1、项目5：城市轨道交通车辆牵引与供电系统丁太生-编辑城市轨道交通车辆牵引传动系统的构成车轴 车轮 牵引电机 齿轮传动箱 牵引传动装置牵引传动装置接触网（第三轨）受流器 变流装置 牵引电机 齿轮传动箱 轮对 列车运行 导入；城市轨道交通车辆牵引与供电系统是城市轨道交通系统的重要组成部分，其电力牵引系统是以城市电网的电力为动力源，将电能转为机械能，牵引列车运行的一种城市轨道交通牵引动力形式。城市轨道交通车辆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等环节，向城市轨道交通列车输送电力的全部供电系统。介绍电力牵引系统工作原理及能量传递过程车上受电弓牵引变压器牵引整流器转向架
2、牵引电机机车车辆27.5KV单相接触网交流直流机械能电能城市轨道交通车辆电气传动及控制方式牵引电动机牵引电动机旋转电动机旋转电动机线性电动机线性电动机直流电动机直流电动机交流电动机交流电动机变压变频控制变压变频控制凸轮变阻凸轮变阻斩波调阻斩波调阻变阻控制变阻控制斩波调压控制斩波调压控制（一）受流器的形式 1.受电弓形式直流1500V供电采用架空线接触网式，车辆采用受电弓受流 2.集电靴形式集电靴是安装在车辆转向架上，为列车从刚性供电进行动态取流，满足列车电力需求的一套动态受流设备。受流设备 1.受电弓结构受电弓 安装位置：安装位置：车体几何中心点最近的车顶上部。车体几何中心点最近的车顶上部。工
3、作方式：工作方式：当受电弓升起时，弓与网接触滑行，当受电弓升起时，弓与网接触滑行，从接触网受取电流，通过车顶从接触网受取电流，通过车顶母线母线传送传送到车辆内部。到车辆内部。类型：类型：气动弓气动弓和电动弓和电动弓母线母线：用高导电率的铜、铝质材料制成，：用高导电率的铜、铝质材料制成，用以用以传输传输电能电能，具有汇集和分配电力能具有汇集和分配电力能力的产品。力的产品。受电弓的结构组成受电弓的结构组成图图1-6 单臂受电弓的结构组成单臂受电弓的结构组成 基础框架基础框架1：通过通过绝缘子绝缘子3固定安装在车顶；固定安装在车顶；作为作为框架框架4、轴承、下部导杆等支承和安装。、轴承、下部导杆等支
4、承和安装。框架框架4：包括包括下部支杆下部支杆5、下部导杆、下部导杆6、上部支杆、上部支杆7和和上上部导杆部导杆8；采用高强度冷拔无缝管制作。采用高强度冷拔无缝管制作。高度止挡高度止挡2：安装在下部导杆侧下方的基础框架上；安装在下部导杆侧下方的基础框架上；用以限制受电弓的最大升弓高度。用以限制受电弓的最大升弓高度。弓头：弓头：是弓与网相接触的部分；是弓与网相接触的部分；由由集流头集流头9、接触带接触带10、转轴、转轴、端角端角11和弹簧和弹簧盒组成。盒组成。升降弓装置升降弓装置12：由传动风缸、拉伸弹簧及气路电磁阀组成。由传动风缸、拉伸弹簧及气路电磁阀组成。集电靴集电靴部件的主要作用 1.集电
5、靴的设置要使机车在通过三轨电区时不发生瞬间断电现象，即两电气连通的集电靴间的最小距离要大于三轨断电区的长度。2.由于三轨在道岔和车站站台换边布置，因此要求车辆的两侧都要设置集电靴。集电靴的设置要求 牵引电动机是城市轨道交通车辆得以实现牵引机点及电制动的动力机械。牵引电动机悬挂在车辆转向架或车轴上，并借助传动装置驱动车辆前进。牵引电动机分为旋转电动机和线性电动机两大类。旋转电动机有直流电动机和交流电动机。线性电动机即直线牵引电动机，是异步感应电动机的简称牵引电动机直流电动机 直流电动机由定子转子两部分构成。NS NS直流电动机各部分的作用定子的作用是用来产生磁场，提供磁路和作为电机的机械支撑 转
6、子部分是用来产生感应电势和电磁转矩从而实现机电能量转换的主要部件转子通过轴承与定子保持相对位置，使两者之间有一个空气隙直流电动机工作原理：拓展友情提示：本知识点涉及高中物理知识个，感兴趣的同学可以上网搜索更加详细的直流电动机系统知识 直流牵引电动机的调速有两种基本形式：变阻控制和斩波调压控制 1.变阻控制：通过调节串入电动机回路以改变直流牵引电动机端电压来达到调速目的 2.斩波调压控制：通过接在电网与牵引电动机之间斩波器的导通与关断来改变牵引电动机端电压，实现调速直流电动机的调速方式 变阻控制 调节电阻的方法又可分为两类，即采用有触点组合式凸轮开关调阻和无触点斩波调阻。有触点开关调阻 CH0R
7、斩波调阻斩波调压 UTtUUonRLonTT 直流斩波电路原理t0LRUonToffTTLRuU 直流斩波电压波形交流电动机1 轴承2 前端盖3 转轴4 接线盒5 吊环6 定子铁心7 转子8 定子绕组9 机座10 后端盖11 风罩12 风扇 封闭式三相笼型异步电动机结构 定子铁心：由内周有槽 的硅钢片叠成。三相绕组A-X B-Y C-Z机座：铸钢或铸铁转子铁心：由外周有槽的硅钢片叠成。(1)鼠笼式转子铁芯槽内放铜条，端部用短路环形成一体；或铸铝形成转子绕组。(2)绕线式转子同定子绕组一样，也分为三相，并且接成星形。鼠笼转子气隙：定子和转子之间必须有一个气隙 交流电动机没有转向器，构造简单，运行
8、可靠，效率较高，维护很少，价格低廉；转子坚固，定子绕组沿圆周均匀分布，电动机体积小，能够获得较大的单位质量功率；其机械特性较硬，具有较好的防空转性能，使黏着利用提高；且微电子技术的发展使异步电动机的调压变频调速得以顺利实现。交流电动机的特点前方高能直线电动机的构成及工作原理事件管理事件管理器（器（EV）SVPWM信信号号驱动驱动电路电路牵引逆牵引逆变器变器直线直线电动电动机机MVBC01USB接口接口512KBRAM512KBFLASHTMS320F2812内核内核EPROMI/O 控制控制电路电路A/D电流检电流检测测故障检测故障检测控制电路控制电路 直线电机的结构直线电机的结构 直线电机的
9、结构可以看作是将一台旋转电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线而形成的。其中电机内部的定子相当于现在直线步进电机的初级，而其转子则相当于其直线步进电机的次级，每当其初级进行通入电流之后，则就会在其直线电机的初次级之间的气隙当中产生行波式磁场，在行波式的磁场与次级永磁体的相互作用之下产生了电机驱动力，从而实现了其运动部件的直线运动能力。直线电机的工作原理直线电机的工作原理 设想把一台旋转运动的感应电动机沿着半径的方向剖开，并且展平，这就形成了一台直线型的感应图步进电机。初级做得很长，延伸到运动所需要达到的理想位置，也可以把次级做得很长；既可以初级固定、次级移动，也可以次级固定、初 级移动 通入
10、交流电后在定子中产生的磁通，根据楞次定律，在动体的金属板上感应出涡流。设引起涡流的感应电压为E，金属板上有电感L和电阻R，涡流电流和磁通密度将按费来明法则产生连续的推力F。直线电机的特点直线电机的特点 高速响应 由于系统中直接取消了一些响应时间常数较大的如丝杠等机械传动件，使整个闭环控制系统动态响应性能大大提高，反应异常灵敏快捷。位精度高 线驱动系统取消了由于丝杠等机械机构引起的传动误差减少了插补时因传动系统滞后带来跟踪误差。通过直线位置检测反馈控制，即可大大提高机床的定位精度。传动环节的弹性变形、摩擦磨损和反向间隙造成的运动滞后现象，同时提高了其传动刚度。速度快、加减速过程短 行程长度不受限
11、制 在导轨上通过串联直线电机，就可以无限延长其行程长度。动安静、噪音低 由于取消了传动丝杠等部件的机械摩擦，且导轨又可采用滚动导轨或磁垫悬浮导轨（无机械接触），其运动时噪音将大大降低。效率高 由于无中间传动环节，消除了机械摩擦时的能量损耗。城市轨道交通车辆的控制电路，是低电压小功率电路，分为有接点的直流电路和无接点的电子电路。有接点的直流电路由主控制器、继电器、电气控制的低压部分、联锁接点组成；无接点的电子电路由微机及各种电子单元组成，如列车牵引系统控制单元、制动控制单元、空调控制单元等。列车控制系统工作原理 控制系统的作用是控制牵引系统与辅助系统各个电器的动作，通过司机或检修人员控制车辆的运
12、行。主电路、辅助电路、控制电路在电气设备方面互相隔离，分别装置在操纵台和各种设备箱、电器柜中，但又通过电磁或机械传动等方式，互相联系、互相配合动作，形成完整统一的车辆电气系统，以实现整个列车的正常运行。控制系统的组成及作用1.主电路控制2.辅助电路控制3.列车照明控制4.车钩监控5.空调控制系统6.列车门控系统7.列车运行自动控制系统 为主电路提供回流通路，使电流经轮对到达钢轨，为主电路提供回流通路，使电流经轮对到达钢轨，构成完整的构成完整的回路回路 防止防止电流通过轴承噪声轴承内润滑油层的电腐蚀；电流通过轴承噪声轴承内润滑油层的电腐蚀；提高轴承的使用寿命提高轴承的使用寿命接地装置接地装置 安
13、装位置安装位置：安装于转向架轴端，分别在安装于转向架轴端，分别在A车转向架车转向架的第的第2轴的右侧和第轴的右侧和第3轴左侧轴端各安装了一个，分轴左侧轴端各安装了一个，分别在别在B车和车和C车的转向架第车的转向架第1、3 轴的左侧轴端各安装轴的左侧轴端各安装了一个，在第了一个，在第2、4轴的右侧轴端各安装了一个。轴的右侧轴端各安装了一个。接地装置主要由接触盘、碳刷架、弹簧支撑组成接地装置主要由接触盘、碳刷架、弹簧支撑组成。控制电路电器驾驶驾驶控制器控制器城轨车辆司机控制器为凸轮触点式控制器。城轨车辆司机控制器为凸轮触点式控制器。驾驶控制器结构驾驶控制器的结构1.1.主控主控制制手柄手柄2.2.
14、方式方式/方向手柄方向手柄3.3.主控器钥匙主控器钥匙4.4.警惕开关警惕开关5.5.电位器电位器6.6.转换开关组转换开关组7.7.凸轮组凸轮组 位于主控手柄的上端的两个半圆头开关。正常工作时，司机必须用大拇指将两个半圆合拢，只有停车时才放开。人工驾驶时只有按下警惕开关，操作主控器手柄，列车才能启动。若松开警惕开关3秒钟（在弹簧作用下两个半圆头分开），列车立即进入紧急制动状态。主控主控制制手柄手柄主控手柄有主控手柄有零位、牵引、制动、快速制动零位、牵引、制动、快速制动四个位置。四个位置。“0 0”位位机械零位。机械零位。“牵引牵引”位位向前推动手柄（远离司机），牵引给定值可无向前推动手柄（远
15、离司机），牵引给定值可无 级输入，最前端位置为级输入，最前端位置为“100%100%牵引位牵引位”。“制动制动”位位向内拉动手柄（拉向司机），制动给定值可无向内拉动手柄（拉向司机），制动给定值可无 级输入，在级输入，在“100%100%制动位制动位”有一阻滞，最里端有一阻滞，最里端 位置为位置为“紧急（快速）制动位紧急（快速）制动位”，快速制动带，快速制动带 有限位凹槽。有限位凹槽。方式方式/方向手柄方向手柄方式方向手柄方式方向手柄用于选择驾驶方向用于选择驾驶方向，有有向前、向前、0 0、后退、后退三个位置。三个位置。运行方向必须在车辆运行前选择，并且到下一站前保持有效。运行方向必须在车辆运行
16、前选择，并且到下一站前保持有效。“ATCATC”列车自动控制位列车自动控制位：通过系统操作或手动控制向前运行。通过系统操作或手动控制向前运行。在制动位上通过操作主控器手柄，可摆脱在制动位上通过操作主控器手柄，可摆脱“ATCATC”的指令进行制动。的指令进行制动。“0 0”位置位置：没有驾驶模式被激活。没有驾驶模式被激活。“后退后退”位置位置：人工倒车模式。人工倒车模式。u 方式方式/方向手柄与主控制手柄间存在机械连锁。方向手柄与主控制手柄间存在机械连锁。只有当只有当主控器手柄在主控器手柄在“0 0”位位，方式，方式/方向手柄才进行方向手柄才进行向前或向后位置转换向前或向后位置转换。只有只有当选
17、择好方向当选择好方向，即方式，即方式/方向手柄在方向手柄在非零位非零位，主控器手柄才可进行，主控器手柄才可进行牵引牵引或制动或制动操作。一旦方式操作。一旦方式/方向手柄在方向手柄在非允许非允许情况下改变了方向手柄的位置，情况下改变了方向手柄的位置，则则系统自动启动紧急制动系统自动启动紧急制动。3.3.主控器钥匙主控器钥匙 主控器钥匙用于激活司机台主控器钥匙用于激活司机台，有两个，有两个位置：位置：“0 0”位置：位置：关闭位置，只能在此位置取出或插入钥匙。关闭位置，只能在此位置取出或插入钥匙。主控器钥匙零位时，主控器手柄和方式主控器钥匙零位时，主控器手柄和方式/方向手方向手 柄被锁死，不柄被锁
18、死，不能操作且都处于零位。能操作且都处于零位。“1 1”位置：位置：激活司机台。司机可进一步操作其它开关激活车辆。激活司机台。司机可进一步操作其它开关激活车辆。一旦主控器手柄和方式方向手柄处于非零位，则主控器钥匙被锁一旦主控器手柄和方式方向手柄处于非零位，则主控器钥匙被锁死不能回零位。死不能回零位。只有当主控器手柄和方式只有当主控器手柄和方式/方向手柄双零位方向手柄双零位时，主控器钥匙开关才能从时，主控器钥匙开关才能从“1 1”位移回位移回“0 0”位。位。驾驶驾驶控制器控制器司机室司机台司机室司机台辅助电路电器主要包括主要包括：空气压缩机装置、照明和空调等空气压缩机装置、照明和空调等。城轨列
19、车的每个单元，即A、B和C 车车顶上都安装了两个相同的空调装置（A/C），该空调装置一般不能用来取暧。空调装置把空气吸入到安装在车顶板上部的风道里，空气在风道里按整车长度均匀分配，并通过安装在车顶上的空气隔栅吹入客室。A 车除了有客室通风系统，还安装了单独的司机室通风单元，司机室通风单元与风道系统相连，由人工控制。新鲜空气通过四个横向的隔栅（新风入口）进入A/C 单元，与从客室来的循环空气混合。循环空气通过空调单元端部的返回入风口进入空调。混合空气经处理后，经空气分配风道强迫进入客室。空调装置空调装置 空调装置空调装置 空调装置空调装置 空调装置空调装置 空调装置空调装置客室空调送回风口分布图
20、空调机组的主要部件及其分布见下图所示：21:13:49客室空调控制器客室空调控制柜作用作用：确保车内有一个舒适的环境温度和湿度，即使室外确保车内有一个舒适的环境温度和湿度，即使室外的温度和湿度很高，空调装置也能够给旅客提供充足的的温度和湿度很高，空调装置也能够给旅客提供充足的新鲜空气。新鲜空气。空调压缩机空调蒸发风机冷凝风机蒸发器1.1.空调系统结构组成空调系统结构组成2 2个冷凝盘管、个冷凝盘管、2 2个轴流风扇电机（即室外热交换机）个轴流风扇电机（即室外热交换机）作用作用：将室外风机吸入的新鲜空气经过盘管，实现内部制冷剂的冷凝；将室外风机吸入的新鲜空气经过盘管，实现内部制冷剂的冷凝；2 2
21、个涡旋式压缩机个涡旋式压缩机：吸入低温的制冷剂将其压缩为高温高压的制冷剂后送出；吸入低温的制冷剂将其压缩为高温高压的制冷剂后送出；2 2个干燥过滤器个干燥过滤器：用以吸收制冷剂中的水分，同时过滤制冷剂中的杂质，避用以吸收制冷剂中的水分，同时过滤制冷剂中的杂质，避 免制冷系统出现脏堵；免制冷系统出现脏堵；1 1套蒸发器套蒸发器包括包括：1 1个带有两个热力膨胀阀的蒸发器盘管个带有两个热力膨胀阀的蒸发器盘管、1 1套风扇及其驱动套风扇及其驱动 电机电机、1 1个压力开关个压力开关、1 1个供风温度传感器个供风温度传感器、1 1个空气过滤器个空气过滤器 作用作用：将制冷剂与混合空气进行热交换。将制冷
22、剂与混合空气进行热交换。1 1个基于微处理器的温度控制器个基于微处理器的温度控制器控制板控制板：通过数字输入通过数字输入/输出和输出和MVB MVB 总线与车辆信息系统连接，用来报告总线与车辆信息系统连接，用来报告 故障，启动命令，启动授权和自检测结果。故障，启动命令，启动授权和自检测结果。21:13:492.2.空调系统的运行模式空调系统的运行模式通风（无制冷）通风（无制冷）预制冷（只有循环空气）预制冷（只有循环空气）制冷制冷-一般新鲜空气模式一般新鲜空气模式制冷制冷-减少新鲜空气模式减少新鲜空气模式紧急通风（只有新鲜空气）紧急通风（只有新鲜空气）试验模式试验模式通常的三种-空调系统启动时，
23、预制冷模式自动启动，一直保持到发出驾驶指令，在这期间没有新风被送入客室。来自客室的循环空气和吸入的新鲜空气混合后，通过相应的空气调节风门进入蒸发器模块，被风扇强迫吹过蒸发器盘管，利用制冷剂，空气热量被翅片吸收，使温度下降后即冷却空气送入客室。可以在每辆车的控制板上选择。空调系统一启动，就开始系列试验，检查系统的正常工作。-车载供电系统故障时，例:如果车载380V AC供电系统故障，空调无法使用。为了保持向客室内供应新鲜空气，地板下的一个静止逆变器启动，由蓄电池供电，供风风扇工作，同时循环空气盖被关闭，只允许外部空气供向车内。-21:13:49 车钩是用来实现机车和车辆或车辆和车辆之间的连挂，传
24、递牵引力及冲击力，并使车辆之间保持一定距离的连接状态的车钩 车辆部件。车钩按开启方式分为上作用式及下作用式两种。通过车钩钩头上部的提升机构开启的叫上作用式（一般货车大都采用此式）；借助钩头下部推顶杠杆的动作实现开启的叫下作用式（客车采用）。车钩按其结构类型分为螺旋车钩、密接式自动车钩、自动车钩及旋转车钩等。螺旋车钩使用最早，但因缺点较多已被淘汰，密接式自动车钩多为高速铁路车辆所用。中国除在大秦铁路重载单元列车上使用旋转车钩外，现一律采用自动车钩。所谓自动车钩，就是先将一个车钩的提杆提起后，再用机车拉开车辆或与另一车辆车钩碰撞时，能自动完成摘构或挂钩的动作的车钩。中国铁道部门1956年确定1、2
25、号车钩为标准型车钩。但随着列车速度的提高和牵引吨位的增加，又于1957、1965年先后设计制造了15号车钩和13号车钩。客车使用15号车钩，货车则逐步用13号车钩代替2号车钩车钩监控列车自动控制系统 城市轨道交通供电系统是轨道交通的重要的组成部分年，它不但为列车提供牵引动力，而且还为地铁运营服务的辅助设施，如照明、通风、空调、排水、通信、信号、防灾报警、自动扶梯等提供电力。如果在地铁运营期间供电一旦中断，不仅列车运行瘫痪，还会导致现场及附近地区一起极大的混乱。所以城市轨道交通供电系统是确保城市轨道交通正常运营的重要设施。认知城市轨道交通车辆供电系统供电系统的组成城市轨道交通供电系统外部电源主变
26、电所牵引供电系统动力照明供电系统电力监控系统牵引变电所牵引网系统降压变电所动力照明电能从牵引变电所经馈电线、接触网输送给电动列车，再从电动列车经钢轨、回流线流回牵引变电所。牵引负荷为一级负荷，规定有两路独立的电源双边供电，当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证一级负荷的全部用电。牵引变电所接触网馈电线回流线电分段电动车组轨道受电器牵引供电系统列车动力照明系统 动力照明供电系统由降压变电所及动力照明组成。每个车站应设降压变电所，若地下车站负荷较大，一般设于站台两端，其中一端可以和牵引变电所合建成混合变电所；若地面车站负荷较小，可设一个降压变电所。城市轨道交通系统的外部电源方案，根据城市
27、电网构成的不同特点，可采用集中式、分散式、混合式等不同形式。究竟采用何种方式，应通过计算确定需要负荷之后，根据城市轨道交通路网规划、城市电网构成特点、工程实际情况综合分析确定。（1）集中式供电：在城市轨道交通沿线，根据用电容量和线路长短，建设专用的主变电所，这种由主变电所构成的供电方案，称为集中式供电。上海、广州、南京、香港、德黑兰 （2）分散式供电：不设主变电所，而直接由城市电网区域变电所的35（33）kV或10kV中压输电线直接向城市轨道交通沿线设置的牵引变电所、降压变电所供电并形成环网。沈阳地铁、长春轻轨、大连轻轨、北京城铁、北京八通线、北京地铁5号线 （3）混合式供电：将前两种供电方式
28、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。北京地铁一线和环线城市电网对轨道交通的供电方式及负荷等级 城市轨道交通供电系统的负荷等级共分为三个：（1）地下铁道重要的电力用户如车站站厅和站台层的事故救援及照明、电动车辆、通信、信号、防灾装置为一级负荷；一级负荷规定有两路独立的电源双边供电，当任何一路电源发生故障中断供电时，另一路应能保证一级负荷的全部用电；（2）车站站厅和站台层的一般照明、设备及管理用房照明、出入口照明、一般风机、直升电梯、自动扶梯为二级负荷；（3）车站内广告照明、冷水机组及配套设备、电热设备、清洁机械设备等为三级负荷。
29、城市轨道交通的用电负荷按其功能不同可分为两大用电群体。一是电动客车运行所需要的牵引负荷；二是车站、区间、车辆段、控制中心等其他建筑物所需要的动力照明用电，诸如：通风机、空调、自动扶梯、电梯、水泵、照明、AFC系统、FAS、BAS、通信系统、信号系统等。在上述用电群体中，有不同电压等级直流负荷、不同电压等级交流负荷；有固定负荷、有时刻在变化的运动负荷。每种用电设备都有自己的用电要求和技术标准，而且这种要求和标准又相差甚远。城市轨道供电系统就是要满足这些不同用户对电能的不同需求，以使其发挥各自的功能与作用。城市轨道供电系统的功能和作用 城市轨道交通的供电电源一般取自城市电网，通过城市电网一次电力系
30、统和轨道交通供电系统实现输送或变换，最后以适当的电流形成（直流或交流电）和电压等级供给用电设备。城市电网一次电力系统 轨道交通供电系统城市轨道供电原理 城市电网一次电力系统由国家电力部门建造与管理，包括发电厂（站）、传输线路及区域变电所。发电厂（站）：分为火力、水力、核动力等各种能源发电厂（站）。传输线路：需升压为超高电压（110kV或220kV），通过三相传输线输送到区域变电所。区域变电所：将超高压电能降压为所需电压等级（如10kV或35kV），再经过三相输送电线输送到本区域内的牵引变电所和降压变电所，并再降压为所需的电压等级（如1500V或380V等）。城市轨道交通是一个重要的用电部门，按
31、规定须由两路独立的电源供电，当其中任何一路电源发生故障时，另一路应能保证一级负荷的全部用电的需要。因此，城市轨道牵引变电所的电源进线来自两个区域变电所或来自一个区域变电所的两路独立电源，当一路电源失压时，另一路电源自动切入，使轨道交通系统能获得不间断的电源。1.集中式供电集中式供电2.分散式供电分散式供电3.混合式供电混合式供电城市轨道交通外部供电方式变电所是电力系统中，变换电压、接受变电所是电力系统中，变换电压、接受和分配电能、控制电流向和调整电压的和分配电能、控制电流向和调整电压的电力设施，它通过降压变压器将电网和电力设施，它通过降压变压器将电网和用户联系起来。变电所可以通、断用户用户联系
32、起来。变电所可以通、断用户电能的供路改变或调整电压；变电所也电能的供路改变或调整电压；变电所也是输电和配电的集结点。是输电和配电的集结点。变电所 主要设备包括：变压器、断路器、隔离开关、母线、熔断器、电压互感器、电流互感器、避雷器、整流器等。变压器：一种传递和变换交流电能的静止变换器。按应用功能分升压变压器和降压变压器；按相数分单相、三相、多相变压器；按线圈数分单相线圈（自耦变压器）、双线圈、三线圈变压器；按调压方式分空载调压（不带负载调压）、有载调压变压器；按绝缘方式分干式、浇注式、油浸式变压器。断路器：一种对电路进行控制（开断、关合）和保护的高压电器开关，用于自动切断负载电流和短路电流。按
33、绝缘方式和熄弧介质分为：油断路器、六氟化硫断路器、真空断路器、空气断路器等。隔离开关：一种没有熄弧装置的高压电器开关。不能切断负载电流和短路电流，但可在无负荷电流时接通和断开电路。在断开状态，能起到隔离电压作用。为运行、操作和检修提供方便和安全条件，电路停电时应断开断路器，后拉开隔离开关；送电时则先合上隔离开关，再闭合断路器。变电所的主要电气设备 母线：一种汇合和分配电能的导线。室外常用软质母线，如蕊芯铝绞线；室内则采用硬质母线，如铝排。母线常用颜色标记识别，在三相交流系统中：黄色A相，绿色B相，红色C相；在直流系统中：红色正极，蓝色负极，黑色零线及接地线。熔断器：一种利用过负荷或短路电流导致
34、熔体发热熔断原理设计的保护电器设备，低压熔断器一般采用插入式纤维管瓷管熔断器。高压熔断器有充石英砂瓷管熔断器、室外用角式和跌落式熔断器。熔断器在电流超过最小熔断电流时，熔断时间随电流增大而缩短，一旦熔体熔断，须停电更换熔体。电压互感器：一种用于测量、控制和保护回路用的变压器。其一次绕组并联在一次电路中，二次绕组则并联仪表、继电器的电压线圈。由于二次仪表、继电器的电压线圈阻抗很大，所以电压互感器工作时二次回路接近于空载状态。二次绕组的电压一般为10 V。电压互感器分为双绕和三绕组；单相和三相；干式、油浸式和浇注式，屋内和屋外等分区。电流互感器：是一种电气测量、控制和保护回路用的变流器。将其一次线
35、圈串连在一次回路中，二次绕组与仪表、继电器等的电流线圈串连，形成闭合回路。电流互感器有单匝和多匝式，干式、油浸式和浇注式，屋内和屋外等分 避雷器：一种防止从线路浸入的雷电波损坏电器设备绝缘的保护电器，一般有保护间隙型（角型）、管型、阀型等。整流器：一种与牵引变压器组合成变压整流机组的电流变换设备。通过整流器，将牵引变压器输出的交流电变为一定电压等级的直流电流，当牵引变压器是多相变压器时，整流器变换成的直流电较为平滑，即直流电中含有的交流成分少。变电所的类型 根据变电所的功能不同，可分为以下三类：（1）高压主变电所 由发电厂或区域变电所直接供电。在主变电所降压后，分别以不同电压等级向牵引变电所和
36、降压变电所供电，是城市轨道交通供电系统的集中变电所（用于三级电压供电）。（2）牵引变电所 城市轨道交通供电系统的主要用电对象是电动车组，即牵引用电。为确保牵引供电的质量，牵引变电所的设置（数量、位置）和容量应该按远期列车编组，运行密度进行牵引供电计算后确定。牵引变电所引入两个独立的中压交流电源，并将交流电能转换为直流电能，承担着向电动列车提供直流牵引电能的功能。根据制式的不同牵引变电所又分为直流牵引变电所和交流牵引变电所。根据不同的牵引制式，变电所内完成相应的变压、变相、变流作用。目前我国的牵引变电所主要有电气化铁路的单相工频交流制牵引变电所和城市轨道交通系统（地铁和轻轨）的直流牵引变电所。（
37、3）降压（动力）变电所 降压（动力）变电所根据动力用电量确定其设置数量和容量。（1）二级电压供电：由区域变电所输出中高压等级（10kV或35kV），直接向牵引变电所和降压变电所供电。由牵引变电所降压和整流为直流牵引电压等级（如750V或1500V）；由降压变电所降为380V动力电压等级。再分别向接触网、电动车组供电或向动力用电设备供电。（2）三级电压供电：需设置轨道交通系统高压变电所，即由区域变电所输出高压等级（如110kV或220kV）对主变电所供电。再由主变电所将高压等级降为中高压等级，分别向牵引变电所和降压变电所供电。我国北京、天津地下铁道采用二级电压供电方式，上海地铁则采用三级电压供电
38、方式。变电所的供电方式接触网 接触网即经过电动列车的受电器向电动列车供给电能的导电网（有接触轨方式和架空接触网两种方式）。城市轨道交通系统的牵引网是沿线路敷设的专为电动车辆供给电源的装置，是轨道交通供电系统中电动车组供电的直接环节，它由两部分组成，正极接触网供电，负极走行轨回流。牵引网包括接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线等，馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，把牵引变电所电能变换成牵引制式用电能并馈送给接触网。接触网是一种悬挂在轨道上方沿轨道敷设的、与铁路顶轨保持一定距离的输电网。通过电动车组的受电弓（或受流器）和接触网的滑动接触，牵引电能就由接触网进入电动车组，驱动牵引电动机使
39、列车运行。接触网可分为接触轨和架空接触网两种类型。接触轨的主要优点是：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。接触网的主要优点是：安全性较好，适应于电压较高的制式。接触轨和接触网两种供电方式，目前在世界上许多国家同时并存，到底用哪种方式要根据城市自身的特点决定。接触网应满足的要求 （1）由于接触网在工作中无备用网，因而要求接触网强度高、且安全可靠；（2）要求在各种气候条件下均应受流良好；（3）因接触网部件更换困难，因此要求接触网性能好、运行寿命长；（4）因其维修是利用行车中的间隔时间进行的，故要求结构轻巧，零部件互换性强，便于施工、维护和抢修；（5）因接触网无法避
40、开腐蚀强、污秽严重等异常环境，应采用耐腐蚀和防污秽技术措施；（6）因采用与受电器摩擦接触的受流方式，因此要求接触网有较均匀的弹性，接触线等部位要有良好的耐磨性。接触网的电分段 电分段是为了便于检修和缩小事故范围而将接触网分为若干段。电分段根据设置位置分为纵向电分段和横向电分段，纵向电分段指的是沿线路方向进行分段，横向电分段式在线路之间的分段，如在车辆段的各股道之间进行的分段等。电分段通常用分段绝缘器来实现。分段绝缘器是用以实现电分段的专用绝缘装置。目前，广泛采用环氧树脂分段绝缘器，其结构主要由环氧树脂绝缘板、铝合金导流滑板等组成。接触网在正常工作状态下，从牵引变电所直接得到馈电，并构成双边供电
41、。接触网的电分段设在下列各处：（1）车辆出行处（进站端）；（2）辅助线与正线的衔接处；（3）车辆段与正线的衔接处；（4）车辆段库线入口处。接触网的供电原理及方式 牵引供电所向接触网供电有两种方式：单边供电和双边供电。接触网通常在相邻两牵引变电所间的中央断开，将两牵引变电所之间两供电臂的接触网分为两个供电分区。每一供电分区的接触网只从一端的牵引变电所获得电流，称为单边供电。如果在中央断开处设置开关设备时，可将两供电分区连通，此处称为分区亭。经分区亭的断路器闭合，则相邻牵引变电所间的两个接触网供电分区均可同时从两个变电所获得电流，则称为双边供电。结构形式以及悬挂类型 牵引供电所向接触网供电有两种方
42、式：单边供电和双边供电。接触网分为架空式接触网和接触轨(也称第三轨)式接触网。接触轨式接触网仅用于地铁与封闭的城市铁路和轻轨，架空式接触网除此还可用于铁路干线、城市地面和工矿电机车电力牵引线路。1.架空式接触网 架空式接触网是架设在走行轨道上部的接触网，由电动列车顶部伸出的受电弓与之接触取得电能。架空式接触网用于城市地面以及低下、铁路干线、工矿的电力牵引线路。一般，牵引网电压较高时，为了安全和保证一定的绝缘距离，宜采用高架式接触网。架空接触网可分为地面架空式和隧道架空式两种。（1）地面架空式 由以下几个部分组成。接触悬挂：包括承力索、吊弦、接触线。支持装置：其作用是用以支持接触悬挂，并将其负荷
43、传给支柱或其他建筑物的结构，包括腕臂、拉杆和绝缘子。定位装置：其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内，包括定位器与定位管。支柱与基础：其作用是用以支承接触悬挂和支持装置，并将接触悬挂固定在规定高度。（2）隧道架空式 因为隧道内空间狭窄，所以隧道架空式接触网必须考虑隧道断面、净空高度、带电体对接地体的绝缘距离等因素的限制。此外隧道架空式接触网的支持装置可直接设置在洞顶或洞壁上，而不需要专门立支柱。只有合理的选择和确定悬挂方式，才能充分地利用有效的净空高度，改善接触网的工作性能。安装在绝缘子上的馈电线通过联接线与接触线联接，使接触线受电。接触线由调节臂固定，调节臂带棒式绝缘子，一端固定安
44、装在隧道洞顶一侧的弹性支架上。调节臂可用来调整接触线与轨面之间的高度，弹性支架通过调节臂使接触线与受电弓之间保持足够的弹性，以保证它们之间的良好接触受流。地面与隧道架空式悬挂均属柔性接触悬挂，还有一种悬挂方式为刚性架空式接触悬接，可适用于低净空隧道。在日本的东京、大阪等地的地铁中已有应用，但在弹性方面不如柔性接触悬挂。10-10 隧道架空式接触网示意图 刚性悬挂 接触轨是沿线走行轨道一侧平行铺设的附加第三轨，故又称第三轨。在净空受到限制的线路和电压等级较低时多采用接触轨式接触网。接触轨受电方式最早在伦敦城市轨道采用，由于接触轨构造简单，安装方便，可维修性好，并对隧道建筑结构等净空要求低，受流性
45、能满足DC750V供电的需要，因而在标准电压DC750V供电系统中得到广泛的应用。接触轨系统允许电压波动范围为DC750VDC900V。第三轨接触网的电压据IEC标准为DC 600V和DC 750V，北京地铁采用了750V的接触轨供电的方式。但也有国家采用较高电压，如西班牙巴塞罗那地铁就采用了DC 1500V和1200 V。接触轨可以有三种布置方式即，上磨式、下磨式以及侧磨式。接触轨 （1）上磨式 接触轨装在专用绝缘子上，底朝下。取流时，接触靴自上压向接触轨。上磨式的接触力不由受流器（集电靴）的重量和磨耗情况决定，而只受弹簧支座特性的控制，受流平稳，由于端部弯头的过渡作用，能够减少在断电区的电流冲击。上磨式接触轨因接触靴在其上面滑动，所以固定方便，但不易加防护罩。上磨式接触轨施工作业简便，可以在轨头上部通过支架安装不同类型的防护板。北京地铁、纽约地铁都是采用上接触式第三轨。（2）下磨式 下磨式轨头朝下，通过绝缘肩架、橡胶垫、扣板收紧螺栓、支架等安装在底座上。下接触式的优点是防护罩从上部通过橡胶垫直接固定在接触轨周围，对人员安全性好。（3）侧磨式接触式 侧面接触式就是接触轨轨头端面朝向走行轨，集电靴从侧面受流。跨座式独轨车辆就采用侧面接触形式。其受流器装在转向架下部，接触轨装在轨道梁上。
