高铁新技术之受电技术

1、高铁新技术之高速高铁新技术之高速受电技术受电技术西南交通大学峨眉校区交通运输系高速铁路与高速列车定义高速铁路与高速列车定义高速铁路的定义高速铁路的定义 1 1、19701970年日本政府第年日本政府第7171号令的定义为：凡在一条铁路的主号令的定义为：凡在一条铁路的主要区段上，列车的最高运行速度达到要区段上，列车的最高运行速度达到200km/h200km/h及以上的干线及以上的干线铁路。铁路。 2 2、19851985年欧洲经济委员会在日内瓦签署国际铁路干线协议年欧洲经济委员会在日内瓦签署国际铁路干线协议规定：列车最高运行速度达到规定：列车最高运行速度达到300km/h300km/h及以上的客

2、运专线或及以上的客运专线或最高速度达到最高速度达到250km/h250km/h及以上的客货混用线。及以上的客货混用线。 3 3、19961996年国际铁路联盟年国际铁路联盟(UIC)(UIC)的定义是：最高速度至少达的定义是：最高速度至少达到到250km250kmh h的专用线或最高速度达到的专用线或最高速度达到200km/h200km/h的既有线。的既有线。 4 4、目前对高速铁路比较一致的定义是：最高行驶速度在、目前对高速铁路比较一致的定义是：最高行驶速度在200km/h200km/h以上以上、旅行速度超过、旅行速度超过150km/h150km/h的铁路系统。的铁路系统。西南交通大学峨眉校

3、区交通运输系 高速铁路与高速列车定义高速铁路与高速列车定义一、高速铁路的定义一、高速铁路的定义国际上根据铁路线路允许运行的最高时速作以下划分：国际上根据铁路线路允许运行的最高时速作以下划分：普通铁路（普通铁路（常速、中速常速、中速）：）： 100160km/h快速铁路（快速铁路（准高速或快速准高速或快速）：）： 160200km/h高速铁路高速铁路 ： 200km/h(既有线改造既有线改造) 250km/h(新建线新建线)西南交通大学峨眉校区交通运输系 高速铁路与高速列车定义高速铁路与高速列车定义高速列车的定义高速列车的定义 高速列车高速列车以最高速度以最高速度200km200kmh h以上运

4、行的列车以上运行的列车。 高速列车可以是由高速列车可以是由机车牵引客车组成的列车机车牵引客车组成的列车，也可，也可以是动车组组成的列车，称为以是动车组组成的列车，称为高速动车组高速动车组。严格地。严格地说，高速列车涵义更广泛，它不但包括轮轨式列车说，高速列车涵义更广泛，它不但包括轮轨式列车，还应包括，还应包括磁悬浮列车磁悬浮列车等。等。动车组动车组由两辆或两辆以上带动力的车辆（动车）由两辆或两辆以上带动力的车辆（动车）和不带动力的客车（拖车）固定编组在一起的列车。和不带动力的客车（拖车）固定编组在一起的列车。（拖车可有可无）（拖车可有可无）西南交通大学峨眉校区交通运输系 高速铁路的技术经济特征

5、高速铁路的技术经济特征高速铁路与公路、航空相比，其主要技术经高速铁路与公路、航空相比，其主要技术经济优势表现在：济优势表现在： 1 1、速度快、旅行时间短；、速度快、旅行时间短； 2 2、列车密度高、运量大；、列车密度高、运量大； 3 3、乘座舒适性好；、乘座舒适性好； 4 4、土地占用面积小；、土地占用面积小； 5 5、能耗低；、能耗低；西南交通大学峨眉校区交通运输系 高速铁路的技术经济特征高速铁路的技术经济特征高速铁路与公路、航空相比，其主要技术经高速铁路与公路、航空相比，其主要技术经济优势表现在：济优势表现在： 6 6、环境污染小；、环境污染小； 7 7、外部运输成本低；、外部运输成本低

6、； 8 8、列车运行正点率高；、列车运行正点率高； 9 9、安全可靠；、安全可靠； 1010、不受气候影响，全天候运行；、不受气候影响，全天候运行； 1111、社会、经济效益好。、社会、经济效益好。从速度看，己开行的高速列车的最高运行速度可以划分为三个等级： 1第一速度级 最高运行速度为200-250公里小时 2第二速度级 最高运行速度为250-300公里小时 3第三速度级 最高运行速度为300公里小时1）要实现比现有机车更大的牵引功率及牵引力的新型动力装置和传动装置；2）牵引动力的配置己不能局限于传统的机车牵引方式，而要采用分散的或相对集中的动车组方式；因此对机车的牵引力提出了更高的要求3）

7、高速条件下新的制动技术；4）高速电力牵引时的受电技术；5）适应高速行车要求的车体及走行部的 结构以及减少空气阻力的新的外形设计等等。 这些都是发展高速牵引动力必需解决的具体技术问题。 目前世界各国最高运行速度在200公里小时以上的高速列车，除英国的HST高速列车由内燃动车牵引外，其余均采用电力牵引。 与常速列车的电力牵引相比较，高速列车电力牵引的受电有一些特点。 1高速受电的特点 高速列车的行车速度较常速列车高得多，因化受电弓沿接触间导线移动的速度大大加快。这就使接触网与受电的波动特性发生变化，从而对受电产生影响；特点一 高速列车在高速运行时所受的空气阻力远较常速列车大得多，空气动力也是影响高

8、速受电的一个重要因素；特点二 高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若采用多弓受电必然会增加阻力、加大噪声，并引起接触网的波动干扰，因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大功率受电的问题。特点三 接触网的基本功能是通过与受电弓的直接接触将电能供给动力车。对高速受电用的接触网应有更高的要求：高速受电对高速接触网的要求(1)在最高行车速度和更大的速度变化范围内应能保证正常供电；(2)应有更高的耐磨性和抗腐蚀(包括抗电蚀)能力；(3)对接触网的结构和布置应有更高的要求；(4)在接触网的悬挂方面，目前在普速列车供电中采用的弹性半补偿链形悬挂和弹性全补偿链形悬挂已不能适应高速的要求，应有

9、更为先进的接触悬挂装置。 在高速运行条件下，接触网-受电弓系统的工作对受电产生的影响，表现在以下几个方面：高速弓-网关系主要表现形式 受电过程中，弓线相互接触，受电弓对接触导线有一个抬升力，并使导线产生抬升量。 在两者不接触的地方，接触导线由于自重而有一个下垂力，产生下垂量。 静态时，抬升力就等于接触压力。当受电弓沿接触导线移动时，受电弓的高度就开始迅递变化再加上受电弓还受到高速空气动力的作用，从而将引起接触压力的变化。(1)弓线间的接触压力的形成和变化 压力变小会造成受电弓离线，出现电弧，使弓、线烧伤； 压力变大会使接触导线过分升高，同时使受电弓滑板和接触导线的磨损加剧； 总之，接触网受电弓

10、系统的动态特性是高速受电的主要研究课题之一。 压力变化的后果 高速列车投入运用后，即暴露出由于接触导线波动而产生严重的电弧放电以及强烈的噪声问题。多弓的情况更为严重。 如日本100系列高速列车，有6个相距很近的受电弓同时工作(0系列高速列车升弓更多)。(2)接触导线的波动和噪声 高速运行时，接触导线会产生复杂的多层横波，其后果是：受电弓无法追随处于波动中的接触导线以保持紧密、连续接触，导致受电弓频繁离线。 此外，6个受电弓同时升起与接触导线接触，犹如6把高速拉动的“琴弓”在一根“琴弦”上同时“奏乐”，产生极大的噪声。 因此，如何解决接触导线的波动对接触网-受电弓系统工作的影响，以及解决多弓受电

11、而引起的强烈噪声也是一个重要的研究课题。 当接触网的连接系统不能适应列车运行速度的要求时，受电弓的滑板就会与接触导线脱离。 高速运行时，受电弓的向上推力指使接触导线的位置急速变化，这一变化以横波的形式沿接触导线前后传播，使导线产生波动；如果其传播速度赶不上高速列车的运行速度就会产生离线现象。(3)离线问题1）造成供电时断时续，引起列车严重冲动；2）会使弓、线间出现电弧放电、引起电蚀； 3）使两者的工作表面严重粗糙，进一步使弓、线磨损加速，工作寿命缩短；4）会造成牵引电流的急剧变化，有损于牵引电机的技术状态；5）会对通信线路产生干扰。 因此，对离线的研究也是高速受电的一个主要研究方向。离线的危害

12、1）采用新型复合材料制成的接触导线，以提高其抗拉强度；2）增大接触导线和承力索的截面，以增加接触导线和承力索的张力；3）减少接触网的跨度，并采用更为合理的悬挂方式，确定受电弓同时升弓工作条件下两个受电弓之间的最小间隔距离；4）改进受电弓的结构设计。提高接触网-受电弓系统工作稳定性的主要措施 受电弓作为一种从接触网取用电能的装置是接触网-受电弓系统中的一个关键部件，其工作是否正常将直接影响受电质量。3受电弓用于高速受电的受电弓应满足以下基本要求： 要求一：接触压力恒定 要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力 要求三：良好的结构设计 要求四：对滑板状态良好材质耐磨 要求五：受电弓初始动作迅速，终了

13、动作缓慢对高速受电弓的要求 受电弓的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，以实现比常规受电弓更为可靠的连续电接触。 受电弓的滑板与接触导线之间的接触压力不能过大或过小。 因此，受电弓的结构应保证滑板与接触导线在规定的受电弓工作高度范围内保持恒定不变的、大小合适的接触压力。要求一：接触压力恒定 接触压力除与接触网的结构、性能有关外，还与受电弓的静态持性(静止状态下接触压力与受电弓高度的关系)和动态特性(运行状态下受电弓上下运动的惯性力)有关。 与常规受电弓相比要尽可能减轻受电弓运动部分的重量，运行中，受电弓将随着接触导线高度变化而上下运动，在高速条件下，这种运动更为频繁，从而直接影响滑板与接触导线之间接触压力的恒定。要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力 对于高速受电弓，除必须保证的机械强度和刚度外，应尽可能降低受电弓运动部分的重量，从而减小运动惯性力。这样才能使受电弓滑板迅速跟上接触导线高度的变化，保证良好的电接触。 由于高速运行时空气阻力很大，因此高速受电弓在结构设计上要作充分考虑，力求使作用在滑板上的空气阻力由别的零件承担，从而使受电弓滑板在其垂直