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《城市轨道交通供电系统》习题答案模块1城市轨道交通系统及供电系统概述思考与练习1．简述城市轨道交通系统的特点。答：（1）样式的多样性。（2）规划布局要求的科学性和合理性。（3）建设和服务的高标准化。（4）发展性和复杂性。（5）综合性。2．简述城市轨道交通系统的主要技术特征。答：（1）采用列车编组化运营，运量大。（2）良好的线路条件与控制体系，速度快。（3）电力牵引，污染少、环保。（4）可采用地下和高架敷设方式，占地面积小。（5）全隔离的路权方式，安全性、可靠性好。（6）良好的环控体系和候车环境，乘车舒适性佳。3．简述城市轨道交通系统的构成。答：由车辆、供电系统、通信系统、信号系统、自动售检票、暖通空调、屏蔽（安全）门、自动扶梯和电梯、防火灭火系统、给排水系统、综合监控系统组成。4．简述城市轨道交通系统的分类方法。答：（1）按导向方式的不同。（2）按线路架设方式的不同。（3）按线路隔离程度的不同。（5）按牵引方式的不同。（6）按运营组织方式的不同。（7）按高峰小时单向运输能力的不同。（8）按动能范围、车辆类型及主要技术特征的不同。5．简述我国城市轨道交通系统的发展现状与存在问题。答：（1）发展现状：截至2017年年末，我国内地共计33个城市开通城市轨道交通并投入运营，开通城轨交通线路161条，运营线路长度达到4712km。到2020年左右，中国内地城市轨道交通运营线路总规模将达到9000km。（2）存在问题：①对城市未来发展的认识不足，剖析不够，对轨道交通战略定位不准，发展模式单一；或因城市空间结构、人口规模等不稳定，轨道交通选取的系统规模与客流需求不匹配。②网络规划缺乏前瞻性，规划设计忽略城市特性和实际需要，网络层次及系统选型单一，后期运营组织灵活度差，服务水平较低，运营效率不高。③轨道交通规划设计与周边地下空间开发结合度不高，设计灵活度较低，地下空间没有得到高效利用，造成地下空间资源浪费。6．简述城市轨道交通供电系统采用直流供电制式的原因。答：（1）城市轨道电动车辆的功率并不很大，供电半径也不大，因此供电电压不需要太高。（2）在同样的电压等级下，直流制因为没有电抗压降，而比交流制的电压损失小。（3）城市轨道供电系统的供电线路处在城市建筑群之间，供电电压不宜太高，以确保安全。（4）大功率半导体整流元件（晶闸管）的出现，使得可在直流制电动车辆上采用整流器，对直流串励牵引电动机进行调压调速，减少能耗，给直流制增添新的生命力。（5）快速晶闸管出现后，由快速晶闸管等组成的逆变器可将直流电逆变成频率可以调节的交流电，解决了多年来想采用结构简单、结实的鼠笼式异步电动机作为牵引电动机的愿望。7．简述城市轨道交通供电系统的组成。答：主要由外部供电系统、牵引供电系统、动力照明供电系统和SCADA系统组成。8．举例说明城市电网对城市轨道系统的供电方式，并说明每种供电方式的特点。答：（1）集中供电。沿着城市轨道交通线路，根据用电容量和城市轨道交通线路的长短，建设一座或几座地铁专用的主变电站。（2）分散供电。采用分散供电方式可以取消地铁主变电站，从而节省主变电站的投资，但是地铁电源系统能否采用这种方式与城市电网发达情况密切相关。采用集中供电方式可使地铁供电系统与外界的接点减少，便于日后的运营维护。（3）混合供电。混合供电方式是前两种供电方式的结合，以集中供电方式为主，个别地段引入城市电网电源作为集中供电方式的补充，使供电系统更加完善和可靠。9．简述城市轨道交通牵引供电系统的组成。答：牵引变电所和接触网是牵引供电系统的主要组成部分。10．简述城市轨道交通动力照明供电系统的组成。答：降压变电站、配电所（室）和蓄电池。11．举例说明城市轨道交通供电系统的功能。答：（1）全方位的服务功能（2）故障自救功能（3）自我保护功能（4）防止误操作的功能（5）方便灵活的调度功能（6）完善的控制、显示和计量功能（7）电磁兼容功能12．举例说明杂散电流的形成原因。答：由于钢轨与隧道或道床等结构之间的绝缘电阻不是无限大，因此势必造成流经牵引轨的牵引电流不能全部经钢轨流回牵引变电所的负极，有一部分的牵引电流会泄漏到隧道或道床等结构钢上，然后经过结构钢和大地流回牵引变电所的负极，这部分泄漏电流因大地土壤的导电性质及地下金属管道的位置不同，可以分布很广，故称为杂散电流。13．简述杂散电流的防护原则及防护措施。答：（1）防护原则：①防。防就是隔离和控制所有可能的杂散电流泄漏途径，减少杂散电流进入城市轨道的主体结构、设及可能与其相关的设施。②排。排就是通过杂散电流的收集及排流系统，提供杂散电流返回至牵引变电所负极的通路，防止杂散电流继续向本系统外泄漏，以减少腐蚀。③监测。设置完备的杂散电流监测系统对杂散电流的大小进行监视、测量，为运营维护提供依据。（2）防护措施：①降低钢轨对地电位。②增加钢轨对地过渡电阻。③敷设杂散电流收集网。模块2牵引变电所的主要电气设备思考与练习1．简述牵引变电所的特点。答：（1）结构紧凑，占地面积小（2）防火要求高（3）维护周期长（4）有效利用再生电能2．简述牵引变电所的工作原理。答：直流牵引变电所从主变电站或城市电网双电源受电，经变压器降压、分相后，按一定整流接线方式由大功率硅整流器把三相交流电变换为与直流牵引网相应电压等级的直流电，向列车提供直流电能。3．简述牵引变电所内设备分类。答：（1）变换设备（2）控制设备（3）保护设备（4）补偿设备（5）成套设备4．简述干式变压器的优点。答：（1）干式变压器避免了由于运行中发生故障而导致变压器油发生火灾和爆炸的危险。（2）干式变压器不会像油浸式电力变压器那样存在渗漏油的问题，更无变压器油老化的问题，通常干式变压器运行维护和检修工作量大为减少，甚至可以免维护。（3）干式变压器一般为户内式，对特殊需要的场合亦可制成户外式。对户内式而言，它可以和开关柜安装于同一室内，从而减小安装面积。（4）干式变压器由于无油，其附件很少，也无密封的问题。5．简述干式变压器的性能特点。答：（1）环氧浇注干式变压器的性能特点。①整体机械强度好，耐受短路能力强。②耐受冲击过电压的性能好，基准冲击水平（BenchmarkImpactLevel，BIL）值高。③防潮耐腐性能好，适合恶劣环境下工作。④可制造大容量的干式变压器。⑤局部放电小，运行寿命长。⑥可从备用状态立即投入运行，无需预热去潮处理。⑦损耗低，过负荷能力强。⑧制造经验丰富，运行管理规范。（2）真空浇注工艺类干式变压器的性能特点。真空浇注工艺类干式变压器的性能特点是绝缘薄、质量稳定、绝缘性能好。（3）SF6气体绝缘干式变压器的性能特点。SF6气体的特性是五色、无毒、无味，在600℃下属于稳定的惰性气体。同时它不易燃烧，不爆炸，绝缘性能好，热容量比变压器油稍差，但在0.14MPa以上散热性能好，能完全满足变压器的散热要求。6．简述电弧放电的特征及危害。答：（1）电弧放电的特征。①起弧电压、电流的数值很低。②电弧中含有大量的电子、离子，因此电弧有良好的导电性能，具有很高的电导。③电弧能量集中，温度很高。④电弧是一束质量很轻的游离状态的气体，在外力的作用下，能迅速移动、伸长、弯曲和变形。（2）电弧的危害。①电弧的存在延长了开关电器断开故障电路的时间，加重了电力系统短路故障的危害。②电弧产生的高温将使触头表面熔化和汽化，烧坏绝缘材料。对充油电气设备还可能引起着火、爆炸等危险。③由于电弧在电动力和热力的作用下能移动，因此很容易造成飞弧短路和伤人，或引起事故的扩大。7．简述电弧产生的根本原因。答：是开关触头在分断电流时，触头间电场强度很大，使触头本身的电子及触头周围介质中的电子被游离而形成电弧。8．简述产生电弧的游离方式。答：（1）热电子发射。（2）强电场发射。（3）碰撞游离。（4）热游离。9．简述电弧的去游离形式。答：（1）复合。复合是正、负带电质点相互结合变成不带电质点的现象。（2）扩散。扩散是弧柱中的带电质点溢出弧柱外，进入周围介质的现象。10．简述影响去游离的因素。答：（1）电弧温度。（2）介质的特性。（3）气体介质的压力。（4）触头材料。11．简述直流电弧的熄灭方法。答：（1）拉长电弧。（2）开断电路时在电路中逐级串入电阻。（3）在断口上装灭弧栅。（4）冷却电弧。12．简述开关电器中常用的灭弧方法。答：（1）提高触头的分闸速度（2）采用多断口灭弧（3）吹弧（4）短弧原理灭弧（5）利用固体介质的狭缝狭沟灭弧（6）用耐高温金属材料作触头、优质灭弧介质灭弧13．简述高压断路器的作用。答：（1）控制作用。（2）保护作用。14．简述高压断路器的基本要求。答：（1）工作可靠。（2）具有足够的开断能力。（3）具有尽可能短的切断时间。（4）具有自动重合闸性能。（5）具有足够的机械强度和良好的稳定性能。（6）结构简单、价格低廉。15．简述高压断路器的类型。答：（1）油断路器。（2）SF6断路器。（3）真空断路器。（4）直流断路器。16．简述SF6断路器的结构类型。答：常见的SF6断路器按照对地绝缘方式的不同分为落地罐式SF6断路器和绝缘子支柱式SF6断路器。17．简述落地罐式SF6断路器的优点。答：（1）结构重心低，抗震性能好。（2）灭弧断口间电场较好，断流容量大，可以加装电流互感器，还能与隔离开关、接地刀闸、避雷器等融为一体，组合成复合式开关设备。（3）借助于套管引线，基本上不用改装就可以用于全封闭组合电器之中。18．简述真空断路器的分类。答：（1）按真空灭弧室的布置方式，真空断路器可分为落地式真空断路器、悬挂式真空断路器、综合式真空断路器和接地箱式真空断路器。（2）按真空灭弧室的外壳，真空断路器可分为玻璃外壳式真空断路器可陶瓷外壳式真空断路器可。（3）按触头形状，真空断路器可分为横磁吹式真空断路器和纵磁吹式真空断路器。19．简述真空断路器的安装要求。答：（1）安装前应对真空断路器进行外观和内部检查，真空灭弧室、各零部件、组件要完整、合格、无损、无异物。（2）严格执行安装工艺规程，各元件安装的紧固件规格必须按照设计规定选用。（3）检查极间距离，上下出线的位置、距离必须符合相关的专业技术规程要求。（4）所使用的工器具必须清洁，并满足装配的要求，在灭弧室附近紧固螺丝时不得使用活扳手。（5）各转动（滑动）件应运动自如，运动磨擦处应涂抹润滑油脂。（6）整体安装调试合格后，应清洁抹净，各零部件的可调连接部位均应用红漆打点标记，出线端接线处应涂抹防腐油脂。20．简述真空断路器的优缺点。答：（1）触头开距小，动作快。（2）燃弧时间短，触头烧损轻。（3）寿命长，适于频繁操作。（4）体积小，结构紧凑，真空灭弧室不需检修，维修工作量小。（5）防火、防爆性能好。（6）制造工艺复杂，造价高。（7）监视真空度变化的简易装置还没有。（8）开断小电流时，有可能产生较高的过电压，需采取降低过电压的措施。21．简述隔离开关的用途。答：（1）隔离电源。（2）隔离开关与断路器配合进行倒闸操作。（3）通、断小电流电路。（4）在某些终端变电站中，快分隔离开关与接地开关相配合，代替断路器的工作。22．简述隔离开关的技术要求。答：（1）分开后应具有明显的断开点，易于鉴别设备是否与电网隔开。（2）断开点之间应有足够的绝缘距离，以保证在过电压及相间闪络的情况下，不致引起击穿而危及工作人员的安全。（3）有足够的动热稳定、机械强度和绝缘强度。（4）分、合闸时的同期要好，要有最佳的分合闸速度，以尽可能降低操作过电压。（5）结构简单，动作可靠。（6）带有接地刀闸的隔离开关必须装设联锁机构，以保证隔离开关的正确操作。23．简述隔离开关的结构组成。答：开断元件、支撑绝缘件、传动元件、基座和操作机构。24．简述高压负荷开关的分类。答：（1）按使用地点分为户内型和户外型（2）按灭弧方式分为产气式、压气式、压缩空气式、油浸式、真空式和SF6式（3）按是否带熔断器分为带熔断器式和不带熔断器式25．简述高压熔断器的特点。答：熔断器具有结构简单、体积小、布置紧凑、使用方便；动作直接，不需要继电保护和二次回路相配合；价格低等优点。26．简述操作机构的结构。答：操