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电气化铁路基础知识 第一章电气化铁路组成 牵引供电装置一般分成牵引变电所和接触网两部分 所以人们又称电力机车 牵引变电所和接触网为电气化铁道的 三大元件 电气化铁路的组成 交直型电力机车电力机车从接触网取得25kV工频单相交流电 经车载变压器降压为1500V 整流后向牵引电动机供电 我国目前主要采用交直型电力机车 今后将逐渐淘汰 更换为交直交型电力机车 交直型电力机车工作原理如右图所示 电力机车的工作原理 接触网上的交流电 经受电弓进人机车后经过主断路器再进人主变压器 从主变压器的牵引绕组经过硅机组整流后 向六台分两组并联的牵引电机集中供应直流电 使牵引电机产生转矩 将电能转变为机械能 经过齿轮的传动驱动机车转动 电力机车分类 由于电流制不同 分为三类 直 直电力机车 交 直电力机车 交 直 交电力机车 交直型电力机车采用半控桥式整流 通过晶闸管控制导通角来控制机车出力 所以 交直机车在整流过程中会产生谐波 功率因数较低 SS4型货运电力机车 SS8型客运电力机车 交直交型电力机车 动车组 为克服交直型电力机车的缺点 世界各国竞相开展了交流传动电力机车的研制 1979年德国开发了世界首台大功率干线交流传动电力机车 欧洲等主要发达国家迅速推广 目前已普遍采用 交直交型电力机车工作原理如右图所示 交直交机车采用四象限整流 通过GTO或IGBT控制导通和关断角来控制机车的出力 可分别控制导通和关断机车主变压器的若干个低压绕组的整流 使电流波形逼近正弦波 且电流与电压的相位基本同步 所以 交直交型电力机车的谐波含量很小 功率因数高 我国于1991年开始进行交流传动电力机车的研究 先后研制成功了交直交动车组和交直交货运电力机车 近年将从国外引进技术合作生产高速动车组 铁路计划逐渐淘汰交直型电力机车 全面推广交直交型电力机车和动车组 德国ICE高速列车 牵引供电系统是电气化铁路从电力系统接引电源 降压转换后给电力机车供电的电力网络 它由牵引变电所和牵引网两部分组成 如下图所示 电力系统向电气化铁路供电示意图 牵引变电所采用2路电源进线 2台牵引变压器 一主一备方式运行 110或220kV电源经牵引变压器后 降压为1 25kV或2 25kV 然后供给牵引网 牵引网如同电力系统的输电线路 它由馈电线 接触网 轨道回路组成 接触网架设在铁路上方 电力机车通过受电弓与接触线滑动接触而获得电能 牵引供电系统原理图 牵引变电所主接线图 接触网示意图分别如右所示 牵引供电系统原理示意图 第二章电气化线路维修作业 接触网导线距轨面必须保持一定的距离 接触线最大弛度时距轨面的最高高度为6500mm 最低高度 不符合隧道建筑限界图的隧道内为5370mm 符合隧道建筑限界图的隧道内为5700mm 一般中间站和区间站为5700mm 编组站 区段站及配有调车组的中间站为6200mm 安规 第2 3 5条规定 两股钢轨同时起道时 一次起道量不得超过30mm 且两股钢轨起道量相差不得超过11mm 调整曲线超高时 单股起道量相差不得超过11mm 起道量超出上述规定时 应事先通知供电部门调查确认接触网设备调整工作量并配合作业 为此 由供电会同工务部门在隧道的边墙上或接触网支柱上 靠线路一侧 画一红色横线 即限界尺寸线 工务和供电每年应对照红色横线协同实测一次 协商解决差误问题 接触网导线与起道量的关系 如图 单位 mm 由图中几何关系可根据三角形相似的原理推出关系式 d 5300 6500 h 1500 3 6 4 3 h从上述推导过程可以看出 单股起道量对受电弓偏移的影响是3 8 4 3倍 一般我们认为在4倍左右 也就是说 起道30mm 则受电弓就会偏移120mm 受电弓与接触点的移动距离 电力机车作用于钢轨的水平力大 线路方向容易变化 拨道作业也较多 电气化铁路对拨道量的限制是在不侵入建筑限界的条件下 线路中心位移不得超过 30mm 一侧拨道量年度累计不得大于120mm 并不得侵入限界 超过此标准时 须先通知接触网工区 必要时协同施工 这是因为要保证电力机车受电弓与接触网导线的正常相互作用 也就是要保证直线线路中线与接触网导线的垂直投影相吻合 如超过规定限度 电力机车就有脱弓危险 在电气化铁路区段改道时除按单项作业要求作业外 还应注意 在轨道电路上改道 撬棍必须套上绝缘套管 道尺和改道器必须绝缘 新安装的绝缘轨距杆 应预先请电务工区检测其绝缘程度是否符合要求 线路上的绝缘轨距杆也应工电分工进行解体测试 在遇有防爬器 信号过道车连接线和接地线的枕木盒内不要安装轨距杆 尽量错开一孔 道岔尖轨前一孔枕木盒内有支架电锁箱的角钢 也不要在此孔安装轨距杆 在绝缘接头处改道 道钉必须 反打 使钉帽头不接触绝缘夹板 绝缘接头螺栓松动应找信号工区配合进行拧紧工作 电气化铁路线路上 绝缘接头是薄弱部位 应加强捣固 捣固和扒道砟时 不要损坏通过轨道电流的连续线 车站股道间的跳线在枕木的侧面 捣固时尤其应注意 不使损坏 钢轨底部与道床之间应保持20 30mm的间隙 以防漏电 道床保持清洁 没有泥土 杂草和矿渣等易导电的材料 并保持排水良好 在电气化铁路区段上的两股钢轨是作为牵引电流的回路线 故禁止在同一地点拆断两股钢轨 在成段换轨必须同时拆除两股钢轨时 要对该供电区段实行线路封闭 不准列车运行 在区间站内正线上 牵引电流的回路是在两股钢轨上通过 在单根抽换或单股成段更换钢轨时 应在被换钢轨两端左 右轨节间安上一条横向连接电线 连接线可用卡子夹在轨底上 换轨完毕即可拆除连接线 连接线用截面积不小于70mm2铜线 如图所示 电化区段处理 三折 有何特殊规定 1 发现 三折 地点后 应首先做好列车防护 并通知车站及工区处理 2 处理时应用两根横向连接线分别在断缝两端与另一股钢轨做横向连接 严禁在 连电 之前用手同时触摸断缝两端 而发生触电 3 采取临时加固后 方可放行列车 随即在断缝两端各50米范围内拧紧扣件 其他要求按有关规定进行 第三章电气化区段人身安全 作业距离 任何人及其所携带物品必须与接触网保持2米以上的安全距离 在离接触网2 4米范围内作业时 必须有人监护 距接触网5米范围内的金属物体必须装设接地线 安全电压是指对人体不会引起生命危险的电压 它是根据人体电阻确定的 人体电阻一般在800 一lM 之间 流经人体不致发生生命危险的电流一般不会超过5OmA 按照欧姆定律可推知人体安全电压应小于40V 我国规定36V以下为安全电压 在某些特殊场合规定12V为安全电压 低压指对地电压在250V及以下 如380 220V三相四线制居民生活用电线路 直流220 110V电源等 高压指对地电压在250V以上 如l0kV电力线路 25kV接触网线路等 跨步电压是指电气设备碰壳或电力系统一相发生接地短路时 电流从接地处四散流出 在地面上形成不同的电位分布 人走近短路点时 两脚之间的电位差 1 攀登机车 客车 棚车 冷藏车及罐车的车顶 在车顶上站立 行走或从事任何作业 开闭罐车顶上的罐盖 在冷藏车顶上开闭冰箱盖检查冷藏冰盐情况 2 使用胶皮软管冲刷车辆时 水管朝接触网喷射 3 用非绝缘杆尺检测货物高度 登车处理超高货物 紧固篷布或绳索等 4 抛掷测量工具 如钢卷尺 皮尺等 索具及其他非绝缘工具物件等 在接触网下使用或运送侵人安全距离之内的各种工具 设备物件等 1 为保证电力机车可靠持续的从接触网取得能量 接触网导线和钢轨在高度以及线路中心线的横向距离都必须保持相对固定 如果接触网导线和钢轨相对高度过小 将导致车辆 货物对接触网安全距离不够 严重影响人身 设备安全 接触网和电力机车受电弓之间压力过大 加快接触网和受电弓的磨损 如果接触网导线和钢轨相对高度过大 将导致接触网和电力机车受电弓不能良好接触 将产生拉弧现象 从而导致弓网故障 如果接触网导线在钢轨上的投影和线路中心线的横向距离过大 将导致电力机车受电弓发生钻弓 刮弓等恶性弓网故障 电气化铁路中钢轨作为牵引电流的回流通道 一旦出现电气回路断开将导致电力机车不能正常运行 同时钢轨上将产生高电压 危及人身安全 因此 在钢轨上作业要特别注意保持钢轨电气回路的完整 由于电气化铁路线路上空挂有接触网 为保证接触网导线在最大弛度时 与轨顶保持 技规 要求的有关高度要求以及使导线与线路中心线保持 技规 的有关技术要求 起道 拨道和其他维修作业受到严格的限制 如果需要超出 技规 的有关技术标准 应提前与供电部门进行会签 必要时 工务和供电部门协同施工 2 为保持接触网导线高度和接触网支柱内侧至线路中心的距离 工务和供电部门应该共同根据线路以及接触网设计的轨面高度 在接触网支柱内侧划一红横线 红横线上面标明轨面至接触网导线的高度 红横线下面标明支柱内侧至线路中心的距离 作为线路和接触网维修时共同遵守的标准 工务和供电部门每年按照红横线会同复测一次 如果需要对线路或接触网进行施工时 施工前工务和供电部门应会同按路局批准的施工文件测量复核 工程竣工后复查并重新测定 3 捣固作业时要注意保护通过轨道电流的接续线和车站股道间的跳线 对绝缘接头部位要加强捣固 要防止道床积水 改道作业时撬棍应加装绝缘套管 避免撬棍搭在两根钢轨上造成轨道电路短接 4 在带电的接触网下进行的作业应该注意以下事项 1 搬运长大杆件应该平放放在车上或者两人抬运 严禁在搬运过程中竖立 高举 以防止长大杆件触及带电体 危及搬运人员安全 测量用的花杆 塔尺应该距离带电体2m以上 2 尽量避免人体与接触网支柱以及附近的金属结构接触 防止这些设备的绝缘部分损坏导致可能出现的高压短路电流伤人 在接地线损坏时 接地线 回流线与钢轨的连接点可能会出现高压短路电流 不应与之接触 3 在距离接触网支柱以及带电部分5m以内的金属构件上均需装设接地线 木杆脚手架上绑扎的铁丝等金属物 应该去掉余头 以防止尖端放电 距离带电部分不足5m的施工机具应该装设接地线 4 接触线断线接地时 接地点10m以内将出现跨步电压 应单足或者并足跳离危险区 防止跨步电压伤人 发现接触网上有线头 绳索等物品时 严禁使用非绝缘物件与之接触 防止触电 应立即通知接触网工区处理 5 在进行下列作业时 必须事先通知供电部门采取安全措施后方准进行 1 更换带有回流线的钢轨 2 更换牵引变电所岔线和通往岔线的钢轨以及其主要连接零部件 3 在有接触网的线路上 在同一地点 同时更换两股钢轨以及两股钢轨的夹板 4 更换整组道岔 6 在使用机械进行作业时 所有机具上的金属构架距离带电接触网不得小于2m 装卸机械上的所有部分构架不得碰触接触网的任何部位以及支柱 被装卸的货物要有固定的行走路线 距离带电接触网不得小于2m 工务部门在进行哪些作业前 必须先通知供电部门采取安全措施 1 更换带有回流线 接地线的钢轨时 2 更换牵引变电所岔线和通往岔线线路的钢轨及其主要连接零部件 夹板 辙叉等 时 3 在有接触网的线路上 于同一地点 同时更换两股钢轨及两股钢轨上的夹板时 4 更换整组道岔时 5 更换辙叉及道岔钢轨时 工务搬运作业中要遵守哪些规定 1 装车应停电进行 并不准在敞车 平车上于带电的接触网下进行装卸钢轨 轨枕及砂石料等作业 夜间装车应有足够的照明 2 在带电的接触网下 使用轨道车 拖车装卸钢轨 轨枕及砂石料等 所用的工具 如撬棍等 不准高举过头顶 作业人员不准登攀或乘坐于距离接触网近二米的物体之上 3 不准用竹竿等长杆测量货物的装载高度和做其它靠近接触网的工作 4 装卸长大工具 材料时 只许平移 不准高抬 翻转和竖立 5 装卸钢轨 轨枕 片石等 应避开接触网杆等供电设备 在作业过程中注意不得损坏抗流变压器箱 轨道变压箱及连接线 并不许直接或间接互相搭接 钢轨探伤作业中应遵守哪些规定 1 作业中严禁使用雨伞或遮阳伞 2 阴郁天气 人员和机具应距离接触网设备带电部分5米以外 3 防护员不得使用装有金属加长天线的报话机 轨道车在在电化区段行驶时 司机及随乘人员应遵守哪些规定 1 严禁攀登轨道车的顶棚 2 在距接触网不足2米范围内进行装卸作业时 必须在接触网断电的情况下进行 如不能断电 须申请转线 在电气化区段 除专业人员按规定作业外 所有职工和所携带物件 如长杆 导线等 与接触网设备的带电部分 必须保持多远的距离 在电化区段 除专业人员按规定作业外 所有职工和所携带物件 如长杆 导线等 与接触网设备的带电部分 必须保持2米以上的距离 在距离接触网带电部分不足2米的建筑物作业时 应注意哪些 在距离接触网带电部分不足2米的建筑物作业时 接触网必须停电 停电后要安设可靠的临时接地线 并设专人防护 施工结束 接触网工要确认所有工作人员都已进入安全地点 方可通知正式完工 并办理消令手续 在电