高速铁路供电

高速铁路供电,王金花武汉铁路职业技术学院电话Q：549879265,电气化铁路的发展,采用电力机车为主要牵引动力的铁路称为电气化铁路。,什么是电气化铁路,？,电气化铁路的出现,1879年，德国西门子公司建造并展示了世界上第一条电气化铁路，这条铁路不足600米长，采用两轨道间设置第三轨的供电方式，电压采用DC100V，牵引功率3马力，时速只有4英里/小时，牵引三节车厢，最多可以搭乘30名旅客。它开创了新的牵引方式-电气化铁道诞生，也是铁路现代化的标志。,世界上第一条电气化铁路,电气化铁路的发展,最早期的电气化铁道多采用直流供电方式。,后来，在日本、德国等国家相继采用了低频单相交流制的供电方式。直到20世纪20年代，随着工频单相交流制供电方式在电气化铁道干线上的应用，经过六十多年的实践，它终于成为电力牵引供电的主要方式和发展方向。,电气化铁路的发展,高速电气化铁路时代的到来,1964年，世界上第一条高速电气化铁路-东京至大阪的新干线建成通车，该段铁路采用60Hz，25KV交流供电制，最高时速210KM/h，拉开了高速电气化铁路建设的新篇章。,电气化铁路的发展,电气化铁路的发展,日本最新型磁悬浮列车登场时速603公里,我国电气化铁道的发展,我国第一条电气化铁路是宝（鸡）成（都）线宝鸡-凤州段，并于1961年8月15日正式通车并交付运营，从此揭开了我国电气化铁路建设的序幕。,电气化铁路的发展,2002年11月27日，“中华之星”在秦沈客运专线综合实验中，成功创造了中国铁路的最高时速321.5Km/h，这也标志着我国进入了高速电气化铁路时代。,电气化铁路的发展,我国电气化铁道的发展,电气化铁路的发展,美国修建高速铁路计划(2030年达到17000km),电气化铁路的发展,动车组牵引供电系统的组成,牵引供电系统,牵引供电系统,牵引供电系统,牵引变电站（所）（TractionSubStation，SS）,从公用电力系统（PublicElectricPowerSystems）接受电能，通过变压器将电能从三相110kV或220kV变换成单相27.5kV（对AT系统为227.5kV），并向铁路上、下行两个方向的牵引网供电。变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。变电所的主要设备牵引变压器（有多种接线方式）断路器（SF6、真空、少油、油断路器），隔离开关避雷器、避雷针电压互感器、电流互感器控制、保护、测量、计量、监视和电源设备无功补偿装置、调压装置,牵引供电系统,牵引网（TractionNetwork）,由馈电线、接触网、轨道、回流线等设施构成的输电网络馈电线：连接牵引变电所和接触网的导线接触网：沿线路露天敷设，通过和受电弓的滑动接触，把电能输送给电力机车的供电设施。由接触线、承力索以及支持、悬挂和定位器等装置组成。轨道：牵引电流的回流导线；支撑与导向；信号专业轨道电路其它设备：负馈线（回流线），吸上线，BT，AT，正馈线，保护线，地线，供电线,牵引供电系统,分区所（SectionPost,SP）设于两变电所之间，把电气化铁道牵引网分成不同供电区段，装有开关设备，根据运行需要可以连接同一供电臂的上、下行接触网，或连接相邻供电臂以实现越区供电。,牵引供电系统,开闭所（Sub-feederSwitchingPost,SFSP）实际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、多路馈线，用以实现对站场各股道群的分别供电控制。进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区接触网停、供电在断路器上可实现短路故障保护，从而缩小事故停电范围对AT牵引网，往往同ATP合建，增强对供电臂供电的灵活性自耦变压器（AT）所（ATPost,ATP）AT供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上放置自耦变压器的场所。,牵引供电系统,AC220kV,避雷器,电压互感器,电流互感器,架空地线,主变压器,一次设备,牵引供电系统,单相变压器,AC220kV,AC27.5kV,主变压器,牵引供电系统,AC27.5kV母线,27.5kV真空断路器,隔离开关,隔离开关控制手柄,27.5kV高压室内布置,牵引供电系统,AC27.5kV,AC27.5kV出口,避雷器,27.5kV馈线布置,牵引供电系统,27.5kV馈电线与接触网相接,牵引供电系统,牵引供电系统,馈线电压27.5kV额定工作电压25kV最高工作电压29kV最低工作电压19kV接触网的供电方式有四种：单边供电、双边供电、越区供电、并联供电,接触网的供电方式,接触网是向电力机车供电的特殊输电线路。,几个参数：,牵引供电系统,1单边供电每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能。优点：相邻供电臂电气上独立，运行灵活，接触网发生故障时，只影响到本供电分区，故障范围小，牵引变电所馈线保护装置较简单。,应用范围：是我国主要的接触网供电方式。,1输电线2牵引变电所3馈电线4接触线5钢轨6电力机车7分区所（亭）,供电系统图,牵引供电系统,2双边供电每个供电分区同时从两个牵引变电所获得电能。优缺点：可提高接触网电压水平，减少电能损耗。但馈线及分区亭的保护及开关设备都较复杂,应用范围：,1输电线2牵引变电所3馈电线4接触线5钢轨6电力机车7分区所（亭）,供电系统图,在我国很少采用。,牵引供电系统,3越区供电当某一牵引变电所因故障不能正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经分区亭开关设备与相邻供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供电措施。,越区供电（非正常供电方式，属于单边供电的特殊形式）,应用范围：只能在较短时间内实行越区供电，是避免中断运输的临时性措施。,牵引供电系统,4并联供电复线区段同一侧供电臂上、下行线通过开关设备（或者电连接线）实行并联供电。,优缺点：并联供电可提高供电臂末端电压，但是接触网发生事故时，影响范围大，运行检修不够灵活。,我国在哈大线、太焦等线路使用了并联供电，繁忙干线应优先采用上下行分开的供电方式。,复线区段供电示意图,应用范围：,牵引供电系统,1直接供电方式牵引变电所与接触网间不设置任何防干扰设备。,优缺点：馈电回路结构简单，造价低，但对通信线路干扰较大。,1输电线2牵引变电所3馈电线4接触线5钢轨6电力机车7分区所（亭）,供电系统图,牵引供电系统的供电方式,牵引供电系统,2BT供电方式牵引供电系统中加装吸流变压器回流线装置的供电方式,当牵引电流流经吸流变压器原边，将强迫流经轨道的大部分电流通过吸上线流到回流线中返回牵引变电所。由于回流线电流抵消了绝大部分因接触网电流产生的电磁感应影响，因而对通信线的影响大为减轻。,BT供电方式,牵引供电系统,评价：并不能完全消除电磁干扰，存在半段效应；使得牵引网单位长度阻抗加大，供电电压损失及电能损失均增加，在接触网回路中增加了变压器设备和电气分段，结构复杂和维护工作量大；机车受电弓通过吸流变压器分段时，将产生电弧，烧损接触线和受电弓滑板。应用情况：目前我国电气化铁道中采用BT供电方式的线路中，大部分BT变压器已经退出运行。,2BT供电方式,牵引供电系统,自耦变压器供电方式，牵引变压器将110kV三相电降压至单相55kV，接触网与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，其中心抽头与钢轨联结。,3AT供电方式,正馈线（AF线）,保护线（PW线）,AT供电方式,牵引供电系统,自耦变压器供电方式具有良好的防干扰性能，但是也存在半段效应。,图中，AT1、AT2间可以有效消除干扰，但是，AT2和机车间的干扰不能消除。,AT供电方式,牵引供电系统,评价：采用AT供电方式使牵引网电压增高，电流减小，牵引变电所间距离增大，提高了网压水平；自耦变压器并联于接触网上，不需增设电分段，能适应高速、大功率电力机车运行；AT供电方式的接触网结构复杂，保护方式繁琐。,3AT供电方式,牵引供电系统,4直供加回流线,在线路的田野侧，架设回流线，和钢轨并联。,优缺点：经济性好、可靠性高、故障率低、维修工作量小馈电回路简单，回路阻抗较小，一次投资及运营费均较低这种供电方式是我国主要使用的供电方式。,直接加回流线供电方式,牵引供电系统,电分相,器件式电分相对电力机车受电弓产生很大冲击目前大多采用锚段关节式电分相来消除此问题，这种关节式电分相一般由两个绝缘锚段关节和一段接触网中性区组成但要求多个受电弓之间满足严格的限制条件否则很有可能产生相间短路。目前只有要求机车乘务员频繁进行一系列操作来避免事故发生；这样大大增加乘务员的工作强度，实际运行中该故障已多次发生对于客运专线，列车速度较高，分相环节成为制约列车运行速度的主要障碍。因此自动过分相技术成为解决这一问题的重要途径。应该对研究和运行了几十年的自动过分相技术进行总结和提高，使之在高速铁路得到应用。,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,在线检测电路,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,闭合,无列车状态,自动过分相,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,在线检测电路,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,闭合,列车靠近,自动过分相,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,在线检测,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,闭合,进入中间断电区、在线检测,自动过分相,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,断开,在线,开关断路器（）断开,自动过分相,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,在线,开关断路器（）,闭合,开关断路器（）,断开,开关断路器（）闭合,自动过分相,（）电源,（）电源,架线,中间断电区,轮轨,无列车,开关断路器（）,断开,开关断路器（）,断开,开关断路器（）断开,自动过分相,接触悬挂支持装置定位装置支柱与基础,接触网是沿铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路。它由四部分组成：,接触网,接触网,1、接触悬挂,接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索和补偿器及连接零件。,作用：将电能输送给电力机车；技术要求：接触悬挂的弹性应尽量均匀；接触线对轨面的高度应尽量相等，限制接触线坡度；接触悬挂在受电弓压力及风作用下应有良好的稳定性；接触悬挂的结构及零部件应力求轻巧、简单、可靠，做到标准化。,1支柱2棒式绝缘子3平腕臂4承力索5接触线6定位器7吊弦8定位管支撑9定位管10平腕臂11钢轨,接触网结构图,接触网,支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串、棒式绝缘子及接触悬挂的悬吊零件。提速后的平腕臂结构如右图所示，包括棒式绝缘子、平腕臂、单耳腕臂作成。,作用：支持装置是接触网中支持接触悬挂，并将其机械负荷传给支柱固定的部分。,2、支持装置,1悬式绝缘子2拉杆3腕臂4吊弦5承力索6基础7支柱8棒式绝缘子9定位器10接触线11坠砣,架空式接触网空间结构示意图,接触网,定位装置包括定位管、定位器、定位线夹及其连接零件。,作用：固定接触线的横向位置，使接触线水平定位在受电弓滑板运行轨迹范围内。,3、定位装置,定位器,接触网,如右图中所示，为常用的预应力钢筋混凝土支柱，其基础直接埋入地中。,作用：支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。,4、支柱与基础,1支柱2棒式绝缘子3平腕臂4承力索5接触线6定位器7吊弦8定位管支撑9定位管10平腕臂11钢轨,接触网结构图,接触网,4、支柱与基础,常见基础类型：,接触网,按照接触悬挂结构分为两大类：简单悬挂：无承力索链形悬挂：承力索、吊弦、接触线组成链形悬挂：按照接触线、承力索的补偿情况：未补偿、半补偿、全补偿按照接触线、承力索的相对位置：直链型、半斜链形、斜链形按照定位点处是否安装弹性吊索：简单链形和弹性链形,接触网的分类大多以接触悬挂的类型来区分,按承力索的多少分为：单链形(1根)双链形(2根)多链形(3根及以上),中国接触网主要采用：全补偿简单(弹性)直(半)斜链形悬挂。,接触网,1、简单悬挂,由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。简单悬挂的主要形式：简单悬挂:接触线直接固定于悬挂点。弹性简单悬挂:接触线通过弹性吊弦固定于悬挂点。优点：结构简单、支柱高度低、投资小、施工检修方便。缺点：导线的张力、驰度随温度变化较大；导线弹性不均匀；不利于机车高速受流。,接触网,1支柱2拉线3绝缘子串4接触线5腕臂6棒式绝缘子,未补偿简单悬挂示意图,1坠砣2补偿滑轮3接触线4定位器5弹性吊弦,带弹性吊弦的简单悬挂示意图,接触网,接触网,定位器,接触线,弹性吊索,弹性简单悬挂,接触网,链形悬挂是一种运行性能较好的悬挂形式。它的结构特点是接触线通过吊弦悬挂在承力索上，承力索通过钩头鞍子、承力索座或悬吊滑轮悬挂在支持装置的腕臂上。使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，通过调节吊弦长度使接触线在整个跨距中对轨面的高度基本保持一致。减小了接触线在跨中的弛度，改善了接触线弹性，增加了接触悬挂的重量，提高了稳定性。可满足电力机车高速运行时取流的要求。,2、链形悬挂,目前我国铁路主要采用单链形悬挂。,接触网,根据悬挂点处吊弦形式不同可分为简单链形悬挂、弹性链形悬挂。,简单链形悬挂结构简单，造价较便宜，运行、检修经验丰富。,1承力索2吊弦3接触线,简单链形悬挂示意图,简单链形悬挂悬挂点处无弹性吊弦是我国接触悬挂的主要形式,(1)单链形,接触网,接触