項(xiàng)目四

城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)城市軌道交通供電一次系統(tǒng)運(yùn)行與維護(hù)項(xiàng)目四城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)任務(wù)4-3認(rèn)識變電所交直流操作

電源任務(wù)4-2認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)

的運(yùn)行方式任務(wù)4-1認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)項(xiàng)目四城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)任務(wù)4-3認(rèn)識變電所交直流操作

電源任務(wù)4-2認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)

的運(yùn)行方式任務(wù)4-1認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)

情境引入

我們教室里的電燈，打開開關(guān)后就能為我們照明；走上地鐵的電梯，就能夠自由地上下。那么，我們身邊的電到底是從哪里來的呢？這些照明和電梯電能是與牽引地鐵車輛運(yùn)行的電是來自同一個供電系統(tǒng)嗎？請帶著這個問題進(jìn)入本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)。

任務(wù)4.1認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)

某日14:10，某地鐵因信號設(shè)備發(fā)生故障，J站至N站區(qū)間上下行期間采用人工調(diào)度的方式。14:51，在Y站往L站方向的區(qū)間隧道內(nèi)發(fā)生了5號車追尾16號車的事故。事故發(fā)生時前車停車，后車以10km/min速度運(yùn)行。

那么到底如何才能保證車輛安全、可靠、準(zhǔn)時地運(yùn)行呢？讓我們一同到城市軌道交通變配電所中尋找答案。

一、城軌低壓配電系統(tǒng)概述

低壓配電系統(tǒng)是城市軌道交通供電系統(tǒng)的關(guān)鍵，經(jīng)濟(jì)、合理、可靠性高的配電形式是城市軌道交通運(yùn)營的保障和前提。1.低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

低壓配電系統(tǒng)主要由配電電源、輸送線路、低壓配電室開關(guān)柜、電纜線路、配電箱及負(fù)荷等組成低壓配電的整個系統(tǒng)。1.低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

從電源引入端開始向配出端順序，一般有如下電氣設(shè)備:

（1）SCB10-200010/0.4D/Yn11干式變壓器，10kV/0.4kV，容量2000kVA，高壓側(cè)三角形接法，低壓側(cè)為星形接法，連接組別為D/Yn11（星三角11點(diǎn)接法）。

（2）TMY-3[2×（125×10）]+1×（125×10）低壓進(jìn)線柜主母線或低壓水平母線規(guī)格，125×10硬銅排，3條相線為雙排，PEN為單排。

（3）MT4OH1/3PMIC5.0I=3200A。低壓總進(jìn)線自動（萬能）斷路器，電流規(guī)格4000A。1.低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（4）電流規(guī)格4000/5A進(jìn)線側(cè)電流互感器，變比為4000/5。

（5）NS100H/3=100AGPU3-60II浪涌保護(hù)輔助回路，NS100H/3P開關(guān)、GPU3-60II浪涌吸收保護(hù)器。

（6）D1:MNS1000×1000×2200低壓柜編號、型號，MNS系列。

（7）D2、D3:無功功率補(bǔ)償電容補(bǔ)償柜。

（8）GR-1250/3P，ZWKARC-12/J。帶熔斷器隔離開關(guān)1250A/3P，無功功率自動補(bǔ)償控制器。1.低壓配電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

（9）FYS-0.22，浪涌吸收保護(hù)（避雷器）。

（10）FK-Dr30/440/7。電容器組回路串接電抗器，防止瞬間切換過電流。

（11）10*Mkg0.44-30-310組電容器，MKPg0.44型號，30kVar、三相。

（12）斷路器低壓出線柜，NS400N/3P200A斷路器。

（13）2KW2WDZA-YJY-4×185+E95，出線回路出線電纜為無鹵低煙A級阻燃（交聯(lián)聚乙烯絕緣、交聯(lián)聚乙烯護(hù)套），規(guī)格為4×185+E95，E95表示PE線規(guī)格95。2.低壓配電系統(tǒng)的特點(diǎn)

低壓配電系統(tǒng)具有對電氣設(shè)備配置要求高、系統(tǒng)設(shè)備技術(shù)硬、使用及維護(hù)功能強(qiáng)，運(yùn)行環(huán)境不穩(wěn)定的特點(diǎn)。3.低壓配電系統(tǒng)在城市軌道交通的作用

低壓配電系統(tǒng)可對城市軌道交通設(shè)備進(jìn)行直接控制和車站綜合控制，城市軌道交通低壓系統(tǒng)中的開關(guān)柜可對地鐵設(shè)備元件進(jìn)行過載保護(hù)及其他特性的保護(hù)功能，車站照明系統(tǒng)用電歸屬于低壓配電系統(tǒng)中，對城市軌道交通照明設(shè)備的控制能保障照明系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠運(yùn)行。

二、低壓配電系統(tǒng)的配電形式1.我國常用的低壓配電系統(tǒng)，按主干線的構(gòu)成分為：

（1）放射式配電接線方式，其特點(diǎn)是配電線路相互獨(dú)立，因而具有較高的可靠性，某一配電線路發(fā)生故障或檢修時不致影響其他配電線路。但放射式配電接線方式中，從低壓配電柜引出的干線較多，使用的開關(guān)等材料也較多。這種接線方式一般適用于供電可靠性要求高的場所或容量較大的用電設(shè)備。放射式接線如圖4-1所示。

（1）放射式配電接線方式

圖4-1

放射式接線

（2）樹干式配電接線方式，其特點(diǎn)與放射式配電方式相反，系統(tǒng)具有一定的靈活性、耗用的有色金屬材料較少，但干線一旦發(fā)生故障將造成較大范圍的影響，因而其供電可靠性較差。該接線方式一般適用于負(fù)荷容量較小，分布均勻且供電可靠性無特殊要求的用電設(shè)備。如用于一般照明的樓層分配電箱等。樹干式接線如圖4-2所示。

（2）樹干式配電接線方式

圖4-2樹干式接線

（2）樹干式配電接線方式，其特點(diǎn)與放射式配電方式相反，系統(tǒng)具有一定的靈活性、耗用的有色金屬材料較少，但干線一旦發(fā)生故障將造成較大范圍的影響，因而其供電可靠性較差。該接線方式一般適用于負(fù)荷容量較小，分布均勻且供電可靠性無特殊要求的用電設(shè)備。如用于一般照明的樓層分配電箱等。樹干式接線如圖4-2所示。

（3）混合式配電方式兼顧了放射式和樹干式兩種配電方式的特點(diǎn)是，將兩者進(jìn)行組合的配電方式，如高層建筑中，當(dāng)每層照明負(fù)荷都較小時，可以從低壓配電屏放射式引出多條干線，將樓層照明配電箱分組接入干線，局部為樹干式。

在城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)中，以低壓配電室向一般系統(tǒng)負(fù)荷供電大多數(shù)采用放射式供電的模式，個別負(fù)荷可采用樹干式供電。

二、低壓配電系統(tǒng)的配電形式2.根據(jù)現(xiàn)行的國家標(biāo)準(zhǔn)《低壓配電設(shè)計規(guī)范》（GB50054）的定義，將低壓配電系統(tǒng)分為三種，即TN、TT、IT三種形式。

其中，第一個大寫字母Ｔ表示電源變壓器中性點(diǎn)直接接地；Ｉ則表示電源變壓器中性點(diǎn)不接地（或通過高阻抗接地）。

第二個大寫字母Ｔ表示電氣設(shè)備的外殼直接接地，但和電網(wǎng)的接地系統(tǒng)沒有聯(lián)系；Ｎ表示電氣設(shè)備的外殼與系統(tǒng)的接地中性線相連。

（1）TN系統(tǒng)：電源變壓器中性點(diǎn)接地，設(shè)備外露部分與中性線相連。電力系統(tǒng)的電源變壓器的中性點(diǎn)接地，根據(jù)電氣設(shè)備外露導(dǎo)電部分與系統(tǒng)連接的不同方式又可分三類：即TN-C系統(tǒng)、TN-S系統(tǒng)、TN-C-S系統(tǒng)。TN-C系統(tǒng)其特點(diǎn)是：電源變壓器中性點(diǎn)接地，保護(hù)零線（PE）與工作零線（N）共用。TN-C系統(tǒng)存在以下缺陷：當(dāng)三相負(fù)載不平衡時，在零線上出現(xiàn)不平衡電流，零線對地呈現(xiàn)電壓。當(dāng)三相負(fù)載嚴(yán)重不平衡時，觸及零線可能導(dǎo)致觸電事故。通過漏電保護(hù)開關(guān)的零線，只能作為工作零線，不能作為電氣設(shè)備的保護(hù)零線。重復(fù)接地裝置的連接線，嚴(yán)禁與通過漏電開關(guān)的工作零線相連接。

圖4-3低壓配電TN-C系統(tǒng)TN-S系統(tǒng)的整個系統(tǒng)的中性線（N）與保護(hù)線（PE）是分開的。它的特點(diǎn)是，當(dāng)電氣設(shè)備相線碰殼，直接短路，可采用過電流保護(hù)器切斷電源；當(dāng)Ｎ線斷開，如三相負(fù)荷不平衡，中性點(diǎn)電位升高，但外殼無電位，PE線也無電位；TN-S系統(tǒng)PE線首末端應(yīng)做重復(fù)接地，以減少PE線斷線造成的危險。TN-S系統(tǒng)適用于工業(yè)企業(yè)、大型民用建筑。

圖4-4低壓配電TN-S系統(tǒng)TN-C-S系統(tǒng)由兩個接地系統(tǒng)組成，第一部分是ＴＮ-Ｃ系統(tǒng)，第二部分是ＴＮ-Ｓ系統(tǒng)，其分界面在Ｎ線與ＰＥ線的連接點(diǎn)。ＰＥ線連接的設(shè)備外殼在正常運(yùn)行時始終不會帶電，所以ＴＮ-Ｃ-Ｓ系統(tǒng)提高了操作人員及設(shè)備的安全性。施工現(xiàn)場一般當(dāng)變臺距現(xiàn)場較遠(yuǎn)或沒有施工專用變壓器時采?。裕?Ｃ-Ｓ系統(tǒng)。

圖4-5低壓配電TN-C-S系統(tǒng)(2）TT供電系統(tǒng)

電源中性點(diǎn)直接接地，電氣設(shè)備的外露導(dǎo)電部分用PE線接到接地極（此接地極與中性點(diǎn)接地沒有電氣聯(lián)系）。在采用此系統(tǒng)保護(hù)時，當(dāng)一個設(shè)備發(fā)生漏電故障，設(shè)備金屬外殼所帶的故障電壓較大，而電流較小，不利于保護(hù)開關(guān)的動作，對人和設(shè)備有危害。(2）TT供電系統(tǒng)

為消除TT系統(tǒng)的缺陷，提高用電安全保障可靠性，根據(jù)并聯(lián)電阻原理，特提出完善TT系統(tǒng)的技術(shù)革新。技術(shù)革新內(nèi)容是：用不小于工作零線截面的綠/黃雙色線（簡稱PT線），并聯(lián)總配電箱、分配電箱、主要機(jī)械設(shè)備下埋設(shè)的4-5組接地電阻的保護(hù)接地線為保護(hù)地線，用綠/黃雙色線連接電氣設(shè)備金屬外殼。(2）TT供電系統(tǒng)

圖4-6低壓配電TT系統(tǒng)

低壓配電TT系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)：①

單相接地的故障點(diǎn)對地電壓較低，故障電流較大，使漏電保護(hù)器迅速動作切斷電源，有利于防止觸電事故發(fā)生。②PT線不與中性線相連接，線路架設(shè)分明、直觀，不會有接錯線的事故隱患；

③

不用每臺電氣設(shè)備下埋設(shè)重復(fù)接地線，可以節(jié)約埋設(shè)接地線費(fèi)用開支，也有利于提高接地線質(zhì)量并保證接地電阻≤10Ω，用電安全保護(hù)更可靠。

ＴＴ系統(tǒng)在國外被廣泛應(yīng)用，在國內(nèi)僅限于局部對接地要求高的電子設(shè)備場合，目前在施工現(xiàn)場一般不采用此系統(tǒng)。但如果是公用變壓器，而有其他使用者使用的是TT系統(tǒng)，則施工現(xiàn)場也應(yīng)采用此系統(tǒng)。(3）IT系統(tǒng)電力系統(tǒng)的帶電部分與大地間無直接連接（或經(jīng)電阻接地），而受電設(shè)備的外露導(dǎo)電部分則通過保護(hù)線直接接地。這種系統(tǒng)主要用于10KV及35KV的高壓系統(tǒng)和礦山、井下的某些低壓供電系統(tǒng)。(3）IT系統(tǒng)

圖4-7低壓配電IT系統(tǒng)

城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)受接線方式、設(shè)備選擇、安裝、線路鋪設(shè)等因素的控制，其中受接地方式的控制較為明顯。

低壓配電系統(tǒng)的接地方式以城軌配電電源端，城軌低壓配電設(shè)備外裝置可導(dǎo)電部分與地接觸的關(guān)系來判定。我國的城軌低壓供電系統(tǒng)接地方式大部分采用三相五線制系統(tǒng)，此方式解決城軌地下結(jié)構(gòu)的鋼筋自然接地。

通常采用TN-S系統(tǒng)，動力設(shè)備的外露可導(dǎo)電部分均與PE線可靠連接，配電箱、切換箱、控制箱、保護(hù)鋼管等均作與就近的PE線可靠連接。

低壓配電系統(tǒng)是城軌運(yùn)行供配電的一個重要環(huán)節(jié)，對于各項(xiàng)低壓用電設(shè)備的技術(shù)要求尤其高，從而以高技術(shù)、高安裝、高維護(hù)的“三高”原則來保障城軌低壓配電系統(tǒng)的安全、正常運(yùn)行。低壓配電系統(tǒng)提高了城軌設(shè)備運(yùn)行的自動智能化程度，縮短了城軌低壓配電系統(tǒng)的調(diào)試運(yùn)行時間，對城軌設(shè)備維護(hù)起到不可或缺的作用。

三、城軌低壓配電系統(tǒng)的負(fù)荷種類400V配電系統(tǒng)的負(fù)荷根據(jù)其重要程度可分為一級負(fù)荷、二級負(fù)荷、三級負(fù)荷三種。

一級負(fù)荷主要包括車站照明系統(tǒng)、區(qū)間照明系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、通信電源系統(tǒng)、信號電源系統(tǒng)、自動售檢票系統(tǒng)和變電站的操作電源等系統(tǒng)的電源。一類負(fù)荷應(yīng)由雙回路、雙電源供電，一個電源發(fā)生故障時，應(yīng)有另一個電源可靠供電。為了保證變電站操作電源，通信、信號電源和火災(zāi)自動報警系統(tǒng)的電源系統(tǒng)的可靠性，還應(yīng)設(shè)置不間斷電源裝置。

三、城軌低壓配電系統(tǒng)的負(fù)荷種類

二級負(fù)荷主要包括一般管理用房的照明電源，污水泵電源，與消防無關(guān)的風(fēng)機(jī)電源等。二級負(fù)荷采用雙電源單回路專用電源供電。二級負(fù)荷主要包括空調(diào)制冷電源，廣告電源，電熱設(shè)備電源等，一般采用單電源供電。

除上述一、二級負(fù)荷以外，還有維修、清掃機(jī)械、空調(diào)等動力和其他照明為三級負(fù)荷。項(xiàng)目四城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)任務(wù)4-3認(rèn)識變電所交直流操作

電源任務(wù)4-2認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)

的運(yùn)行方式任務(wù)4-1認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)

任務(wù)4.2

認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式

某日10:41，某地鐵Z站至W站上下行列車因供電局外部供電故障，導(dǎo)致低壓設(shè)備失電，暫停服務(wù)。經(jīng)搶修，11:07越區(qū)供電成功，運(yùn)營秩序恢復(fù)正常。地鐵供電系統(tǒng)是如何是短時間內(nèi)實(shí)現(xiàn)運(yùn)行方式切換而達(dá)到快速恢復(fù)供電的呢？讓我們走進(jìn)城市軌道交通降壓變電所，來了解城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)的電氣運(yùn)行方式。

一、城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)調(diào)度編號規(guī)則某牽引變電站低壓配電系統(tǒng)的主接線如下圖所示。

系統(tǒng)的主接線各開關(guān)的編號自左往右如下:401

1號進(jìn)線斷路器；402

2號進(jìn)線斷路器；445

4號母線與5號母線的聯(lián)絡(luò)開關(guān)，

左側(cè)母線為4號母線，右側(cè)母線為5號母線；401-2

400V1號進(jìn)線電源側(cè)隔離開關(guān)；401-4

400V1號進(jìn)線負(fù)荷側(cè)隔離開關(guān)；402-2

400V2號進(jìn)線電源側(cè)隔離開關(guān)；402-4

400V2號進(jìn)線負(fù)荷側(cè)隔離開關(guān)；450-1

400V4號母線第1條出線開關(guān)；450-2

400V4號母線第2條出線開關(guān)；550-1

400V5號母線第1條出線開關(guān)；550-2

400V5號母線第2條出線開關(guān)；445-4

445母聯(lián)開關(guān)4號母線側(cè)隔離開關(guān)；445-5

445母聯(lián)開關(guān)5號母線側(cè)隔離開關(guān)。若出線數(shù)量多，按照從左往右的順序依次遞加即可。以上是以北京地鐵為例，不同城市地鐵低壓配電系統(tǒng)調(diào)度編號有所區(qū)別。

二、城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)電氣主接線

二、城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)電氣主接線400V系統(tǒng)401、402、445的自動投切關(guān)系由安裝在445柜上的運(yùn)行方式選擇開關(guān)控制，共有“自投自復(fù)”“自投手復(fù)”“手投自復(fù)”“手投手復(fù)”四種運(yùn)行方式。當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行方式改變?yōu)閱闻_配電變壓器帶全站負(fù)荷運(yùn)行時，系統(tǒng)自動地將不重要的空調(diào)、廣告等三級負(fù)荷斷開，以減少負(fù)荷?；謴?fù)正常后三級負(fù)荷自動投入。

圖4-9400V系統(tǒng)的主接線

二、城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)電氣主接線

城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)主要是交流400V系統(tǒng)（低壓380/220V系統(tǒng)），其作用是為地鐵車站、區(qū)間等處所的各類照明、扶梯、風(fēng)機(jī)、水泵、制冷機(jī)組和通信、信號、防災(zāi)報警、自動化、人防工程等設(shè)備提供電源。

以北京地鐵低壓配電系統(tǒng)為例，400V系統(tǒng)的主接線形式為單母線分段，兩臺配電變壓器的低壓側(cè)通過401、402各帶一段母線運(yùn)行，母線聯(lián)絡(luò)開關(guān)445處于熱備用狀態(tài)，進(jìn)線失壓母聯(lián)開關(guān)自投裝置投入運(yùn)行。400V系統(tǒng)的主接線如圖4-9所示。

為了保證車站照明系統(tǒng)的可靠，變電站還設(shè)有交流應(yīng)急電源系統(tǒng)，一般稱作事故柜。

404、405、406是抽屜式柜，每個抽屜開關(guān)內(nèi)部是一個空氣開關(guān)和一個接觸器的串聯(lián)組合，空氣開關(guān)一般編號為404、405、406，與其串聯(lián)的接觸器稱作4C、5C、6C。正常運(yùn)行時404、405、406空氣開關(guān)合閘，4C、5C、6C接觸器則根據(jù)電源情況自動斷開或閉合。

當(dāng)400V母線有電時，接觸器4C閉合，向應(yīng)急母線（事故母線）供電，通過出線開關(guān)供給車站的事故照明系統(tǒng)或EPS應(yīng)急照明系統(tǒng)；5C閉合，向左鄰站（各條地鐵線路設(shè)計不同）的區(qū)間工作照明系統(tǒng)供電，同時作為左鄰站應(yīng)急電源系統(tǒng)（事故柜）的備用電源。

6C的電纜側(cè)是由右側(cè)鄰站5C接來的備用電源，正常時6C處于分位。當(dāng)由于全站失壓等原因引起400V母線無電時，接觸器4C自動斷開，接觸器5C斷開，接觸器6C自動閉合，應(yīng)急母線（事故母線）轉(zhuǎn)由來自右鄰站的備用電源供電。400V母線有電后自動恢復(fù)到正常運(yùn)行方式。三、城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式1.正常運(yùn)行方式400V系統(tǒng)的正常運(yùn)行方式是401、402合，445工作位分，運(yùn)行方式選擇開關(guān)在自投自復(fù)位置。應(yīng)急電源系統(tǒng)（事故柜）404、405、406空氣開關(guān)合閘位置，與404、405串聯(lián)的4C、5C接觸器閉合，與406串聯(lián)的6C接觸器分?jǐn)?，但是右鄰?C來的電源已經(jīng)送到電纜側(cè)作為備用，應(yīng)急電源系統(tǒng)的方式選擇開關(guān)在自動位置，當(dāng)有失壓故障時備用電源可以自動投入。三、城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式2.非正常運(yùn)行方式400V系統(tǒng)的非正常運(yùn)行方式是401（或402）在分位，445工作位帶全站負(fù)荷運(yùn)行（三級負(fù)荷斷開），應(yīng)急電源系統(tǒng)（事故柜）404、405、406空氣開關(guān)合閘位置，與404、405串聯(lián)的4C、5C接觸器閉合，與406串聯(lián)的6C接觸器分?jǐn)?，但是右鄰?C來的電源已經(jīng)送到電纜側(cè)作為備用，應(yīng)急電源系統(tǒng)的方式選擇開關(guān)在自動位置，當(dāng)有失壓故障時備用電源可以自動投入。三、城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)的運(yùn)行方式3.應(yīng)急運(yùn)行方式400V系統(tǒng)的應(yīng)急運(yùn)行方式是400V母線無電，應(yīng)急電源系統(tǒng)（事故柜）中與404、405串聯(lián)的4C、5C接觸器斷開，與406串聯(lián)的6C接觸器自動閉合，將右鄰站5C來的電源送到本站的應(yīng)急母線供站內(nèi)事故照明系統(tǒng)。

對于地鐵人員高度密集的地下空間，要求照明系統(tǒng)的電源要非?？煽?。

車站照明系統(tǒng)分為正常照明系統(tǒng)、事故照明系統(tǒng)和應(yīng)急照明系統(tǒng)三部分，正常照明系統(tǒng)采用雙電源雙回路供電，分別取自400V4號母線和5號母線，經(jīng)過配電箱供給站臺、站廳、通道各兩路電源，并分別帶50%的照明負(fù)荷，以保證可靠性。事故照明系統(tǒng)由應(yīng)急母線（事故母線）供電，非?？煽?。事故照明系統(tǒng)的燈具上有S標(biāo)志。應(yīng)急照明系統(tǒng)的燈具內(nèi)有蓄電池和逆變器，平時由事故電源供電，交流電源消失時，通過蓄電池逆變器可以維持該燈具短時間的工作，方便乘客疏散。有一些線路，事故照明系統(tǒng)是直接由EPS應(yīng)急照明系統(tǒng)供電的。

區(qū)間照明分為工作照明和輔助照明兩部分，工作照明系統(tǒng)由兩站之間的400V事故聯(lián)絡(luò)電源電纜（右側(cè)站5C向左側(cè)站6C提供備用電源的電纜）供電，輔助照明系統(tǒng)是由400V母線供電的。部分地鐵線路區(qū)間照明直接由EPS應(yīng)急照明系統(tǒng)供電。項(xiàng)目四城市軌道交通低壓配電系統(tǒng)任務(wù)4-3認(rèn)識變電所交直流操作

電源任務(wù)4-2認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)

的運(yùn)行方式任務(wù)4-1認(rèn)識城軌低壓配電系統(tǒng)

任務(wù)4.3認(rèn)識變電所交直流操作電源

某日中午11:55，某地鐵C站突然發(fā)生電網(wǎng)故障，導(dǎo)致車站所在線路區(qū)間停電。事發(fā)后，全站牽引線路車輛癱瘓，地鐵工作人員對乘客進(jìn)行緊急疏散，在此過程中，地鐵內(nèi)的語音、照明、通風(fēng)、電梯系統(tǒng)運(yùn)行正常有序。

任務(wù)4.3認(rèn)識變電所交直流操作電源

車站車輛停電了，是什么電源在保障這些系統(tǒng)還能依然正常工作呢？讓我們走進(jìn)城市軌道交通低壓配電的操作電源系統(tǒng)尋找答案。城市軌道交通系統(tǒng)各個變電所控制系統(tǒng)、信號系統(tǒng)、繼電保護(hù)、自動裝置、智能測量裝置采用的都是由交直流操作電源供電的。最常見的操作電源有220V交流操作電源和110V、220V直流操作電源。

一、交流操作電源某牽引變電站低壓配電系統(tǒng)的主接線如下圖所示。

電源進(jìn)線一般為兩路獨(dú)立電源，交流電源互投裝置是通過交流電源監(jiān)察繼電器對交流屏的兩路電源進(jìn)線的電壓電流及開關(guān)狀態(tài)等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測和控制。交流饋出經(jīng)由空氣斷路器送至各負(fù)載。

交流屏的兩路進(jìn)線交流電源由400V開關(guān)柜兩段母線引入，進(jìn)入交流屏的1QF、2QF，再由QF1、QF2進(jìn)入自動互投裝置，從交流互投裝置引出一路交流電源引入到交流母線，交流母線下接交流饋出開關(guān)。

交流屏所帶的主要負(fù)荷有給直流操作電源供電，以及站內(nèi)其他控制系統(tǒng)供電。二、直流操作電源1.直流操作電源的概念

直流電源是由充電裝置、蓄電池、饋出回路、調(diào)壓裝置和相關(guān)的控制、測量、信號、保護(hù)、調(diào)節(jié)單元等設(shè)備，由制造廠負(fù)責(zé)完成所有內(nèi)部電氣和機(jī)械的連接，用結(jié)構(gòu)部件完整地組合在一起的一種組合體。該設(shè)備正常運(yùn)行時，可實(shí)現(xiàn)蓄電池組的在線充電或離線充電；非正常運(yùn)行時，保證動力母線和控制母線不間斷供電。1.直流操作電源的概念

目前，在變電所中應(yīng)用最多、最廣泛的直流操作電源是由蓄電池組構(gòu)成的直流操作電源系統(tǒng)。由于整個蓄電池組故障造成停止供電的可能性很小，蓄電池組的故障總是首先在個別電池中發(fā)生，且故障發(fā)展過程緩慢，容易被及時發(fā)現(xiàn)和消除，不易波及整個蓄電池組。2.直流電源的構(gòu)成

直流電源裝置主要是由蓄電池，充電裝置饋電回路等組成各種系統(tǒng)。按照其使用場所和配置主要分為以下兩類:單母線接線方式和單母線分段接線方式。直流系統(tǒng)饋電網(wǎng)絡(luò)有兩種供電方式:輻射供電和環(huán)形供電，負(fù)荷的雙重直流供電電源單母線接線方式和單母線分段接線方式均可滿足。3.直流屏的工作原理

圖4-11直流屏的工作原理示意圖

3.直流屏的工作原理

由交流屏輸入的交流電源給各個高頻整流模塊供電。高頻整流模塊輸出通過匯流排給蓄電池組浮充電；通過硅鏈調(diào)壓裝置后，輸出供給變電站內(nèi)的二次直流負(fù)荷。SWRA為高頻整流模塊，直流電源柜配置的是3個10A的高頻整流模塊。通常我們把這些并聯(lián)連接的高頻整流模塊稱作充電裝置。3.直流屏的工作原理

在正常情況下，充電裝置給蓄電池浮充電，同時供給變電站內(nèi)的二次直流負(fù)荷用電；交流電源中斷后，由蓄電池組給變電站內(nèi)的二次直流負(fù)荷供電，系統(tǒng)同時發(fā)出聲光報警；交流電源恢復(fù)后，系統(tǒng)自動恢復(fù)正常工作，并及時為放電后的蓄電池組作補(bǔ)充充電。直流電源屏、交流輸入電源和高頻整流模塊均由DCM-3型直流監(jiān)控裝置對其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和告警。監(jiān)控裝置一方面接受交流電源、直流電源屏和高頻整流模塊的信息，控制高頻整流模塊的停機(jī)及均浮充方式，另一方面將交直流屏的所有信息傳送到變電站綜合自動化系統(tǒng)。三、閥控密封鉛酸蓄電池組

目前閥控密封鉛酸蓄電池在直流電源系統(tǒng)中應(yīng)用最為廣泛，閥控密封蓄電池通常由正極板、負(fù)極板、隔膜、電池槽、電池蓋、安全閥、灰柳條、端子、電解液等組成。蓄電池結(jié)構(gòu)圖如下圖所示。1.蓄電池組充電方式

蓄電池的充電方式通常有初充電、浮充電、均衡充電、補(bǔ)充充電和核對性充電四種。（1）初充電初充電是指新安裝的蓄電池或大修中更換的蓄電池組的第一次充電。（2）浮充電

浮充電時充電裝置一方面向直流負(fù)荷供電，另一方面以很小的電流向蓄電池組補(bǔ)充充電，以補(bǔ)充蓄電池的自放電損失，使蓄電池能在飽和容量下處在備用狀態(tài)。蓄電池組正常應(yīng)以浮充電方式運(yùn)行，這種方式可以隨時保證蓄電池能在交流事故停電時有95%以上的容量，確保事故處理過程中的用電。

浮充電時的浮充電壓和浮充電流的選擇對蓄電池的使用壽命、對直流系統(tǒng)的安全可靠運(yùn)行都具有十分重要的作用。浮充電壓不應(yīng)低于或高于規(guī)定的浮充電壓，否則，會減少蓄電池的容量和壽命。（3）均衡充電和補(bǔ)充充電

蓄電池運(yùn)營一段時間后發(fā)現(xiàn)單個電池電壓不均衡時而進(jìn)行的充電，稱為均衡充電，蓄電池在事故時放電后或貯存時間超過2個月的蓄電池為補(bǔ)充其靜置時自放電損耗造成的容量損失而進(jìn)行的充電，為補(bǔ)充充電。

隨著運(yùn)行時間的增長，由于每個蓄電池的自放電不相等，但浮充電流是一致的，結(jié)果就會出現(xiàn)個別蓄電池處于欠充狀態(tài)。蓄電池出現(xiàn)的性能分散性可能影響到蓄電池組的可靠性，所以，為保證蓄電池組容量，應(yīng)對蓄電池進(jìn)行均衡充電。均衡充電采用恒流限壓充電方式。（4）核對性充放電

核對性充放電主要是對浮充電運(yùn)行的蓄電池進(jìn)行一次較大量的充放電反應(yīng)，用于檢查蓄電池的容量，發(fā)現(xiàn)落后的蓄電池并及時維護(hù)處理，以保證蓄電池的正常運(yùn)行。核對性充放電是檢查蓄電池容量以及發(fā)現(xiàn)電池問題的一個比較可靠和有效的手段。2.蓄電池放電

蓄電池放電通常分直流操作電源系統(tǒng)的交流電源消失的事故放電和全核對性放電。3.蓄電池的運(yùn)行維護(hù)（1）蓄電池組的運(yùn)行方式及巡視內(nèi)容

蓄電池組在正常運(yùn)行中主要監(jiān)視電池組端電壓、每只單體電池的電壓值、電池柜內(nèi)的溫度、浮充電壓、浮充電流、電池組及直流母線的對地電阻和絕緣情況。

除巡視以上運(yùn)行參數(shù)外，還應(yīng)包括電池連接線有無腐蝕現(xiàn)象和松動，殼體有無滲漏和變形，極柱與安全閥周圍是否有酸霧溢出等。（2）日常維護(hù)工作:

每周應(yīng)測記一次電池組電壓、單體電池的電壓、電池柜內(nèi)溫度蓄電池組中各蓄電池的開路電壓最大最小電壓差值不應(yīng)超過0.6V，蓄電池在正常浮充狀態(tài)下運(yùn)行，蓄電池端電壓與平均值的偏差不應(yīng)超出+0.2V或-0.1V的范圍。

蓄電池長期工作在浮充運(yùn)行方式下，僅從一支電池的端電壓來判斷電池的現(xiàn)有容量、內(nèi)部是否失水和干裂是很難的。最可靠的辦法是通過核對性充放電試驗(yàn)來查找判斷電池存在的問題。（3）閥控蓄電池的故障及處理:

閥控蓄電池殼體異常:充電電流過大、充電電壓超過了14.4V，內(nèi)部有短路或局部放電、溫升超標(biāo)、閥控失靈。處理方法:檢查充電電流、充電電壓的設(shè)定值、智能充電機(jī)是否故障、安全閥是否堵死。

運(yùn)行中浮充電壓正常，但一放電，電壓很下降到終止電壓值。原因:蓄電池內(nèi)部失水干涸、電解液變質(zhì)。

處理方法:更換電池。蓄電池在浮充方式運(yùn)行時測量的電壓為0V。

原因是電池內(nèi)部正負(fù)極板有短路。處理方法是更換電池。4.異?，F(xiàn)象及排除方法電源裝置發(fā)生異?，F(xiàn)象時，請按照處置方法排除，見下表。報警內(nèi)容故障原因處置方法控制母線過壓控母調(diào)壓裝置未動作將控母調(diào)壓裝置投入使用充電裝置輸出電壓高將充電裝置輸出電壓降低控制母線欠壓控母調(diào)壓裝置未動作將控母調(diào)壓裝置投入使用充電裝置輸出電壓低將充電裝置輸出電壓升高蓄電池電壓低補(bǔ)齊蓄電池容量充電母線欠壓充電裝置停機(jī)啟動充電裝置充電裝置輸出電壓低將充電裝置輸出電壓升高合閘母線欠壓蓄電池電壓低補(bǔ)齊蓄電池容量蓄電池放電終止蓄電池電壓低于放電終止電壓減少負(fù)荷或停止全部負(fù)荷報警內(nèi)容故障原因處置方法蓄電池溫度異常蓄電池環(huán)境溫度過高；浮充電壓過高；蓄電池內(nèi)部短路對周圍環(huán)境溫度進(jìn)行降低的處置；降低浮充電壓；更換蓄電池蓄電池單只故障單只電池電壓偏差大立即進(jìn)行均衡充電交流開關(guān)跳閘交流回路內(nèi)部短路請先試投一次，若再發(fā)生此情況與廠家聯(lián)系直流開關(guān)跳閘直流回路內(nèi)部短路請先試投一次，若再發(fā)生此情況請與廠家聯(lián)系負(fù)荷開關(guān)跳閘饋出回路短路查清出線短路點(diǎn)，立即排除交流故障交流電源失電或缺相立即恢復(fù)正常交流電源直流接地饋出回路外部絕緣降低；電池回路絕緣降低；直流回路絕緣降低逐一斷開開關(guān)，查清何路何處；檢查蓄電池是否漏液；請與廠家聯(lián)系四、UPS的使用與維護(hù)UPS能夠保證任何情況下的正常供電，是供電可靠性的重要基礎(chǔ)。為此，在地鐵交流操作電源中，除工業(yè)電網(wǎng)正常供電外，還需配備UPS供電系統(tǒng)。UPS電源是保障供電穩(wěn)定和連續(xù)性的重要設(shè)備。四、UPS的使用與維護(hù)

圖4-13

UPS工作原理圖

UPS的作用及工作原理如圖4-13所示。UPS作為保護(hù)性的電源設(shè)備，其作用是至關(guān)重要的。當(dāng)交流電源發(fā)生中斷時，UPS立即將電池的電能通過逆變轉(zhuǎn)換的方法向負(fù)載供電。當(dāng)交流電源正常供電時，UPS相當(dāng)于一臺交流穩(wěn)壓器，消除交流電源上的電涌、瞬間高電壓、瞬間低電壓、電源噪聲和頻率偏移等影響。UPS電源系統(tǒng)由整流、儲能、變換和開關(guān)控制4部分組成。1.整流電路

整流電路（AC-DC）將交流電經(jīng)自耦變壓器降壓、全波整流、濾波變?yōu)橹绷麟妷?，供給逆變電路。AC-DC輸入有軟啟動電路，可避免開機(jī)時對電網(wǎng)的沖擊。2.逆變電路