高速列车牵引供电系统 PPT课件

三、接触网的性能要求
高速列车运行时，受电弓给接触导线向上的抬 力，使接触导线抬升。由于接触导线是一条长软 线，而受电弓又是一个弹性装置，因此，这种压 力和抬力是变化的，而且变化迅速。此外，列车 在以空气为介质的空间运行时，还会对受电弓弓 臂和弓头产生具有一定压力的空气流，形成对受 电弓向上或向下的附加力。
a.选择性。保护该跳闸的断路器跳闸，不该跳 闸的不跳，以使停电限制在最小的范围；
b.速动性。故障后迅速动作，可减小设备的损 坏程度及对非故障区段的影响时间。但速动 性不能影响选择性。
c.灵活性。要求对保护范围的故障反应灵敏， 不产生拒动；
d.可靠性。要求保护装置的元件和接线处于良 好状态，该动作时均能正常工作。
3．支柱与基础
用以安装支持装置、悬吊接触悬挂，并承受其载 荷。
此外，接触网还包括供电线，加强线，因供电 方式不同而设置的回流线、正馈线（AF线）、保 护线（PW线）等附加导线，以及为安全而设置 的保护设备和电气设备等。
二、接触悬挂形式
接触悬挂形式是指接触网的基本结构形式，它 反映了接触网的空间结构和几何尺寸。不同的悬 挂形式，在工程造价、受流性能、安全性能上均 有差别。另外，对接触网的设计、施工和运营维 护也有不同的要求。
其性能特点是，结构比较简单，改善了定位点
处的弹性，使得定位点处的弹性与跨中的弹性趋 于一致，整个接触网的弹性均匀，受流性能好。 缺点是弹性吊索调整维修比较复杂，定位点处导 线抬升量大，对定位器的安装坡度要求也较严格。
3．复链形悬挂
在结构上，承力索和接触导线之间加了一根辅 助承力索。其性能特点是，接触网的张力大，弹 性均匀，安装调整复杂、抗风能力强。
➢第一节 电力牵引供电系统 ➢第二节 高速列车供电 ➢第三节 高速接触网 ➢第四节 高速受电弓
电 力 系 统
电 力 系 统
接触网
电力牵引系统的组成如图所示。
发电厂— 500KV高压输 电线—区域变 电所—110KV 输电线—牵引 变电所— 27.5KV输电线、 接触网
国家公用电网来的三相110KV交流经过牵引 变电所降压后，向电气化铁道牵引接触网输出 25KV（27.5KV）单相交流供给电力机车。
上面几种力的合成作用结果，使接触网产生振
荡，从而使受电弓滑板不能良好地追随接触导线 的轨迹，导致脱离接触导线。其后果是使高速列 车受流时通时断，造成高速列车行驶时出现牵引 力不稳定的状态。恶劣的气象条件还会直接影响 接触网的工作状态。为了安全可靠的供电，接触 网设备应具备以下性能要求。
1．有足够的强度，保证接触网具有稳定性；
电力机车是通过受电弓从接触网上获取电能的， 27.5KV单相交流供给电力机车后经过电力机车 上的牵引变压器降压，再通过变流装置变流后输 到牵引电动机驱动机车（列车）运行
一、供电方式 二、牵引变电所
高速列车牵引供电系统的组成
高速列车牵引供电系统
牵引变电所
保证质量良好并不 间断地向高速列车 供电
接触网
由于接触网是露天设置，受着各种恶劣气象条件的
影响，其工作状态又是随着高速列车的运行而变化， 而且没有备用，因而使得接触网的工作条件非常复 杂，对它的要求也非常严格。
高速列车实际上是一个边受流边行驶的移动负荷。 为了保证不间断地供给高速列车电能，就必须使高 速列车的受电弓与接触网的接触导线在高速列车行 驶时有良好的接触，为此，对接触网的结构有特殊 的要求。接触网的主要组成如下：
这种供电方式的牵引网阻抗很小，电压损失小， 电能损耗低，供电能力大，供电距离长，可达 40～50km。
由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中的方向 相反，因而对邻近的通信线路干扰很小。
5．同轴电力电缆供电
同轴电力电缆供电（简称CC供电方式）， 是一种新型的供电方式。同轴电力电缆 沿铁路埋设，其内部芯线作为馈电线与 接触网连接，外部导体作为回流与钢轨 相接。每隔5～10km作一个分段，如图所 示:
－回方式）
3. 带回流线的直接供电方式
带回流线的直接供电方式是在接触网支 柱上架设一条与钢轨并联的回流线，如 图所示：
利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中
的电流尽可能地回流到牵引变电所，因而能部分 抵消接触网对邻近通信线路的干扰。
4．自耦变压器供电方式（简称AT供电方式）
自耦变压器供电方式是每隔10km左右在 接触网与正馈线之间并联接入一台自耦 变压器，其中性点与钢轨相连。
自耦变压器将牵引网的供电电压提高一倍，而供给高速列
车的电压仍然不变。由于自耦变压器的作用，经钢轨流回 的电流，经自耦变压器绕组和正馈线流回变电所。当自耦 变压器的一个绕组流过高速列车电流时，其另一个绕组感 应出电流供给高速列车。
因此，当高速列车负荷电流为I时，由接触网和 正馈线供给的电流为0.5I，另外的负荷电流由自 耦变压器感应电流供给。
2．支持装置
用以悬吊和支撑接触悬挂并将其各种载荷传递
给支柱或桥隧等大型建筑物。支持装置还应将承 力索、接触导线固定在一定范围内，使受电弓滑 行时与接触导线有良好的接触。根据根据接触网 所在的位置及作用不同，支持装置的结构又可分 为腕臂支持装置、软横跨、硬横跨、桥梁支持装 置和隧道支持装置等。
支持装置
（2）降低电气化铁路对电力系统的影响。
电气化铁路的单相牵引负荷是一个不对 称的负荷，对三相电力系统产生负序电 流和负序电压。要减轻负序电流和负序 电压对三相电力系统的影响，需要牵引 变电所采用换相接线方式或不同接线型 式的变压器。
2．变电所保护装置
一个变电所有十多台断路器，每台断路器都要 有专门的保护装置来控制。如果没有符合要求的 保护装置，那么断路故障就不能迅速地排除，从 而造成严重的危害。保护装置除了用来切断断路 故障外，也用作发出不正常运行状态的信号，如 变压器过负荷和过热、控制回路断线、绝缘不良 等不正常状态，运行人员发现不正常信号后，可 及时采取措施消除不正常状态，保证供电系统的 安全、可靠运行。对保护装置的基本要求如下。
在牵引变电所内装设有牵引变压器（也称主变 压器），将电力系统的高压（一般为110kV或 220kV）降为27.5kV或 2×27.5kV（自耦变压器供 电方式），以单相电馈送给接触网，供高速列车 使用。国外有些国家的电气化铁路采用的是直流 制式，或是低频（16 2/3Hz）交流制式，因此， 还需要将交流电整流成直流电，或将工频变换成 16 2/3Hz，这些变换工作都由牵引变电所来完成。
定位点
定位点处弹性小，跨中弹性大，造成受电弓在 跨中抬升量大，跨中采用预留弛度，受电弓在跨 中的抬升量可降低；定位点处易形成相对硬点， 磨耗大。如果选择结构形式合理、性能优良的定 位器，则可消除这方面的不足。
2．弹性链形悬挂
在结构上，相对于简单链形悬挂在定位点处装 设弹性吊索，主要有两种形式：“丌”形和“Y” 形。弹性吊索的材质一般与承力索相同，其线胀 系数与承力索相匹配。
根据铁路全面提速和向高速方向发展的要求， 接触线还应具有线密度小(波动传播速度高)和高 温强度大(耐软化性能好)的特征。我国目前规定 接触线的额定张力为10kN(TCG-100)和8.5kN(TCG85)，其中考虑了锚段内可能出现额定张力15％ 的张力增量，以及接触线磨耗后截面积的减小值， 然后还要考虑不小于2.5的安全系数。接触线中 部位置有两个沟槽，用以固定吊弦线夹、定位线 夹及电连接线夹等零部件，沟槽的下部为与受电 弓接触部分，其底面称为工作面。
二、牵引变电所
1.牵引变电所的作用
我国电气化铁路采用的是工频单相25kV交流制， 而电力系统是一个三相交流系统，需要经过变换 电压等级和由三相变换成单相才能使用。电气化 铁路产生的负序和高次谐波对电力系统会造成多 种不良影响，需要通过牵引变电所来解决。因此， 牵引变电所应具有以下两个方面的作用:
（1）将电力系统的电能变换成适合高速列车使 用的电能。
一、接触网的构成 二、接触悬挂形式 三、接触网的性能要求 四、接触线及承力索
一、接触网的构成
接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供 电设备，它的功能是向走行在铁路线上的高速列 车不间断地供应电能。但接触网与一般的输电线 路不同，它必须架设在铁路线路的正上方，高速 列车利用顶部的受电弓与接触网接触而获得电能。 因此，在电力高速列车走行的线路都必须架设接 触网。
各悬挂形式。
日本的高速线路如：东海道新干线、山阳新干 线、东北新干线、上越新干线均采用复链形悬挂。
法国的巴黎－里昂的东南线采用弹性链形悬挂，
巴黎－勒芒／图尔的大西洋线采用接触导线带预 留弛度的简单链形悬挂。
德国在行速度低于160km／h的线路采用简单链 形悬挂，在160km/h及以上的线路采用弹性链形 悬挂。
在高速列车运行中 通过与受电弓良好 的摩擦接触将电能 传给高速列车
一、供电方式
电气化铁路有五种供电方式，即：
直接供电 吸流变压器供电 带回流线的直接供电 自耦变压器供电 同轴电力电缆供电
1. 直接供电方式
直接供电方式是指在牵引网中不加特殊 防护措施的一种供电方式，它以一根馈 线接在接触网上，另一根馈线接在钢轨 上,如图所示：
2．在恶劣的气象条件下保证列车在规定的速度运 行时能良好地受流；
3．对各导线和支持结构、零部件及绝缘子等应当 采取有效的防腐蚀和防污秽技术措施，以保持整 个接触网设备的良好状态；
4．接触悬挂的各项技术性能应满足受电弓与接触 导线在滑动接触摩擦时可靠地工作的要求，使用 寿命应尽可能的延长；
5．各类支持结构和零部件应力求轻巧耐用，做到 标准化并具有互换性，便于施工和维修保养，发 生事故时也便于抢修，为迅速恢复供电创造条件；
1．接触悬挂部分
包括承力索、接触导线、吊弦、中心锚结、补 偿装置等。
补偿装置
承力索是接触网承载接触导线，并传输电流的
线材。承力索的选择应符合的条件是，承力索的 线胀系数与接触导线相匹配；机械强度高；耐疲 劳性能好，耐温特性好；导电率高等。