城市轨道交通系统构成——供电与牵引
简述城市轨道交通供电系统的组成及供电模式
简述城市轨道交通供电系统的组成及供电模式
城市轨道交通供电系统的组成如下：
（1）外部电源供电系统：提供电能为主所供电。
（2）主所或电源开闭所供电系统：将高压电降压整流后向牵引所、降压所提供中压电源，适用于集中供电。
（3）牵引供电系统：将中压交流电降压整流为直流1500V或直流
750V。
（4）动力照明供电系统：将中压交流电降压整流为220V/380V。
（5）杂散电流腐蚀防护系统：减少杂散电流并防止其对外扩散，避免电腐蚀城轨交通主体结构，并对杂散电流进行监测。
（6）电力监控系统：对全线变电所及沿线供电设备进行集中监视、控制、测量。
城市轨道交通供电系统的供电模式有：
集中式供电、分散式供电和混合式供电。
城市轨道交通的强弱电系统-四电工程
城市轨道交通的强弱电系统-四电工程城市轨道交通是一种高效、快速、安全、舒适的现代化交通工具。
为了保证城市轨道交通系统的正常运行，以及为满足未来城市轨道交通网络的扩张和发展，需要进行全面、可靠、安全的强弱电系统设计。
在轨道交通领域中最常用到的又被称为“四电工程”的强弱电系统设计。
下面将从四个方面详细介绍城市轨道交通的强弱电系统-四电工程。
一、供电系统1.供电系统的基本构成城市轨道交通供电系统由电源、送电线路、接触网、变电站、开关站、牵引变压器、道床电气设备等多个部分组成。
2.供电系统的工作原理和特点供电系统是城市轨道交通系统的核心部分，提供高电压直流（或交流）电力来驱动列车行驶。
主要特点是：变压器在交流传输过程中具有较小的电流损耗，能够满足长距离供电要求；交流供电系统具有较好的适应性，可适用于多种场合；直流供电具有升级改造方便等优点。
二、信号与通信系统1.信号与通信系统的基本构成城市轨道交通信号与通信系统主要由列车信号设备、道岔控制、信号机和通讯设备等多个部分组成。
2.信号与通信系统的工作原理和特点信号与通信系统是城市轨道交通系统的另一个关键部分，主要用于列车行驶控制和通讯。
它具有安全性高、精度高、灵活性好、实时性高等特点。
常见的信号方式有区段信号、换位信号、跟踪信号等多种方式。
三、控制系统1.控制系统的基本构成城市轨道交通控制系统包括车辆控制、列车队列控制、信号控制和中央监控等多个部分。
2.控制系统的工作原理和特点控制系统用于对车辆进行运行管理和列车流量智能控制。
它具有灵活性强、反应快捷、控制准确等特点。
控制系统的设计案采用了遥控技术，在现代化设备的基础上，更是加强了机动性和智能化程度，实现了全自动化组织和调度。
四、车辆牵引安全系统1.车辆牵引安全系统的基本构成城市轨道交通车辆牵引安全系统包括牵引变流器、牵引电机、制动系统、速度监控系统等多个部分。
2.车辆牵引安全系统的工作原理和特点车辆牵引安全系统是城市轨道交通系统中最关键的部分，主要用于控制列车的牵引和制动。
城市轨道交通供电系统的组成与各部分功能
框架保护动作分析—— 正常工况
框架保护动作分析——正极对外壳短路
框架保护动作分析——负极对外壳短路
框架保护动作分析－小结
• 在正常工况下，正极对外壳、负极对外壳、外壳对地、钢 轨对地绝缘正常，框架保护不动作 • 外壳对地短路工况，正极对外壳、负极对外壳、钢轨对地 绝缘正常， 框架保护不动作 • 正极对外壳短路工况，框架保护动作 • 负极对外壳短路工况，当流过框架保护元件的电流大于 40A时，框架保护动作 • 外壳对地短路工况，且钢轨对地绝缘较差，流过框架保护 元件的电流大于40A时，框架保护动作
•
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.
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。
5.逆流保护
• 在直流牵引供电系统中，整流机组把交流电经降 压整流后转换称所需要的 直流电。在正常运行时， 电流只能从整流机组经过直流进线断路器流向母 排，不会从直流母排反向流向整流机组，否则将 会导致整流机组烧坏。这点与交流供电机制不同。
城市轨道交通牵引供电系统电能损耗分析
城市轨道交通牵引供电系统电能损耗分析城市轨道交通牵引供电系统是确保城市轨道交通车辆正常运行的关键部分，其电能损耗分析对于提高能源利用效率、降低运营成本具有重要意义。
本文将从城市轨道交通牵引供电系统的组成、电能损耗的主要因素、电能损耗的计算方法以及降低电能损耗的策略等方面进行探讨。
一、城市轨道交通牵引供电系统的组成城市轨道交通牵引供电系统主要由变电所、接触网（或第三轨）、牵引变流器、牵引电动机等组成。
变电所负责将高压交流电转换为适合轨道交通车辆使用的低压直流电或交流电。
接触网或第三轨则是将电能传输到车辆的媒介。
牵引变流器将变电所提供的电能转换为适合牵引电动机使用的电能形式，而牵引电动机则是将电能转换为机械能，驱动车辆运行。
二、电能损耗的主要因素在城市轨道交通牵引供电系统中，电能损耗主要发生在以下几个方面：1. 变电所的转换损耗：在高压交流电转换为低压直流电或交流电的过程中，由于变压器、整流器等设备的损耗，会产生一定的电能损失。
2. 接触网或第三轨的传输损耗：电能在通过接触网或第三轨传输到车辆的过程中，由于电阻、电感等因素的影响，也会产生电能损失。
3. 牵引变流器的转换损耗：牵引变流器在将电能转换为适合牵引电动机使用的电能形式时，由于器件的损耗，同样会产生电能损失。
4. 牵引电动机的损耗：牵引电动机在将电能转换为机械能的过程中，由于铜损、铁损等因素的影响，也会产生电能损失。
5. 车辆运行中的损耗：车辆在运行过程中，由于空气阻力、摩擦力等因素的影响，也会消耗一部分电能。
三、电能损耗的计算方法电能损耗的计算方法通常包括理论计算和实测两种方式。
理论计算主要是根据牵引供电系统的组成和各部分的损耗特性，通过数学模型进行计算。
实测则是通过在实际运行中测量各部分的电能损耗，然后进行分析。
具体计算方法如下：1. 变电所损耗计算：可以通过测量变压器的输入功率和输出功率，计算出变压器的损耗功率。
2. 接触网或第三轨损耗计算：可以通过测量接触网或第三轨的电流和电压，计算出线路的损耗功率。
供电系统-城市轨道交通供电
③选线式操作，调度员对运行线名、动作状态进行选择，实 现全线停送电操作。
遥测功能
控制中心对各变电所的量值遥测。遥测的主要参数包括进线、 母线、馈线的电压、电流、有功电度、无功电度、有功功率、 无功功率及主变压器温度等。 遥信功能
接触网的主要优点：安全性较好，车辆可随时落弓脱离 电源；电压较高，适应于大运量系统供电。
上海、广州地铁均采用了1500V接触网供电的方式。
牵引供电系统运行方式 正常运行：双边供电
牵引所1 牵引所2 牵引所3
任一牵引所解列：“大双边”供电
牵引所1
牵引所2
牵引所3
动力与照明供电系统 降压变电所 动力与照明供电系统 动力照明
牵引变电所主接线一
牵引变电所主接线二
牵引网
牵引网：沿线路敷设的专为电动车辆供给电源的装置。由 正极接触网供电，负极走行轨回流。 世界城市轨道交通除巴黎个别线路为第四轨回流外，全都 采用走行轨回流。 上部接触式 接触轨 下部接触式 侧面接触式 刚性悬挂 柔性悬挂
接触网
架空接触网
接触轨的主要优点：使用寿命长、维修量小，在地面对 城市景观没有影响，适应于电压较低的制式。 主要缺点：车辆不能脱离电源；电压偏低，对于大运量 的车辆供电，使得牵引变电所的距离较近。 北京地铁采用了750V接触轨供电的方式。
城市轨道交通内部供电系统
牵引供电系统
城市轨道交通内部供电系统 动力照明供电系统 牵引供电系统：牵引变电所将三相高压交流电变成适合电 动车辆应用的低压直流电。馈电线再将牵引变电所的直流 电送到接触网上，电动车辆通过其受流器与接触网的直接 接触而获得电能 动力照明供电系统：提供车站和区间各类照明、扶梯、风 机、水泵等动力机械设备电源和通信、信号、自动化等设 备电源，由降压变电所和动力照明配电线路组成。
绘制城市轨道交通牵引供电系统示意图
牵引供电系统的组成
牵引变电所
城
牵引供电系统
市
轨
牵引网
道
交压变电所
统
动力照明系统
动力照明配电系统
供电系统组成
电动车辆
车站内的动力、照明。 通信、信号、防灾装 置等用电负荷及区间 内的用电负荷
操作过程
第一步，画出钢轨、接触轨及列车；（列车运行在钢轨上，通 过受电弓从接触网受电） 第二部，牵引变电所、馈电所的绘制。城市轨道交通正线采用 双边供电，在列车的前方和后方面两个牵引变电所，牵引变电 所通过馈电将电流引入接触网。 第三部，绘制回流线。电流要形成封闭的回路方能使电流流通， 在钢轨上引一条线至牵引变电所，将轨道及牵引变电所连接起 来，以供牵引电流返回牵引变电所。
绘制轨道交通系统 供电系统示意图
牵引供电系统
牵引供电系统工作原理 牵引供电系统组成
1.牵引供电系统工作原理
牵引供电，顾名思义，就是将电能直接或者经过输送、变换后提 供给车组的牵引电动机，由牵引电动机将电能转换成机械能，从而驱 动车辆运行。
2.牵引供电系统的组成
城市轨道交通供电系统大体可分为牵引供电系统和动力照明供电 系统两部分。牵引供电系统和照明供电系统又有各自的主要设备，牵 引供电系统的组成。
相关设备
城市轨道交通牵引供电系统分析
城市轨道交通牵引供电系统分析摘要：近年来，轨道交通的运输规模不断增加，给人们的出行带来更加便捷体验的同时，也引起了很多人的担忧。
因为交通运输规模的增加必然会导致车辆流动量的增加，这也给城市轨道交通牵引供电系统带来了全新的挑战。
这需要不断引进新的技术，不断消化吸收，努力进行创新和再创新，同时对轨道交通建设的标准与质量的认识也不断提高，所以对于其关键技术进行研究是有必要的。
关键词：城市；轨道交通；牵引供电系统1地铁车辆供电系统构成为了保证地铁的顺利运营，我们必须做好地铁供电系统的运行工作。
其关键作用是为地铁及其电气设备供电。
在地铁供电系统中，关键可分为高压电源供电和地铁内部结构供电。
高压电源可以立即应用于市政工程的用电。
在供电的情况下，一般采用混合供电方式、分散供电方式和集中供电方式。
地铁内部结构的供电分为照明供电和牵引供电。
牵引供电的目的是将高压交流电源转换为地铁运营所需的直流稳压电源。
然后根据同轴电缆将其发送到地铁-轨道交通接触网，地铁在用电过程中会立即从轨道交通接触网获得必要的用电。
在地铁照明灯具供电系统中，不仅需要给照明灯具供电，还需要给离心泵和离心风机供电。
该供电系统主要由电源线及其降压配电设备组成。
2牵引供电系统的关键技术2.1 双向变流装置双向变流装置通常由交流开关柜、变压器柜、双向变流器柜、直流开关柜和负极柜组成，整体接线方案与现有二极管整流机组的相一致。
其交流侧通过35kV开关柜被接于牵引变电所内的35 kV母线段；直流侧正极通过1500V直流开关柜被接于牵引变电所内的直流母线段正极，负极仍保留直流控制柜内的隔离开关，且被接于牵引变电所内的直流母线段负极。
传统二极管整流机组牵引供电方式中直流侧短路保护主要依赖直流进线柜和直流馈线柜的保护设施。
直流进线柜保护包含大电流脱扣保护和逆流保护；直流馈线柜保护包含大电流脱扣保护、ΔI保护、di/dt保护、过电流保护和双边联跳保护，各种保护相互配合，从而实现牵引网近、中、远端短路的全范围保护。
城市轨道交通供电与牵引系统
城市轨道交通供电与牵引系统简介城市轨道交通供电与牵引系统是城市轨道交通运营的核心局部，为城市轨道交通车辆提供稳定可靠的电力供给，并通过牵引系统将电力转化为动力，驱动车辆运行。
本文将对城市轨道交通供电与牵引系统的关键组成局部进行详细介绍。
供电系统城市轨道交通的供电系统主要由供电设备、接触网和供电馈线组成。
供电设备供电设备是城市轨道交通供电系统的核心局部，它主要包括变电站、配电装置和电力传输线路等。
变电站负责将输入的电能进行变压、变流等处理，输出适合城市轨道交通使用的高电压电能。
配电装置用于将变电站输出的电能分配到不同的供电馈线上。
电力传输线路那么将电能从变电站输送到供电馈线。
接触网接触网是城市轨道交通供电系统的另一个重要组成局部，它负责将电能从供电设备传输到行车区域。
接触网通常采用悬挂在轨道上方的导线或导轨，通过接触网与车辆上的供电装置接触，将电能传输给车辆。
供电馈线供电馈线是连接接触网和供电设备的局部，它通过分布在轨道两侧或中央的电缆将电能传输给接触网。
供电馈线主要负责将变电站输出的高电压电能传输到接触网，以供行车区域的车辆使用。
城市轨道交通的牵引系统是将电能转化为动力，驱动车辆运行的关键局部，它主要包括牵引变流器、牵引电机和传动装置等。
牵引变流器牵引变流器是将供电系统提供的直流电转化为交流电，并根据车辆的运行需求控制输出功率和频率的设备。
牵引变流器通常由多个晶闸管或功率模块组成，通过调整晶闸管的导通和封锁，实现对电流和电压的控制，从而实现对车辆的驱动力和制动力的控制。
牵引电机牵引电机是城市轨道交通车辆中的动力装置，它根据牵引变流器输出的交流电能，将电能转化为机械能，驱动车辆运行。
常用的牵引电机包括直流电机和交流电机，其中交流电机又包括异步电机和同时电机等。
传动装置是将牵引电机输出的动力传递给车轮的局部，它主要通过减速器和传动轴等组件实现。
传动装置的设计对车辆的运行稳定性、效率和能耗等方面有着重要影响。
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本。
3)电力牵引列车和车辆噪声小，不排出废气和有害气体，有利于环境 保护。 4)电力牵引各主要组成环节均为独立的电气系统，且又连成整体，它 们与电子技术和计算机控制手段相结合，易于实现全面自动化和信息 化。 (2)电力牵引存在的缺陷 电力牵引增加供电系统装置，使其一次投资 费用比其他牵引动力形式要高些。
在车辆上将电能转换为机械能，从而牵引列车组在轨道上运行的一种
城市交通牵引动力形式。
图6-10 城市轨道交通电力牵引结构图
【理论知识】 6.2 城市轨道交通电力牵引系统
2.城市轨道交通电力牵引系统的构成及功能 （1）城市轨道交通电力牵引系统的构成 城市轨道交通电力牵引系统 主要是由牵引供电系统和电动列车牵引控制装置两大部分组成。 1）牵引供电系统。是由牵引变电所和牵引网组成的向列车提供电力的 系统。牵引变电所包括：主降压变电站、直流牵引变电所。牵引网包 括：馈电线、接触网（接触轨）、走行轨道、回流线。 2）电动列车牵引控制装置。 电动列车的牵引控制装置是由牵引电器 和列车电路构成的。牵引电器包括：受流器、牵引电机、传动控制装 置、其他牵引电力电子转换控制系统。列车电路包括：主电路、辅助 电路、控制电路。
【教学建议】
1.教学场地：在教室和牵引供电模拟实训室中进行，课后可实地参 观。 2.设备要求：至少具有接触网或接触轨及操作模拟演示软件1套，仿 真受电弓、受电靴等教具1套。 3.课时要求：共6课时，其中课堂讲授4课时，模拟操作2课时。
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
1.供电系统概述 城市轨道交通供电系统是由电力系统经高压输电网、主变电所降压、 配电网络和牵引变电所降压、换流（转换为直流电）等环节，向城市 轨道快速交通线路运行的动车组输送电力的全部供电系统。
【评价跟进】
1.教师的评价
表格
【评价跟进】
2.学员的评价
表格
3.知识跟进 1)供电系统的设备组成，以及电能的传递过程是什么？ 2)牵引系统电能和动能的转化过程，以及电气制动的工作原理是什么？
第6章 城市轨道交通系统的构成——供 电与牵引
第6章 城市轨道交通系统的构成——供电与牵引
【学习目标】 【教学建议】 【理论知识】 【实践操作】
【评价跟进】
【学习目标】
1.能掌握城市轨道交通供电系统的组成。 2.能说出直流牵引变电所的核心设备——整流装置的工作原理。 3.能掌握电力牵引的制式、电力车辆牵引供电系统的组成。 4.了解城市轨道交通常用的电力电子器件。
2.供电系统的组成
城市轨道交通的供电系统通常包括两大部分，即外部供电系统和牵引 供电系统。
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
供电系统示意图
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
2.供电系统的组成 城市轨道交通供电系统一般包括四个子系统：高压供电源系统；牵引 供电系统；动力照明供电系统；电力监控系统。
图6-8 外部供电方式——单侧供电
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
(4)放射式供电 当各牵引变电所离开电源差不多等距并且比单侧供 电更经济时，可采用放射供电方式(见图6-9)。
图6-9 外部供电方式——放射式供电
【理论知识】 6.2 城市轨道交通电力牵引系统
1.城市轨道交通电力牵引概念 以电力系统城市电网的电力为动力源，
【理论知识】 6.2 城市轨道交通电力牵引系统
接触轨与受电器连接三种方式 牵引变电所
馈电线
【理论知识】 6.2 城市轨道交通电力牵引系统
受电弓结构示意图
受电靴结构示意图
【理论知识】 6.2 城市轨道交通电力牵引系统
直线牵引电机在列车上的应用
【理论知识】 6.2 城市轨道交通电力牵引系统
3.电力牵引的技术特性 (1)电力牵引的优点 1)电力牵引为非自给式牵引动力。 2)电力牵引的总功效(做功效率)最高，可显著节省能源并降低运营成
【理论知识】 6.2 城市轨道交通牵引系统
(3)电力机车 电力牵引在现实生活中最好的体现就是电力机车。
4.牵引变电所容量的计算和确定 (1)确定牵引变压器的容量 1)确定计算容量。
2)确定校核容量。
3)确定安装容量。 (2)牵引变压器的安装容量 的变压器台数与容量。 1)移动备用。 2)固定备用。 牵引变压器的安装容量是在计算容量和校 核容量的基础上，再考虑备用方式，最后按变压器的产品规格所确定
由牵引供电系统供给电能，驱动车辆上的电动机，产生 车辆电气包括车辆上各种电气设备及其连接导线。
负荷特性，使牵引供电系统成了城市电网的一个重要谐波源。 (3)电动车组 (4)车辆电气 牵引力牵引在轨道上行驶的列车组。
【实践操作】
1.操作练习 1)通过供电与牵引实训室的接触网模型，了解接触网是如何给电力机 车提供电能的，并了解接触轨的给电方式。 2)根据自己对牵引的了解，自己画出在机车内部电能的转化过程，并 且标出交直流的制式变化分界线。 2.书面练习 1)简要回答城市轨道交通供电系统的概念与构成。 2)简要回答城市轨道交通牵引系统的组成与工作原理。
3)用户变电所。 (4)一次供电网络 一次供电网络是指直接向牵引变电所供电的地区 变电所(或发电厂)及高压输电线路。
4.牵引供电系统的组成
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
(1)牵引变电所 牵引变电所的作用是降压，并将三相电源转换成两 个单相电源，然后通过馈电线分别供电给牵引变电所两侧的接触网。 1)桥接线方式。
【理论知识】 6.2 城市轨道交通牵引系统
5.电力牵引的远动监控装置 (1)地下迷流 在直流牵引供电中，牵引电流并非全部由钢轨直接流回 牵引变电所，而是有一部分由钢轨杂散泄漏流入大地，再由大地流回 钢轨和牵引变电所，这种地下杂散电流被称为地下迷流。
(2)谐波
由于牵引变电所大功率整流设备和其他变流装置等的非线性
图6-1 牵引变电所的引入线方式
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
2)双T接线方式。 3)单母线分段方式。 (2)牵引网 牵引网是由馈电线、接触网、钢轨和回流线组成的双导 线供电系统。
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
5.内外部供电系统联结方式 (1)环形供电 环形供电即电力系统将牵引变电所联成环形网。
供电系统划分示意图
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
3.高压供电源系统的组成 (1)发电厂 1)火电厂。 2)水电厂。 发电厂将其他形式的能源转换为电能。
3)核电厂。
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
(2)电力网和电网电压 电力网简称电网，由输电线路、配电线路和 变电所组成。 (3)变电所 变电所除具有变换电压的作用外，还具有集中电能、分 配电能、控制电能以及调整电压的作用。 1)枢纽变电所。 2)地区变电所。
图6-6 外部供电方式——环形供电
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
(2)双侧供电 双侧供电即电源来自电力系统的两个地区变电所，给 铁路供电的输电侧供电
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
(3)单侧供电 单侧供电即由一个地区变电所给数个牵引变电所供电。