1、動車組牽引供電要求第一節(jié) 動車組供電 第二節(jié) 高速接觸網(wǎng)第三節(jié) 高速受電弓177第一節(jié) 動車組供電一、供電方式二、牽引變電所277動車組牽引供電系統(tǒng)的組成377動車組牽引供電系統(tǒng)牽引變電所接觸網(wǎng)保證質(zhì)量良好并不間斷地向動車組供電在動車組運行中通過與受電弓良好的摩擦接觸將電能傳給動車組477一、供電方式 電氣化鐵路有五種供電方式，即：直接供電吸流變壓器供電帶回流線的直接供電自耦變壓器供電同軸電力電纜供電577直接供電方式 直接供電方式是指在牽引網(wǎng)中不加特殊防護措施的一種供電方式，它以一根饋線接在接觸網(wǎng)上，另一根饋線接在鋼軌上,如圖所示： 677777 這種供電方式最簡單，投資最省，牽引網(wǎng)阻抗小，

2、能耗也較低。供電距離單線一般為30km左右，雙線一般為25km左右。吸流變壓器供電方式 吸流變壓器的供電方式（簡稱BT供電方式）是在牽引網(wǎng)中架設(shè)有吸流變壓器回流線裝置的一種供電方式。目前，在我國電氣化鐵路上采用較為廣泛，如圖所示： 877 吸流變壓器的變比為1:1，它的一次繞組串接在接觸網(wǎng)（T）上，二次繞組串接在專為牽引電流流回牽引變電所而特設(shè)的回流線（NF）上，所以也稱吸流變壓器回流線供電方式（簡稱吸回方式）9773.帶回流線的直接供電方式 帶回流線的直接供電方式是在接觸網(wǎng)支柱上架設(shè)一條與鋼軌并聯(lián)的回流線，如圖所示：1077 利用接觸網(wǎng)與回流線之間的互感作用，使鋼軌中的電流盡可能地回流到牽引

3、變電所，因而能部分抵消接觸網(wǎng)對鄰近通信線路的干擾。11774自耦變壓器供電方式（簡稱AT供電方式） 自耦變壓器供電方式是每隔10km左右在接觸網(wǎng)與正饋線之間并聯(lián)接入一臺自耦變壓器，其中性點與鋼軌相連。1277 自耦變壓器將牽引網(wǎng)的供電電壓提高一倍，而供給動車組的電壓仍然不變。由于自耦變壓器的作用，經(jīng)鋼軌流回的電流，經(jīng)自耦變壓器繞組和正饋線流回變電所。當(dāng)自耦變壓器的一個繞組流過動車組電流時，其另一個繞組感應(yīng)出電流供給動車組。1377 因此，當(dāng)動車組負荷電流為I時，由接觸網(wǎng)和正饋線供給的電流為，另外的負荷電流由自耦變壓器感應(yīng)電流供給。 這種供電方式的牽引網(wǎng)阻抗很小，電壓損失小，電能損耗低，供電能力

4、大，供電距離長，可達4050km。 由于牽引負荷電流在接觸網(wǎng)和正饋線中的方向相反，因而對鄰近的通信線路干擾很小。14775同軸電力電纜供電 同軸電力電纜供電（簡稱CC供電方式），是一種新型的供電方式。同軸電力電纜沿鐵路埋設(shè)，其內(nèi)部芯線作為饋電線與接觸網(wǎng)連接，外部導(dǎo)體作為回流與鋼軌相接。每隔510km作一個分段，如圖所示:1577 由于饋線與回流線在同一電纜中，間隔很小，而且同軸布置，使互感系數(shù)增大，所以同軸電力電纜的阻抗比接觸網(wǎng)和鋼軌的阻抗小得多，牽引電流和回流幾乎全部經(jīng)由同軸電力電纜中流過。因此電纜芯線與外部導(dǎo)體電流相等，方向相反，二者形成的磁場相互抵消，對鄰近的通信線路幾乎無干擾。由于阻抗

5、小，因而供電距離長。但由于同軸電力電纜造價高，投資大，現(xiàn)僅在一些特別困難區(qū)段采用。1677二、牽引變電所 1.牽引變電所的作用 我國電氣化鐵路采用的是工頻單相25kV交流制，而電力系統(tǒng)是一個三相交流系統(tǒng)，需要經(jīng)過變換電壓等級和由三相變換成單相才能使用。電氣化鐵路產(chǎn)生的負序和高次諧波對電力系統(tǒng)會造成多種不良影響，需要通過牽引變電所來解決。因此，牽引變電所應(yīng)具有以下兩個方面的作用:1777 （1）將電力系統(tǒng)的電能變換成適合動車組使用的電能。 在牽引變電所內(nèi)裝設(shè)有牽引變壓器（也稱主變壓器），將電力系統(tǒng)的高壓（一般為110kV或220kV）降為或 （自耦變壓器供電方式），以單相電饋送給接觸網(wǎng)，供動車組

6、使用。國外有些國家的電氣化鐵路采用的是直流制式，或是低頻（16 2/3Hz）交流制式，因此，還需要將交流電整流成直流電，或?qū)⒐ゎl變換成16 2/3Hz，這些變換工作都由牽引變電所來完成。1877 （2）降低電氣化鐵路對電力系統(tǒng)的影響。 電氣化鐵路的單相牽引負荷是一個不對稱的負荷，對三相電力系統(tǒng)產(chǎn)生負序電流和負序電壓。要減輕負序電流和負序電壓對三相電力系統(tǒng)的影響，需要牽引變電所采用換相接線方式或不同接線型式的變壓器。19772變電所保護裝置 一個變電所有十多臺斷路器，每臺斷路器都要有專門的保護裝置來控制。如果沒有符合要求的保護裝置，那么斷路故障就不能迅速地排除，從而造成嚴(yán)重的危害。保護裝置除了用

7、來切斷斷路故障外，也用作發(fā)出不正常運行狀態(tài)的信號，如變壓器過負荷和過熱、控制回路斷線、絕緣不良等不正常狀態(tài)，運行人員發(fā)現(xiàn)不正常信號后，可及時采取措施消除不正常狀態(tài)，保證供電系統(tǒng)的安全、可靠運行。對保護裝置的基本要求如下。2077a.選擇性。保護該跳閘的斷路器跳閘，不該跳閘的不跳，以使停電限制在最小的范圍；b.速動性。故障后迅速動作，可減小設(shè)備的損壞程度及對非故障區(qū)段的影響時間。但速動性不能影響選擇性。c.靈活性。要求對保護范圍的故障反應(yīng)靈敏，不產(chǎn)生拒動；d.可靠性。要求保護裝置的元件和接線處于良好狀態(tài)，該動作時均能正常工作。2177第二節(jié) 高速接觸網(wǎng)一、接觸網(wǎng)的構(gòu)成二、接觸懸掛形式三、接觸網(wǎng)的

8、性能要求四、接觸線及承力索2277一、接觸網(wǎng)的構(gòu)成接觸網(wǎng)是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)中的主要供電設(shè)備，它的功能是向走行在鐵路線上的動車組不間斷地供應(yīng)電能。接觸網(wǎng)必須架設(shè)在鐵路線路的正上方，動車組利用頂部的受電弓與接觸網(wǎng)接觸而獲得電能。為了保證不間斷地供給動車組電能，就必須使動車組的受電弓與接觸網(wǎng)的接觸導(dǎo)線在動車組行駛時有良好的接觸。2377接觸網(wǎng)的主要組成1接觸懸掛部分 包括承力索、接觸導(dǎo)線、吊弦、中心錨結(jié)、補償裝置等。2477承力索:是接觸網(wǎng)承載接觸導(dǎo)線，并傳輸電流的線材。對承力索的要求：承力索的線膨脹系數(shù)與接觸導(dǎo)線相匹配；機械強度高；耐疲勞性能好，耐溫特性好；導(dǎo)電率高等。2577接觸導(dǎo)線：是接

9、觸網(wǎng)中直接與受電弓作摩擦運動傳遞電能的線材。它對接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的受流性能的好壞產(chǎn)生至關(guān)重要的作用，受流系統(tǒng)的許多性能指標(biāo)直接由接觸導(dǎo)線決定，如波動傳播速度，見表4-1。26772777吊弦：其作用是把接觸線懸吊在承力索上，從而組成鏈形懸掛，同時，吊弦還可以調(diào)整接觸線的高度及弛度。分為普通吊弦和彈性吊弦。采用均勻布置，間距為812m。28772977補償裝置下錨及補償裝置：下錨：承力索和接觸線兩端必須錨固。補償裝置，即在導(dǎo)線的端部設(shè)有張力補償器，通過滑輪及補償繩將補償墜砣掛在導(dǎo)線末端進行張力調(diào)整，使導(dǎo)線設(shè)定的張力在氣溫變化時基本保持恒定。補償墜砣補償繩滑輪2支持裝置 支持裝置：用以懸吊和支撐接

10、觸懸掛并將其各種載荷傳遞給支柱或橋隧等大型建筑物。支持裝置還應(yīng)將承力索、接觸導(dǎo)線固定在一定范圍內(nèi)，使受電弓滑行時與接觸導(dǎo)線有良好的接觸。支持裝置結(jié)構(gòu)：根據(jù)接觸網(wǎng)所在的位置及作用不同，支持裝置的結(jié)構(gòu)可分為腕臂支持裝置、軟橫跨、硬橫跨、橋梁支持裝置和隧道支持裝置等。30773177支持裝置3支柱與基礎(chǔ) 用以安裝支持裝置、懸吊接觸懸掛，并承受其載荷。 此外，接觸網(wǎng)還包括供電線，加強線，因供電方式不同而設(shè)置的回流線、正饋線（AF線）、保護線（PW線）等附加導(dǎo)線，以及為安全而設(shè)置的保護設(shè)備和電氣設(shè)備等。3277二、接觸懸掛形式接觸懸掛形式：是指接觸網(wǎng)的基本結(jié)構(gòu)形式，它反映了接觸網(wǎng)的空間結(jié)構(gòu)和幾何尺寸。不

11、同的懸掛形式，在工程造價、受流性能、安全性能上均有差別。另外，對接觸網(wǎng)的設(shè)計、施工和運營維護也有不同的要求。對高速接觸網(wǎng)懸掛形式的要求：受流性能滿足高速鐵路的運營要求、結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、維修方便、工程造價低。3377三種懸掛形式：簡單鏈形懸掛 彈性鏈形懸掛 復(fù)鏈形懸掛 1簡單鏈形懸掛結(jié)構(gòu)性能特點：結(jié)構(gòu)簡單、安全可靠、安裝調(diào)整維修方便，適應(yīng)于高速受流。3477 不足：定位點處彈性小，跨中彈性大，造成受電弓在跨中抬升量大，跨中采用預(yù)留弛度，受電弓在跨中的抬升量可降低；定位點處易形成相對硬點，磨耗大。如果選擇結(jié)構(gòu)形式合理、性能優(yōu)良的定位器，則可消除以上不足。3577定位點2彈性鏈形懸掛 結(jié)構(gòu)特點：

12、相對于簡單鏈形懸掛在定位點處裝設(shè)彈性吊索，主要有兩種形式：“丌”形和“Y”形。彈性吊索的材質(zhì)一般與承力索相同，其線脹系數(shù)與承力索相匹配。3677性能特點：結(jié)構(gòu)比較簡單，改善了定位點處的彈性，使得定位點處的彈性與跨中的彈性趨于一致，整個接觸網(wǎng)的彈性均勻，受流性能好。缺點是彈性吊索調(diào)整維修比較復(fù)雜，定位點處導(dǎo)線抬升量大，對定位器的安裝坡度要求也較嚴(yán)格。37773復(fù)鏈形懸掛結(jié)構(gòu)特點：承力索和接觸導(dǎo)線之間加了一根輔助承力索性能特點：接觸網(wǎng)的張力大，彈性均勻，安裝調(diào)整復(fù)雜、抗風(fēng)能力強38774. 各國對以上三種懸掛形式有不同的認識和側(cè)重，根據(jù)各自的國情發(fā)展自己的懸掛形式。日本：東海道新干線、山陽新干線、

13、東北新干線、上越新干線均采用復(fù)鏈形懸掛。3977法國:大西洋線采用簡單鏈形懸掛 東南線采用彈性鏈形懸掛 4077德國:速度低于160kmh的線路采用簡單鏈形懸掛160km/h及以上的線路采用彈性鏈形懸掛 4177三、接觸網(wǎng)的性能要求動車組運行時，受電弓給接觸導(dǎo)線向上的抬力，使接觸導(dǎo)線抬升。由于接觸導(dǎo)線是一條長軟線，而受電弓又是一個彈性裝置，因此，這種壓力和抬力是變化的，而且變化迅速。列車在以空氣為介質(zhì)的空間運行時，會對受電弓弓臂和弓頭產(chǎn)生具有一定壓力的空氣流，形成對受電弓向上或向下的附加力。4277影響：上面幾種力的合成作用結(jié)果，使接觸網(wǎng)產(chǎn)生振蕩，從而使受電弓滑板不能良好地追隨接觸導(dǎo)線的軌跡，

14、導(dǎo)致脫離接觸導(dǎo)線。后果:是使動車組受流時通時斷，造成動車組行駛時出現(xiàn)牽引力不穩(wěn)定的狀態(tài)。惡劣的氣象條件還會直接影響接觸網(wǎng)的工作狀態(tài)。接觸網(wǎng)設(shè)備應(yīng)具備以下性能要求：43771有足夠的強度，保證接觸網(wǎng)具有穩(wěn)定性；2在惡劣的氣象條件下保證列車在規(guī)定的速度運行時能良好地受流；3對各導(dǎo)線和支持結(jié)構(gòu)、零部件及絕緣子等應(yīng)當(dāng)采取有效的防腐蝕和防污穢技術(shù)措施，以保持整個接觸網(wǎng)設(shè)備的良好狀態(tài)；4接觸懸掛的各項技術(shù)性能應(yīng)滿足受電弓與接觸導(dǎo)線在滑動接觸摩擦?xí)r可靠地工作的要求，使用壽命應(yīng)盡可能的延長；44775各類支持結(jié)構(gòu)和零部件應(yīng)力求輕巧耐用，做到標(biāo)準(zhǔn)化并具有互換性，便于施工和維修保養(yǎng)，發(fā)生事故時也便于搶修，為迅速恢

15、復(fù)供電創(chuàng)造條件；6接觸導(dǎo)線和安裝在接觸導(dǎo)線上的有關(guān)設(shè)備要有良好的平滑度和耐磨性能，接觸導(dǎo)線不應(yīng)有不平直的小彎及懸掛零件等形成的硬點，以免受電弓與其發(fā)生碰撞，造成受電弓和接觸導(dǎo)線的機械損傷和電弧燒傷。4577四、接觸線及承力索1.對接觸線及承力索的要求具有良好的電氣性能、足夠的機械強度和耐磨性能 接觸線應(yīng)具有線密度小(波動傳播速度高)和高溫強度大(耐軟化性能好)的特征 我國目前規(guī)定接觸線的額定張力為10kN(TCG-100)和8.5kN(TCG-85)?？紤]錨段內(nèi)可能出現(xiàn)額定張力15的張力增量，以及接觸線磨耗后截面積的減小值，安全系數(shù)不小于。4677承力索要有一定的機械強度。接觸線及有關(guān)零部件的

16、重量均由承力索承受，并通過支持裝置傳給支柱及有關(guān)結(jié)構(gòu)物。承力索既能減小接觸線的弛度，又可通過吊弦調(diào)整接觸線的高度，改善接觸懸掛的彈性。具有較好的電氣性能。必要時承力索與接觸線并聯(lián)供電，共同擔(dān)負傳導(dǎo)電流的任務(wù)。 承力索的額定張力當(dāng)采用GJ-70(鋼絞線截面為70 mm2)時為15kN，當(dāng)采用GJ-100(鋼絞線截面為100 mm2)時為20kN。47772接觸線的材質(zhì)和規(guī)格我國電氣化鐵路建設(shè)初期，采用銅接觸線，規(guī)格有TCG-100和TCG-85兩種。TCG-100用于區(qū)間及站場正線；TCG-85用于站場站線。 符號含義：T表示銅，C表示電車線，G表示溝形，數(shù)字表示截面積(mm2)。4877鋼鋁接

17、觸線：鋼鋁線的導(dǎo)電性能比銅線要差，可用加大鋼鋁截面積的辦法，使其達到銅導(dǎo)線等同導(dǎo)電性能的截面積，通常稱為當(dāng)量截面積。鋼鋁線結(jié)構(gòu)：其上部為鋁材，用以導(dǎo)電，下部為鋼材，是工作部分，用以承受張力和滿足耐磨要求(簡稱為上、下復(fù)合式鋼鋁接觸線)。鋼鋁線優(yōu)點：與銅線比較，具有強度較高，不易拉斷及耐磨等。鋼鋁線缺點：耐腐蝕性能較差、出現(xiàn)硬彎后不易調(diào)直、硬點不易消除、受電弓通過時易于打弓及鋼鋁結(jié)合部可能產(chǎn)生開裂等。4977接觸線的截面形式及主要技術(shù)性能詳見表：5077第三節(jié) 高速受電弓一、高速受電的特點及要求二、接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的受流質(zhì)量評價三、受電弓簡介 5177一、高速受電的特點及要求1高速受電特點（3方

18、面）接觸網(wǎng)與受電弓的波動特性。高速列車的行駛速度較常速列車高得多，因而受電弓沿接觸導(dǎo)線移動的速度大大加快，這就使接觸網(wǎng)與受電弓的波動特性發(fā)生變化，從而對受電產(chǎn)生影響；高速列車在高速運行時所受的空氣阻力遠較常速列車大得多，空氣動態(tài)力也是高速受電的一個重要因素；5277受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電問題。高速列車所需的牽引功率較常速列車大得多，若采用多弓受電必然會增加阻力和加大噪音，并引起接觸網(wǎng)的波動干擾，因而受電弓的數(shù)量不能太多，這就需要解決受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電問題。 接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)工作可靠是確保高速動力車良好取流的根本條件。53772對高速受電的接觸網(wǎng)的要求（4方面）在最高運行速度和更大的速度

19、變化范圍內(nèi)應(yīng)能保證正常供電；應(yīng)有更高的耐磨性和抗腐蝕（包括抗電蝕）能力；對接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和布置應(yīng)有更高的要求；采用更為先進的接觸懸掛裝置。54773對高速動車組受電弓的要求（5方面）受電弓的滑板與接觸導(dǎo)線之間要保持恒定的接觸壓力，其接觸壓力不能過大或過小。盡可能減輕受電弓運動部分的重量，從而減小運動慣性力，使受電弓滑板迅速跟上接觸導(dǎo)線高度的變化，以保證與接觸網(wǎng)有可靠的電接觸。 5577高速受電弓在結(jié)構(gòu)設(shè)計上要充分考慮空氣阻力的影響，使受電弓滑板在其垂直工作范圍內(nèi)始終保持水平位置，以減小甚至消除空氣制動力對滑板與接觸導(dǎo)線間接觸壓力的影響?；宓牟牧?、形狀和尺寸應(yīng)適應(yīng)高速的要求，以保證良好的接觸狀態(tài)

20、及更高的耐磨性能。受電弓在其工作高度范圍內(nèi)升降弓時，初始動作迅速，終了動作較為緩慢，以確保在降弓時快速斷弧，并防止升降弓時受電弓對接觸網(wǎng)和底架有過大的沖擊載荷。5677二、接觸網(wǎng)受電弓系統(tǒng)的受流質(zhì)量評價 （7方面）1.弓網(wǎng)間動態(tài)接觸壓力。接觸力過大時，會使弓網(wǎng)磨耗加劇，引起弓網(wǎng)位移增加。在定位器和線岔處可能造成受電弓損壞；接觸力過小，會造成離線產(chǎn)生電弧。2.接觸導(dǎo)線最大垂直振幅。指受電弓滑板在一個跨距內(nèi)的上下振動幅度。一般用2倍振幅2A來表示。它反映了受電弓弓頭垂直方向的振動情況，2倍振幅越小，受電弓運動軌跡越平滑，受流質(zhì)量就越好。57773.導(dǎo)線的抬升量。指受電弓經(jīng)過時，接觸導(dǎo)線的最大抬升量

21、，用H表示。受流系統(tǒng)中，受電弓和接觸導(dǎo)線的運動幅度越小，受流質(zhì)量越好。一個好的受流系統(tǒng)，受電弓的振幅應(yīng)均勻。4.離線。高速列車運行時，當(dāng)受電弓與接觸網(wǎng)失去接觸就發(fā)生了離線。評價弓網(wǎng)離線參數(shù)有以下兩個方面：每一次離線的最大離線時間小于100ms；離線率：用運行時間內(nèi)各次離線時間總和與運行時間的比率來表示。我國高速線路的離線率應(yīng)取5以下。58775.硬點。高速列車運行時接觸導(dǎo)線對受電弓滑板的沖擊，主要用受電弓滑板受到的垂直方向和線路方向上加速度的最大值來評定。根據(jù)受電弓使用的滑板類型來確定硬點的評價標(biāo)準(zhǔn)。6.接觸網(wǎng)的靜態(tài)彈性差異系數(shù)。用跨距內(nèi)最大彈性與最小彈性之差與跨距內(nèi)最大彈性與最小彈性之和的比

22、率來表示。評價標(biāo)準(zhǔn)：簡單鏈形懸掛不大于30；彈性鏈形懸掛不大于10；復(fù)鏈鏈形懸掛不大于10。59777.接觸導(dǎo)線彎曲應(yīng)力。彎曲應(yīng)力的允許值為500微應(yīng)變。6077三、受電弓簡介 日本新干線列車受電弓 日本新干線列車基本上采用的是PS200系列受電弓。其縱向（順線路方向）的框架折疊尺寸為850mm，而既有線的受電弓縱向的框架折疊尺寸（如PS16型、PS22型、PS101型受電弓）為2900mm。弓頭結(jié)構(gòu)也與既有線的受電弓有所不同，結(jié)構(gòu)簡單，重量輕， 進一步減少了空氣阻力。 6177（1）PS200A型受電弓（0系電動車組）6277（2）PS201型受電弓（200系列電動車組）6377（3）PS2

23、02型受電弓（100系列電動車組）6477（4）TPS203型受電弓（300系電動車組）6577（5）新型翼形弓頭T型受電弓（500系）可進一步減少受電弓的空氣阻力。該受電弓在一個橢圓形截面T形支架上支承一個翼形的弓頭，但它是根據(jù)仿生學(xué)的原理，仿效鷹的翅膀在空中飛翔，在受流性能方面取得了很好的效果，適應(yīng)300km/h的運行速度。橢圓形截面的支承架里面有氣缸，采用電子裝置控制，保證弓頭與接觸網(wǎng)的接觸壓力保持在491kPa。弓頭截面通過風(fēng)洞試驗與走行試驗，選定了扁平橢圓形斷面。6677受電弓的彈性懸掛系統(tǒng)有三系：第一系為氣缸減振，第二系由弓頭下面的螺旋彈簧產(chǎn)生，第三系由弓頭內(nèi)部的碳纖維增強塑料板和螺旋彈簧構(gòu)成。其降噪效果很