(xiàn)業(yè)主建設需求的首要環(huán)節(jié)。 （ 4） 經(jīng)濟性 城軌供電系統(tǒng)的經(jīng)濟性，這里是指從項目全生命周期的角度實現(xiàn)供電系統(tǒng)費用的經(jīng)濟合理。經(jīng)濟性不但要求節(jié)省工程投資，同 時 還要求降低運營成本，爭取得到最佳的技術經(jīng)濟效果。 （ 5）先進行 城軌供電系統(tǒng)的先進性，體現(xiàn)在先進的設計理念、先進的系統(tǒng)方案 、現(xiàn)金的設備及工藝、 先進的管理手段等方面。 供電系統(tǒng)設計應采用先進的理念。要解決好電磁輻射、噪音、溫室氣體、不易分解廢料等問題。 腐蝕防護系統(tǒng)。 (1)主變電所 主變電所設計內(nèi)容包括：主接線、二次接線、設備選擇、設備布置、土建設計等。 (2)全線系統(tǒng) 全線系統(tǒng)設計內(nèi)容包括：供電系統(tǒng)方案、中壓網(wǎng) 絡、牽引變電所布點、系統(tǒng)運行方式、潮流分析、諧波計算、綜合接地系統(tǒng)、再生能量吸收裝置、 UPS 電源整合等。 (3)牽引變電所 牽引變電所設計內(nèi)容包括：主接線、二次接線、自用電、設備平面布置、電纜敷設等。上網(wǎng)電纜及回流電纜由牽引變電所負責設計。降壓變電所與動力照明的設計 界面為降壓變電所低壓開關柜的饋出端子，低壓饋出電纜由動力照明負責設計。接觸網(wǎng)隔離開關、回流箱及尾線由接觸網(wǎng)設計。電力監(jiān)控系統(tǒng)所需要的通信通道由通信專業(yè)設計。它對城軌供電系統(tǒng)主變電所、牽引變電所、降壓變電所等不同類別變電所內(nèi)的高壓 66~110KV 設備、中壓 10~35KV 設備、直流 750V 或直流 1500V華南理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設計 說明書 ） 12 設備、低壓 400V 設備、交直流電源屏、排流柜、鋼軌電位限制裝置等對象進行監(jiān)控，實現(xiàn)對各種設備的控制、信息采集、數(shù)據(jù)分析處理 、遠方維護、統(tǒng)計報表、事故報警、畫面調(diào)閱、 歷史數(shù)據(jù) 查詢等功能。這種監(jiān)控方式要求變電所內(nèi)設置當?shù)貓缶O備，當系統(tǒng)發(fā)生故障時值班人員能夠及時發(fā)現(xiàn)并上報調(diào)度部門。按目前的技術水平，典型的綜合監(jiān)控系統(tǒng)一般集成電力監(jiān)控系統(tǒng)、環(huán)境與設備監(jiān)控 系統(tǒng)等自動化系統(tǒng)，這種方式有利于不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)信息互通、軟硬件資源共享。電力監(jiān)控系統(tǒng)集成于綜合監(jiān)控系統(tǒng)后，電力監(jiān)控系統(tǒng)設計范圍包括電力調(diào)度中心主站系統(tǒng)及供電復示系統(tǒng)的功能設計、變電所綜合自動化系統(tǒng)的軟硬件設計，而電力調(diào)度中心主站系統(tǒng)、供電復示系統(tǒng)的硬件及軟件則由綜合監(jiān)控系統(tǒng)統(tǒng)一建設。 本設計的主要工作 本次設計主要針對軌道交通 供電系統(tǒng)的組成部分 高壓設備、中壓設備和低壓設備 進行介紹， 介紹設備的選擇，具備的作用及其參數(shù)。設計一個 能夠使軌道交通安全、可靠的運行與服務 的電力監(jiān)控系統(tǒng) 。按照設備所位置劃分為主變電所設備、牽引變電所設備和降壓變電所設備。 設備的功能和型式 高壓開關設備 高壓開關設備應用于城軌工程主變電所，作為高壓配電設備，接受城網(wǎng)電源并分配給所內(nèi)主變壓器。 高壓 SF6 全封閉組合電器，將 SF6 斷路器、隔離開關、接地開關、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。由于 GIS是將 多個高壓電器元件有機的組合在一起，因此 具有結構緊湊、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。雖然 SF6 氣體本身極穩(wěn)定，有很高的絕緣強度和滅弧能力，但在 SF6 氣體環(huán)境中的斷路器和電器設備的穩(wěn)定性、可靠性完全取決于 sF6 氣體的純潔度。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，在嚴重的情況下甚至會產(chǎn)生對人體有害的物質(zhì)。 華南理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設計 說明書 ） 14 在主變電所，中壓開關設備的進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。 依據(jù)中壓網(wǎng)絡的設計，牽引變電所的中壓開關設備由主變電所、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。 （ 2） 開關柜型式 按照電氣絕緣介質(zhì)可分為空氣絕緣開關柜、復合絕緣開關柜和 SF6 氣體絕緣開關柜。 空氣絕緣和復合絕緣開關柜的結構形式為金屬鎧裝封閉式，內(nèi)部設有不同功能隔室，手車可為落地式或中置式。 GIS(Cubicle Type— GIS)開關柜。氣體絕緣時開關柜體積最小。對于 35 kV 開關柜，空氣絕緣開關柜的寬度多為 1 400 mm，采用 sF6 氣體絕緣時可為 800 mm 左右。 35 kv 開關柜多采用 C． GIS 開關柜，以減小變電所的土建規(guī)模， 20 kV 及以下開關柜應采 用空氣絕緣的金屬鎧裝開關柜，避免溫室氣體 SF6 對環(huán)境的影響。 (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。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。少油式則油量小、體積小、斷流容量大，技術比多油式先進。 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，斷口耐受電壓較高，燃弧時間短，不會產(chǎn)生重燃過電壓。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sOF sF sOF4 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。 目前，城軌工程一般采用真空斷路器。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。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，或在過零點前被強迫熄滅。 低壓開關設備 （ 1） 功 能 低壓開關設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。低壓開關設備一般設置安裝于斷路器本體的脫扣器作為保護設備。開關柜的電氣絕緣和開關設備的滅弧介質(zhì)均為空氣。開關柜柜體為模塊化框架結構，基本分三個功能隔室：水平母線室、功能單元隔室、電纜室。開關能前接線或后接線，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。混合式華南理工大學網(wǎng)絡教育學院畢業(yè)論文（設計 說明書 ） 16 是在同一低壓開關柜中，低壓電器既有固定式安裝，也可為抽出式安裝。無論低壓電氣設備為何種安裝方式，低壓開關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，擴大故障范圍。配電電器包括低壓斷路器、熔斷器、低壓負荷開關、低壓隔離開關等，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。 (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備的過載、失壓和短路保護。 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，其分斷時間短到足以使電流在未達到預期值之前即被分斷 )；按照結構分為框架式 (萬能式 )斷路器和塑殼斷路器；按照用途分為配電斷路器、保護電動機用斷路器、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 特 性 主要用途 二段保護 瞬時、短延時 進線開關、靠近變 選擇型 三段保護 瞬時、短延時、 長延時 壓器近端支路開關 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 一般型 支路末端開關 電動機保護用 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 保護鼠籠型電動機 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 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 保護鼠籠型、繞線型電動機 第二章 軌道交通供電系統(tǒng)介紹 17 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 接地故障保護 電子式 直流開關柜 直流開關設備在直流牽引供電系統(tǒng)中承擔接受和分配直流電能的作用。 直流開關設備包括牽引變電所內(nèi)的直流開關柜和一般設于牽引變電所外的上網(wǎng)開關柜。正極開關柜內(nèi)可采用直流快速斷路器或電動隔離開關；負極開關柜內(nèi)設電動隔離開關或手動隔離開關；饋出開關柜采用直流快 速斷路器；上網(wǎng)開關柜 (包括縱向聯(lián)絡開關設備 )采用電動隔離開關，為短軌供電采用直流接觸器或直流快速斷路器。 目前，城軌工程采用的直流開關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在開關柜內(nèi)固定安裝。 微機保護裝置 供電系統(tǒng)在運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，并與繼電保護裝置中預先設定的門檻值進行比較，當超過限定值，裝置可發(fā)出報警信號或驅(qū)動開關操作機構分閘線圈，使斷路器跳閘。 微機保護裝置也是實現(xiàn)繼電保護的一種設備，它的基本功能包括繼電保護、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)微機保護裝置內(nèi)各種信息的上傳。微機保護裝置一般不會將所有保護功能集于一身，主要是價格和裝置大小將影響產(chǎn)品的適用性。 微機保護裝置的主要特點在于靈活方便的遠方調(diào)整功能，故障錄波 功能和可編程功能等，采用微機保護裝置大大減少了二次控制電纜的數(shù)量，提高了繼電保護的可靠性。李引變壓器接受中壓開關設備提供的中壓電壓，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。牽引整流機組需要牽引變壓器和整流器兩種完全不同的設備相互匹配，才能實現(xiàn)牽引整流機組的整體性能。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通或關閉，使直流輸出的紋波系數(shù)更小，而且可以在不同負載情況下對直流輸出電壓進行調(diào)節(jié)，使直流輸出電壓恒定輸出。 按照中壓系統(tǒng)和直流牽引供電系統(tǒng)標稱電壓的不同，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．