1、第第4 4章章 低压配电及照明系统低压配电及照明系统 第4章 低压配电及照明系统 【问题导入问题导入】城市轨道交通车站低压配电及照明系统是地铁供电网络中全方位的服务功能，承担了除给电动车组供电以外给所有低压负荷提供电能的重要任务，保证所有动力照明设备配电的安全、可靠、有效、经济。【学习目标学习目标】1.能说出地铁供电系统供电方式。2.掌握低压配电及照明系统的组成与功能。3.能熟悉电力监控系统的工作方式。第4章 低压配电及照明系统 【教学建议教学建议】1 1教学场地：教学场地：在普通教室、能连接互联网的多媒体教室及城市轨道交通系统的各种模型实训室中进行，课后可实地参观。2 2设备要求：设备要求：
2、城市轨道交通车站的低压配电及照明系统仿真模型1套，或能播放视频投影的设备及相关课件、视频。3 3课时要求：课时要求：共6课时，其中课堂讲授4课时，模拟操作2课时。4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 【理论知识理论知识】4.1 4.1城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 1.1.城市轨道交通供电方式城市轨道交通供电方式 城市轨道交通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、换流等环节，向城市轨道快速交通线路运行的动车组输送电力的全部供电系统，目前，我国用得最普遍的输电电压等级为110220 kV。图4-1 电力系统供电图
3、4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 2.2.城市轨道交通电源系统组成城市轨道交通电源系统组成 （1）发电厂 （2）升压变压器 （3）电力网 （4）主降压器 （5）直流牵引变电所 （6）馈电线 （7）接触网 （8）走行轨道 （9）回流线 通常高压输电线到了各城市或工业区以后，通过区域变电所（站）将电能转配或降低一个等级，如 3510 kV向附近各用电中心送电。城市轨道交通牵引用电既可从区域变电所高压线路得电，也可以从下一级电压的城市地方电网得电，这取决于系统和城市地方电网具体情况以及牵引用电容量大小。4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述
4、从主降压变电站（当它不属于电力部门时）及其以后部分统称为“牵引供电系统”。它应该包括：主降压变电站、直流牵引变电所、馈电线、接触网、走行轨及回流线等。直流牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用的低压直流电。馈电线是将牵引变电所的直流电送到接触网上。接触网是沿列车走行轨架设的特殊供电线路，电动车辆通过其受流器与接触网的直接接触而获得电力。走行轨道构成牵引供电回路的一部分。回流线将轨道回流引向牵引变电所。图4-2 城市轨道交通电力牵引供电系统4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 2 供电系统供电方式为：（1）对沿线牵引变电所输送电力的外部供电系统。从发电厂（站）
5、经升压、高压输电网、区域输电网、区域变电站至主降压变电所部分。（2）牵引变电所向动车组供电的直流供电系统。主降压变电所及以后部分。包括：主降压变电所、直流牵引变电所、馈电线、接触网、走行轨及回流线等。城市轨道交通轨道上牵引供电系统组成：1-牵引变电所、2-馈电线、3-接触网、4-电客车用电、5-轨道、6-回流线、7-电分段。4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述图4-3 轨道上牵引供电系统示意图牵引变电所牵引变电所牵引变电所34.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 3.3.向牵引变电所供电的接线图向牵引变电所供电的接线图 （1）环行供电接线。
6、由两个或两个以上主降压变电站和所有的牵引变电所用输电线联成一个环行。环行供电是很可靠的供电线路，因为在这种情况下，一路输电线和一个主降压变电站同时停止工作时，只要其母线仍保持通电，就不致中断任何一个牵引变电所的正常供电。但其投资较大。以下各图符号意义相同。图4-4 环形供电接线图a-牵引变电所、b-主降压变电站（所）、c-线条表示一路三项输电线、d-轨道线。4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 （2）双边供电接线。由两个主降压变电站向沿线牵引变电所供电，通往牵引变电所的输电线都经过其母线联接，为了增加供电的可靠性，用双路输电线供电，而每路按输送功率计算。这种接线可靠
7、性稍低于环行供电。当引入线数目较多时，开关设备多，投资增加。图4-5 双边供电接线图4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 （3）单边供电接线。当轨道沿线附近只有一侧有电源时，则采用单边供电。单边供电较环行供电和双边供电的可靠性差，为了提高可靠性，应用双回路输电线供电。单边供电设备较少，投资也少些。图4-6 单边供电接线图4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 （4）辐射形供电接线。图4-7 辐射形供电接线图4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 城市轨道交通的供电电源要求安全可靠。目前，国内各城市对地铁及城市轨道交
8、通的供电一般有3种方式，即分散供电方式、集中供电方式、分散与集中相结合的混合供电方式。分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网(通常是10kv电压等级)分别向各沿线的城市轨道交通牵引变电所和降压变电所供电。其前提条件是城市电网在地铁沿线有足够的变电站和备用容量，并能满足地铁牵引供电的可靠性要求。如早期的北京地铁采取的就是这种供电方式。图4-8 分散供电方式示意图4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 集中供电方式是指城市电网(通常是110kv或66kv电压等级)向地铁的专用主变电所供电，主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电，地铁自身组成完整的供电网络系统。目前建成
9、的地铁系统多采用集中供电方式，如上海、广州、深圳、南京地铁等。4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述瑶台主变电站河南主变电站三元里广州火车站越秀公园纪念堂公园前海珠广场赤岗客村鹭江中大晓港江南西市二宫磨碟沙车辆段新港东琶洲图4-9 集中供电方式示意图4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述分散与集中相结合的混合供电方式。图4-10 上海一号线供电系统接线图4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 分散与集中相结合的供电方式是上述两种供电方式的结合，可充分利用城市电网的资源，节约投资，但供电可靠性不如集中供电方式，管理亦不
10、够方便。集中和分散两种不同供电方式的比较。表4-1 供电方式比较表4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 4.4.中压供电网络的电压等级中压供电网络的电压等级 根据网络功能的不同，把为牵引变电所供电的中压网络，称为牵引网络；同样，把为降压变电所供电的中压网络称为动力照明网络。中压网络有两大属性：一是电压等级，二是构成形式。中压网络不是供电系统中独立的子系统，但是它却是供电系统设计的核心内容。它的设计牵扯到外部电源方案、主变电所的位置及数目、牵引变电所及降压变电所的位置与数目、牵引变电所与降压变电所的主接线等。5.5.城市轨道交通供电系统的组成城市轨道交通供电系统的组成
11、 （1）列车牵引供电城市轨道交通列车牵引用电几乎毫无例外地都采用直流供电制式，这是因为城市轨道交通运输的列车功率并不是很大，其供电半径（范围）也不大，因此供电电压不需要太高，还由于直流制比交流制的电压损失小（同样电压等级下），注：直流电路中电阻对电流的阻碍作用，在交流电路（如串联RLC电路，一种由电阻（R）、电感（L）、电容（C）组成的电路结构）中，电容及电感也会对电流起阻碍作用，称作电抗。4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 另外由于城市内的轨道交通，供电线路都处在城市建筑群之间，供电电压不宜太高，以确保安全。基于以上原因，世界各国城市轨道交通的供电电压都在直流
12、5501500V之间，但其档级很多，这是由各种不同交通形式，不同发展历史时期造成的。现在国际电工委员会拟定的电压标准为：600 V、750 V和1500V三种。后两种为推荐值。我国国标也规定为 750V和 1500 V，不推荐现有的600 V。（2）动力照明专业和其他专业的分工 城市轨道交通工程是一项复杂的多种专业的综合性工程，这里介绍的仅是其中一个专业，即动力照明专业。所谓动力是指风机、水泵类用380220V交流电源的设备，而不是车辆用电。车站动力及照明工程的范围是从变电所配电变压器后的低压柜及变电所交直流盘馈出电缆头开始至车站的动力、照明、通信、信号等用电设备。在环控电控室的继电器屏给BA
13、S系统留出接线端子，水泵类设备在其控制箱给BAS留出接线端子，并在照明配电室的配电箱上留出BAS接线端子。4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 （3）负荷分类及技术要求 根据的要求，根据用电没备的不同用途和重要性，把城市轨道交通的用电负荷分为三级。一级负荷：防排烟风机、废水泵、消防泵、防淹门、通信、信号、防灾报警、自动售检票系统、车站控制室、屏蔽门以及应急照明(含疏散指示照明)等用电以及区间的风机和水泵用电，由两路独立的电源供电，且为末端切换。备有应急照明电源在交直流屏上切换。二级负荷：自动扶梯、电梯、普通风机、污才泵、一般照明、管理房及设备房照明等用电，由一路电源
14、供电。当这路电源发生故障时，由变电月低压柜上的母线联络开关进行切换，以保证供电。(注：变电所为两路10kV电源各带一台变压器，低压侧为单母线分段，设母线联络开关。)4.1 4.1 城市轨道交通供电系统概述城市轨道交通供电系统概述 三级负荷：冷水机组及其配套的冷冻泵、冷却泵、冷却塔、茶水间热水器以及广告照明、清洁机械等设备用电，由一路电源供电，当这路电发生故障时，允许对这些设备停止供电。在正常情况下，变电所同时向各个负荷供电，如若供电系统发生故障或者出现事故时，则断开二、三级负荷，优先向一级负荷供电，以最大限度地保证城市轨道交通安全。动力照明供电系统主要由降压变电所、低压母线排、配电设备、线缆、
15、用电设备等组成。提供地铁机电设备动力电源和照明电源。此外，还应设置地铁应急电源系统，如小型发电机、EPS电源、UPS电源等。4.2 4.2 低压配电及照明系统的组成与功能低压配电及照明系统的组成与功能 4.2 4.2 低压配电及照明系统的组成与功能低压配电及照明系统的组成与功能 1.1.低压配电及照明系统的组成及功能低压配电及照明系统的组成及功能 低压配电及照明系统可分为照明和低压配电两个子系统。（1）照明系统 1）系统组成城市轨道交通车站照明系统采用380V三相五线制、220V单相三线制方式供电。系统范围为车站降压所变压器后的照明设备、设施及线路。2）为便于运营和管理，在车站两端站台层和站厅
16、层各设一照明配电室，上下两层配电室一般是对齐的，这样便于对本层用电设备的管理和上下层电缆的敷设。公用照明配电箱集中设在照明配电室内，便于控制。3）照明种类和控制方式：照明分为一般照明、应急照明、诱导照明、广告照明和安全照明。4）站台层和站厅层的照明主要由一般照明和I应急照明构成。站台、站厅照明的每个分区都是两路照明电源，分为6-8个支路，交叉配电。4.2 4.2 低压配电及照明系统的组成与功能低压配电及照明系统的组成与功能 5）应急照明：为确保车站出现故障时能顺利、安全地疏散旅客，在地下车站设置220V蓄电池组，在两路交流电源都失压的状态下向应急照明供电。地下铁道应急照明多为白炽灯，正常情况下
17、由交流电源供电，当交流电源停电时自动切换到蓄电池组供电。6）车站附属房间的单相插座以及站台、站厅层每隔30m设的单相安全插座，均由单独回路供电，并装设漏电保护开关。7）区间照明：单线隧道设置于行车方向左侧墙上，分工作照明和应急照明，每隔56m设一盏11W荧光灯，两种照明相间布置，工作照明和应急照明均由变电所交直流屏直接供电，区间工作照明由变电所控制。8）安全照明：站台板下安全照明采用36V安全电压，照明变压器设于照明配电室内。9）城市轨道交通不同场所的照度要求：照明应力求实用、便于维修，并应依据不同场合要求与建筑形式相配合。为确保车站、区间的各项功能正常。4.2 4.2 低压配电及照明系统的组
18、成与功能低压配电及照明系统的组成与功能 （2）控制位置及控制方法 车站照明系统可分为三级控制：1）就地级控制 2）照明配电室集中控制 3）站控室集中控制 （3）低压配电系统 1）系统组成 车站低压配电系统采用380V三相五线制、220V单相三线制方式供电。它为站台、站厅和设备及管理用房的环控、排水、消防、电梯、自动扶梯、自动售检票及通信、信号、站控室等系统设备供配电和车站环控室内供配电设备的电控控制。2）控制位置及控制方式 对通信、信号、站控室、废水泵、电梯、自动扶梯等由降压所直接供配电的各系 统设备，低压配电系统提供电源至各设备附近的配电箱或电源切换箱，工作人员可在降压 所或设备附近的配电箱
19、或电源切换箱上对各设备作电源通断或切换操作控制。4.2 4.2 低压配电及照明系统的组成与功能低压配电及照明系统的组成与功能 电系统提供电源至各设备附近的配电箱或电源切换箱，工作人员可在环控电控室或设备附近的配电箱或电源切换箱上对该设备作电源通断或切换操作控制。对环控电控室直接控制的环控设备(如空调机、风机等)，采用三地控制方式，即就地控制(设备附近)、环控电控室控制及站控室控制(通过BAS系统控制)。自动扶梯正常时由现场控制，事故状态下可在站控室内按动应急停机按钮停止所有自动扶梯运行。2.2.系统主要设备配置及功能系统主要设备配置及功能 系统主要设备配置及功能如下：（1）环控电控柜(开关柜、
20、控制柜、继电器柜)：安装于车站环控电控室内，提供环控电控室直接供配电设备所需的电源，实现环控设 备的电气控制及距离操作控制。（2）环控设备就地控制箱：安装于车站各环控设备附近，用于维修调试各环控设备时的就地控制操作。4.2 4.2 低压配电及照明系统的组成与功能低压配电及照明系统的组成与功能 3）防淹门控制柜：安装于过江隧道两端防淹门控制室及车站站控室，用于防淹门的操作控制。4）雨水泵控制柜：安装于地下隧道入口处雨水泵控制室内，用于地下隧道人口处雨水泵运行控制。5）废水泵、污水泵、集水泵控制箱：安装于车站废水泵、污水泵、集水泵用电设备附近，用于废水泵、污水泵、集水泵运行控制。6）区间隧道维修电
21、源箱：安装于正线区间隧道内，约80m设1台，提供隧道内设备维修作业时所需的电源。7）电源配电箱、电源切换箱：安装于车站各动力用电设备(如自动扶梯、水泵、信号设备、通信设备、自动售检票设备)附近，提供设备所需电源。8）防火阀(DC24V)电源配电箱：安装于车站防火阀相对集中处附近，将AC220V整流为DC24V电源，提供给防火阀关闭电磁阀动作所需电源。9）自动扶梯应急停机按钮：安装于车站站控室内，用于在发生紧急状况(如火灾)时自动扶梯应急停机控制。10）灯具(白炽灯、荧光灯，包括灯架)：照明电光源，安装于车站各照明场所，用于车站各照明场所照明、疏散指示。4.2 4.2 低压配电及照明系统的组成与
22、功能低压配电及照明系统的组成与功能 11）灯塔：安装于车辆段内，用于车辆段内空旷区域照明。12）一般照明控制就地开关(翘板开关)盒：安装于各设备及管理用房门口处，用于各设备及管理用房一般照明就地控制。13）照明配电箱、照明控制盘：安装于各车站照明配电室、站控室和部分设备房，用于集中控制相应场所的一般照明、节电照明、事故照明及广告照明，实现照明配电室集中控制和站控室集中控制操作。14）事故照明电源装置：包括充电柜、交直流电源切换柜和蓄电池，安装于车站站台蓄电池室，实现蓄电池充电和事故照明电源交直流切换，为车站提供事故状态下的应急照明电源。4.3 4.3 电力监控系统概述电力监控系统概述 4.3
23、4.3 电力监控系统概述电力监控系统概述 1.1.概述概述 电力监控(SCADA-S Supervisor C Control A And D Data A Acqusition)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。采用主站系统，设在OCC控制中心，实现信息互通、资源共享。OCC控制中心的电力调度负责指挥和监控全线(包括主变电所)供电系统的正常运行和事故处理。电力监控系统实现对全线各变电所和接触网的开关等设备进行统一控制和监视，通过数据采集、信号反馈，随时了解全线供电设备的运行情况，及时准确地完成各种操作，对故障报警和各种运行事故迅速作
24、出判断并进行准确处理，确保供电系统和设备的安全可靠运行。从而实现供电系统各种变电所的无人值守，提高系统的可靠性、工作效率和现代化管理水平，减少运营费用。城市轨道交通电力监控系统采用分层分布式结构，即有调度控制中心、车辆段监控和供电复示系统、主变电所系统及车站变电所子站系统。4.3 4.3 电力监控系统概述电力监控系统概述 2.2.系统构成系统构成 电力监控(SCADA)系统的构成包括；设在OCC控制中心主站的电力监控调度系统、设置在各变电所的综合自动化系统、设在车辆段供电车间的电力监控复示系统及主控系统的高速数据传输通道等。由其实现对全线各变电所、接触网等供电设备的运行实时监控和数据、图像采集
25、(遥控、遥信、遥测、遥调、遥视)等功能，完成对变电所、接触网电气事故分析和供电设备按状态维护、维修的调度管理。（1）主站系统 主站系统以局城网为架构，按照ADS(A Autonomous D Decentralized S System)模式配置主机、工程师工作站、大屏幕显示、web工作站、视频监控服务器等设备。ADS模式代表了目前SCADA产品的最新技术标推，提高了设备利用率，自律分布使每个网络节点均可单独激活，提高了系统的自愈合功能。4.3 4.3 电力监控系统概述电力监控系统概述 （2）变电所综合自动化系统 设置在变电所内的综合自动化系统采用集中管理、分散控制模式，设备由控制信号盘内的通
26、信控制器、网络接口设备、总控单元，安装于各开关柜内的测控保护单元和所内通信网络等部分组成。（3）数据传输通道 电力监控(SCADA)系统的数据传输通道利用传输系统的高速数据传输通道。电力监控系统通信接口采用大容量、高速传输的数据接口，采集众多的现场参数(包括视频信号等)应用分组交换技术和路由技术，使通道的可靠性和可用性更为增强，以后新的子系统接入、监控对象的增加等扩展可更为轻易地完成。4.3 4.3 电力监控系统概述电力监控系统概述图4-11 SCADA系统结构图4.3 4.3 电力监控系统概述电力监控系统概述 3.3.控制中心电力监控系统主要功能控制中心电力监控系统主要功能 1）远方监控功能
27、：系统可对被控站内设备顺序全面集中实时监控。2）遥控功能：实现对所内某一开关或装置进行状态控制(单独控制)和对所内和所间一系列开关或装置按预定顺序进行状态控制(程序控制)。3）遥信功能：实现对被控对象的位置信号、事故信号、预告信号进行实时采集并发出声光信号提示报警。4）遥测功能：对供电设备的有关电量(电流、电压、功率、电度等)进行实时检测。5）遥调功能：实现对主变电所内有载调压变压器进行有级调节。6）不对位操作功能：在被控站执行端撤出运行时，调度员可在显示屏幕上进行人工对位操作。主接线显示画面和模拟盘上的显示符号自动对位。7）用户画面显示功能。8）操作员工作站用户画面种类和要求：进入调度系统后
28、自动显示城市轨道交通供电系统示意图。系统构成图：包括调度所设备、被控站设备、通道等在内的整个系统的配置。4.3 4.3 电力监控系统概述电力监控系统概述 交直流系统图：显示交流系统图和直流系统图。被控站主接线和接触网线路图：显示被控站的主接线、接触网线路和设备的运行状态。程控显示画面：在主接线图中用鼠标点中程控操作菜单后，将显示该站的程控项目窗口。遥测曲线画面：显示2h之内各遥测量(包括电流电压、有功功率无功功率)的趋势曲线。电度量直方图：显示24h之内的有功电度量和无功电度量。日、月、年报报表：用表格的形式显示一日(月、年)内的有功电度量和无功电度量，及依此计算出的功率因数。报表能进行手动修
29、改。极值统计日(月、年)报报表、操作记录报表、事件记录报表等。9）制表打印功能：系统对调度员的操作、事件发生信息、测量值按时间顺序进行整理统计，形成事件记录、操作记录、日(月、年)报报表、越限记录等。报表可随时显示打印和定时打印。10）电量趋势曲线和电度量直方图显示功能：系统具有电量趋势曲线显示功能，可显示2h内的趋势曲线；系统具有电能直方图显示功能，可显示24h内的有功电度和无功电度统计量。4.3 4.3 电力监控系统概述电力监控系统概述 12）防电磁干扰：系统具有防电磁干扰能力。13）调度管理自动化功能：通过数据文档管理功能，自动建立生产管理报表 14）在线自检自恢复功能：系统对软硬设备的
30、状态进行实时检测。在故障情况下，实现互备设备的自动切换(包括主备通道的切换)。当软件因某些原因处于死机状态下，应能自动恢复系统运行。15）在线维护功能：系统应以友好的人机界面提供软件维护手段。工作数据、显示画面等进行方便的在线修改。16）安全保护措施：系统设置了3级口令，以保护程序运行的可靠性。第一级：操作员级，键人口令后，可进入遥控操作状态，进行调度管理工作。第二级：工程师级，侵入口今后，可对软件实现在线编辑。第三级：系统员级，键人口令后，可对系统程序进行编程和修改。4.3 4.3 电力监控系统概述电力监控系统概述 4.4.变电所综合自动化系统的主要功能变电所综合自动化系统的主要功能 变电所
31、综合自动化系统设置在变电所内，采用集中管理、分散控制模式。设备由控制信号盘内的通信控制器、网络接口设备、总控单元、安装于各外关柜内的测控保护单元和所内通信网络等部分组成。变电所综合自动化系统实现对各变电所、接触网设备进行实时控制和数据采集。其功能是监视供电系统设备的运行情况，及时掌握和处理供电系统的各种事故、报警事件，保证供电的可靠性、安全性。同时利用PLC监控单元实现对变电所各种设备的控制、监视、逻辑闭锁、电流、电压、功率、电度测量；实现保护的安全并联跳闸功能。第4章 低压配电及照明系统 【实践操作实践操作】1 1操作练习操作练习 （1)根据本章所学的知识，掌握城市轨道交通供电、照明的方式。
32、（2)在课余时间，结合所在城市轨道交通车站参观学习，了解车站低压配电及照明系统。2 2书面练习书面练习 （1)简述地铁供电系统供电方式。（2)简述低压配电及照明系统的组成与功能。（3)简述电力监控系统的工作方式。第4章 低压配电及照明系统 【评价跟进评价跟进】1.教师的评价教师的评价 由教师在完成本章的教学任务后填写，在相应表格中画“”评 价 项 目教师的评价序号题 目好较好一般较差1对本章教学过程的控制2在本章教学过程中，学员的参与情况3学员对本章知识学习后的效果反馈教师对本章教学的总结评价意见及跟进措施第4章 低压配电及照明系统 2.学员的评价学员的评价 由学员在完成本章的教学任务后填写，在相应表格中画“”评 价 项 目学员的评价序号题 目好较好一般较差1在本章教学执行过程中教师的表现2本章教学内容与社会实际需求的联系情况3自己在本章学习过程中的表现学员对本章教学的总结评价意见及跟进措施
