1.2 地鐵的供電布局及路網基本形式及車輛

1.2.1 地鐵供電布局

地鐵有地下、地面、高架線路3種，敷設方式的選擇與城市現狀、總體規劃、環境條件等因素密切相關，不同的線路敷設方式對工程造價的影響程度很大，主要是線路土建工程、軌道工程、機電系統工程和前期工程等。

1.地鐵的環網供電方式

地鐵環網供電方式采用比較多的是電纜單環網、電纜雙環網等形式，有些城市的地鐵采用電纜單環網，因為消防等電源不適合動力照明網絡，目前我國基本不采用電纜單環網，而相對較多的是電纜雙環網。電纜雙環網系統中變壓器分別接到在兩個不同的電源系統中，各帶50% 的負荷，此種接線具有較高的供電可靠性和靈活性。最大限度地確保地鐵用電，當任一段電纜線路或環網單元發生故障或檢修時，低壓母線閉合，可保障用戶不間斷供電，解決了單環網供電方式因故障而造成的大面積停電問題。

2.地鐵環網供電技術的應用原則

在進行線路設計時，在電壓等級確定的前提下，應遵循以下原則：

1）滿足安全可靠的供電要求。

2）每一個變電站均應有兩個獨立的電源。

3）設備容量及電壓降滿足要求。

4）滿足負荷分配平衡的要求。

5）供電分區應就近引入電源，盡量避免反送電。

6）具有良好的經濟指標。

7）滿足繼電保護的要求。

8）系統接線方式盡量簡單。

9）全線牽引變電站、降壓變電站的主接線盡量一致。

10）滿足運行管理、倒閘操作的要求。

11）滿足設備選型的要求。

1.2.2 地鐵環網供電技術的應用形式

根據地鐵環網供電技術功能的不同，為牽引變電站供電的環網網絡稱為牽引供電網絡；同樣，為降壓變電站供電的環網網絡稱為動力照明供電網絡。目前，國內城市軌道交通工程經常采用的形式有牽引動力照明混合網絡與牽引動力照明獨立網絡。牽引動力照明獨立網絡既可采用不同的電壓等級，也可以采用同一個電壓級，牽引網絡與動力照明網絡相對獨立，彼此相互影響較小。牽引動力照明混合網絡采用同一電壓等級，并通過公用電源電纜同時向牽引變電站、降壓變電站提供電能。

1.環網供電技術運用的可靠性

1）環網供電的概念 城市的地鐵主干線一般采用環形線路，這種線路是一個連續的配電線路，能夠形成閉合的環形電路，它的起點和終點是在同一組母線上連接的，而為了增加運行過程中的靈活性，往往在每個區段內都會設置各自的斷路器。通常采用分段斷路器將母線分為兩段，再將兩個端口連接在線路保護器的兩端，線路保護器是一種縱差保護電路，這種保護器在線路發生故障時，能夠通過保護器將故障電路從主線路中隔離出來，而不會影響其他正常部分的電路工作。

2）供電方式 環形電網可以劃分為兩種運行形式，即開環運行和閉環運行，而地鐵中的供電系統主要是以閉環運行的。這樣可以將閉環供電不間斷供電的特性發揮出來。而對于繼電保護裝置來說，由于其在裝置的整定方面存在較大的困難，所以采用開環運行。如果嚴格按照規定，對于開環點的選取是要經過一系列的計算和設計之后才能夠確定的，但在實際的工作過程中，我們是選取環網干線的中間位置展開開環點的設置，如此一來，開環點就可以很好地將故障點隔離。單、雙側環網供電系統如圖1-1、圖1-2所示。

目前，國內的中壓（10～35kV）環形電網都采用開環的運行模式。地鐵環網供電技術是通過中壓電纜，縱向將上級主變電站和下級牽引變電站連接起來，橫向將全線的各個牽引變電站、降壓變電站連接起來，其功能類似于電力系統中的輸電線路。由于環網供電系統中每一個用電點都有兩路電與電源連接，形成環形電網，因此為供電系統的穩定運行提供了保障。環網供電技術的應用能夠減少停電的次數，便于調節電力，減小誤操作的概率。同時，在供電系統出現故障的時候，環網供電技術的應用能夠快速地利用SCADA發出故障警報，做出相應的措施，最大化地減少故障對整個系統的影響，便于維護人員及時處理出現的問題，恢復故障區域的正常供電。

1.2.3 其他常見的地鐵供電方式

1）集中式供電方式 集中式供電方式具有以下優點：

①在進行供電過程中, 受外界環境的影響較小,具有較高的可靠性。

②因為設有專門的供電站,所以可以為一些專用的電路進行供電,供電質量較好。

③自由度較高, 可以進行自由調度管理, 使供電站具有較高的可靠性,得以發揮地鐵的最大效率。

④操作簡單,易檢修,建設工程量較小, 容易實現, 經濟效益好。集中式供電方式的缺點是投入的資金較多, 調度要求比較高，集中式供電方式由城市電網區域變電站以高電壓等級的電壓（110kV或220kV）向地鐵主變電站供電，地鐵主變電站將高壓降為中壓等級（33kV或10kV），然后再分別向地鐵牽引變電站和降壓變電站供電，牽引變電站再降壓整流為直流750V或1500V供接觸網對電動列車供電；降壓變電站降為380V對動力、照明等供電，如圖1-3所示。

2）分散式供電方式 即在城市電網直接采用降壓的供電方式給地鐵車站內的各設備進行供電。分散式供電方式的缺陷是在供電時容易受到外界環境的干擾，由于城市電網的接入點很多,所以在進行城市電網的統一規劃和管理時,難度會非常大,而且一旦出現故障,就很難解決甚至會影響地鐵的正常運行;其整流機在工作中,會產生各種諧波,從而對城市電網的正常運行產生很大的影響根據地鐵供電系統的需要，在地鐵沿線直接從城市電網引入多路電源，由區域變電站直接對地鐵牽引變電站和降壓變電站供電。這種供電方式多為AC10kV電壓級，因為我國各大城市的電網在逐漸取消或改造AC35kV這一電壓級，要想在10～30km的范圍內引入多路AC35kV電源是不現實的。分散供電方式要保證每座牽引變電站和降壓變電站都能獲得雙路電源，如圖1-4所示。

3）混合式供電方式 所謂混合式就是集集中式和分散式于一體,其形式有兩種,一種是將集中式和分散式并聯在一起進行供電;另一種是在地鐵站的中壓環線采用集中式供電, 然后再把集中式變成分散式,進行分散供電, 以此建立起完善的地鐵供電系統，對地鐵系統進行合適的供電選擇，一般以集中供電為主，在某些地方采用分散供電的方式，以對原有的供電系統進行補充。但是，這種供電方式需要的準備以及調控比較復雜，雖然在理論上是最佳的供電方式，但是執行難度較大，一般還是采用前兩種供電方式的地鐵線路比較多。

1.2.4 地鐵供電系統的供電方式的選擇

通過上述對地鐵供電方式的分析可以得出一個結論：集中供電方式和分散供電方式各有優缺點，而混合供電方式執行難度較大，所以對地鐵供電方式的選擇還是應根據實際情況來選擇。

1）從供電質量上選擇 首先，集中供電方式相比較分散供電方式在供電質量上略勝一籌，集中供電方式的電能來源主要來自電廠的高壓電，因此其供電質量較高；分散性供電的電能來自城市電網，其電能穩定性較差。

2）從供電可靠性選擇 集中供電方式發生線路短路或者故障的可能性較小，因為集中供電方式電力的主要來源是電廠高壓電，在防護措施方面做得十分到位，因此受到干擾的程度較低，可靠性較強；分散供電方式的電力主要來源是城市電網，建立了很多的開閉所，干擾程度較大，一旦發生故障，則需要周圍的開閉所對其進行補償供電，因此可靠度不高。

3）從運營管理方面選擇 集中供電方式在調整中比較方便，因此運營管理難度系數不大；分散供電方式的電力來源是城市電網，其接口多、操作相對比較復雜，因此調整比較麻煩。

4）地鐵供電系統的保護措施 地鐵供電系統的保護措施主要針對供電系統的變壓器站采取的相關措施，即電流速斷保護、縱聯差動保護、瓦斯保護、過電流保護、過勵磁保護、溫度保護以及零序電流的保護，其中最重要的是電流速斷保護和縱聯差動保護措施。這種保護措施是通過安裝電流速斷或者縱聯差動，以解決變壓器中性點直接接地電網側繞組和引線接地短路、引出線和繞組造成的相間短路以及繞組匝間短路等故障。地鐵供電系統運行的各個保護措施之間相互補充、相互配合，能夠及時有效地解決變壓器的各種故障問題，提高電力變壓器運行的可靠性。

1.2.5 中壓供電系統

國外選用33kV、20kV、10kV供電系統較多，我國則采用35kV、33kV、10kV供電系統較多，每種選擇各有利弊。

1）35kV中壓供電系統的輸送距離遠、傳輸容量大、電能損失小、設備國產化程度高，但設備體積大、價格偏高。

2）20kV中壓供電系統的傳輸距離和傳輸容量適中，電能損失較小、體積較小、價格適中，可以國產化生產。

3）10kV中壓供電系統的傳輸距離和傳輸容量較小，電能損失大、體積小，價格低，市場占有率大。

1.2.6 地鐵車站及車輛

車站按其功能分為4種：

1）中間站 只供乘客乘降用，此類車站數量最多，設施也最多。

2）中途折返站 在中間站設有折返線路設備即稱為折返站，一般在市區客流量大的區段設立，可以滿足乘客需要，同時節省運營開支。

3）換乘站 既用于乘客乘降又為乘客提供換乘的車站。

4）終點站 地鐵線路兩端的車站，除了供乘客上、下或換乘外，通常還供列車停留、折返、臨修及檢修使用（段場）。

地鐵車輛是城市軌道交通系統的重要組成部分，也是技術含量較高的機電設備。地鐵車輛應具有先進性、可靠性和實用性，應滿足容量大、安全、快速、美觀和節能的要求。地鐵車輛有動車（Motor train）和拖車（Trailer）、帶司機室車和不帶司機室車等多種形式。動車本身帶有動力牽引裝置，拖車本身無動力牽引裝置；動車又分為帶有受電弓的動車和不帶受電弓的動車。地鐵車輛在運營時一般采用動拖結合、固定編組，形成電動列車組。由于它本身帶有直流動力牽引裝置，兼有牽引和載客兩大功能，因此與鐵路列車不同，不需要再連掛單獨的機車。

1.2.7 地鐵車輛的組成及路網形式

1）車體 車體是容納乘客和司機駕駛（對有司機室的車輛）的地方，又是安裝與連接其他設備和部件的基礎。一般有底架、端墻、側墻及車頂等。

2）動力轉向架和非動力轉向架 動力轉向架和非動力轉向架的裝置位于車體和軌道之間，用來牽引和引導車輛沿著軌道行駛，承受與傳遞來自車體及線路的各種載荷并緩沖其動力作用，是保證車輛運行品質的關鍵部位。一般由構架、彈簧懸掛裝置、輪對軸箱裝置和制動裝置等組成。

3）牽引緩沖連接裝置 車輛編組成列安全運行必須借助于連接裝置。為了改善列車縱向平穩性，一般在車鉤的后部裝設緩沖裝置，以緩和列車的沖動。

4）制動裝置 制動裝置是保證列車安全運行不可缺少的裝置。城市軌道車輛制動裝置除常規的空氣制動裝置外，還有再生制動、電阻制動和磁軌制動等。

5）受流裝 從接觸導線（接觸網）或導電軌（第三軌、小三軌）將電流引入動車的裝置稱為受流裝置或受流器（靴）。受流裝置按受流方式可分為以下幾種形式：

①桿形受流器；

②弓形受流器；

③側面受流器；

④軌道式受流器；

⑤受電弓受流器。

1.2.8 地鐵車輛的內部設備

車輛內部設備包括服務于乘客的車體內固定附屬裝置和服務于車輛運行的設備裝置。屬于前者的有車電、通風、取暖、空調、座椅、拉手等。服務于車輛運行的設備裝置大多吊掛于車底架，如蓄電池箱、繼電器箱、主控制箱、電動空氣壓縮機組、總風缸、電源變壓器、各種電氣開關和接觸器箱等。系統主要為車體及內裝、車鉤和緩沖器、貫通道、車門、空調與通風、照明、空氣制動系統、轉向架、電氣系統（牽引、輔助、控制）、乘客信息及視頻監控系統、列車自動控制（ATC）。

1.2.9 地鐵車輛的編組原則

1）滿足單向高峰小時斷面客流量的需要；

2）兼顧信號系統最大調度容量；

3）考慮對初、近、遠期客流變化的適應能力；

4）考慮運維成本；

1.2.10 地鐵列車的速度

1）最高運行速度：80km/h;

2）構造速度：90km/h;

3）經濟運行速度（常規）：≥36km/h。