浅谈地铁供电系统的构成及形式

浅谈地铁供电系统的构成及形式

李玉

深圳市地铁集团有限公司运营总部

摘要：地铁供电系统的安全是保障地铁车辆正常运行的基础。随着科学技术的发展，各大城市在大力建设地铁的同时，对供电系统的研究也不断深入。本文结合电气自动化在地铁中的应用，着重了解地铁供电原理，预防电力短路造成的安全事故，确保地铁安全运营。

关键词：地铁;供电;短路

1、地铁供电系统构成

根据功能的不同，地铁供电系统一般划分为以下几部分：外部电源;主变电所;牵引供电系统;动力照明系统;杂散电流腐蚀防护系统;电力监控系统。

1.1外部电源

外部电源是地铁供电系统主变电所接入的城市电网电源，其中形式分别有混合式供电、集中式供电、分散式供电等，而集中式通常是从城市电网110kV或66kV侧引入两回电源。比如北京地铁采用110kV外部电源，沈阳地铁采用66kV外部电源，但是必须至少有一回电源为专线。

1.2主变电所

主变电所的功能是接受城网高压电源，经降压为牵引变电所、降压变电所提供中压电源（通常为35kV或10kV），主变电所适用于集中式供电。主变电所接线方式为线变式或桥型接线。

1.3牵引供电系统

牵引供电系统的功能是将交流中压经降压整流变成直流1500V或直流750V电压，为地铁列车提供牵引供电，系统包括牵引变电所与牵引网，牵引网包括接触网与回流网。接触网有架空接触网（直流1500V）和接触轨（直流1500V或750V）两种悬挂方式，大多数工程利用走行轨兼作回流网;少数工程单独设置回流轨。

1.4动力照明供电系统

动力照明供电系统的功能是将交流中压（35kV或10kV）降压变成交流220/380V电压，为运营需要的各种机电设备提供电源。

1.5杂散电流腐蚀防护系统

杂散电流腐蚀防护系统的功能是减少因直流牵引供电引起的杂散电流并防止其对外扩散，尽量避免杂散电流对城市轨道交通主体结构及其附近结构钢筋、金属管线的电腐蚀，并对杂散电流及其腐蚀保护情况进行监测。

1.6电力监控系统

电力监控系统的功能是实时对地铁变电所、接触网设备进行远程数据采集和监控。在城市轨道交通控制中心，通过调度端、通信通道和变电所综合自动化系统对主要电气设备进行四遥控制，实现对整个供电系统的运营调度和管理。

2、地铁运营供电形式

地铁供电主要有第三轨供电和接触网供电。

2.1第三轨供电是在钢轨的左侧铺设一条特殊的“受流轨”，与轨道平行的第三轨，形状与钢轨相似，截面的形状亦为“工”字形，但体积小，直流电作为牵引动力。列车运行时靠车辆底部的电刷接触受流轨而传导电力。价格低廉，技术含量低，易于铺设，安全系数低。

2.2接触网供电，电网在列车上方，通过受电弓直接输入直流电，类似于电车。此法安全系数高，技术含量高，接触网铺设难度大，费用高。

3、为预防各种地铁电力故障，常采取馈线保护措施，形成自动化断电，从而降低损失。

3.1电力故障主要有短路故障、过负荷故障、过压故障等。

3.2针对电力故障所采取的馈线保护措施，主要有：大电流脱扣保护、电流上升率及电流增量保护、定时限过流保护、双边联跳保护、接触网热过负荷保护、自动重合闸保护等。

3.2.1大电流脱扣保护

大电流脱扣主保护被用于快速切除近端短路的故障，通常安装在断路器本体内。

工作原理为：假设列车在所有正常运行状况时的最大瞬时工作电流为Im，定值整定为I>KIm（其中，K为安全系数），一旦检测到瞬时电流超过定制，会立即跳闸，切断电源。

3.2.2电流上升率及电流增量保护

此馈线主保护使用比较广泛，它能切断近端短路电流，也能切除大电流脱扣保护不能切除的故障电流较小的远端短路故障。

工作原理为：电流上升率及电流增量保护由瞬时跳闸和延时跳闸两个原件并列组成，任何一个原件都可以直接跳闸。

3.2.3定时限过流保护

定时限过流保护有两个定值，启动电流I和延时时间T。当电流超过I时，保护启动，定时器也同时启动，在定时器时限未到达的这段时间内，若电流超过定制，则在定时器时限T到达后跳闸;反之，若电流回落至定值以下，保护返回。

3.2.4双边联跳保护

对于采用双边供电的接触网，应用比较广泛。对于同区间供电的两个变电站，由第一个感知到短路故障电流的站发出跳闸命令，跳开本站开关，同时发出联跳命令给联跳装置，再由联跳装置向临站发出跳闸信号，临站收到信号后，跳开开关。

3.2.5接触网热过负荷保护

本保护措施，主要是消除热过负荷故障，不一定是短路故障影响。

工作原理：根据接触网的电阻率、电阻率修正系数、长度、横截面积、电流，计算出接触网的发热量，从而根据接触网和空气的比热等热负荷特性及通风量的等环境条件，由公式给出接触网的电缆温度Tmax。当电缆温度超过Tmax时，则跳开该接触网空点开关，开关跳开后，电缆冷却后温度低于Tmax时重新合上开关。

3.2.6自动重合闸保护

根据《地铁设计规范》中规定“直流馈线应设自动重合闸装置”。对非永久性短路故障，自动重合闸是提高供电质量的重要手段。

4、结束语

供电设施的安全运营是地铁顺畅运行的保障，但是供电设施在地铁运营中出现故障，要采取切实有效的方法最大限度的降低损失。这就需要在地铁的前期设计和后期运营中做好相关故障排除和后期故障处理措施，对不同的供电设施及路段实行不同的处理措施，以达到切实有效保障地铁运营的目的。

参考文献：

[1]张华英。《地铁直流牵引供电系统保护配合的探讨》.电气化铁路.2001

[2]徐劲松、高劲、江平、周捷。《浅析地铁直流牵引变电所的保护原理》电气化铁路.2003.6

[3]龚孟荣.地铁供电系统设计及仿真研究[D].西南交通大学，2013.

[4]沈丽莉.地铁供电系统可靠性评估与安全评价方法的研究[D].大连交通大学，2013.