铁路基础设施维护课件：铁路牵引供电

铁路牵引供电牵引供电系统的作用是将来自公共电力系统的电能转换为适合电力机车（含动车组，下同）使用的27.5kV工频单相交流电后，送到铁路轨道上方的接触网上，电力机车通过车顶的受电弓从接触网获得电能，牵引电力机车运行。牵引供电设备包括牵引变电设备（变电所、开闭所、分区所、自耦变压器所等）、接触网和远动系统等。本章主要介绍牵引供电系统、供电安全检测监测系统（6C系统），以及远动系统的基本组成、特点及功能。电气化铁路是利用电能作为牵引动力源的轨道交通，具有牵引功率大、能源综合利用率高、便于实现自动化控制等优点。牵引供电系统为电力机车提供电能，是电气化铁路的重要组成部分。电力系统由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成，可实现电能的生产、传输、分配和消费。电能用户（又称电力用户或电力负荷）是指一切消耗电能的用电设备。牵引供电系统作为电力系统的电能用户，用电量较大、安全性要求高。相对牵引变电所而言，通常把为其供电的电力系统称为外部电源。第一节牵引变电一、牵引供电系统基本组成牵引供电系统从电力系统获取电能，经牵引变压器变换为额定电压27.5kV、频率50Hz的单相交流电提供给电力机车。牵引供电系统由牵引网、牵引变电所、自耦变压器所、分区所、开闭所等组成，牵引网又包括馈电线、接触网、钢轨、大地和回流线等。牵引供电系统基本组成如图所示。牵引供电系统组成示意牵引网系统示意（一）牵引网牵引网是由馈电线（供电线）、接触网、钢轨（轨道）、大地和回流线等构成的供电网的总称，如图所示。1.馈电线（供电线）馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，它把牵引变电所27.5kV的电压输送到接触网。2.接触网接触网是沿铁路露天架设的为电力机车提供电能的特殊输电线路，是设置在车辆限界顶部上方，通过车顶受流装置向车辆供电的设备。3.钢轨、大地和回流线在牵引供电系统中，钢轨、大地和回流线是牵引电路的组成部分，共同将牵引电流引回牵引变电所。牵引变电所全景（二）牵引变电所1.功能简介牵引变电所的主要作用是将公用电力系统供应的110kV（220kV、330kV）三相工频交流电转变为适于电力机车运行的27.5kV的单相工频交流电。牵引变电所全景如图所示。2.主要设备电气化铁路牵引变电所按照设备功能特点可分为一次设备和二次设备。一次设备指牵引变电所中实现变换和传递电能的设备和载流导体，如变压器、断路器、隔离开关等。二次设备指对一次设备进行控制、监测和保护，以保证其正常、安全运行的设备。（三）自耦变压器所（AT所）AT供电方式是自耦变压器供电方式的简称，使用AT供电方式时，在铁路沿线每隔一定距离设置自耦变压器，该设置处所称为自耦变压器所（AT所）。（四）分区所分区所将电气化铁路上下行接触网在供电臂末端并联起来，以提高供电臂末端接触网上的电压水平，均衡上下行供电臂的电流，降低电能损失。AT供电方式下的分区所还设置4台自耦变压器，如图所示。分区所示意（五）开闭所开闭所一般设置在枢纽客运站、枢纽编组站、电力机务段、动车所等需要实现分束、分段供电的场所。开闭所不设置牵引变压器，不能进行电压变换，类似一个配电所，仅通过开关设备增加馈线数量，如图所示。开闭所示意二、供电方式根据供电能力的大小、接触网架设环境，以及电磁兼容要求等条件，交流牵引供电系统采用不同的供电方式，常用的有直接供电方式、带回流线的直接供电方式、自耦变压器供电方式。目前我国电气化铁路主要采用带回流线的直接供电方式和自耦变压器供电方式。（一）带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式是指接触网由承力索、接触导线（包括加强导线）组成，牵引网由接触网、钢轨、大地、回流线组成，牵引回流由钢轨、大地、回流线返回牵引变电所的供电方式，如图所示。带回流线的直接供电方式原理示意（二）自耦变压器供电方式自耦变压器供电方式（AT供电方式）是指接触网由承力索、接触导线（包括加强导线）组成，牵引网由接触网、钢轨、大地、正馈（AF）线、保护（PW）线、自耦变压器组成，接触导线和钢轨之间电压为25kV，牵引回流沿正馈线回归牵引变电所的供电方式。自耦变压器供电方式原理示意三、综合接地系统综合接地系统以铁路沿线两侧敷设的贯通地线为主干，充分利用沿线桥梁、隧道、路基地段构筑物设施内的接地装置作为接地体，形成等电位综合接地平台。接触网基本组成第二节接触网接触网是沿铁路露天架设的为电力机车提供电能的特殊输电线路，是设置在车辆限界顶部上方，通过车顶受流装置向车辆供电的设备，是电气化轨道交通牵引供电系统的重要组成部分。接触网的无备用特性决定了接触网的唯一性、脆弱性和重要性。一、接触网的基本组成接触网由接触悬挂、定位支撑装置（支撑装置、定位装置）、支柱与基础等部分组成，如图所示。（一）接触悬挂接触悬挂是指安设于接触网定位支撑装置之上的，完成弓网受流电能传输的设备，保证电能稳定地传输给电力机车，其主要由承力索、接触线、吊弦、锚段关节及关节式电分相、中心锚结、线岔、电连接、下锚及补偿装置等设备组成，基本结构如图所示。接触悬挂基本结构我国接触网悬挂方式一般为全补偿链型悬挂方式，全补偿链型悬挂分为全补偿简单链型悬挂和全补偿弹性链型悬挂两种形式，这两种悬挂的主要区别在于定位点处有无弹性吊索，如图所示。悬挂类型1.承力索承力索的作用是通过吊弦悬挂接触线，将接触线的垂直荷载传递到腕臂和支柱上，承受接触线的重量，减少接触线的弛度。2.接触线接触线的作用是承载接触网电流，与受电弓滑板摩擦接触，向电力机车输送电能。3.吊弦吊弦的作用是通过吊弦线夹将接触线吊挂在承力索上，调节接触线的弛度和高度。4.锚段关节及关节式电分相（1）锚段将接触网分成若干个一定长度且相互独立的分段，这种独立的分段称为锚段，其作用是为了缩小接触网事故范围，便于接触网的机械分段、电分段和安装张力补偿器等，提高供电灵活性并改善悬挂弹性。接触网锚段及锚段关节示意（2）锚段关节锚段关节是指锚段与锚段之间的衔接部分，即相邻两个锚段的重叠部分，如图所示。（3）关节式电分相在电气化铁路牵引供电系统中，为平衡电力系统的A、B、C各相负荷，接触网一般要实行换相供电。5.中心锚结中心锚结安装在链型悬挂的锚段中部，承力索对支柱、接触线对承力索锚固，这种固定形式称为中心锚结，其作用是防止接触线、承力索由于气温、曲线力等原因向一侧滑动；平衡接触线、承力索两端的拉力；缩小接触网事故范围。6.线岔线岔布置于道岔上方，是保证电力机车受电弓安全、平滑地由一股道上空的接触线过渡到另一股道上空的接触线的转换设备，一般分为交叉线岔和无交叉线岔两种形式。（1）交叉线岔交叉线岔是在道岔处正线和侧线（或侧线和侧线）两支接触线交叉接触，在交叉处用限制导杆固定。（2）无交叉线岔无交叉线岔是在道岔处，正线和侧线两支接触线工作支不相交、不接触，也无限制导杆等设施。电力机车受电弓从正线高速通过时受电弓不碰触到侧线的接触线。7.电连接电连接的作用是保证接触网各导线之间、各分段之间或各股道悬挂之间的电路连接畅通，实行并联供电，增加其导电截面积，提高接触网供电可靠性并降低电能损耗。8.下锚及补偿装置下锚是每个锚段承力索、接触线等线索两端的锚固装置。接触网补偿装置是自动调节接触线和承力索张力的补偿器及制动装置的总称。（二）支撑装置支撑装置是在电气化铁路中起到承载接触悬挂荷重，连接固定接触悬挂、定位装置等作用的装置。1.软横跨软横跨是站场或多线路并行区段，多股道接触悬挂通过横向线索悬挂在线路两侧支柱上的一种装配方式。2.硬横跨硬横跨是站场或多线路并行区段，多股道接触悬挂通过硬横梁固定在线路两侧支柱上的一种装配方式，由横梁和两侧的支柱组成。3.腕臂支撑装置腕臂支撑装置是安装在腕臂柱、硬横梁及隧道内吊柱上，用于承受定位装置和接触悬挂的全部机械负荷，并将这些负荷传递给支柱和基础的装置。（三）定位装置定位装置是腕臂结构中的重要组成部分，它是在定位点处对接触线实现相对于受电弓中心进行横向定位的装置。（四）支柱与基础支柱是接触网的主要支撑设备，用于安装支撑结构、悬挂和定位接触悬挂，以及附加导线，承受接触网自身及各类附加荷载。基础的作用是保持支柱稳定，并将支柱的荷载和力矩传给大地。1.支柱接触网支柱按使用材质分为预应力混凝土支柱和钢支柱两大类，常见的H型支柱、等径圆支柱如图所示。接触网支柱实物2.基础高速铁路接触网基础主要包含钢柱基础和拉线基础等类型，如图所示。接触网基础（五）附加导线附加导线系指接触悬挂以外的架空导线，根据供电方式不同，接触网附加导线设置也不同，主要包括供电线、保护线、正馈线、回流线、架空地线等。1.供电线供电线是牵引变电所、AT所、分区所、开闭所与接触网的供电线路，其作用是由牵引变电所或开闭所向接触网传送电能。2.保护线保护线是在AT供电方式中与钢轨并联，具有集中地线和牵引电流屏蔽作用的导线。绝缘子发生闪络或击穿时，保护线为短路电流提供良好通路。3.正馈线正馈线是在AT供电方式中，与接触悬挂电压方向相反，电压差为55kV的与接触悬挂同杆的架空导线。正馈线与接触悬挂、自耦压器配合形成供电回路，提高了电能输送能力。4.回流线回流线是在接触网带回流线的直线供电方式中，沿线路架设的金属导线，是牵引电流返回变电所的主要径路。5.架空地线架空地线一般用于区间成排钢柱或车站成排支柱的工作接地和保护接地，为站台钢柱设置双重保护，增强站台支柱的电气安全性。二、接触网主要设备和其他零部件接触网主要设备包括隔离开关、分段绝缘器、避雷器等电气设备，可以提高接触网运行的安全性、可靠性和供电灵活性。隔离开关实物（一）隔离开关隔离开关是切断或闭合电气回路的开关设备，它的作用是连通或切断接触网供电分段间的电路，从而提高了供电的可靠性和灵活性，以满足停电检修和供电的需要。（二）分段绝缘器分段绝缘器是将相邻的两接触网区段分开，以实现同相电气分段的专用绝缘装置。分段绝缘器通常与隔离开关配合使用，通过隔离开关的开合使独立区段接触网停电或带电。（三）避雷器避雷器是为了保证接触网安全运行所采取的过电压保护设备。（四）接地装置当绝缘元件绝缘强度下降时，会有较大的泄漏电流，泄漏电流在支柱上形成较大过渡电压，严重时会危及人身安全。（五）绝缘子绝缘子是接触网中应用广泛的重要零部件，它既要保持接触悬挂对地的电气绝缘，又要承受一定的机械负荷。（六）供电线电缆供电线电缆用于接触网与牵引变电所、AT所、分区所、开闭所之间的连接，采用27.5kV单芯电缆，如图1-5-44所示，其作用是将电能输送到接触网上。供电线电缆三、接触网保安装置及标识（一）接触网保安装置接触网保安装置主要包括限界门、支柱防护、防护网栅、设备防护等。1.限界门在机动车辆通过的平交道口处铁路两侧的公路上，应设置限界门。限界门置于沿公路中心线距最近铁路线路中心不小于12m的地方。2.支柱防护道口两侧、经常有机动车辆运行的场所，以及装卸货物站台上等易被碰撞的支柱，均应设置强度较高的防护桩。3.防护网栅天桥、跨线桥靠近或跨越牵引供电设备的地方，须设置防护网栅，网栅由所附属结构的产权或工程建设单位负责安设。防护网栅应安设“高压危险”标志。4.设备防护上跨构筑物（桥、隧道、明洞、站房等）下方的承力索、供电线、正馈线，应在防断点处至少5m采取防护措施。（二）标识1.号码牌每根接触网支柱（隧道吊柱或悬挂点）应有唯一的反光号码牌，号码牌一般有肩架安装的号码牌、粘贴式号码牌等形式，如图所示。号码牌2.高压危险标在站台及人员活动频繁处所的接触网支柱、安全挡板、细孔网栅和跨线桥防护网栅均应设置白底、黑字、红色闪电符号的“高压危险”警示标识，如图所示。3.电力机车禁停标在站场、区间接触网不同供电臂间的电分段两端设置电力机车禁停标，如图所示。高压危险标电力机车禁停标4.高速铁路电分相标志牌高速铁路在接触网电分相前方设断电标，断电标设置在电分相中性区段起始位置前第2根支柱上；在接触网电分相后方设合电标，合电标设置在电分相中性区段终止位置后400m处附近的接触网支柱上，线路反方向按上述规定设置断电标、合电标，如图所示。高速铁路电分相标志安装位置及标牌示意（单位：m）5.普速铁路电分相标志牌电分相两侧正反行车方向设置“禁止双弓”“T断”“断”“合”等标识，普速铁路电分相标志安装位置及标牌示意如图所示。普速铁路电分相标志安装位置及标牌示意（单位：m）6.升降弓标在电气化线路接触网故障降弓地段前方，分别设置准备降下受电弓标、降下受电弓标；对最高运行速度大于120km/h线路，在降下受电弓标的前方增设特殊降弓标。在降弓地段后方，设升起受电弓标，设置位置及标志外观如图所示。升降弓标设置位置及标志外观示意（单位：m）7.接触网终点标接触网终点标，设在接触网边界，如图所示。接触网终点标设置位置及标志外观示意四、接触网常用术语及相关规定（一）支柱的侧面限界接触网支柱的侧面限界是指支柱靠线路一侧在轨面水平面内由接触网支柱内缘至线路中心线的水平距离（Cx）。（二）接触线高度接触线高度简称导高（H），是指接触网悬挂点处接触线距轨面的垂直高度。（三）拉出值拉出值是接触线在定位点对受电弓中心的横向偏移量，在直线区段也称为之字值。（四）接触网电压牵引供申能力应与线路的运输能力相适应，满足规定的列车重量、列车密度和运行速度的要求。因此接触网电压应满足一定的要求：接触网标称电压值为25kV，最高工作电压为27.5kV，短时（5min）最高工作电压为29kV，最低工作电压为20kV。（五）接触网空气绝缘间隙空气绝缘间隙是接触网两个导线或者导线与地面之间的距离。空气绝缘间隙的大小会直接影响接触网的安全性能，接触网空气绝缘间隙应符合表中规定。接触网空气绝缘间隙（六）附加导线对地面及相互距离的规定为保证人身、设备安全，附加导线对地面及相互距离在任何情况下不得小于表中的数值。附加导线对地面及相互距离的最小值（七）架空电力线路跨越接触网时距离的规定为保证人身、设备安全，架空电力线路跨越接触网时应符合表中的规定。架空电力线路跨越接触网的垂直距离五、铁路供电安全检测监测系统（6C系统）6C系统作为铁路供电系统的组成部分，是保障供电设备安全可靠运行的重要手段，是保证铁路运输安全畅通的重要技术装备。6C系统主要包括：弓网综合检测装置（1C）、接触网安全巡检装置（2C）、车载接触网运行状态检测装置（3C）、接触网悬挂状态检测监测装置（4C）、受电弓滑板状态监测装置（5C）、接触网及供电设备地面监测装置（6C）和6C系统综合数据处理中心。1.弓网综合检测装置（1C）1C装置安装在高速综合检测列车或接触网综合检测车上，安装在高速综合检测列车的1C装置如图所示。安装有1C装置的高速综合检测列车2.接触网安全巡检装置（2C）2C装置是指通过在运营的电力机车机车乘务员室内临时架设的便携式设备，如图所示。2C装置3.车载接触网运行状态检测装置（3C）3C装置是指安装在运营的电力机车上的车载接触网运行状态检测装置，如图所示。3C装置4.接触网悬挂状态检测监测装置（4C）4C装置是安装在接触网作业车或专用车辆上的接触网检测监测装置，安装在专用车辆上的4C装置如图所示。安装有4C装置的检测车5.受电弓滑板状态监测装置（5C）5C装置是安装在电气化铁路的局界口、段界口、电力机车出入库区域、联络线、车站咽喉区等处所的图像采集装置，如图所示。5C装置6.接触网及供电设备地面监测装置（6C）6C装置安装在接触网特定位置，用于监测接触网张力、振动、抬升量、线索温度、补偿位移、供电设备的绝缘状态、电缆头温度等参数。7.6C系统综合数据处理中心6C系统综合数据处理中心按国铁集团、铁路局集团公司、供电段（含维管段）三级设置，是6C系统各装置所采集数据及相关基础数据的集中汇集处理与综合分析展示平台，为供电设备运行检修提供支持。一、调度主站调度主站部署于国铁集团—铁路局集团公司—段（以下简称国铁集团—局—段），基于云计算、大数据技术，以数据全景可视化、调度协同化为基本要求，实现与被控站的远程通信及对铁路供电系统的远程监视控制、辅助监控等功能，并支持与其他相关系统协调联动的系统。第三节远动系统二、被控站