城市轨道交通智能供电系统框架及功能设计
城市轨道交通供电系统简介及供电方案设计概述
目录
供电系统的组成 供电系统的功能 供电方案设计
一、供电系统的组成
城市轨道交通供电系统 由外部输电线路、主变电所 （开闭所）、35kV（ 10kV）中压环网、牵引降 压混合变电所和降压变电所 、接触网（轨）、电力监控 系统、杂散电流防护及接地 系统、低压配电及动力照明 系统等部分组成。
三、供电方案设计—主变电所设置方案
主变电所资源共享
以建设规划为基础，针对线网规划进行共享规划。 优先考虑建设年度相近的线路资源共享，如首先考虑建设规划
建设的线路资源共享。 做好时序规划，由先建线路建设。 选址要考虑到建设时序问题，不要选到后建线路的车站或线路
附近，没有电缆通道。
三、供电方案设计—中压环网电压等级
各站降压变电所的供电范围是本车站以及两边的各半个区间。
二、供电系统功能—低压配电和与照明系统功能
动力照明负荷按其用途和重要性分为三级： 一级负荷供电：由降压变电所两段一、二级负荷母线上分别 引一路独立电源，两路电源在供电线路末级用户端电源切换箱处 自动切换。 二级负荷供电：电源从降压变电所或空调通风电控室的一、 二级负荷母线馈出，单电源供电到设备配电箱。 三级负荷供电：由一路来自变电所或空调通风电控室三级负 荷母线的单回路供电。
二、供电系统功能—牵引网功能
架空接触网
北京五号线—上部授流接触轨
二、供电系统功能—电力监控系统功能
对全线的主变电站或开闭所、牵引降压混合变电所、降压变电所、 跟随式降压变电所、牵引网等的主要设备的运行状态进行实时控制、监 视和数据采集，实现供变电设备的自动化调度管理。
整个系统利用显示终端和大屏幕，显示各变电所的运行状态。
城市轨道交通供电系统的设计及应用
城市轨道交通供电系统的设计及应用随着城市发展和人口增加，城市交通拥堵问题日益凸显，城市轨道交通作为一种快速、安全、环保的交通方式得到了广泛的应用和推广。
城市轨道交通供电系统是保障轨道交通正常运行的重要组成部分，其设计和应用对于轨道交通运营和城市交通发展具有重要意义。
首先，供电系统的稳定性和可靠性是设计的重要指标。
轨道交通具有高速、高密度运输的特点，供电系统必须能够满足列车的高速运行和大负荷。
稳定性和可靠性是保障交通安全和运营顺利的关键。
其次，供电系统的安全性和防护性是设计的重要考虑因素。
供电系统涉及高压电力传输，对于乘客和工作人员的安全至关重要，必须采取相应的安全措施来防止电流溢出、短路等电力故障，同时还要考虑到防雷、防电磁干扰等因素。
再次，供电系统的能效和环保性应作为设计的重要目标之一、城市轨道交通是一种低碳、环保的交通方式，供电系统应尽可能减少能源消耗，提高能源利用效率，采用清洁能源，减少污染物排放，为城市减少空气和噪音污染。
另外，供电系统的扩展性和适应性也是设计的关键。
城市轨道交通在运营过程中需求会发生变化，供电系统应具备一定的扩展性和适应性，能够满足新线路、新车辆的接入，同时还要能够适应不同环境和气候条件下的供电需求。
在城市轨道交通供电系统的应用中需要考虑以下几个方面：首先，要根据城市轨道交通线路的规模和客流量确定供电系统的容量和配置。
不同规模的城市轨道交通线路所需的供电系统容量是不同的，需根据实际情况进行合理配置。
其次，要根据供电系统的特点和线路的特点制定相应的供电管理措施。
供电系统的管理不仅仅包括供电设备的安装和维护，还包括对供电系统运行状态的监测和控制，以及对供电系统故障的及时处理和修复。
再次，要加强供电系统的故障预测和预防。
供电系统是轨道交通运营的重要组成部分，任何供电系统的故障都会对轨道交通运营产生严重的影响，因此要做好供电系统故障的预测和预防工作，及时发现和排除潜在故障问题，保障轨道交通的正常运行。
轨道交通电力系统的智能化运行方案
轨道交通电力系统的智能化运行方案随着城市化进程的加速，轨道交通在现代城市交通体系中扮演着日益重要的角色。
而电力系统作为轨道交通的“动力之源”，其运行的稳定性、可靠性和高效性直接关系到轨道交通的安全与运营质量。
在科技飞速发展的今天，智能化技术为轨道交通电力系统的运行带来了新的机遇和挑战。
本文将探讨一套全面的轨道交通电力系统的智能化运行方案，旨在提升电力系统的性能，保障轨道交通的顺畅运行。
一、轨道交通电力系统概述轨道交通电力系统通常包括外部电源、牵引供电系统和动力照明供电系统。
外部电源为整个系统提供电能输入，牵引供电系统负责为列车运行提供动力，动力照明供电系统则保障车站及区间的照明、通风、空调等设备的正常运行。
在传统的运行模式下，电力系统的监测、控制和维护主要依靠人工操作和定期巡检，这种方式不仅效率低下，而且难以实时发现和处理潜在的故障和问题。
随着轨道交通线路的不断延伸和客流量的增加，传统运行模式的局限性日益凸显，智能化运行的需求愈发迫切。
二、智能化运行的关键技术（一）智能监测与传感器技术通过在电力设备上安装各类传感器，如电压传感器、电流传感器、温度传感器等，实时采集设备的运行参数和状态信息。
这些传感器具备高精度、高可靠性和快速响应的特点，能够将采集到的数据准确无误地传输给监控系统。
（二）大数据分析与处理技术采集到的海量数据需要通过大数据分析技术进行处理和挖掘。
利用数据分析算法和模型，可以对电力系统的运行趋势进行预测，提前发现潜在的故障隐患，为维护和检修提供科学依据。
（三）智能控制技术基于实时监测数据和分析结果，智能控制系统能够自动调整电力设备的运行参数，实现电力系统的优化运行。
例如，根据列车的运行时刻表和客流量，动态调整牵引供电系统的输出功率，以达到节能降耗的目的。
（四）通信技术高效、稳定的通信网络是实现智能化运行的基础。
采用先进的通信技术，如 5G 通信、光纤通信等，确保数据的实时传输和指令的快速下达，保障系统的协同运行。
城市轨道交通供电系统
分散供电方式
混合式供电
• 将前两种供电方式结合起来;一般以集中式 供电为主，个别地段引入城市电网电源作 为集中式供电的补充，使供电系统更加完 善和可靠 这种方式称为混合式供电。地铁 一线和环线 建设中的武汉轨道交通工程、 青岛地铁南北线工程等即为混合式供电方 案。
混合供电方式
五 供电系统——中压网络
中压网络属性
• 中压网络有两大属性：一是电压等级;二是 构成形式
• 中压网络不是供电系统中独立的子系 统，但是它却是供电系统设计的核心内容 。它的设计牵扯到外部电源方案 主变电所 的位置及数量、牵引变电所及降压变电所 的位置与数量、牵引变电所与降压变电所 的主接线等。
应用
• 国内既有城市轨道交通的中压网络电压等级采用 了35kV若采用国外设备则是33kV或10kV 地铁 天 津地铁、长春轨道交通环线一期工程、大连快速 轨道交通3号线的中压网络为10kV；地铁1、2号 线的牵引网络采用了33kV;动力照明网络采用了 10kV；地铁明珠线的牵引网络采用了35kV，动力 照明网络采用了10kV；地铁1、2号线采用了 33kV的牵引动力照明混合网络；南京地铁南北线 一期工程、地铁采用了35kV的牵引动力照明混合 网络；武汉轨道交通一期工程、重庆轨道交通较 新线工程采用了10kV的牵引动力照明混合网络。
• 2经常处在动态运行状态中
• 和一般的电力线路只在两点间固定传输电能的作 用不同;在接触网下沿线有许多电动车组告诉运动 取流 电动车组受电弓（或受流器）以对接触网一 定的压力和速度与接触网接触摩擦运行，通过接 触网的电流很大。运行中不可避免地会产生受电 弓离线而引起电弧，再加上在露天区段还要承受 风 雾、雨、雪及大气污染的作用，使接触网昼夜 不停的处在振动、摩擦、电弧、污染、伸缩的动 态运行之中。这些因素对接触网各种线索、零件 都产生恶劣影响，使其发生故障的可能性较一般 电力线路的概率要大得多。
地铁智慧供电系统设计方案
地铁智慧供电系统设计方案地铁智慧供电系统设计方案引言：地铁智慧供电系统是为了提高地铁供电系统的安全性、可靠性、高效性和智能性，以满足日益增长的地铁运营需求而设计的一种创新系统。
本方案将从技术架构、供电设备、数据分析和管理系统等方面进行设计，以确保其可实施性和操作可行性。
一、技术架构1.智能监控与控制：通过采用人工智能和物联网技术，对地铁供电设备进行实时监测和远程控制，实现对供电系统的动态管理和故障诊断。
2.数据传输及安全：建立安全稳定的数据传输通道，确保供电设备的数据及时上传并保护隐私。
3.分布式能源管理：通过分布式能源管理系统，实现地铁供电系统的能源协调与优化，提高供电效率和可持续性。
二、供电设备1.高效能源转换器：选择具有高效率、低功耗、高稳定性的能源转换器，以提高能源利用率并降低能源消耗。
2.智能保护装置：引入智能化的保护装置，能够快速响应供电系统异常，实现供电系统的自动保护及故障隔离，提高地铁供电的可靠性和安全性。
3.智能负载管理：通过智能感知和控制技术，对地铁负载进行实时监测和管理，合理分配负载，提高供电系统的稳定性和可靠性。
三、数据分析与管理系统1.数据采集与存储：建立数据采集系统，实时采集和存储供电设备运行数据，并进行分析和处理。
2.故障诊断与预警：通过数据分析技术对供电设备运行情况进行监测和异常检测，及时发现并预警故障，避免地铁运营受到影响。
3.维护与管理：通过数据分析系统，对供电设备进行定期维护和管理，提高供电设备的使用寿命和可靠性，降低运维成本。
四、实施建议1.项目规划：制定详细的项目规划，明确项目的目标和任务，并确定实施进度和资源需求。
2.技术选型：根据地铁供电系统的需求和现状，选择适合的技术和设备，确保系统的可靠性和高效性。
3.系统联调与测试：在实施过程中，进行系统联调与测试，确保各个子系统之间的协同工作和数据的准确性。
4.运维与维护：在系统正常运行后，建立运维与维护团队，对系统进行定期维护和管理，保证系统的稳定性和可靠性。
城市轨道交通供电系统的组成与各部分功能
• 城市轨道交通供电系统一般包括外部电源、主变电站、牵 引供电系统、动力照明供电系统、电力监控系统。
• 牵引供电系统包括牵引变电所、牵引网。 • 动力照明供电系统包括降压变电所、动力照明配电系统。
三、城市轨道交通供电的负荷分类
城市轨道交通系统是一个重要的用电负 荷，按规定定为一类负荷，即由两路电 源供电，当一路电源发生故障中断供电 时，另一路应能保证轨道交通重要负荷 的全部用电需求。 • 城市轨道交通系统中牵引用电负荷为一 级负荷
七、直流牵引供电
• • • •
接触网（轨）： 馈电线： 回流线：从钢轨返回牵引变电所的导线。 电分段：为了便于检修和缩小事故范围、 将接触网分成若干段。 • 轨道：利用走行轨作为牵引电流回流的电 路
2.牵引变电所的设计原则
• 正线任一个牵引变电所故障时，其相邻牵引变电所应采取 越区供电方式，担负其该区段的全部牵引负荷。此负荷应 满足远期高峰小时负荷。
•
3.
五,中压环网供电系统
城市轨道交通中压交流环网系统供电系统的形式:
1. 牵引供电和动力照明系统采取相对独立的供电网络,电压等级可以相同 也可以不同.(上海地铁采取本方式供电,且动力照明供电网全线各站采 取10KV电网供电,即各站都有一个10KV配电所.而牵引供电采取 33KV(或35KV)电压进行供电.即各牵引变电所都是一个35KV变电所.
• 牵引变电所的数量及其在线路上的位置，应满足在事故情 况下越区或单边供电时接触网的电压水平。（对于1500V 直流系统：DC1000V~1800V) • 在任何运行方式下，接触网最高电压不得高于最高电压， 高峰小时负荷时，全线任一点的电压不得低于最低值。
牵引系统的供电方式
• 单边供电：城市轨道交通接触网在每个牵引变电所附近由 电分段进行电气隔离，分成两个供电分区，每个供电分区 称为一个供电臂。如果列车只从所在供电臂的一个牵引变 电所获得电能，这种供电方式称为单边供电。 • 双边供电：如果一个供电臂同时从相邻两个牵引变电所获 得电能则称为双边供电。 • 一般设计只在车辆段内采取单边供电，正线均采用双边供 电方式。
地铁智慧供电系统建设方案
采购与安装阶段实施方案
确定供电设备 采购需求
筛选合格供应 商
签订合同并支 付款项
设备到货验收 及安装调试
调试与试运行阶段实施方案
完成设备的安装和接线工作 对系统进行调试和试运行 确保系统的稳定性和可靠性 对系统进行验收和交付使用
正式运行阶段实施方案
确定供电系统运行方案
制定供电系统运行管理流程
组建专业运营团队
应用场景：地铁、电力、工业等领 域
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分类：超级电容器储能、蓄电池储 能、压缩空气储能等
优势：高功率密度、长寿命、易于 维护等
智能调度与控制系统
实现供电系统智能化调度 实时监测供电系统运行状态 自动化控制供电系统的运行 提高供电系统的可靠性和稳定性
地铁智慧供电系
04
统的实施方案
减少排放
技术创新：加 强研发，提高 智慧供电系统 的智能化水平
THANK YOU
汇报人：
02
统的建设目标
建设目标概述
实现供电系统的 智能化、自动化
提高供电系统的 可靠性、稳定性
优化供电系统的 能效和节能环保
提升供电系统的 安全性和舒适性
提高供电系统的可靠性
实现供电系统的高可靠性 保障地铁运营的安全与稳定 提高地铁运营效率和服务质量 降低地铁运营成本和能源消耗
提高供电系统的稳定性
减少故障次数：通过采用智能化的 供电设备，能够自动检测和修复故 障，从而减少故障次数。
提高供电质量：智慧供电系统能够 实时监测供电质量，确保供电的稳 定性和可靠性。
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缩短停电时间：智慧供电系统能够 快速定位并修复故障，缩短停电时 间，提高供电效率。
城市轨道交通供电系统设计
城市轨道交通供电系统设计城市轨道交通供电系统是城市轨道交通系统的重要组成部分，是城市轨道交通运营的基础设施之一、供电系统的设计对城市轨道交通的运行效能、运行安全和运营成本都具有重要影响。
本文将从供电系统的基本原理、设计要求、设备配置和运营管理等方面进行介绍和分析。
一、供电系统的基本原理城市轨道交通供电系统一般采用第三轨供电方式。
供电系统由供电设备、供电线路和接触网等组成。
供电设备主要包括换流变电站、配电变电所、供电盘等。
供电线路包括供电线路和回流线路，供电线路通过导线将电能传输给轨道线路。
接触网是供电系统的核心部分，它由集电弓和接触导线组成，通过接触导线将电能传输到车辆上。
车辆通过集电弓与接触导线接触，从而获得所需的电能。
二、供电系统的设计要求1.供电可靠性高：供电系统要具备良好的可靠性和稳定性，确保供电不间断并且电压稳定。
2.供电负载适当：要根据实际需求合理配置供电设备和供电线路，确保供电能满足轨道交通的运行需求。
3.供电线路布局合理：供电线路要布置在合适的位置，避免与其他设施冲突，并且要对供电线路进行绝缘处理，避免发生电气事故。
4.供电线路安全可靠：供电线路要采用高强度的材料，确保其承受电流和电压的能力，并且要经过严格检测和维护，保持良好的状态。
5.运行管理便捷：供电系统设计要便于运行管理，方便进行巡检、养护和维修，保证供电线路的正常运行。
三、供电设备的配置供电设备的配置是供电系统设计的重要一环，合理的配置能够满足城市轨道交通的能耗需求，并且提高供电系统的运行效能。
1.换流变电站：换流变电站是供电系统的核心设备，负责将交流电转换成直流电进行供电。
换流变电站应根据城市轨道交通的规模和发展需求进行配置，保证供电的可靠性和充足性。
2.配电变电所：配电变电所负责将直流电转换成供给车辆的电能。
配电变电所应根据供电线路的长度和供电负载的大小进行配置，保证供电线路的电压稳定和充足。
3.供电盘：供电盘是供电系统的终端设备，负责电能的输出和分配。
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城市轨道交通智能供电系统框架及功能
设计
摘要：目前，城市轨道交通凭借其大运量、快速度、高可靠性、节能环保等
优点，成为我国城市交通运输体系的重要组成部分。
城市轨道交通供电系统作为
保证城市轨道交通正常运行的重要系统，不仅为电动列车提供牵引用电，还为其
他运营服务设施(如照明、通风、空调、给排水、通信、信号、防灾报警、自动
扶梯等系统)提供电能，应具备安全可靠、技术先进、绿色低碳等特点。
关键词：城市轨道；智能供电；框架
1 引言
城市轨道交通供电系统是一个多输入、多输出、非线性时变的复杂结构，涉
及的设备众多，其运营维护目前面临着诸多问题：现有故障检测和分析手段不够
智能，难以对设备健康状况进行评估，无法预判故障；故障发生后，故障诊断和
原因分析耗时较长，易引发较长时间的停电、停运；日常维修通常采用计划修模式，难以避免对大量健康状态良好的设备进行维修、更换，导致大量人力、物力、财力的浪费，增加运营成本；能源管理以监测为主，缺少有效的调节控制手段，
导致设备长期处于高能耗、低效率的运行状态。
为解决上述问题、落实国家双碳战略、顺应《中国城市轨道交通智慧城轨发
展纲要》要求、实现城市轨道交通的绿色低碳运行，将先进的测量、传感、控制、通信、信息、人工智能等技术应用到供电系统中，打造城市轨道交通智能供电系统，十分必要。
2 城市轨道交通供电系统概述
城市轨道交通供电系统由主变电所(分散供电时为开闭所)、中压网络、牵引
降压混合变电所、降压变电所、牵引网、电力监控及其辅助监控系统(如能源管
理系统、杂散电流监测系统、可视化接地监控系统等)组成。
其中，主变电所负责将高压110 kV电源降压为35/10 kV电源，再通过中压
网络将降压后的中压电源输送到沿线各站的变电所，由变电所将中压电源降压
(或降压整流)为车辆、机电设备适用的低压电源，并通过牵引网输送给沿线运行
的车辆。
电力监控及其辅助监控系统负责对各供电设备进行监控、调度和管理，
以保证供电系统的正常运行。
3 智能供电系统定义及功能需求
3.1 定义
目前，城市轨道交通供电系统的智能化处于探索阶段，尚无成熟的定义、标
准体系和架构要求。
本文根据城市轨道交通智能供电系统的服务对象、功能需求等，参考相关领域对智能电网(供电)的定义，结合现代技术的发展，将其定义为：运用先进的传感、测试、信息、通信、计算机、控制、大数据、物联网、人工智
能等技术，具有全息感知、信息交互、自愈重构、快速响应、节能控制、智慧运
维等功能，提供更加可靠、安全、经济电力供应的城市轨道交通电力系统。
3.2 功能需求
(1)全息感知。
通过先进的传感器、视频采集器等对供电设备进行实时、全方位的的信息反映，是智能供电系统的信息来源和数据基础，包括对变压器、开关柜、电缆、整
流器、接触网等设备的温度、位移、振动、局部放电、噪声等信息的全方位感知。
(2)信息交互。
通过先进的信息、通信技术实现设备、系统、线路之间的信息交换和相互驱动；采用统一的通信协议，构建实时的传输网络，实现信息的数字化、通信平台
的网络化、信息共享的标准化。
(3)自愈重构。
通过全息感知、信息交互、人工智能等技术，对故障进行识别和定位，并采
取相应的故障自愈重组策略，通过一系列作业实现故障点隔离、自愈重组、自动
恢复供电运行等。
(4)快速响应。
通过全息感知、信息交互、自愈重构等技术，实现供电系统对紧急情况的快
速反应，以缩短停电时间，提高服务水平。
4 智能供电系统设计
4.1 系统框架
通过上述对城市轨道交通智能供电系统定义和功能需求的分析，本文根据城
市轨道交通供电专业的特点、管理体制和分工，将城市轨道交通智能供电系统按
功能分为智能供电设备、智能供电调度、智能能源管理和智能供电运维4大模块。
(1)智能供电设备模块。
该模块由城市轨道交通变电所的智能开关设备(AC110kV气体绝缘组合电气设
备(GIS)、AC35kV开关柜、DC1500V开关柜、AC0.4kV开关柜等)、变压器(110/35 kV主变压器、干式配电变压器、接地变压器、整流变压器、双向变流升压变压器等)、蓄电池、变流及其他直流设备(整流器、双向变流器、负极柜、钢轨电位限
制装置等)、牵引网(接触网/轨、钢轨等)、电缆及附属材料(电缆、电缆头)等组成。
各智能供电设备分别由设备本体、集成于本体设备的传感器和必要的智能组
件构成。
(2)智能供电调度模块。
该模块为基于IEC 61850通信协议的智能供电监控系统，包括智能变电站站
级监控系统和中央级监控系统2部分。
(3)智能能源管理模块。
该模块由智能能源监控系统、分布式能源及并网管理系统组成。
(4)智能供电运维模块。
该模块由供电设备状态监测系统、供电设备健康管理系统、供电生产管理系统、供电辅助监控系统、供电设备资产管理系统、供电专家分析系统、培训系统
等组成。
4.2 功能设计
本节将根据上述确定的系统框架，对各模块的具体功能进行设计。
4.2.1 智能供电设备模块
智能供电设备模块的设置旨在实现城市轨道交通变电所各设备的测量数字化、控制网络化、状态可视化、信息互动化，因此应在满足常规供电设备技术标准要
求的前提下，根据工程实际需求，为其添加数字测量、网络控制、状态评估、信
息互动相关的全部或部分智能化功能。
各设备的具体功能设置可参考GB/T
30155-2013《智能变电站技术导则》中的规定。
4.2.2 智能供电调度模块
智能供电调度模块的设置旨在实现全站通信协议的标准化以解决互操作性问题，利用GOOSE协议的快速传输特性以解决设备间信息传输的实时性和共享问题，以及实现全系统继电保护模式的智能选择及二次回路的网络化。
其功能设计的重
点是实现智能供电监控系统的自愈重构和智能调度。
(1)自愈重构。
供电系统永久性故障发生后，智能供电监控系统将对故障进行识别和定位，
采取对应的故障自愈重组策略，通过一系列倒闸作业实现故障点隔离、自愈重组、自动恢复供电运行等。
(2)智能调度。
智能供电监控系统可在设备发生故障的情况下完成故障状态自动响应、应急
方案自动生成和触发、线网级负荷预测、线网级能源智能优化调度、多专业协同
等操作。
4.2.3 智能能源管理模块
(1)智能能源监控系统通过对全线的电、水、气等能源消耗数据进行监测、
统计和分析，实现对各设备基于实时客流、外部环境变化的节能优化控制，具备
车站设备节能控制、运控节能控制两大功能：①车站设备节能控制是指基于实时
客流、环境参数等，利用大数据、人工智能等先进技术，对车站通风、空调、照明、电梯等系统进行实时监测和智能控制，实现其最优化、节能运行；②运控节
能控制是指利用基于列车运行控制的节能技术，提供线-车-图-网融合的一体化
节能解决方案和控制方法。
(2)分布式能源及并网管理系统可实现光伏发电、风电、储能装置等分布式
能源在城市轨道交通中的应用，并对其进行并网管理、潮流优化、节能及智能化
控制。
5 结语
城市轨道交通智能供电系统具有全息感知、信息交互、自愈重构、快速响应、节能控制、智慧运维等功能，可为城市轨道交通提供更加可靠、安全、经济的电
力供应，保障其安全、顺畅运营。
本文针对目前城市轨道交通供电系统运营维护
中存在的问题，在系统阐述智能供电系统的定义和功能需求的基础上，构建智能
供电系统框架，并针对其各组成模块进行具体功能设计，以期为促进城市轨道交
通供电系统的智能化发展提供参考和借鉴。
参考文献
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