1.2 地铁的供电布局及路网基本形式及车辆
1.2.1 地铁供电布局
地铁有地下、地面、高架线路3种，敷设方式的选择与城市现状、总体规划、环境条件等因素密切相关，不同的线路敷设方式对工程造价的影响程度很大，主要是线路土建工程、轨道工程、机电系统工程和前期工程等。
1.地铁的环网供电方式
地铁环网供电方式采用比较多的是电缆单环网、电缆双环网等形式，有些城市的地铁采用电缆单环网，因为消防等电源不适合动力照明网络，目前我国基本不采用电缆单环网，而相对较多的是电缆双环网。电缆双环网系统中变压器分别接到在两个不同的电源系统中，各带50% 的负荷，此种接线具有较高的供电可靠性和灵活性。最大限度地确保地铁用电，当任一段电缆线路或环网单元发生故障或检修时，低压母线闭合，可保障用户不间断供电，解决了单环网供电方式因故障而造成的大面积停电问题。
2.地铁环网供电技术的应用原则
在进行线路设计时，在电压等级确定的前提下，应遵循以下原则：
1）满足安全可靠的供电要求。
2）每一个变电站均应有两个独立的电源。
3）设备容量及电压降满足要求。
4）满足负荷分配平衡的要求。
5）供电分区应就近引入电源，尽量避免反送电。
6）具有良好的经济指标。
7）满足继电保护的要求。
8）系统接线方式尽量简单。
9）全线牵引变电站、降压变电站的主接线尽量一致。
10）满足运行管理、倒闸操作的要求。
11）满足设备选型的要求。
1.2.2 地铁环网供电技术的应用形式
根据地铁环网供电技术功能的不同，为牵引变电站供电的环网网络称为牵引供电网络；同样，为降压变电站供电的环网网络称为动力照明供电网络。目前，国内城市轨道交通工程经常采用的形式有牵引动力照明混合网络与牵引动力照明独立网络。牵引动力照明独立网络既可采用不同的电压等级，也可以采用同一个电压级，牵引网络与动力照明网络相对独立，彼此相互影响较小。牵引动力照明混合网络采用同一电压等级，并通过公用电源电缆同时向牵引变电站、降压变电站提供电能。
1.环网供电技术运用的可靠性
1）环网供电的概念 城市的地铁主干线一般采用环形线路，这种线路是一个连续的配电线路，能够形成闭合的环形电路，它的起点和终点是在同一组母线上连接的，而为了增加运行过程中的灵活性，往往在每个区段内都会设置各自的断路器。通常采用分段断路器将母线分为两段，再将两个端口连接在线路保护器的两端，线路保护器是一种纵差保护电路，这种保护器在线路发生故障时，能够通过保护器将故障电路从主线路中隔离出来，而不会影响其他正常部分的电路工作。
2）供电方式 环形电网可以划分为两种运行形式，即开环运行和闭环运行，而地铁中的供电系统主要是以闭环运行的。这样可以将闭环供电不间断供电的特性发挥出来。而对于继电保护装置来说，由于其在装置的整定方面存在较大的困难，所以采用开环运行。如果严格按照规定，对于开环点的选取是要经过一系列的计算和设计之后才能够确定的，但在实际的工作过程中，我们是选取环网干线的中间位置展开开环点的设置，如此一来，开环点就可以很好地将故障点隔离。单、双侧环网供电系统如图1-1、图1-2所示。
图1-1 单侧环网式供电系统示意
图1-2 双侧环网供电系统图
目前，国内的中压（10～35kV）环形电网都采用开环的运行模式。地铁环网供电技术是通过中压电缆，纵向将上级主变电站和下级牵引变电站连接起来，横向将全线的各个牵引变电站、降压变电站连接起来，其功能类似于电力系统中的输电线路。由于环网供电系统中每一个用电点都有两路电与电源连接，形成环形电网，因此为供电系统的稳定运行提供了保障。环网供电技术的应用能够减少停电的次数，便于调节电力，减小误操作的概率。同时，在供电系统出现故障的时候，环网供电技术的应用能够快速地利用SCADA发出故障警报，做出相应的措施，最大化地减少故障对整个系统的影响，便于维护人员及时处理出现的问题，恢复故障区域的正常供电。
1.2.3 其他常见的地铁供电方式
1）集中式供电方式 集中式供电方式具有以下优点：
①在进行供电过程中, 受外界环境的影响较小,具有较高的可靠性。
②因为设有专门的供电站,所以可以为一些专用的电路进行供电,供电质量较好。
③自由度较高, 可以进行自由调度管理, 使供电站具有较高的可靠性,得以发挥地铁的最大效率。
④操作简单,易检修,建设工程量较小, 容易实现, 经济效益好。集中式供电方式的缺点是投入的资金较多, 调度要求比较高，集中式供电方式由城市电网区域变电站以高电压等级的电压（110kV或220kV）向地铁主变电站供电，地铁主变电站将高压降为中压等级（33kV或10kV），然后再分别向地铁牵引变电站和降压变电站供电，牵引变电站再降压整流为直流750V或1500V供接触网对电动列车供电；降压变电站降为380V对动力、照明等供电，如图1-3所示。
图1-3 集中式供电线网图
2）分散式供电方式 即在城市电网直接采用降压的供电方式给地铁车站内的各设备进行供电。分散式供电方式的缺陷是在供电时容易受到外界环境的干扰，由于城市电网的接入点很多,所以在进行城市电网的统一规划和管理时,难度会非常大,而且一旦出现故障,就很难解决甚至会影响地铁的正常运行;其整流机在工作中,会产生各种谐波,从而对城市电网的正常运行产生很大的影响根据地铁供电系统的需要，在地铁沿线直接从城市电网引入多路电源，由区域变电站直接对地铁牵引变电站和降压变电站供电。这种供电方式多为AC10kV电压级，因为我国各大城市的电网在逐渐取消或改造AC35kV这一电压级，要想在10～30km的范围内引入多路AC35kV电源是不现实的。分散供电方式要保证每座牵引变电站和降压变电站都能获得双路电源，如图1-4所示。
图1-4 分散式电源供电系统
3）混合式供电方式 所谓混合式就是集集中式和分散式于一体,其形式有两种,一种是将集中式和分散式并联在一起进行供电;另一种是在地铁站的中压环线采用集中式供电, 然后再把集中式变成分散式,进行分散供电, 以此建立起完善的地铁供电系统，对地铁系统进行合适的供电选择，一般以集中供电为主，在某些地方采用分散供电的方式，以对原有的供电系统进行补充。但是，这种供电方式需要的准备以及调控比较复杂，虽然在理论上是最佳的供电方式，但是执行难度较大，一般还是采用前两种供电方式的地铁线路比较多。
1.2.4 地铁供电系统的供电方式的选择
通过上述对地铁供电方式的分析可以得出一个结论：集中供电方式和分散供电方式各有优缺点，而混合供电方式执行难度较大，所以对地铁供电方式的选择还是应根据实际情况来选择。
1）从供电质量上选择 首先，集中供电方式相比较分散供电方式在供电质量上略胜一筹，集中供电方式的电能来源主要来自电厂的高压电，因此其供电质量较高；分散性供电的电能来自城市电网，其电能稳定性较差。
2）从供电可靠性选择 集中供电方式发生线路短路或者故障的可能性较小，因为集中供电方式电力的主要来源是电厂高压电，在防护措施方面做得十分到位，因此受到干扰的程度较低，可靠性较强；分散供电方式的电力主要来源是城市电网，建立了很多的开闭所，干扰程度较大，一旦发生故障，则需要周围的开闭所对其进行补偿供电，因此可靠度不高。
3）从运营管理方面选择 集中供电方式在调整中比较方便，因此运营管理难度系数不大；分散供电方式的电力来源是城市电网，其接口多、操作相对比较复杂，因此调整比较麻烦。
4）地铁供电系统的保护措施 地铁供电系统的保护措施主要针对供电系统的变压器站采取的相关措施，即电流速断保护、纵联差动保护、瓦斯保护、过电流保护、过励磁保护、温度保护以及零序电流的保护，其中最重要的是电流速断保护和纵联差动保护措施。这种保护措施是通过安装电流速断或者纵联差动，以解决变压器中性点直接接地电网侧绕组和引线接地短路、引出线和绕组造成的相间短路以及绕组匝间短路等故障。地铁供电系统运行的各个保护措施之间相互补充、相互配合，能够及时有效地解决变压器的各种故障问题，提高电力变压器运行的可靠性。
1.2.5 中压供电系统
国外选用33kV、20kV、10kV供电系统较多，我国则采用35kV、33kV、10kV供电系统较多，每种选择各有利弊。
1）35kV中压供电系统的输送距离远、传输容量大、电能损失小、设备国产化程度高，但设备体积大、价格偏高。
2）20kV中压供电系统的传输距离和传输容量适中，电能损失较小、体积较小、价格适中，可以国产化生产。
3）10kV中压供电系统的传输距离和传输容量较小，电能损失大、体积小，价格低，市场占有率大。
1.2.6 地铁车站及车辆
车站按其功能分为4种：
1）中间站 只供乘客乘降用，此类车站数量最多，设施也最多。
2）中途折返站 在中间站设有折返线路设备即称为折返站，一般在市区客流量大的区段设立，可以满足乘客需要，同时节省运营开支。
3）换乘站 既用于乘客乘降又为乘客提供换乘的车站。
4）终点站 地铁线路两端的车站，除了供乘客上、下或换乘外，通常还供列车停留、折返、临修及检修使用（段场）。
地铁车辆是城市轨道交通系统的重要组成部分，也是技术含量较高的机电设备。地铁车辆应具有先进性、可靠性和实用性，应满足容量大、安全、快速、美观和节能的要求。地铁车辆有动车（Motor train）和拖车（Trailer）、带司机室车和不带司机室车等多种形式。动车本身带有动力牵引装置，拖车本身无动力牵引装置；动车又分为带有受电弓的动车和不带受电弓的动车。地铁车辆在运营时一般采用动拖结合、固定编组，形成电动列车组。由于它本身带有直流动力牵引装置，兼有牵引和载客两大功能，因此与铁路列车不同，不需要再连挂单独的机车。
1.2.7 地铁车辆的组成及路网形式
1）车体 车体是容纳乘客和司机驾驶（对有司机室的车辆）的地方，又是安装与连接其他设备和部件的基础。一般有底架、端墙、侧墙及车顶等。
2）动力转向架和非动力转向架 动力转向架和非动力转向架的装置位于车体和轨道之间，用来牵引和引导车辆沿着轨道行驶，承受与传递来自车体及线路的各种载荷并缓冲其动力作用，是保证车辆运行品质的关键部位。一般由构架、弹簧悬挂装置、轮对轴箱装置和制动装置等组成。
3）牵引缓冲连接装置 车辆编组成列安全运行必须借助于连接装置。为了改善列车纵向平稳性，一般在车钩的后部装设缓冲装置，以缓和列车的冲动。
4）制动装置 制动装置是保证列车安全运行不可缺少的装置。城市轨道车辆制动装置除常规的空气制动装置外，还有再生制动、电阻制动和磁轨制动等。
5）受流装 从接触导线（接触网）或导电轨（第三轨、小三轨）将电流引入动车的装置称为受流装置或受流器（靴）。受流装置按受流方式可分为以下几种形式：
①杆形受流器；
②弓形受流器；
③侧面受流器；
④轨道式受流器；
⑤受电弓受流器。
1.2.8 地铁车辆的内部设备
车辆内部设备包括服务于乘客的车体内固定附属装置和服务于车辆运行的设备装置。属于前者的有车电、通风、取暖、空调、座椅、拉手等。服务于车辆运行的设备装置大多吊挂于车底架，如蓄电池箱、继电器箱、主控制箱、电动空气压缩机组、总风缸、电源变压器、各种电气开关和接触器箱等。系统主要为车体及内装、车钩和缓冲器、贯通道、车门、空调与通风、照明、空气制动系统、转向架、电气系统（牵引、辅助、控制）、乘客信息及视频监控系统、列车自动控制（ATC）。
1.2.9 地铁车辆的编组原则
1）满足单向高峰小时断面客流量的需要；
2）兼顾信号系统最大调度容量；
3）考虑对初、近、远期客流变化的适应能力；
4）考虑运维成本；
1.2.10 地铁列车的速度
1）最高运行速度：80km/h;
2）构造速度：90km/h;
3）经济运行速度（常规）：≥36km/h。