第一章 概述
第一章 概述
1.1 国内城市轨道交通的发展
我国城市轨道交通开始于20世纪50年代的北京地铁建设。北京地铁一期工程1965年开工，1969年建成通车。直到20世纪80年代，中国城市仅有北京地铁40KM，天津地铁7.6KM。
随着我国国民经济的持续发展，城市化进程的逐步加快，城市人口与机动车数量急剧增长， 截止到2007年底，全国（不包括台湾地区和香港、澳门特别行政区）已开通城市轨道交通的城市有：北京、天津、上海、广州、长春、大连、重庆、武汉、深圳、南京共10个城市近30条线，线路总长度已超过700km。
进入21世纪以来，随着大城市交通问题的日益突出，大力发展城市轨道交通已成共识。城市轨道交通的建设也进入了新的高潮期，发展态势更为迅猛，全国48个百万人口以上的大城市中已有30多个城市开展了城市轨道交通的建设或筹建工作，据有关课题组初步统计，近期规划建设55条线路，长约1700km，总投资大道6000多亿元；我过远期线网总长将超过3000km.
在我国城市轨道交通队未来发展中，其趋势与前景主要集中在以下几个方面：（1）城市轨道交通的网络化
北京、上海、广州等特大城市已建成多条线路，在未来的5~10年内，将逐步形成城市轨道交通网络，以构建尘世轨道交通为骨干的公共交通系统。例如，根据《北京市城市快速轨道交通建设规划（2015年）调整方案》，北京2015年之前，将建成城市轨道交通线路18条，线路总长度约468km。同样，上海2010年之前，将建成城市轨道交通线路11条，线路总长度约416km。这些城市面对网络化发展，开展了一系列的网络化专题研究，如车辆段与综合基地、主变电站、控制中心、无线通信、AFC等资源共享研究。 （2）交通制式的多元化
目前10个城市投入运行的近30条线路，虽大多数为传统地铁制式，但也出现了多样化的趋势。如长春建设了现代化轻轨交通；重庆轨道交通2号线为跨座式单轨交通；广州轨道交通4号线、北京机场线为直线电机系统；上海市区通往浦东机场则建成了高速磁悬浮线路。此外，还有100km/h，120km/h不同等级的市域快线等。
（3）车辆与几点设备的国产化
在国家城市轨道交通设备国产化政策推动下，通过建立合资企业，引进消化吸收新技，开展多种形式的技术合作，我国将不断提高尘世轨道交通的车辆、设备制造的技术水平和国产化率，逐步形成城市轨道交通车辆与机电设备的产业化。
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1.2 轨道交通供电系统的重要性及其要求
城轨供电系统是城市轨道交通运营的动力源泉，负责电能的供应与传输，为电动列车牵引供电和提供车站、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。供电系统应具有安全性和可靠性，以保障供电。 1.2.1 系统的总体功能
城轨供电系统应具备安全可靠、经济适用、调度方便的特点，其总体功能如下： （1） 供电服务功能
供电系统是为城市轨道交通安全运营服务的，其职责是保证所有电气用户安全、可靠地用电。在城市轨道交通庞大的用电群体中，用电设备有不同的电压等级，不同的电压制式，既有固定的风机、水泵，也有时刻在运动着的列车，供电系统就是要满足这些不同用电设备对电源的不同要求，使各用电设备都能发挥各自的功能和作用，保证城市轨道交通安全运营。 （2） 故障自救功能
系统的安全性、可靠性是供电系统的首要因素，无论供电系统如何构成，采用什么样的设备，安全、可靠的供电是第一位。在系统中，发生任何一种故障，系统本身都应有备用措施（接触网除外），以保证城市轨道交通的正常运行不受影响。双电源是构成供电系统的主要原则，当一路电源故障时，另一路电源应能保证正常供电。主变电所、牵引变电所和降压变电所为双电源、双机组；动力、照明的一级负荷采用双电源、双回路供电；牵引网同一馈电区采用双边供电形式。这些都是系统故障自救功能的体现。 （3）自我保护功能
系统应有完整、协调的保护措施，供电系统的各级继电保护应相互配合和协调，当系统发生故障时，应当只切除故障设备，从而使故障范围缩小。系统的各级保护应当满足可靠性、选择性、灵敏性、速度性的要求。分散式供电系统的中压交流侧保护，应和城市电网的保护相配合和协调，因此其保护选择性会受到一定制约。 （4）防误操作功能
系统中任何一个环节的操作都应具有相应的联锁条件，不允许因误操作而发生故障。防止误操作的联锁条件可以是机械的，也可以是电气的，还可以是电气设备本身所具备的或在操作规程上所规定。防止误操作，是保证系统安全、可靠地运行所不可缺少的环节。 （5）便于调度功能
供电系统应能在控制中心进行远程控制、监视和测量，并应能根据运行需要，方便灵活地进行调度看，变更运行方式，分配负荷潮流，使系统的运行更加经济合理。
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（6）控制、显示和计量功能
系统应能进行就地和距离控制，并可以方便地进行操作转换，同时系统各环节的运行状态应有明确的显示，使运行人员一目了然。各种电量的测量和电能的计量应准确，并便于运行人员查证和分析，牵引用电和动力照明用电应分别计量，以利用对用电指标进行考核与分析。 （7）电磁兼容功能
城市轨道交通处于强电、弱电多个系统共存的电磁环境，为了使各种设备或系统在这个环境中能正常工作且不对该环境中其他设备、装置或系统构成不能承受的电磁干扰，各种电气和电子设备的系统内部以及和其他系统之间的电磁兼容显得尤为重要。供电系统及其设备在城市轨道交通这个电磁环境中，首先是作为电磁干扰源存在，同是也是敏感设备。在城市轨道交通电磁环境中，供电系统与其他设备、装置或系统应是电磁兼容的。这要在技术上采取措施，抑制干扰源，消除或减弱电磁耦合，提高敏感设备的抗干扰能力。 1.2.2 系统的基本要求
城轨供电系统应满足安全性、可靠性、适用性、经济性、先进行的基本要求。 （1）安全性
城轨供电系统的安全性，是指在城市轨道交通工程运营过程中的安全程度。 供电系统的安全性，关系着乘客安全、运营人员安全、行车安全、设备安全等多个方面，而且各种安全性是相互联系、不可分割的。
供电系统设计时，一般从系统安全性和设备安全性两个方面进行分析研究。系统安全性分析，一般包括联锁关系、继电保护、牵引网、直流牵引系统、综合接地系统、应急照明电源等方面；设备安全性分析，一般包括变压器、牵引整流器、断路器、隔离开关、接地开关、电缆等方面。 （2）可靠性
城轨供电系统的可靠性，是指城市轨道交通供电系统对列车及各种动力照明负荷的持续供电能力。
供电系统的可靠性，是正常运营、事故处理、灾害救援等方面的前提条件。供电系统可靠性涉及规划、设计、运行管理等各个方面，并渗透到供电、变电、配电等不同环节。每一个环节的可靠性既包括电气原理的可靠性又包括电气设备的可靠性。例如构成变电所的可靠性包括变电所主接线可靠性及组成主接线的断路器、变压器、母线等设备的可靠性。
供电系统设计时，应从各个环节着手，分析系统的故障现象，研究定性或定量的评定指标，提出提高可靠性的措施。双电源供电方式是供电系统可靠性实施的重要手段。
根据城市轨道交通可靠性要求，供电系统应满足“N-1准则”，又称单一故障
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安全准则。按照这一准则，供电系统的N个元件中的任一独立元件（发电机、输电线路、变压器等）发生故障而切除后，其他元件不过负荷，电压和频率均在允许范围内，供电系统应能保持稳定运行和正常供电。
对于城市轨道交通电源网络来说，当一个电源推出时，另一个电源应能保证系统的正常供电，保证列车正常运行；当一个电源点（主变电所或电源开闭所）的两个电源都推出时，应从相邻电源点引入两路应急电源，提供一定的运输能力和必要的动力照明，维持城市轨道交通继续运行。 （3） 适用性
城轨供电系统的适用性，是指城轨供电系统的建设应满足业主的建设目的与性能要求。
设计是实现业主建设需求的首要环节。供电系统设计应根据业主需求进行，供电系统的建设标准、技术水平、设备档次、工期要求、投资控制等，应与城市特点、本线功能定位及特殊要求相适应。 （4） 经济性
城轨供电系统的经济性，这里是指从项目全生命周期的角度实现供电系统费用的经济合理。
在满足供电系统的安全性、可靠性、适用性的前提下，要重视供电系统的经济性。经济性不但要求节省工程投资，同时还要求降低运营成本，争取得到最佳的技术经济效果。
供电系统设计应优化电源网络结构，实现外部电源资源共享；另外应尽可能地采用成熟设备、新型材料，做到经济合理、简便实用。 （5）先进行
城轨供电系统的先进性，体现在先进的设计理念、先进的系统方案、现金的设备及工艺、先进的管理手段等方面。
供电系统应具有一定的先进性，但要兼顾系统基本功能、投资规模、运营成本、环保要求、操作灵活性以及技术发展等因素，合理选择。
供电系统设计应采用先进的理念。要充分认识到环境保护与节约能源的重要性，采取必要措施进行环境保护与降低能耗。要解决好电磁辐射、噪音、温室气体、不易分解废料等问题。
1.3 供电系统的构成
为便于设计任务的分割及设计界面的清晰，城市轨道交通供电系统可以划分成以下设计单元：主变电所、全线系统、牵引变电所、降压变电所、接触网、电力监控系统、杂散电流。腐蚀防护系统。动力照明设备，属于车站等建筑物附属设备，一般划归土建工点单位连同建筑结构一起进行设计，而不由供电系统设计单位进行
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