本书系统地介绍了城市轨道交通供电系统的结构及工作原理，着重讨论了城市轨道交通供电工程中特殊问题的分析与解决方法。其主要内容包括：城市轨道交通供电系统外部电源获取，24脉波整流机组，直流断路器，直流牵引供电系统保护的原理与方法，隧道内牵引网阻抗分析计算，杂散电流的监测与防护，列车再生制动能量利用，牵引变电所容量计算，直流牵引网短路计算，现代信号处理方法在城市轨道交通牵引供电中的应用，以及牵引供电系统的稳定性分析等。
本书可作为高等学校电气工程及其自动化专业（城市轨道交通供电方向）本科生或研究生的专业教材，也可供城市轨道交通运营管理、工程设计、科学研究等相关人员参考。
前 言
随着我国城市化进程的推进，越来越多的城市深受交通拥堵的困扰。为缓解城市交通所面临的巨大压力，许多城市正在或将要建设城市轨道交通系统。作为城市轨道交通的重要组成部分，城市轨道交通供电系统与众多工矿企业供电系统、干线电气化铁路供电系统有着较大区别，加之我国城市轨道交通事业发展很快，具有此类知识结构的人才相对较少，因此需要系统地介绍城市轨道交通供电方面的相关知识及技术。本书主要是为电气工程及其自动化专业（城市轨道交通供电方向）的本科生、研究生编写的专业教材，也可供城市轨道交通运营管理、工程设计、科学研究等相关人员参考。
本书共分为九章。第1章介绍城市轨道交通供电与电力系统的关系，以及牵引供电的发展历程。第2章介绍城市轨道交通供电系统的组成及外部电源的获取方式。第3章以设备单元为载体，分别阐述牵引变电所主接线、牵引整流机组的工作原理、直流断路器的灭弧原理与结构、接触网的类型与特点、杂散电流的产生与防治、电力监控系统的构成与功能。第4章则根据直流牵引网的运行特点介绍直流侧继电保护的配置、工作原理及整定配合原则。第5章、第6章介绍城市轨道交通牵引供电系统电气参数的设计、计算方法，牵引网短路故障的稳态、暂态分析方法，以及谐波分析。第7章介绍列车再生制动能量的利用。第8章、第9章是针对近年来直流牵引供电系统出现的异常现象，采用现代信号处理方法和非线性理论从不同侧面阐述其信号特征及产生机理。
本书参考了国内外有关城市轨道交通供电的著作和论文，并在书末列出了相关参考文献的目录，在此一并对其作者表示衷心感谢。
希望本书能对读者有所裨益，并恳请读者给予批评指正。
作 者
2016年1月
李夏青，教授，博导，1956年生人，1982年毕业于合肥工业大学，1991年西南交通大学硕士研究生毕业。历任电气工程系主任，电气工程学院院长、书记。长期从事电气工程，铁道牵引电气化与自动化，地铁供电等领域的教学与科研工作。主持完成各类科研课题20余项，发表学术论文70余篇，被SCI、EI收录20余篇。目前在地铁供电系统故障诊断与保护方面开展研究
第1章 绪 论 1
1.1 城市轨道交通 1
1.2 电力系统与城市轨道交通供电系统 3
1.3 电力牵引制式 5
第2章 外部电源及供配电系统 8
2.1 外部电源 8
2.2 中压网络 15
2.3 动力照明供电系统 17
第3章 牵引供电系统 19
3.1 牵引变电所 19
3.2 牵引网 33
3.3 电力监控系统SCADA 38
第4章 继电保护 48
4.1 针对正极对负极短路的保护 48
4.2 直流牵引网的双边联跳装置 51
4.3 针对正极对地短路的保护 51
4.4 针对异常工作状态的保护 52
4.5 保护配合 53
4.6 自动重合闸 54
第5章 牵引供电计算 55
5.1 平均运量法 56
5.2 运行图法 60
5.3 供电方案的技术经济分析 62
5.4 牵引供电系统谐波分析 62
第6章 牵引供电系统短路计算 75
6.1 交流侧阻抗计算 76
6.2 直流侧短路稳态值计算 81
6.3 直流侧短路暂态值计算 91
第7章 列车再生制动能量利用 99
7.1 列车的再生制动 99
7.2 储能装置的容量 101
7.3 超级电容储能系统 104
第8章 现代信号处理方法在牵引供电中的应用 108
8.1 牵引网的低频振荡电流 108
8.2 牵引电流的能量特征 109
8.3 牵引电流的波形特征 123
8.4 牵引电流的几何特征 129
第9章 牵引供电系统的稳定性分析 139
9.1 牵引供电系统及列车电传动模型 139
9.2 牵引供电全系统模型及定性分析 142
9.3 牵引供电全系统稳定性分析 144
参考文献 155
城市轨道交通供电系统
通常高压输电的电能到了各城市或工业区以后将被区域变电所（站）转配或降低一个等级（如35 kV或10 kV），然后向附近各用电中心送电。城市轨道交通供电系统的电源一般由城市电网供给，它既可以从电力系统的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，这取决于电力系统和城市电网的结构。
城市轨道交通供电系统由主变电所或电力系统的区域变电所、中压配电网络（简称“中压网络”）、牵引变电所、牵引网、降压变电所组成，如图1-2所示。
图1-2 电力系统与城市轨道交通供电系统
1—发电厂（站）；2—升压变压器；3—电力网；4—主降压变电站；5—直流牵引变电所；
6—馈电线；7—接触网（第三轨）；8—走行轨道；9—回流线；10—列车
城市轨道交通供电系统通常被划分为外部电源系统、牵引供电系统和动力照明供电系统。
外部电源系统是连接城市电网与城市轨道交通内部电网的纽带，为牵引或降压变电所输送电力。根据城市轨道交通供电系统从城市电网取得电能形式的不同，一般称主变电所或电力系统的区域变电所为外部电源系统。
牵引供电系统由牵引变电所和牵引网组成。牵引变电所将三相交流电降压、整流后，向在城市轨道交通线路上运行的列车供电。
动力照明供电系统由降压变电所、低压母线排、配电设备、线缆、用电设备等组成，负责向城市轨道交通系统的车站、区间、车辆段、控制中心等设施、机构输送电力。
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