1、城市轨道交通城市轨道交通供电系统供电系统2城市轨道交通机电设备第城市轨道交通机电设备第三章三章第五节、SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）电力监控SCADA（Supervisory Control And Data Acquisition）又称为远动监控和数据采集，主要用以实现对远方电力运行设备的监视和控制，以提高供电安全运行水平。电力监控电力监控 一.电力监控的基本理论 1.概述 电力监控系统又称电力SCADA系统或者远动系统，往往简称SCADA系统，有时也称PSCADA系统。电力监控系统由设置在控制指挥中心的电力调度系统、设置在各变
2、电所内的全所综合自动化系统以及用于数据传输的专用数据通信通道构成，其作用是完成对城轨供电系统主变电所、牵引降压混合变电所、降压变电所等不同类别变电所内的高压66110kV设备、中压1035kV设备、直流750V或直流1500V设备、低压400V设备、交直流电源屏、排流柜、轨道电位限制装置及接触网系统的实时控制和数据采集，监视供电系统设备运行情况，及时掌握和处理供电系统的各种事故、警报事件，保证供电的可靠性、安全性。2.一般要求一般要求 电力监控系统在控制中心应该设有电力调度中心。如果采用电力监控系统集成于综合监控系统的建设模式，电力调度中心由综合监控系统统一设计；如果电力监控系统是独立建设模式
3、，中心内须设置一套中央监控系统，采集各变电所的“三遥”信息，实现对全线供电系统的远程监控功能。中央监控系统的构成方式应该保证系统运行的可靠性，系统中的关键设备，如系统服务器、前置数据处理机、交换机等进行冗余配置。系统计算机访问模式、网络配置形式等可根据当时技术条件选择适用于工程实际的方案。该要求适用于电力监控系统独立建设模式。为了满足电力调度中心与变电所值班、维护人员的通信需求，在电力调度中心须设置电力调度电话总机，各变电所内设电力调度电话分机。主变电所根据当地电力部门的要求装设与上级电力管理部门联系的调度电话。电力监控系统的通信通道必须冗余配置，主、备用通信通道应支持手/自动切换功能。通信接
4、口类型可以选择为串口或者以太网口等，但是其通信速率不得低于相关规范的要求。当电力监控系统独立建设时，此处通信通道指的是电力调度中心与变电所综合自动化系统之间的通道。全线各变电所设置变电所综合自动化系统，各变电所综合自动化系统均可以脱离控制中心独立运行。变电所综合自动化系统为分层、分散式结构。根据设备功能，自动化系统分为三层：基础设备层、数据传输层、网络管理层。如果变电所为无人值守的管理模式，且经济条件许可，在变电所主要设备房间内可设置闭路电视监控装置。在电力调度中心设置图像监视终端，以实时监视变电所内的 情况。电力监控系统硬件属于国内成熟产品，应该优先选用技术成熟、功能完善、性能优越、国内领先
5、的电力监控系统软件。电力监控系统设备选型应该立足于国产化设备。各级监控网络及系统设备应满足电磁兼容的各项标准和要求。如果所建设的工程有远期延伸规划，系统设计时应适度预留远期扩展裕量。3.监控对象电力监控系统要实现遥控、遥测、遥信等功能，应该以监控对象为基础进行系统的构建。在系统设计时，首先应该明确供电系统需要监控的范围和具体对象，然后根据这些对象的具体运行方式、控制模式等情况进行系统功能及软硬件设计。电力监控系统监控对象随不同地区、不同类型供电系统而不同，具体监控对象需要按照供电系统的具体内容而定。以下内容为城轨供电系统的典型监控内容，仅用于参考，具体到某个工程时，应该根据该工程的供电系统实际
6、情况、电力调度部门的具体需求进行 修改。下述为主变电所监控对象。主变电所综合自动化系统接入综合监控系统或者直接通过通信网络接入电力监控系统，实现控制中心对主变电所的监控功能。1）牵引降压混合变电所）牵引降压混合变电所交流35KV开关柜（接口在、段进线柜和母联柜内）。直流1500V开关柜（接口在负极柜内）。整流变压器（接口在整流变温控器就地箱内）。整流器（接口在1整流器内）动力变400V开关柜（接口在段开关柜内）跟随所400V开关柜（接口在段开关柜内）以上是用光缆进行通讯的排流柜（接口在排流柜内通信端子处）钢轨电位限制装置（接口在柜内的通讯端子处）交直流屏（接口在直流屏的通信端口出）直流电动上网
7、隔离开关、纵向隔离开关（接口在隔离开关的通信端子处）以上是用屏蔽双绞线进行通讯的。2）降压变电所）降压变电所 交流35KV开关柜（接口在、段进线 柜和母联柜内）。动力变400V开关柜（接口在段开关 柜内）跟随所400V开关柜（接口在段开关柜内）钢轨电位限制装置（接口在柜内的通讯端子处）交直流屏（接口在直流屏的通信端口出）二二.材料与工具材料与工具 材料：光缆、尾纤（型号须和光缆一致）、熔接盒、屏蔽双绞线。本线所用的光缆分为4芯单模铠装光缆和4芯多模软光缆 单模光缆型号：GYTZA53-4B1 多模光缆型号：MPC-G-ZO-4A1B 多模与单模的区别：多模光纤是可传播多种模式电磁波的光纤。根据
8、横截面折射率分布不同可分阶跃型多模光纤和梯度（渐变）型多模光纤。前者模间色散大，传输的信息容量较小；后者模间色散小，可传输 的信息容量较大。多模光纤芯径较大，一般为50m 或62.5m，其数值孔径为0.275。与 单模光纤相比，芯径大得多，制造较容易，使用较方便，例如容易相互熔接，容易与无源器 件、光源和光检测器件配接使用。但色散大得多，传输容量较小。单模光纤只能传导单一基模的光纤。圆芯折射阶跃分布的光纤维持单模传输出的条件是规一化频率值小于等于2.405，还有其他折射率分布（如图示）。表征单模光纤除了用与多模光纤相同 的一些传输性能指标和结构指标外，还应包括截止波长、零色散波长和模斑尺寸。在
9、实用中，单模光纤的抗弯曲和微弯特性是重要的，单模光纤的制造工艺、熔接和耦合技术已经成熟，其品种繁多，应用广泛，产量已超过多模光纤。除普通单模光纤外，还有具有特殊色散特性 和偏振特性的单模光纤。制造单模光纤的材料有以二氧化硅为基础的玻璃及重金属氟化物玻 璃。各种单模光纤可分别在高速率通信系统、局部地区网线路和传感器等器件中应用。沈阳地铁电力监控系统 SCADA系统电力监控中心通信通道变电所综合自动化系统牵引降压混合变电所综合自动化系统降压变电所综合自动化系统主变电所综合自动化系统 沈阳地铁一号线中央监控系统中控制中心选用DSC-9000U自动化系统，其主要设备包括以太网交换机、系统服务器、web
10、服务器、打印服务器、操作员工作站、系统维护工作站、网络打印机以及网络连接附件等 变电所自动化综合系统采用国电南自NDT650自动化系统，其采用分层分布式结构，即站级管理层、网络通信层和间隔设备层。站间管理层设备包括控制信号盘及盘内的通信交换机、交换机、一体化监控计算机；网络通信层是两个独立的以太网接口，互为备用；间隔管理层是分散安装于供电设备就地的微机保护测控、信息采集等装置。第六节、动力照明供电系统 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。车站动力照明采用380/220V三相五线制系统配电。车站设备负荷分三类：车站设备负荷分三类：一类负荷：事故风机、消防泵、主排水
11、站、售检票机、一类负荷：事故风机、消防泵、主排水站、售检票机、防灾报警、通信信号、事故照明；防灾报警、通信信号、事故照明；二类负荷：自动扶梯、普通风机、排污泵、工作照明；二类负荷：自动扶梯、普通风机、排污泵、工作照明；三类负荷：空调、冷冻机、广告照明、维修电源。三类负荷：空调、冷冻机、广告照明、维修电源。第七节、杂散电流及其防护杂散电流的形成 流经牵引轨的牵引电流泄漏到隧道或道床等结构钢上的电流就是杂散电流，也称做迷流。第四节第四节 城轨供电系统的特点城轨供电系统的特点 杂散电流的影响和危害 杂散电流会对地铁中的电气设备、设施的正常运行造成不同程度的影响，以及对隧道、道床的结构钢和附近的金属管
12、线造成危害。第四节第四节 城轨供电系统的特点城轨供电系统的特点 地下金属结构被杂散电流腐蚀的基本原理(1)腐蚀过程电池为A钢轨（阳极区）B道床、土壤C金属管线（阴极区）；电池为D金属管线（阳极区）E土壤、道床F钢轨（阴极区）。(2)腐蚀特点杂散电流腐蚀一般的特点有腐蚀激烈、集中于局部位置；当有防腐层时，又往往集中于防腐层的缺陷部位。项目自然腐蚀杂散电流腐蚀钢 铁外观孔蚀倾向较小，有黄色或黑色的质地较疏松的锈层，创面边缘不整齐，清除腐蚀产物后创面较粗糙。孔蚀倾向大，创面光滑，有时是金属光泽，边缘较整齐，腐蚀产物似碳黑色细粉状，有水分存在时，可明显观察到电解迹象。环境几乎在土壤中均可发生。一般土壤
13、电阻率大于10000cm环境下，腐蚀较困难。铅外观腐蚀均匀，有空洞时亦表现浅皿状，腐蚀物为不透明的粉状物。空洞内面粗糙，创面呈壕状，长行分布不匀或沿电缆呈一直线分布，腐蚀物为透明的或白色的结晶物。环境水的PH值一般在6.88.5范围之外，氯化物浓度大。地下水为中性，普遍会有氯化物，碳酸盐，硫酸盐。杂散电流腐蚀的防护杂散电流的防护原则轨道交通直流牵引供电系统中，只要用走行轨兼做回流导体，杂散电流的产生是不可避免的。为了减少杂散电流的危害，就应当设法减少杂散电流量。这就需要采取有效的防杂散电流措施，使杂散电流量控制在允许的范围内。杂散电流的防护工程基本上采用“以防为主，以排为辅，防排结合，加强监测
14、”的原则。以防为主 控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入轨道交通系统的主体结构、设备以及沿线附近相关设施的结构钢筋。具体实施时，由于涉及到的专业多，各专业、各工种必须紧密配合，尤其在施工设计阶段更要考虑综合防治措施，尽量减少直流系统与其他建筑物的电气连接。可采取的措施有:牵引变电所内和区间的直流供电设备在安装时与结构钢筋和结构主体绝缘安装；走行轨道在施工时，采用与轨道道床绝缘的安装方式；由外界引入轨道交通内部或由轨道交通内部引出的金属管线均应进行绝缘处理后方可引入和引出；在轨道交通线内部设立结构钢筋电气连通，把所有结构钢筋和接地点连接在一起，将泄漏的杂散电流排流回直流系统。以排为辅
15、 设置杂散电流的收集系统。此收集系统为杂散电流从回流轨上泄漏后遇到的第一道小电阻的回流通道，可以将杂散电流尽量限制在本系统内部，防止杂散电流向本系统以外泄漏。高架区段杂散电流排流系统 上海市轨道交通高架线路一般采用现浇混凝土简支箱梁结构形式，箱梁与桥墩之间通过板式橡胶支座安装，起到绝缘安装的效果。在杂散电流防护系统中，现浇混凝土简支箱梁内部的表面钢筋网与主体结构钢筋网焊接，作为收集和排流的通道，是杂散电流防护的第一道防线。用铜排引出结构表面作为排流铜端子，利用11502电缆把每段现浇混凝土简支箱梁的排流铜端子连接起来，再通过安装在变电所内的排流柜，把散落在区间的杂散电流排流到直流供电系统，起到
16、杂散电流的防护作用。同时，铜端子也可作为杂散电流监测系统的监测点。盾构隧道区间杂散电流排流系统 盾构隧道区间是由圆形管片一片一片通过螺栓连接在一起，每个盾构管片内有结构钢筋。在隧道内安装的管片是预制的。按杂散电流专业的要求，每个管片内结构钢筋成网状，焊接在一起，使管片内部结构钢筋电气连通，通过钢垫圈将电气连接点良好引出。隧道管片拼装作业时，通过螺栓和螺母将各隧道管片结构钢筋全部电气连通，形成等电位体。环、纵两向通过螺栓将每块管片、每环管片连成一体，形成一个法拉第笼，对地铁进行电气屏蔽，以防止地铁杂散电流对外泄漏，减少对地下环境的污染。整体道床杂散电流排流系统 整体道床用于地下区间隧道内时，由于
17、整体道床位于走行轨的下面，与轨道距离最近，最容易直接收集轨道泄漏的杂散电流。因此，在盾构隧道内，利用整体道床内部结构钢筋的电气连接，建立主要杂散电流的收集网，最能从根本上解决杂散电流的防护问题。但整体道床的设计需考虑地震等自然条件的影响。在一定位置设沉降缝，在沉降缝位置引出道床钢筋连接铜端子，用11502电缆将沉降缝两侧道床结构钢筋进行电气连接，然后通过牵引变电所的排流柜将杂散电流排流回直流系统，起到杂散电流防护的作用。同时，引出的铜端子为杂散电流的监测提供了直接监测点。整体道床用于高架区间时，由于现浇混凝土简支箱梁形式的采用，杂散电流基本BuB上得到控制，因此，在该整体道床内部的结构钢筋不再
18、做杂散电流防护电气连接，只作为结构主钢筋起加固作用。5、杂散电流的监测 地铁杂散电流监测系统原理框图 第八节、综合接地系统目前，地铁的地下变电所，无一例外地采用“外引式接地极，绝缘引入，接地装置与结构钢筋绝缘处理。以满足正常的工作接地和人身、设备安全接地及杂散电流的防护。一、设计原则 1、综合接地系统应同时满足强电设备、弱点设备及其他需接地的车站设备对接地的要求。2、综合接地网的接地电阻不大于0.5欧姆；3、本站设两组强电设备接地引出线及一组弱电设备接地引出线及一组备用引出线，共四组。每组接地引出线为三根，其中一根为备用。每组接地引出线间距大于20m。4、接地网接地引出线需与结构钢筋绝缘。5、
19、所有地铁内部的和通往地铁外的金属管线均应进行总等电位连接。6、综合接地引出线穿越地下车站结构底板时必须做好防水工作。7、降阻剂需采用物理降阻剂，回填土需采用电阻率小于35m的素土。8、当杂散电流腐蚀防护与接地有矛盾时应以接地安全为主。9、主体结构施工需设置立柱预埋钢板以便将来与综合接地网相连。钢板所在立柱上需做明显标记。二、设计要求 1、每个车站只设一个接地网 2、沿线电缆支架上敷设贯通的接地扁铜。3、敷设架空地线 4、牵引回流系统采用浮空不接地方式 5、当杂散电流防护设计与安全接地发生矛盾时，优先考虑安全接地。6、各车站设置钢轨电位限制位置。序号名称型号规格单位数量备注1垂直接地体铜管根47
20、25 L=3m，铜层厚度不小于0.3mm。2水平接地体505（mm）紫铜排m480铜排单根长度6m3水平接地体405（mm）紫铜排m680铜排单根长度6m4接地引出线处125止水板3003505（mm）面126绝缘热缩带JRD卷247降阻剂t178更换素土M3580某工程数量表设备材料、主要工程量总表第九节、供电系统运营维修机构一般在车辆段或停车场内设置一处供电车间。北京地铁供电公司，是北京地铁运营有限公司的直属公司，负责为地铁机车牵引、动力、照明、通信、信号等各种设备提供不间断电能，承担着变电站的运行管理、设备日常维护检修、大修、更新、改造及配合新线建设等任务。地铁供电公司现有员工1499人
21、，机关下设十个职能科室，七个运行检修项目部、一个大修项目部、一个控制中心项目部、一个消防抢险队。截止至2010年底公司管理着地铁12条运营线路291公里上的262座变电站。成都地铁供电方式简介 成都地铁供电系统采用集中供电方式，系统包含电业局地区变电所与轨道交通主变电所之间的输电线路、轨道交通供电系统内部牵引降压输配电网络、直流牵引供电网和车站低压配电网；供电系统由主变电所、高压/中压供电网络、牵引供电系统、动力照明配电系统、电力监控系统、接触网系统、杂散电流防护和接地系统、供电车间等组成。轨道交通供电系统的主要功能如下：成都地铁供电方式简介 接受、分配电能：主变电所的主变压器将110KV高压
22、电变换成35KV中压电、35KV供电网络将电能分配到每一个车站和车辆段内的牵引变电所和降压变电所。降压整流及机车牵引电能：牵引变电所将35KV中压电降压整流为1500V直流电，1500V直流电通过线路上方的架空刚性牵引网不间断地供给运行中的电动列车，保证电动列车的安全、可靠。成都地铁供电方式简介 降压及动力配电：降压变电所将35KV中压电降压为380/220V低压电，向车站的各种动力、照明设备供电，保证车站各种设备的正常运行，为乘客提供一个安全舒适的乘车环境。供电系统各级供电电压网络具有正常运行情况下的控制、测量、监视和计量功能，正常运行方式和事故运行方式下的安全操作联锁功能。故障运行情况下，
23、供电系统具有故障自救功能，自我保护功能。成都地铁供电方式简介 成都地铁供电系统采用110KV和35KV两级电压制的集中供电方式，并结合地铁网络的供电需求，为今后地铁线网的发展提供供电条件。每座主变电所配置两台110/35KV带有有载调压开关的主变压器，由地区变电站提供两回专用线路对两台主变压器独立供电，以保证供电可靠性和供电质量。110KV变换成35kV电压后通过35KV供电环网网络分别向设置在各地铁车站的牵引（降压混合）变电所和降压变电所供电。成都地铁供电方式简介 牵引供电系统采用DC1500V的供电方式。电力经牵引（降压混合）变电所两台牵引整流机组降压和整流后输出1500V直流，经牵引网系
24、统向列车的牵引用电负荷供电；牵引网最高、最低供电电压水平满足有关行业规定和车辆运营特性的要求；牵引供电系统容量按远期运营用电负荷确定。牵引（降压混合）变电所设两套整流机组，接于同一段35KV母线，构成等效二十四脉波整流。当一个牵引变电所故障时，通过闭合该牵引变电的越区开关，由两相邻牵引变电所共同承担该牵引变电所的牵引供电负荷，实现双边供电。成都地铁供电方式简介 动力照明供电系统电压为交流380/220V。一般情况下，车站设一个降压变电所，当车站用电负荷较大时，根据需要增加设置跟随式降压变电所，每个降压变电所设置两台动力变压器。两台动力变压器经降压后，将0.4KV低压电能通过动力照明配电系统向其
25、供电范围内的车站和区间各用电负荷供电。成都地铁供电方式简介 主变电所、牵引变电所、降压变电所或牵引降压混合变电所都应按一类负荷设计，即由两路相互独立的电源供电。所有电源回路正常时应满足全部一、二、三级负荷的用电要求，故障情况下应满足一、二级负荷的要求。每条线设置一套电力监控系统对全线供电系统设备的运行进行集中监控和数据采集，调度台设在控制中心内。系统应满足可靠性、可维护性和可扩展性的要求，具有故障诊断、在线修改等功能。变电所综合自动化系统实现对变电所各种设备的控制、监视、联动操作以及电流、电压、功率、电度测量等功能。成都地铁供电方式简介 每个车站设置一套接地装置，采用单独设置的人工接地网或结合
26、利用自然接地体作为接地网形式。全线接地网通过接地扁钢、电缆铠装层导体及专用接地电缆连接成一体，形成一个高低压兼容、强弱电合一的综合接地系统。接地网的接地电阻应不大于0.5欧姆。对于高土壤电阻率地段，接地地阻按不大于1欧姆考虑，但应满足接触电位和跨步电位以及通信设备工作接地的要求。成都地铁供电方式简介 杂散电流防护包括“堵、排、测”三方面的内容。堵：隔离、控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入地铁系统的主体结构、设备及沿线附近的相关设施。排：杂散电流的收集网系统，此收集网系统为杂散电流从钢轨上泄漏后遇到的第一道电阻较小的回流通路，可将杂散电流尽量限制在本系统内部，防止杂散电流继续向本系
27、统以外泄漏。测：建立杂散电流监测系统监测杂散电流的大小，为运营维护提供依据。成都地铁供电方式简介 牵引网由接触网和回流网组成，接触网为正极，回流网为负极，并分别通过上网电缆和回流电缆与牵引变电所连接。接触网按安装位置和接触导线的不同分为接触轨和架空接触网。接触轨按授流接触位置的不同可分为：上部授流接触轨；下部授流接触轨；侧部授流接触轨。接触轨可采用低碳钢或钢铝复合材料。架空接触网按接触悬挂的不同可分为柔性空接触网和刚性架空接触网。柔性接触网采用铜或银铜接触线以及铜承力索；刚性架空接触网采用“”型或“T”型汇流排。接触轨与柔性架空接触网可应用于地下线、地面线及高架线。刚性架空接触网适用于地下线。
28、成都地铁供电方式简介 成都地铁一号线隧道段全面采用“”型铝合金汇流排刚性悬挂接触网，这种安装形式首次正式引入我国是在广州地铁二号线，使刚性悬挂这一架空接触安装形式在我国的轨道交通领域的广泛推广使用打下了基础。除刚性分段缘器外，实现了汇流排及其附件的国产化、主要零部件的国产化、绝缘子国产化，大大降低了建设成本。“”型刚性悬挂接触网特点：汇流排下嵌入传统柔性悬挂接触导线后，即等于同于柔性悬挂承力索、接触导线和架空馈电线的作用结构简单、施工方便；刚性悬挂接触网不存在张力作用，悬挂结构变得更加简单安全可靠、易于维护；刚性悬挂接触网在柔性悬挂相对薄弱的环节上具有绝对的优势，如经过细心调整，机车受电弓在通过刚性悬挂关节时可以完全消除接弧现象，可以有效地防止因机车通过关节时拉弧引起的不良影响。成都地铁1号线牵引降压混合变电所成都地铁接触网
