现代有轨电车动力照明配电系统

1.电力负荷

（1）负荷分级及相关说明 变配电所的所址和布置，变压器的容量，电力线路的结线方式以及电缆和开关的选型等诸多问题均受电力负荷的影响，因此在配电系统设计前必须进行电力负荷的计算。所谓电力负荷有两种含义：一种指消耗电能的用电设备或用电单位（用户），如重要负荷、不重要负荷、动力负荷、照明负荷等；另一种指用电设备所消耗的功率或线路中流过的电流，如轻负荷、重负荷、空载负荷、满载负荷等。

依据GB50052—2009《供配电系统设计规范》，电力负荷根据对供电可靠性的要求及中断供电对人身安全、经济损失上所造成的影响程度可以分为三级：

一级负荷：中断供电将造成人身伤害时，或者将在经济上造成重大损失时，又或者将影响重要用电设备的正常工作，当出现上述任一情况，应认定为一级负荷。在一级负荷中，当中断供电将造成人员伤亡或重大设备损坏或发生中毒、爆炸和火灾等情况的负荷，以及特别重要场所的不允许中断供电的负荷，应视为一级负荷中特别重要的负荷。

二级负荷：中断供电将在经济上造成较大损失时，或者将影响较重要用电单位的正常工作，当出现任一情况，应认定为二级负荷。

三级负荷：不属于一级和二级负荷者应为三级负荷。

一级负荷由于其重要性以及损坏后的重大影响，在设计时必须由双重电源供电，以保证在一路供电发生故障时，另一路电源能正常工作。而一级负荷中特别重要的负荷更应增设应急电源，同时禁止其他负荷接入应急供电系统，以保证重要负荷的供电可靠性。二级负荷的供电系统宜由两回线路供电。在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由一6kV及以上专用的架空线路供电。

（2）常用重要电力负荷的级别 现代有轨电车项目中常用重要电力负荷的级别及供电要求：

1）一级负荷：通信系统、信号系统、火灾自动报警系统、消防水系统等系统设备及变电所用电、应急照明等。一级负荷宜由两路来自变电所不同低压负荷母线的电源供电，一用一备，在末端配电箱处自动切换；消防负荷与其他负荷分别供电；综合楼、联合车库等部分大型单体建筑应急照明采用EPS集中蓄电池装置供电，其余小型单体建筑应急照明采用自带蓄电池的分散供电方式。

2）二级负荷：一般的办公用房照明、插座、各类列车库房照明、室外照明、电梯、生活变频给水设备、变电所维修、排水泵、重要设备用房的通风空调设备等。二级负荷宜由变电所低压母线以单回路供电，当变电所只有一路电源时，由低压母联断路器切换保证供电。

3）三级负荷：普通空调设备、工艺设备以及一般的检修设备等。三级负荷仅由变电所低压负荷母线提供一路电源供电，当供电系统一路电源失电时，自动/手动切除该负荷。

2.低压配电用房的相关设置

变配电所所址的选择是否合理，它直接关系到车辆段供配电系统的造价、运行成本和适应负荷的发展等问题。选择车辆段变配电所所址应根据以下原则：

1）进出线方便，接近负荷中心，减小供电线路的长度，减小电能、电压的损耗，减小有色金属的消耗。

2）变配电所应尽可能地靠近电源侧。

3）避开多尘和有腐蚀性气体的场所，避开有剧烈震动的场所。

4）地势较高，运输方便。

5）适当考虑将来有扩建的空间。

变配电所应根据车辆段范围、电力负荷分布及电力负荷的大小等情况全面考虑设置，以保证供电质量、安全、可靠和尽量减少年运行费用。

3.配电线路的相关知识

（1）电力线路的分类 电力线路是连接发电站、变电站和用电设备的线材，是电能传输的载体。电力线路按电压高低分，有高压线路（1kV以上线路）和低压线路（1kV及以下线路）。按结构分，有架空线路、电缆线路和车间（室内）线路等。在现代有轨电车项目中，动力与照明配电系统在室外通常采用低压电缆线路。

（2）配电线路的接线方式 低压配电线路常用的接线方式有放射式、树干式和环形接线三种（见图3-41）。

图3-41 常用的低压配电线路

a）放射式 b）树干式 c）环形

1）放射式接线。放射式接线方式由低压母线经开关设备引出若干回线路，直接供电给容量较大或负荷重要的低压用电设备或配电箱（见图3-41a）。这种接线方式的优点是配电线路互不影响，一回配电线路发生故障导致停电时，不影响其他线路上的用电设备，供电可靠性较高；缺点是开关设备和导线材料耗用较多，增加项目成本。放射式接线方式主要用于容量大、负荷集中或对可靠性要求高的重要用电设备。

2）树干式接线。树干式接线方式由低压母线引出多回干线与车辆段内单体建筑母线连接，再由该母线上引出分支线给建筑内的用电设备供电（见图3-41b）。这种接线方式所用开关设备和导线材料相对较少，节约成本；但若一条干线发生故障，此干线上的所有设备均无法正常运行，影响范围大。树干式接线方式主要用于供电容量小，分布比较均匀的场所。

链式接线是树干式接线的一种变形，特点与树干式基本相同。这种接线方式适用于相距较近、容量较小的次要用电设备，一般不宜多于5台；链式相连的配电箱一般不宜多于3台，且总容量不宜超过10kW。

3）环形接线。环形接线实质是两端供电的树干式接线（见图3-41c）。为避免环形线路上发生故障时影响整个线网，同时也便于实现线路保护的选择性，大多数环形线路采取“开口”方式运行，即在环形线路中断开一处开关。环形接线供电可靠性较高，任一段线路发生故障或检修时，通过切换电源就可避免供电中断，且环形接线可降低电能损耗和电压损耗。但环形接线方式的保护装置及其整定配合比较复杂，若发生错误操作，将会扩大影响范围。

在现代有轨电车项目中通常将多种接线方式结合使用。比如车辆段内的检修设备分散布置在各车间内，大型动力设备的配电以放射式配电为主，小型动力设备采用链式和树干式相结合的配电方式；照明配电采用放射式和树干式相结合，以放射式为主的配电方式；变电所低压开关柜至运用库、联合车库、物资总库、综合楼等单体建筑内的动力照明总配电柜采用放射式的配电方式。

（3）线路的结构与敷设 现代有轨电车工程动力与照明配电系统中大多采用电缆敷设，室内配电线路部分采用绝缘导线。

1）绝缘导线的结构与敷设。芯线外包以绝缘材料的导线称为绝缘导线。按芯线材质分，有铜芯和铝芯两种；按芯线结构分，有单股和多股绞线；按绝缘材料分，有橡皮绝缘和塑料绝缘导线；按芯线外有无保护层分，有无保护和有保护层绝缘导线。

绝缘导线的敷设方式，分明敷和暗敷两种。明敷是指导线直接或在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚的表面及桁架、支架等处。暗敷是指导线在管子、线槽等保护体内，敷设于墙壁、顶棚、地坪及楼板等内部，或者在混凝土板孔内敷线等。

相关规程对绝缘导线的敷设有以下规定：①线槽布线或穿管布线的导线中间不许直接接头，接头必须通过专门的接线盒；②穿金属管或金属线槽的交流线路，应将同一回路的相线及中性线穿在同一金属管或金属线槽内，以避免金属管或金属线槽因穿越导线中的电流不平衡而在金属中产生铁损，使金属管、槽发热，从而导致导线过热甚至烧毁；③穿线的管、线槽与热水管、蒸汽管同侧敷设时，应敷设在水、气管的下方，如果必须敷设在水、气管的上方，则应远离热源或采取隔热措施。

2）电缆的结构与敷设。电力电缆由芯线、绝缘层和保护层三部分组成。保护层又分内保护层和外保护层，内保护层用于直接保护绝缘层，外保护层用于防止内保护层受机械损伤和腐蚀。

电缆与电缆、电缆与导线通过电缆头连接，电缆头包括中间接头和终端头。

根据电缆采用的绝缘介质不同分为油浸纸绝缘电缆和塑料绝缘电缆。塑料绝缘电缆具有结构简单、制造容易、重量较轻、安装方便、防酸碱腐蚀等优点。常见的塑料绝缘电缆有聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆和交联聚乙烯绝缘聚氯乙烯护套电缆。按电缆的芯数可分为单芯、双芯、三芯、四芯和五芯等。按缆芯材质分铜芯和铝芯两类。

现代有轨电车工程中常用的电缆敷设方式有直接埋地式敷设、电缆沟敷设和电缆桥架敷设。而电缆隧道和电缆排管敷设方式较少采用。

①直接埋地敷设。直接埋地敷设需事先沿敷设路径挖好壕沟，在沟底铺上软土或沙尘，然后将电缆埋在其中，电缆上面再铺软土或沙尘，最后加盖混凝土盖板，并回填土。

这种敷设方式施工简单、造价低、节省土建材料、电缆散热好；但挖掘土方量大，电缆易受土中酸碱物质腐蚀。电缆根数较少，敷设距离较长时，多采用此法。

②电缆沟敷设。电缆沟敷设是将电缆敷设在电缆沟或隧道的电缆支架上，电缆沟由砖砌或混凝土浇筑而成，上面加盖板，内侧有电缆架。

这种敷设方式维修方便、占地面积小，但成本略高，电缆沟内易产生积水，需做好排水措施。电缆根数较多，且敷设距离不长时，多采用此法。

③电缆桥架敷设。电缆桥架敷设是电缆敷设在桥架内，电缆桥架装置由支架、盖板、支臂和线槽组成。这种敷设方式结构简单、安装灵活、占地空间少、成本小、建设周期短、可任意走向。

（4）导线、电缆选型及截面选择

1）电力电缆的选型。在一般环境和场所，可选用铝芯电缆。在重要场所及有剧烈震动、强烈腐蚀或有爆炸危险的场所，宜采用铜芯电缆。直接埋地敷设的电缆，应采用有外保护层的铠装电缆。在可能发生位移的土壤中，直接埋地敷设的电缆，应采用钢丝铠装电缆。敷设在电缆沟、电缆桥架中的电缆，一般采用裸铠装电缆或塑料保护套电缆，且应优先选用交联电缆。两端高度差较大时，不能采用油浸纸绝缘电缆，以防止油压差过大造成渗漏油和高端电缆局部缺油而降低绝缘水平。电力电缆型号中各符号的含义见表3-2。

表3-2 电力电缆型号中各符号的含义

示例：ZQ22-3×70-10-300表示为铜芯、纸绝缘、铅包、双钢带铠装、聚氯乙烯外护套、3芯、截面积70mm²、额定电压为10kV、长度300m的电缆；

YJLV42-3×150-10-400表示为铝芯、交联聚氯乙烯绝缘、粗钢丝铠装、聚氯乙烯外护套、3芯、截面积150mm²、额定电压为10kV、长度400m的电缆。

2）低压导线的选型。住宅内的绝缘线路，只允许采用铜芯绝缘导线，一般采用铜芯聚氯乙烯绝缘线（即BV线）或铜芯聚氯乙烯绝缘聚氯乙烯护套线（即BVV线）。在低压TN系统中，应采用四芯或五芯电缆。

3）线缆截面的选择。选择导线和电缆截面时必须满足以下条件：①发热条件：导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的发热温度，不应超过其正常运行时的最高温度；②电压损失条件：导线和电缆在通过正常最大负荷电流时产生的电压损失ΔU%，不应超过正常运行时允许的电压损失ΔU_sI%；③机械强度条件，导线截面不应小于其最小允许截面。线路电压越高，架设跨距越大，机械强度要求越高，其最小允许截面越大。

4.配电系统的保护

（1）熔断器保护 熔断器串联在高低压电路中，主要用作短路保护，有的也可实现过负荷保护，在电路出现短路故障和严重过负荷时，熔断器的熔体熔断，切断电路，将故障部分切除，而使系统的其他部分恢复正常运行。

熔断器在供配电系统中的配置，应符合“选择性保护”的原则，也就是熔断器要配置得能使故障范围缩小到最低限度。此外应考虑到经济性，即配电系统中配置的熔断器数量要尽量少。

配置熔断器必须注意：在低压系统的PE线（保护线）和PEN线（保护中性线）上，不允许装设熔断器，以免PE线或PEN线因熔断器熔断而断路时，使所有接PE线或PEN线的设备的外露可导电部分（金属外壳、构架等）带电，危及人身安全。

（2）低压断路器保护 低压断路器能在短路、过负荷和失压情况下自动跳闸，切除故障部分，而使系统的其他部分恢复正常运行，当故障消除以后，合上低压断路器即可恢复供电。因此低压断路器保护广泛应用于供电可靠性和自动化程度要求较高的低压配电系统中。(www.xing528.com)

（3）继电保护 继电保护的作用有两个：

1）故障时作用于跳闸。当系统出现故障时，继电保护装置动作，使最靠近故障点的断路器跳闸，切除故障部分，恢复系统的其他部分正常运行，同时发出信号，提醒工作人员及时处理事故。

2）异常状态时发出报警信号。

（4）防雷措施

1）变配电所的防雷措施：①室外配电装置应装设避雷针来防护直接雷击；②在高压侧装设阀式避雷器保护主变压器，以避免雷电冲击波沿高压线路侵入变电所；③在多雷区防止雷电波沿低压线路侵入而击穿电力变压器，需在低压侧装设阀式避雷器或击穿保险器。

2）建筑物的防雷措施。依据GB50057—2010《建筑物防雷设计规范》，建筑物（含构筑物）根据其重要性、使用性质、发生雷电事故的可能性和后果，按防雷要求分为三类。对建筑物的防雷措施应严格参照《建筑物防雷设计规范》，首先明确其防雷等级，在屋面上设明敷或暗敷避雷带，利用结构柱内的主筋作为避雷引下线，利用结构基础内的钢筋作为自然接地体，并预留人工接地条件。对于金属屋面的建筑应优先利用金属屋面作防雷接闪器，防雷引下线亦可利用建筑物本身的金属体，如钢梁、钢柱等。

（5）接地保护 保护接地的形式有两种：一种是设备外露可导电部分经各自的PE线分别接地，如TT系统和IT系统；另一种是设备外露可导电部分经公共的PE线或PEN线接地，如TN系统。

5.电气照明及其配电

（1）常用的电光源 将电能转换成光学辐射能的器件称之为电光源。照明电光源按电光转换机理分主要有：热辐射光源、气体放电光源和其他发光光源。电光源的分类如图3-42所示。

（2）常用灯具及选择 由电光源、照明灯具及其附件共同组成的照明装置称为照明器。人们通常将照明器称作照明灯具（简称灯具）。灯具除了具有固定光源、保护光源、使光源与电源可靠连接的作用外，还具有对光源的光通量进行重新分配以及防止光源产生眩光的作用。

图3-42 电光源的分类

1）常用灯具的分类。按灯具的结构特点分，主要类型有开启型、闭合型、密闭型和防爆型等。它们的结构特点见表3-3。

表3-3 灯具的结构型式和结构特点

车辆基地常用的几种灯具及其图形符号如图3-43所示。

图3-43 车辆基地常用的几种灯具及其图形符号

a）配照型工厂灯 b）广照型工厂灯 c）深照型工厂灯 d）斜照型工厂灯（弯灯） e）广照型防水防尘灯 f）圆球形工厂灯 g）双罩型万能型工厂灯 h）机床工作灯

2）常用灯具的选择。灯具选择如果不恰当，轻者不能满足生产的要求，严重者将会引起火灾事故。灯具选用的基本原则有以下几点：

①功能原则：合乎要求的配光曲线、保护角、灯具效率，款式符合环境的使用条件。尽量选用光效高、寿命长、直接配光的灯具，以达到合理利用光通量和减少电能消耗的目的。

②安全原则：符合防触电安全保护规定要求。灯具的种类与使用环境相匹配。如潮湿的场所应采用防潮型的灯具；有腐蚀性气体的场所，应采用密闭型灯具；有爆炸危险的场所，应采用防爆型灯具等。

③协调原则：灯饰与环境整体风格协调一致。

④高效原则：在满足眩光限制和配光要求条件下，应选用效率高的灯具，以利于节能。

⑤经济原则：使投资和运行费用最小化。

同时还考虑灯具的安装高度以及安装是否方便，更换灯泡是否容易等。

（3）照明配电设备的选择

1）车间内的照明一般由配电箱直接控制，应选用各回路带开关的配电箱，这些开关多数是单极的，实行逐相控制。当照明由局部开关控制一个或几个灯具时，可选用各回路仅带熔断器的配电箱。大型车间宜选用带低压断路器的配电箱。

2）室内照明的每一相分支回路通常采用大于15A的熔断器或低压断路器保护。对于大型车间允许增加到20～30A。每一单相分支回路所接的灯数（包括插座）一般不超过25个。当采用多管荧光灯具时，允许增大到50个灯管。

3）道路照明除各回路要有保护外，每个灯具宜加单独的熔断器保护。

4）为了防止由于中性线中断而引起负载的三相电压不平衡，使负载无法正常工作，甚至烧坏设备，TN系统的中性线上不允许安装熔断器。

6.电能节约

（1）电力变压器的电能节约

1）选用节能型电力变压器，淘汰或改造老式电力变压器。

2）合理选择电力变压器的容量，既要满足当前负荷的需要，又要考虑5～10年负荷发展的要求。

3）实行电力变压器的经济运行方式。

4）加强电力变压器的运行维护和检修实验工作。

（2）电动机的电能节约

1）选用新型高效节能电动机，淘汰或改造老式电动机。

2）合理选择电动机的类型和各种参数（包括功率、电压、电流等）。

3）合理选择电动机的运行方式，尽量减少起动次数和空载运行时间。

4）尽量采用先进的控制方式和控制设备。

5）尽量提高电动机的自然功率因数，或进行就地无功补偿。

6）加强电动机的运行维护，提高检修质量，减少机械摩擦损失。

（3）水泵的电能节约

1）选用高效节能型水泵和高效低耗的配套电动机。通常，水泵电动机设计容量比实际需要高很多，存在“大马拉小车”的现象，效率低下。基于此，可借助变频驱动水泵，实现轴输出功率随流量调节而下降。该项技术节能效果显著，节电率为20%～50%，是国家重点推广的节能技术之一。

2）堵塞管网漏水，防止跑、漏、渗、滴。

3）根据用水量变化，水泵断续运行，并合理调整水泵运转台数。

4）合理设计管网，不迂回，少拐角，管道短，尽量减少管道阻力。

5）避免不同扬程的水泵并列运行，也要避免不同流量的水泵串联运行，这两种运行方式都可导致水泵低效率运行。

6）离心式水泵采用无底阀运行，利用射流器抽真空自吸上水，提高抽水效率，以节约电能；也可以利用抽气法或真空自吸灌法，来提高水泵效率。

（4）电气照明的电能节约

1）采用优质节能光源，一般场所优先采用LED灯或高效发光的荧光灯以及紧凑型荧光灯，高大车间、厂房及室外照明宜采用高压钠灯、金属卤化物灯等高效气体放电光源。

2）正确选用配光合理，反射效率高，耐久性好，并与光源、电器附件协调配套的灯具。

3）选择合理的照明方案。