一、基本组成与功能

　　轨道交通供电系统，由城市电网区域变电所以高压110kV向主变电所供电，经降压并在沿线结合牵引变电所、降压变电所进线形成35kV组成的中压环网，由环网供沿线设置的牵引变电所经降压整流为直流电750V，从而对电动列车供电；车站机电设备则由降压变电所降压为380220V对动力、照明等供电。这种供电方式的中压网络的电压等级应根据用电容量、供电距离、城市电网现状及发展规划等因素，经技术[供电中心1] 经济综合比较后确定。

　　分散供电方式是指不设主变电所，而直接由城市电网区域变电所的35kV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。采用这种方式的环境必须是城市电网比较发达，在有关车站附近有符合可靠性要求的供电电源。其中压网线的电压等级应与城市电网相一致。在这种方式下，可设置电源开闭所，并可与车站变电所合建。

　　混合供电方式，顾名思义就是上两种的混合，即指一条轨道交通线路，一部分采用集中供电，另一部分采用分散供电。

　　牵引降压变电所是为城市轨道交通运营提供所需电能的系统，他不仅为城市轨道交通电动列车提供牵引用电，而且还为城市轨道交通运营服务的其他设施提供电能，如照明、自动扶梯、自动售票、通风、空调、给排水、通信、信号、防灾报警系统等。

　　二、变电所及其运行方式

　　1．变电所分类及要求

　　城市轨道交通供电系统中一般设置三类变电所，即主变电所、降压变电所及牵引降压混合变电所。主变电所是指采用集中供电方式，接受城市电网110kV电压等级的电源，经其降压后以中压35kV供给牵引变电所和降压变电所的一种城市轨道交通变电所。降压变电所从主变电所获得电能并降压变成低压交流电。牵引变电所从主变电所获得电能，经过降压和整流变成电动列车牵引所需要的直流电流。在有牵引变电所和降压变电所的站点，为方便运行管理，降低工程造价，合并建成牵引降压混合变电所。当由其他变电所引入中压电源而独立设置降压变电所时，可称为跟随式降压变电所。

　　降压变电所一次侧母线及低压侧母线采用单母线分段接线。牵引变电所一次侧母线采用备自投的单母线分段接线，直流侧采用单母线接线。

　　主变压器的容量根据近、远期负荷计算确定、分期实施，并在一台主变压器退出运行时，其他变压器能负担供电范围内的一、二级负荷。

　　牵引整流机组的数量和容量根据近、远期计算负荷比较确定，并在其中一座牵引变电所退出运行时，相邻的两座牵引变电所应能分担其供电分区的牵引负荷。

　　配电变压器的容量选择应满足一台配电变压器退出运行时，另一台配电变压器能负担供电范围内远期的一、二级负荷。

　　变电所的继电保护装置应针对不同电压等级输电网络及各种变电所不同的接线形式分别考虑。继电保护应满足选择性、灵敏性、可靠性及速动性的要求。变电所的继电保护装置及自动装置的设计应符合供电系统的要求，同时兼顾系统内相关继电保护之间和自动装置之间的配合。对于中压环网系统的电缆，为切除相间短路和单相接地故障，在进出线开关柜设光纤纵联差动保护、过电流保护、零序电流保护。

　　2．变电所的运行方式

　　（1）主变电所

　　110kV分段母线供电。35kV侧设分段母线联络断路器，正常时，母线联络断路器断开，两台主变压器分别运行，共同负担全站的全部负荷。当一回110kV电源或一台主变压器故障跳闸退出运行时，35kV母联断路器自动合闸，有[供电中心2] 另一台主变压器向本站供电区域的一、二级负荷供电。这种互为备用的运行方式大大提高了供电系统的可靠性。

　　（2）牵引降压混合变电所

　　35kV侧和0.4kV均为单母线分段。牵引降压混合变电所按其所需容量设置两组牵引整流机组并列运行。当其中一套机组因故退出运行时，另一套机组在具备运行条件时不应退出运行。该运行条件系[供电中心3] 指：牵引整流机组过负荷满足要求,不影响故障机组的检修。如果这些条件能满足，那么一套牵引整流机组维持运行，既可保持列车运行，还可降低能耗、降低轨电位、减少杂散电流的影响。该所降压部分的运行方式同降压变电所。

　　（3)降压变电所

　　35kV侧为单母线分段，而0.4kV除跟随式降压变电所外，均为单母线分段。每个降压变电所、跟随式降压变电所均设两台动力变压器，分别负责向本变电所所在半个区间内的动力照明负荷供电。正常运行时两台动力变压器分别运行同时供电，当任一台动力变压器因故障退出运行时，通过联络开关由另一台动力变压器负担全所一、二级动力照明负荷。

　　三、中压交流环网系统

　　城市轨道交通的中压交流环网系统可采用牵引与动力照明相对独立的网络形式，也可采用牵引与动力照明混合的网络形式。对牵引与动力照明相对独立的网络，牵引供电网络与动力照明网络的电压等级可以相同，也可以不同。供电系统中的中压网络应按列车运行的远期通过能力设计，对互为备用线路，一路退出运行时，另一路应能承担一、二级负荷的供电，线路电压损失不宜超过5%。

　　四、直流牵引供电

　　1．组成与要求

　　在轨道交通牵引供电系统中，电能从牵引变电所经馈线、接触网输送给电动列车，再从电动列车经钢轨（称轨道回路）、回流线流回牵引变电所。由馈电线、接触网、轨道回路及回流线组成的供电网络称为牵引网。牵引供电系统即由牵引变电所和牵引网组成，其中牵引变电所和接触网是牵引供电系统的主要组成部分。接触网按其结构可分为架空式和接触轨式，按其悬挂方式又可分为柔性（弹性）接触网和刚性接触网。轨道交通牵引供电采用接触轨供电，由于接触轨式是沿线路敷设的与轨道平行的附加轨，故又称第三轨。

　　牵引变电所：供给城市轨道交通一定区域内牵引电能的变电所。

　　接触轨：经电动列车的受电器向电动列车供给电能的导电钢轨。

　　馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线。

　　回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所的导线。

　　电分段：通过在接触网中设置特殊的装置或结构形式将接触网分隔成若干个从结构和电气上相互隔离的区段。

　　轨道：列车行走时，利用走行轨作为牵引电流回流的电路。

　　牵引变电所的数量、容量和设置是根据牵引计算的结果，并经济技术比较后确定的。它们一般设置在城市轨道交通沿线若干车站及车辆段附近。每个牵引变电所按其所需容量设置两组牵引整流机组并列运行，沿线任一牵引变电所故障解列，由两侧相邻的牵引变电所共同承担该区段的全部牵引负荷。

　　2．运行方式

　　一般地，车辆段内采用单边供电方式，正线采用双边供电方式。

　　在采用双边供电时，当某一牵引变电所故障退出运行时，该段接触轨就成为了单边供电方式。正线上任何牵引变电所故障退出运行时，均由相邻牵引变电所越区供电。在越区供电方式下，供电末端的接触轨电压比较低，电能耗损较大，因此，视情况要适当减少同时处在该供电区段的列车数目。另外，直流馈线保护整定时还需考虑大双边供电方式下的灵敏度。因此，越区供电只是在不得已的情况下，短时采用的一种运行方式。

　　（1）双边供电

　　牵引变电所向接触轨供电方式有两种，即单边供电和双边供电。城市供电中接触轨在每个变电所附近由电分段进行电气隔离，分成两个供电分区，每个供电分区也称一个供电臂，如列车只从所在供电臂上的一个牵引变电所获得电能，这种供电方式称为单边供电。如一个供电臂同时从相邻两个牵引变电所获得电能，则称为双边供电。

　　（2）单边供电

　　混合所牵引因故障全部退出运行时，将本所接触轨越区电动隔离开关（闸刀）闭合，接触轨由相邻两变电所进行供电，实现越区大双边供电，末端所牵引因故障全部退出运行时，接触轨由相邻变电所供电，实现单边供电。

　　（3）越区供电。

　　越区供电是一种非正常供电方式（也称事故供电方式）。

　　越区供电是指牵引变电所超越正常供电范围，向相邻牵引变电所所属的停电牵引网供电。

　　在采用双边供电时，当某一牵引变电所故障退出运行时，该段接触轨就成为了单边供电。当相邻两个牵引变电所都不能向某一区段供电时，则可通过闭合故障牵引变电所处接触轨的联络隔离开关（越区隔离开关），实施越区供电。

　　2．越区供电的注意事项

　　（1）越区供电必须上、下行共同实施，越区供电期间，各所加强巡视。

　　（2）越区供电期间，供电调度应掌握负荷动态情况，按照相关规定会同行车调度员优先保证列车运行。

　　（3）实施越区供电时，变电所、分区所定值区的切换由供电调度远方操作为主，供电调度员、变电所值班员、变电检修人员应熟练掌握定值区切换方法，以便应急处置。

　　3．在什么情况下启动越区供电程序

　　（1）牵引变电所两路外部电源同时失电造成牵引变电所全所停电并经电力调度确认在20分钟内无法恢复送电，或恢复送电时间无法确定的，可启动越区供电方案进行越区供电。

　　（2）牵引变电所内设备故障造成牵引变电所全所停电并经调度和现场检修人员确认20分钟内无法恢复送电，或恢复送电时间无法确定的，可启动越区供电方案进行越区供电。

　　（3）牵引变电所一个方向馈电线（包括一个方向的上、下行全部馈线）故障，经调度或现场检修人员确认20分钟内无法恢复送电，或恢复送电时间无法确定的，可启动越区供电方案进行越区供电。

　　（4）牵引变电所一个方向馈电线仅上行或下行侧因故障失电的情况下，可在判明无影响接触轨送电情况的条件下采取合闸上、下行联络开关的方式供电。

　　4．案例：B站下行线牵引直流停电后的操作程序

　　B站变电所211、213开关故障退出运行，实行大双边越区供电方式：

　　（1）确认211、213开关在分位，并把211、213开关小车拉至实验位，拉开2111、2131触轨闸刀；

　　（2）合上B站变电所的2113越区闸刀，由A站变电所213开关及C站变电所211开关供电。

　　图1

　　四、低压配电系统

　　400V配电系统根据负荷等级分类直接向车站、区间的低压设备供电，从负荷分类来讲，一、二级负荷占绝大多数，因此400V配电系统的可靠性、保护选择性高。

　　400V配电系统包括进线开关、母联断路器、馈出开关、三级负荷总开关、电流互感器、多功能仪表等设备。采用单母线分段连接，设母联断路器，两段母线上的负荷尽量均衡分配，与配电变压器安装容量匹配。

　　1. 设备房分布（常见标准站）

　　变电所低压室、低压配电室各一座分别布置在站台层两端，各负责半个车站及区间的负荷；

　　环控室两座布置在站厅层两端，各负责半个车站的环控负荷；

　　物业配电室在物业层；

　　照明配电室四座分别在站台和站厅层两端；

　　蓄电池室（应急照明电源）两座，站台层两端；

　　2. 低压主结线

　　图2

　　一级负荷、二级负荷、三级负荷

　　按用途分：动力和照明两大类

　　①一级负荷

　　供电方式：从I、II段母线(即两路引自降压变压器电源)各引一路电源到设备附近，在线路末端设双电源自动切换箱(相对集中的小容量 一级负荷为节省投资而共用一个双电源自动切换箱就近配电)

　　负荷包括：

　　通信、信号、FAS、EMCS、AFC；应急照明、站厅和站台照明、出入口照明；屏蔽门、垂直梯、排水泵、雨水泵、回排风机、排热风机、组合式空调箱、小系统排烟风机。

　　②二级负荷

　　供电方式：从I或II段母线引一路电源，当所在母线故障时母联开关投入，由另一母线供电。当低压配电系统中只有一路电源时，允许将其从系统中切除（人工切除）

　　负荷包括：

　　一般照明（房屋、板下、插座）；自动扶梯、污水泵、通风机；设备房维修、区间检修。

　　③三级负荷

　　供电方式：由三级负荷总开关引来一路单电源，一路总进线电源故障时自动被切除，人工复位。在火灾情况下，FAS系统直接切断三级负荷总电源。

　　负荷包括：

　　广告照明、装饰照明；冷水机组、冷冻泵、冷却泵、冷却塔风机；清扫机械、商铺。

　　4. 400V配电系统运行方式

　　正常运行时，400V配电系统由所内35kV分列母线经电力变压器变换为两个独立的400V三相交流电源。两个独立的低压进线电源同时供电，两段母线分列运行。当一个低压进线电源失压时，进线开关与母联断路器可实现“自投自复，手投手复”等投入方式。

　　城市轨道交通供电系统中，低压开关柜多为封闭式户内成套设备，其功能为向除地铁电动车辆以外的所有低压用电设备供电，保证地铁各种用电设备安全地、可靠地、连续地运行。

　　（1）正常运行模式：

　　正常工作时，两路35kV电源经变压器降压后，分别向两段400V母线供电，400V母线为单母线分段运行，并承担车站及区间动力照明的全部用电负荷。

　　（2）事故运行模式：

　　当一路电源失电时，延时跳闸，自动手动切除两段母线上的三级负荷，母联开关合闸，由另一路进线承担全站所有的一、二级负荷；当故障电源恢复供电后，断开母联开关，母线分段运行，返回正常运行模式。三级负荷开关设有手动自动选择控制开关。

　　（3）火灾运行模式

　　当发生火灾时，FAS系统发出指令，由设于断路器处的分励脱扣器切除火灾区域内全部非消防电源。当FAS系统确认灾情处理完毕后，发出解除指令，由人工恢复火灾区域的正常供电。

　　（4）400V进线主开关的运行方式

　　1#进线开关、2#进线开关、母联开关只设一个共用的就地远方转换开关和一个模式选择开关，装在母联开关柜上。设置原则及操作模式如下：

　　①设置原则

　　1#进线开关、2#进线开关、母联开关正常情况下只能有两个开关在合位；当进线失压时，才能投入母联开关；

　　当一路进线开关带400V两段母线运行，或本段母线有压，另一段无压的情况下，该运行进线开关失压后，该进线开关和母联开关不动（维持原状态）；

　　当进线失压时，进线开关延时（时间可整定）跳闸，I、II段母线上的三级负荷自动手动切除，并合母联开关；当进线来电时，母联开关自动分闸，进线开关自动合闸， I、II段母线上的三级负荷可自动手动合闸；

　　三级负荷总开关设就地、远方两种控制方式，并通过转换开关实现，当转换开关在远方位时，三级负荷有自动切除功能；当转换开关在就地位时，无自动切除功能。

　　②操作模式

　　所谓“手动”是指通过手动按钮操作母联断路器合闸，所谓“自动”是指通过PLC 模块实现母联断路器自动合闸；所谓“手复”是指通过手动按钮操作母联断路器分闸和1#进线断路器或2#断路器合闸，所谓“自复”是指通过PLC模块实现母联断路器自动分闸和进线断路器自动合闸。

　　“就地”是指通过当地的按钮控制和PLC控制，“远方”是指在控制中心通过RS485MODBUS总线与PLC实施信息交换执行控制。

　　五、交直流供电系统

　　交直流盘采用单母线分段方式运行，设有两个进线开关及一个母联开关；两路进线电源由400V分段母线分别引入。

　　正常运行时，低压配电系统400V两段母线各引出一回三相电源分别向交流盘两段母线供电，母联开关处于热备用位置。

　　当发生一路交流失电后，故障回路进线开关断开，母联开关投入，以一路电源同时带两段母线的方式运行。

　　当故障电源恢复后，母联开关断开，之前退出的进线开关闭合，恢复至分段运行的方式。

　　直流自用电系统由变电所交流盘的两段母线各引一回三相电源，两路进线电源互为备用，并设置进线双电源自动切换装置，双电源自动切换装置采用PC 级产品。

　　正常供电时，充电单元对蓄电池组进行充电或浮充电，同时为全所的经常性直流负荷提供电源，由蓄电池向冲击负荷供电。

　　交流失电后，由蓄电池向所内全部负荷包括经常性负荷和冲击负荷供电。 直流母线采用单母线分段。