地鐵供電系統(tǒng)介紹及分析

陳宏陽 郭銳* 沈陽工學(xué)院 信息與控制學(xué)院 劉文宇 國(guó)網(wǎng)遼寧省電力有限公司檢修分公司

1 供電系統(tǒng)的簡(jiǎn)介和功能

1.1 供電系統(tǒng)的簡(jiǎn)介

地鐵供電系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著運(yùn)行所需的一切電能的供給與傳輸，是城市軌道交通安全可靠運(yùn)行的重要保證。 用電設(shè)備包括車站、區(qū)間、車輛段、控制中心等其他建筑物所需要的動(dòng)力照明用電，諸如：透風(fēng)機(jī)、空調(diào)、自動(dòng)扶梯、電梯、水泵、照明、AFC系統(tǒng)、FAS、BAS、通訊系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)等。

1.2 供電系統(tǒng)的功能

根據(jù)功能的不同，對(duì)于集中式供電，城市軌道交通供電系統(tǒng)可分成以下幾部分：外部電源、主變電所、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)。對(duì)于分散式供電，城市軌道交通供電系統(tǒng)則可分成以下幾部分：外部電源、牽引供電系統(tǒng)、動(dòng)力照明配電系統(tǒng)、電力監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)，又可分成牽引變電所與牽引網(wǎng)系統(tǒng)。動(dòng)力照明配電系統(tǒng)，又可分成降壓變電所與動(dòng)力照明。

2 電力監(jiān)控系統(tǒng)的組成

以沈陽地鐵一號(hào)線為例，沈陽地鐵電力監(jiān)控系統(tǒng)組成示意圖如圖1所示。

圖 1 沈陽地鐵電力監(jiān)控系統(tǒng)

沈陽地鐵一號(hào)線中央監(jiān)控系統(tǒng)中控制中心選用DSC-9000U自動(dòng)化系統(tǒng)，其主要設(shè)備包括以太網(wǎng)交換機(jī)、系統(tǒng)服務(wù)器、web服務(wù)器、打印服務(wù)器、操作員工作站、系統(tǒng)維護(hù)工作站、網(wǎng)絡(luò)打印機(jī)以及網(wǎng)絡(luò)連接附件等

變電所自動(dòng)化綜合系統(tǒng)采用國(guó)電南自NDT650自動(dòng)化系統(tǒng)，其采用分層分布式結(jié)構(gòu)，即站級(jí)管理層、網(wǎng)絡(luò)通信層和間隔設(shè)備層。

站間管理層設(shè)備包括控制信號(hào)盤及盤內(nèi)的通信交換機(jī)、交換機(jī)、一體化監(jiān)控計(jì)算機(jī)；

網(wǎng)絡(luò)通信層是兩個(gè)獨(dú)立的以太網(wǎng)接口，互為備用；

間隔管理層是分散安裝于供電設(shè)備就地的微機(jī)保護(hù)測(cè)控、信息采集等裝置。

3 變電所的主要電氣設(shè)備

變電所是用以實(shí)現(xiàn)切斷或接通、改變或者調(diào)整電壓的功能。變電所內(nèi)的電氣設(shè)備按所屬電路性質(zhì)分為兩大類：一次高壓電路中所有的電氣設(shè)備，即為一次設(shè)備；二次控制、信號(hào)和測(cè)量電路中的所有電氣設(shè)備即為二次設(shè)備。一次設(shè)備按其在一次電路中的功用又可分為變換設(shè)備、控制設(shè)備、保護(hù)設(shè)備、補(bǔ)償設(shè)備和成套設(shè)備等類型。

3.1 變電所的分類

變電所是供配電系統(tǒng)的核心。在地鐵供電系統(tǒng)中，變電所可分為主變電所，牽引變電所，降壓變電所交流牽引變電所又分為工頻交流牽引變電所和低頻交流牽引變電所。對(duì)于直流牽引變電所是將電網(wǎng)電壓經(jīng)降壓整流為相應(yīng)等級(jí)的直流電供給城市軌道交通系統(tǒng)中的電力機(jī)車，其中整流是區(qū)別于交流牽引變電所最關(guān)鍵設(shè)備。

沈陽地鐵一號(hào)線一期及延長(zhǎng)線設(shè)置兩座66KV/35 KV主變電所：重工街、三經(jīng)街；每座主變電所由地區(qū)變電所引入兩回路互相獨(dú)立的6 6KV電源，變換為35 KV輸出。

3.2 變電所內(nèi)的開關(guān)設(shè)備

3.2.1 高壓斷路器

斷路器又叫高壓開關(guān)，它是變電所的重要設(shè)備之一。斷路器不僅可以切斷與閉合高壓電路的空載電流和負(fù)載電流，而且，當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，它與保護(hù)裝置、自動(dòng)裝置相配合，可以迅速地切斷故障電流，以減少停電范圍，防止事故擴(kuò)大，保證系統(tǒng)的安全運(yùn)行。

3.2.2 隔離開關(guān)

隔離開關(guān)是沒有滅弧裝置的開關(guān)電器，在分閘狀態(tài)下有明顯的斷口，在合閘狀態(tài)下能可靠的通過額定電流和短路電流。因隔離開關(guān)沒有滅弧裝置，不能切斷負(fù)荷電流和短路電流，因此隔離開關(guān)通常和斷路器配合使用，且在操作中必須注意與斷路器操作的先后順序。當(dāng)合閘時(shí)，先合隔離開關(guān)，后合斷路器；分閘時(shí)，先分?jǐn)嗦菲?，后分隔離開關(guān)。這種操作通常稱為倒閘操作。為了保證安全，一般采用連鎖裝置，以防止誤操作。

3.2.3 負(fù)荷開關(guān)

負(fù)荷開關(guān)是在高壓隔離開關(guān)的基礎(chǔ)上加入簡(jiǎn)單的滅弧裝置而成的，能切、合負(fù)荷電流，但不能切斷短路電流。因此，負(fù)荷開關(guān)必須與高壓斷路器配合使用，短路電流由熔斷器切斷，而它專門在高壓裝置中通斷負(fù)荷電流，也能在過負(fù)荷的情況下自動(dòng)跳閘。

3.2.3 互感器

互感器是一種特殊變壓器，有電壓互感器和電流互感器，其主要功能有變換、隔離保護(hù)功能，以及擴(kuò)大儀表、繼電器等二次設(shè)備應(yīng)用范圍。

4 總結(jié)

供電系統(tǒng)是地鐵所有用電用戶的電能源泉，是機(jī)車和機(jī)電系統(tǒng)運(yùn)行的動(dòng)力保證。一旦供電系統(tǒng)發(fā)生故障，將使整條線路失去運(yùn)營(yíng)能力，造成重大經(jīng)濟(jì)損失。隨著地鐵線路的不斷增多，地鐵供電系統(tǒng)復(fù)雜程度越來越高，出現(xiàn)事故的可能性和故障波及的范圍、造成的損失也不斷增大。供電系統(tǒng)能否安全可靠運(yùn)行將直接關(guān)系到地鐵的安全、穩(wěn)定運(yùn)營(yíng)，為了保證地鐵安全可靠地運(yùn)行，探討其供電系統(tǒng)安全措施是極其有意義的。