轨道交通概论 课件 4供电

2022.94第二章轨道交通牵引供电系统轨道交通概论第二章轨道交通牵引供电系统教学内容第一节铁路牵引供电系统的组成一、牵引变电所

二、接触网第二节牵引供电系统的供电方式

一、牵直接供电方式

二、自耦变压器供电方式

三、吸流变压器供电方式第三节城市轨道交通供电系统一、城市轨道交通系统的构成

二、我国城市轨道交通的供电制式

三、杂散电流的危害与检测、防护4第二章轨道交通牵引供电系统教学目标素质目标明确电力牵引的优越性，学会以不断进取、改革创新的精神认识问题。知识目标（1）了解铁路牵引供电系统的组成；（2）理解自动过分相装置的工作过程；（3）了解外部电源向铁路牵引变电所的供电方式；（4）掌握牵引变电所向接触网的供电方式；（5）掌握城市轨道交通的供电方式；（6）了解杂散电流的产生原因、危害及处理方法。能力目标（1）能说明电气化铁路供电线路产生电磁干扰的原因及减轻电磁干扰措施的原理。（2）认识杂散电流的危害，能列举防止杂萨电流危害的具体措施4第二章轨道交通牵引供电系统从城市电力系统接收电能，完成电力传输、变电，为轨道交通运载工具提供电力的系统称为牵引供电系统。由于电力牵引具有能源利用效率高、功率大，速度快、列车启动、加速和停车性能好，不排放废气、不会造成空气污染，可以采用再生制动、节约能源，易于实现全面自动化和信息化等优点，得到了越来广泛的应用。据国家发改委2022年3月1日发布的国铁集团2021年统计公报，到2021年底，我国铁路营业里程15万公里，电化率达到73.3%。近年来，新建铁路线路和地铁线路毫无例外地都采用电力牵引。4第二章轨道交通牵引供电系统电气化铁道的牵引供电系统从国家电网获取电能，由牵引变电所、接触网两部分组成。电力可以由火电、水电、核电、风电、潮汐、热、太阳能等多种发电装置产生，发电厂发出的车流须升压变为220kV的三相交流电，经国家电网的高压输电线路输送到城市的区域变电所，由设在铁路沿线的牵引变电所降压和变相，生成25kV单相工频交流电，经馈电线传输到电气化铁道接触网上，由电力机车或动车组受电弓传导到电力牵引系统产生牵引动力。图2-1-1电气化铁道牵引供电系统组成示意图第一节铁路牵引供电系统的组成4第二章轨道交通牵引供电系统一条电气化铁道沿线需要设置多个牵引变电所，各牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区(又称供电臂)。两个相邻供电臂的电流相位是不同的。为防止相间短路，必须在相邻供电臂之间建立分相区，分相区一般长190m，其中无电区100m，如图2-1-2所示。电流从牵引变电所发出，经馈电线向接触网供电，电力机车利用受电弓取电，经机车高压电路向牵引电机供电，电流最后经车轮、钢轨和回流线返回牵引变电所。图2-1-2牵引供电系统结构图1-变电所；2-馈电线；3-供电臂接触导线；4-电力机车；5-钢轨。6-回流线；7-分相区4第二章轨道交通牵引供电系统牵引变电所的任务是将国家电网高压输电线输送来的110千伏或220千伏的三相交流电转变为25千伏的单相工频（50Hz）交流电，传送到邻近区间正线和车站列车到发线的接触网上，为列车提供牵引电源。一、牵引变电所4第二章轨道交通牵引供电系统牵引变电所的主要设备有主变压器、电压互感器、电流互感器、高压断路器、各种高压隔离开关、避雷器以及信号显示等设备。为使牵引变电所内各种电气设备正常运行，确保安全可靠供电，牵引变电所内还装有各种控制、检测仪表和机电保护装置等。1.牵引变电所的设备4第二章轨道交通牵引供电系统牵引变电所电源进线来自一个区域变电所，如图2-1-3所示。这种供电方式可靠性和灵活性较差。2.外部电源向牵引供电系统的供电方式

（1）单电源双回路输电线路供电方式图2-1-3单电源双回路供电方式4第二章轨道交通牵引供电系统双电源双回路供电方式牵引变电所电源进线来自两个地区变电所，因而系统的可靠性较高。图2-1-4双电源双回路供电方式4第二章轨道交通牵引供电系统（2）双电源双回路供电方式多电源混合供电包括多电源环网供电、双回路供电和辐射供电等供电方式。4第二章轨道交通牵引供电系统（3）多电源混合供电方式多电源双回路供电方式接触网是架设在铁路线路上方，向电力机车或动车组不间断地提供电能的设备。世界各国铁路的牵引接触网均采用标称电压值为25kV，长期最高工作电压27.5kV，短时（5min）最高工作电压29kV，最低工作电压19kV的工频、单相、交流电，高压供电。这样规定是因为供电电压高于19KV即可保证动车组运行，但是并不能保证动车组发挥其最大功率，实践表明达到22.5KV动车组才能发挥最佳性能。二、接触网4第二章轨道交通牵引供电系统接触网主要由:接触悬挂装置、支持装置、支柱和基础三部分组成。1.接触网的构成4-承力索；7-吊弦；5-接触导线；

2-棒式绝缘子;3-平腕臂；10-单耳腕臂；6-定位器；8-定位管支撑；9-定位管1-支柱；11-钢轨图2-1-5接触网的组成4第二章轨道交通牵引供电系统图2-1-6接触网实景图4第二章轨道交通牵引供电系统

（1）接触悬挂装置包括接触导线、承力索、吊弦、承力索和坠砣补偿器等。其中接触线是与电力机车受电弓直接接触处于滑动摩擦授流的导线。（2）支持设备支持装置用以支持接触悬挂，并将负荷传给支柱或其它建筑物。根据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不同，支持装置包括腕臂、拉杆、绝缘子、定位器和定位管等。其中定位器和定位管的作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内。

（3）支柱和基础用以安装支持装置、悬吊接触悬挂并承受其载荷。另有因供电系统需要的供电线、加强线，以及因供电方式不同而设置的回流线、正馈线、保护线等附加导线均安装在支柱的不同高度位置上，以及为了供电安全与维护检修作业需要而设置的保护设备、电气设备等也安装在支柱上。4第二章轨道交通牵引供电系统电气化铁路牵引供电系统的供电方式分为直接供电方式、吸流变压器供电方式、自耦变压器等多种方式。第二节牵引供电系统的供电方式

一、直接供电方式（TR）1.不带回流线的直接供电方式直接供电方式是指牵引变电所通过接触网直接向电力机车供电，回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所的供电方式。这种供电方式的电路构成及结构简单，施工及运营维修都较方便，因此造价也低。但由于接触网在空中产生的强大磁场得不到平衡，对邻近的广播、通信干扰较大，钢轨电位比其他供电方式高。图2-2-1直接供电原理图4第二章轨道交通牵引供电系统

2.带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式是在不带回流线直接供电方式的结构上增设与轨道并联的架空回流线。增加回流线后，原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵引变电所，其方向与接触网中馈线电流相反，架空回流线与接触网距离较近，相当于对邻近通信线路增加了屏蔽保护，钢轨电位也有所降低，对通信线的干扰得到较好抑制，同时降低牵引网阻抗，供电臂可以延长30%以上。图2-2-2带回流的直接供电原理图4第二章轨道交通牵引供电系统二、吸流变压器供电方式（BTBoosterTransformer）吸流变压器供电方式是一种可显著降低接触网对平行接近架空通信线路干扰的供电方式。在接触网中每隔1.5～4km串联接入一定数量变比为1:1的吸流变压器，其一次绕组串联接入接触网中，二次绕组则串联接在回流线中，在两相邻吸流变压器间，将回流线与钢轨作一次并联连接，在回流线的首、未两端分别与钢轨连通。借助吸流变压器一、二次绕组间的互感作用，将直接供电方式时流经钢轨和大地的回流全部吸人回流线中，使接触网和回流线的电流达到平衡，减轻了对通信线路的电磁感应影响。图2-2-3吸流变压器工作方式1-牵引变电所；2-馈电线、；3-回流线；4-接触网；5-钢轨；6-吸流变压器；7-吸上线4第二章轨道交通牵引供电系统三、自耦变压器供电方式（ATAuto-Transformer）在自耦变压器供电方式的工作原理如图器，牵引变电所中，牵引变压器将110三相交流电降压、变相为55kV，将经自耦变压器与接触网、钢轨和正馈线并联在一起。其中点抽头与钢轨相接，形成两条牵引电流回路。因此，使接触网与钢轨、正馈线与钢轨间的自耦变压器两半线圈上电压相等，在理想情况下，接触网与正馈线中流过的电流大小相等，方向相反，因此，在通信线中产生的感应影响相互抵消，有效地减弱对通信线的电磁影响图2-2-4AT供电方式原理图4第二章轨道交通牵引供电系统1-牵引变电所；2-接触导线；3-钢轨；4-正馈线；5-自耦变压器第三节城市轨道交通牵引供电系统城市轨道交通牵引供电系统采用1500V或750V直流供电。根据城市轨道交通的重要性，其供电可靠性要求为一级负荷电力用户，由两路独立电源供电。当一路电源发生故障中断供电时，另一路电源能够承担城市轨道交通全部用电需要，以保证不间断供电。4第二章轨道交通牵引供电系统城市轨道交通牵引供电系统从城市电网接受电能，其设备由主变电所、牵引变电所、馈电线和接触导线组成。一、城市轨道交通牵引供电系统的构成图2-3-1城市轨道交通牵引供电系统组成4第二章轨道交通牵引供电系统（2）牵引变电所牵引变电所的功能是将城市区域变电所或主变电所获取的电压等级为35KV或10KV的电能，经降压与整理变换为可供列车牵引用的直流电1500V或750V，并以直流电的形式把电能经馈电线送至接触网。（3）馈电线馈电线是从牵引变电所向接触网输送电能的线路。（4）接触网或第三轨接触网或第三轨沿轨道线路敷设，为电客车提供电能。4第二章轨道交通牵引供电系统（1）主变电所主变电所把110kv高压电变为35kV或10kV中压电，发电厂的发电机发出的电能，要先经过升压变压器升高电压，然后以110KV或220KV的高压，通过三相传输线输送到区域变电站。供电制式是指供电系统采用的电流和电压制式。我国各城市轨道交通采用直流750V和1500V的供电制式。二、我国城市轨道交通的供电制式4第二章轨道交通牵引供电系统1.接触网供电方式接触网供电方式是指在线路上方架设接触网，电客车利用列车顶部伸出的受电弓从接触网取电的供电方式。为了能安全可靠地供电，在供电分区的末端设置有断路器和隔离开关的分区亭，以便对接触网起到分断与保护作用，同时还可以通过分区亭内的开关设备将供电分区联合起来。图2-3-2牵引变电所向接触网供电的原理4第二章轨道交通牵引供电系统第三轨供电方式是指沿线路敷设与走行轨道平行的第三轨，电客车伸出的集电靴与其接触而取得电能。接触轨与受电靴的接触方式有上接触式、下接触式和侧接触式三种。2.第三轨供电方式4第二章轨道交通牵引供电系统（1）上接触式（2）下接触式（3）侧接触式上接触式是第三轨面朝上固定安装在专用绝缘子上，由集电靴在第三轨上滑动取得电能，如图2-3-3所示。图2-3-3上接触式

供电方式下接触式为第三轨倒放，通过绝缘肩架、橡胶垫、扣板、收紧螺栓、支架等安装在底座上，电客车集电靴通过与第三轨的下底面接触获取电能，如图2-3-4。侧接触式就是第三轨轨头端面朝向走行轨，集电靴从侧面受流，如图2-3-5。图2-3-4下接触式

供电方式图2-3-5侧接触式

供电方式4第二章轨道交通牵引供电系统杂散电流是指由钢轨流入大地的泄漏电流。由于杂散电流对于城轨交通的设施有一定危害，需要采用消除措施。三．杂散电流的危害与检测、防护1.杂散电流的产生及危害4第二章轨道交通牵引供电系统（1）杂散电流的产生在理想状况下，牵引电流应当由牵引变电所的正极出发，经接触导线或第三轨、电客车牵引传动系统、车轮、走行轨、回流线全部返回牵引变电所负极。由于走行轨与轨枕、道床之间的电阻并不是无穷大，即并不是完全绝缘的，总会有一部分牵引电流由走行流入大地，这部分电流即为杂散电流。走行轨中的牵引电流越大或对地绝缘程度越差，杂散电流也就相应增大。4第二章轨道交通牵引供电系统（2）杂散电流的危害在变电所附近，杂散电流从金属体流回轨道和变电所，金属体对地电位形成阳极区，在阳极区，