电气化铁路概述

第一章电气化铁路第一节电气化铁路的优越性我国铁路运输的牵引动力，目前主要有蒸汽牵引、内燃牵引和电力牵引三种形式。

以电力牵引作为主要牵引方式的干线铁路称为电气化铁路。

我国第一条电气化铁路始建于1958年，1961年8月15日宝鸡——风州段91km建成通车，采用了较先进的单相工频交流供电方式。

到2005年底，我国已建成电气化铁路两万公里，成为继俄罗斯、德国之后世界第三电气化铁路大国。

目前，世界高速电气化铁路最高已达330km/h（德国汉诺威——柏林），最高试验速度已达515km/h（法国巴黎——勒芒——图尔）。

我国于1998年已建成广深为200km/h的高速电气化铁路，秦沈试验为321.5km/h。

到2020年，我国将达到电气化铁路总里程5万公里，是铁路建设的高潮。

电气化铁路的优越性，主要表现在以下几个方面：一、能多拉快跑，提高运输能力。

由于电力机车功率大、速度快，因而能多拉快跑，提高牵引吨数，缩短在区间运行时间，从而可以大幅度提高运输能力。

二、能综合利用资源，降低燃料消耗。

由于电力机车的能源可以来自多方面，因而可以综合利用资源，即是在纯火力发电的情况下，电力机车总效率也可达25%左右，为蒸汽机车的四倍多。

三、能降低运输成本，提高劳动生产率。

由于电力机车构造简单，牵引电动机和电气设备工作稳定可靠，因而机车检修周期长，维修量少，可以减少维修费用和维修人员。

电力机车不需要添煤、加水和加油，整备作业少，宜长交路行驶，因而可以少设机务段，乘务人员和运用机车台数相应减少。

这样就降低了运输成本，提高了劳动生产率。

四、能改善劳动条件，不污染环境。

由于电力机车没有煤烟，使机车乘务员不受有害气体侵害，同时也对沿线的环境不产生污染。

第二节电气化铁路的组成电气化铁路是由电力机车、牵引变电所和接触网组成的。

一、电力机车——用电力驱动的机车。

电力机车由机械、电气和空气管路系统组成。

机械部分，主要包括车体和走行部分。

电气部分，主要包括受电弓、主断路器、牵引变压器、转换硅机组、调压开关、整流硅机组、平波电抗器、牵引电动机和制动电阻柜等。

空气管路系统，主要包括空气制动、控制及辅助气路系统。

电力机力受电弓是将接触网的高压电源引入机车内部，与接触网滑动摩擦取流的。

受电弓对接触网的静压力为 70---120 N。

受电弓滑板的最大工作范围为1250毫米，允许工作范围为950毫米。

二、牵引变电所——对电能进行变换集中分配的场所。

电气化铁路供电系统由发电厂、牵引变电所、接触网、电力机车和钢轨等构成。

牵引变电所的任务是把电力系统的三相高压电变成电力机车所需要的电能。

(一)牵引变电所的主要设备有：1．牵引变压器牵引变压器的作用是将高压110kV(或220kV)变成27.5kV(或55kV)的电能。

2．高压开关设备高压开关设备包括高压断路器、高压熔断器和隔离开关等。

在正常情况下操作高压开关切断或接通电路；在短路情况下，继电保护装置作用于高压开关自动切除故障。

3．互感器利用互感器可以对高电压、大电流进行间接测量，从而保证测量仪表及人身的安全；互感器还供给牵引变电所、保护装置的工作电压或电流。

4．控制、监视与信号系统(二次回路)包括测量仪表、监视装置、信号装置、控制装置、继电保护、自动装置和远动装置等。

作用是正确反映一次系统的工作状态，控制一次系统的运行操作。

5．自用电系统向牵引变电所内照明供电的系统称为自用电系统。

由专门的自用变压器承担。

6．回流接地和防雷装置牵引变电所的保护接地和工作接地采用同一个环状接地网。

主变压器牵引侧接地端与接地网相连，也与钢轨、回流线相连，从而形成牵引电流的回流通路。

为预防雷害，安装避雷针、避雷器等。

7．电容补偿装置电力牵引供电系统的功率因数较低，需进行功率补偿。

目前常用的补偿方式有：串联电容器补偿、并联电容器补偿和串并联电容器补偿。

(二)牵引变压器主接线牵引变压器主接线常用三相Y／Δ接线、单相V／V接线、斯科特接线、伍德布里奇接线及三相Y／Δ组成X接线等。

(三)开闭所、分区亭和AT所1．开闭所当枢纽内不设牵引变电所时，为缩小事故范围设开闭所，开闭所起电分段和扩大馈线数目的作用。

2．分区亭在复线电气化线路中为改善供电臂末端电压水平和减少能耗，采用上、下行并联供电，在两相邻牵引变电所间设置分区亭。

3．AT所仅在自耦变压器供电方式中设置，作用是改善电压水平和防干扰性能。

三、接触网——架设在铁路线路上空，向电力机车供给电能的特殊形式的输电线路接触网额定电压为25kV，最低电压不低于21kV，当行车速度为140km/h时，最低应保持23kV。

(一)接触网应具备的性能接触网没有备用，长年暴露于铁路上方，经受污染、腐蚀和机车受电弓摩擦。

对接触网的要求如下：1．在各种恶劣环境条件下应能不间断供电，保证电力机车在最大运行速度时能正常取流。

2．器材要有足够的机械强度和电气强度，要有相应的抗腐蚀能力，零件要尽量标准化、系列化、扩大互换性。

3．结构合理，方便施工和运营。

4．接触网发生事故后，通过抢修应能尽快恢复供电。

(二)接触网的组成接触网由支柱与基础、支持装置、接触悬挂和定位装置四部分组成。

1．支柱与基础由支柱、基础及下部附件组成。

用于承受接触悬挂、支持装置的负荷，并把接触悬挂固定在规定的位置上。

2．支持装置包括腕臂、拉杆(压管)、定位装置、软横跨、硬横跨等。

它的作用是支持悬挂，并把悬挂的负载传递给支柱与基础。

3．接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索和连接它们的零件。

它的作用是将电能传输给电力机车。

4.定位装置包括定位管、定位器、支持器及连接零件等。

它的作用是固定接触线与受电弓中心的相对位置在规定范围内，保证接触线与受电弓不脱离，使接触线磨耗均匀，并将水平负荷传给支持装置的结构。

第三节牵引网供电方式牵引网供电方式主要有直接供电、BT供电、带回流线的直接供电和AT供电四种方式。

1．直接供电方式它以接触网为火线，以钢轨为回流导线。

直接供电方式有牵引网阻抗小、电压质量好、能耗小、投资省等优点。

但对邻近通信线路干扰大。

2．BT供电方式沿线路架设一条回流线，每隔一定距离在接触网和回流线内串联接入吸流变压器，使回流由回流线返回牵引变电所。

BT供电方式减轻了对邻近通信线路的干扰。

但牵引网阻抗大、能耗大、造价较高。

3．带回流线的直接供电方式这种供电方式就是保留“BT”供电方式中增加的回流线，而把吸流变压器取消掉。

回流电流一部分经回流线，一部分经钢轨和大地返回牵引变电所。

这种供电方式阻抗低、供电性能好、造价低。

但防干扰性能差。

4．AT供电方式沿线路架设一条正馈线，每隔一定距离在接触网与正馈线之间并联接入自耦变压器，其中性点与钢轨相接。

这种供电方式阻抗小，供电距离长，防干扰效果好。

但造价高，结构复杂。

第四节接触悬挂类型接触悬挂分为简单悬挂和链形悬挂两类。

一、简单悬挂将接触导线直接固定在支持装置上的悬挂称为简单悬挂。

这种悬挂方式较为简单，要求支柱高度和容量较小，施工、维修方便，造价低。

但驰度较大，弹性不均匀，稳定性差。

在悬挂点处加装弹性吊索，在两端下锚处加装张力补偿器的简单悬挂称为弹性简单悬挂。

弹性简单悬挂改善了悬挂点弹性，减小了接触线弛度，能适用于行车速度不大于80km/h的线路上。

二、链形悬挂链形悬挂是接触线通过吊弦(或辅助索)悬挂在承力索上的悬挂方式。

链形悬挂具有弛度变化小、弹性均匀、稳定性好等优点。

但也存在着结构复杂、投资大、施工和维修量大的问题。

链形悬挂根据悬挂链数分为单链形和双链形悬挂；根据张力的补偿方式可分为无补偿、半补偿和全补偿链形悬挂；根据悬挂点处吊弦形式可分为简单链形悬挂和弹性链形悬挂；根据承力索和接触线的相对位置分为直链形、半斜链形和斜链形悬挂。

（1）单链形悬挂：接触线通过吊弦挂在承力索上的悬挂。

（2）双链形悬挂：接触线通过吊弦挂在辅助索上后再挂到承力索上的悬挂。

（3）无补偿链形悬挂：承力索和接触线均为硬锚的悬挂。

（4）半补偿链形悬挂：承力索为硬锚，接触线加设张力补偿装置的悬挂。

（5）全补偿链形悬挂：承力索与接触线均加设张力补偿装置的悬挂。

（6）简单链形悬挂：悬挂点处接触线通过环节吊弦挂到承力索上的悬挂。

（7）弹性链形悬挂：悬挂点处接触线通过弹性吊弦悬挂到承力索上的悬挂。

（8）直链形悬挂：接触线与承力索布置在同一垂直表面上的悬挂。

（9）半斜链形悬挂：接触线呈“之”字形布置，承力索沿线路中心布置的悬挂。

（10）斜链形悬挂：在直线上，接触线与承力索呈相反方向的“之”字形布置；在曲线上，承力索相对于接触线有一定的外侧位移。

第五节 接触网用线索接触网线索主要有接触线、 承力索及附加导线。

一、接触线、接触网所用各型线索的截面积单位均为mm 2。

接触线的功用是保证质量良好地向电力机车供电。

接触线要求；应具有良好的导电性，具备足够的机械强度和耐磨性。

我国目前采用的接触线有铜接触线和钢铝接触线两种。

(一)铜接触线铜接触线一般由电解铜硬拉制成。

它具有良好的导电性能，有足够的机械强度，耐腐蚀，施工安装及运营维修方便等优点。

但耗费大量铜材，价格较高。

铜接触线可分为TCG-110、TCG-100、TCG-85等型号。

TCG 表示铜接触线，后面的数字为标称截面积，单位为mm 2。

TCG 符号意义；T---铜；C---电车线；G---沟槽、作用、便于安装、固定线夹。

（二)钢铝接触线钢铝接触线的上部为铝，作为导电部分，下部为钢以保证有足够的机械强度和耐磨性，两种金属采用压接的方法构成。

钢铝接触线具有机械强度高、稳定性好、耐磨耗、造价低等优点。

但施工、维修困难，钢铝处易开裂，抗腐蚀能力差等。

GLCAF 符号意义；G ---钢；L ---铝；C---电车线；A 、B---型号。

钢铝接触线分为215100GLCA 和17380GLCB 两种型号，GLCA 和GLCB 分别表示钢铝接触线的两种规格，后面分式的分母表示该型接触线截面的总面积，分子表示导电性能相当于铜接触线的截面积，单位为mm 2。

二、承力索承力索的主要功用是通过吊弦将接触线悬吊起来，提高悬挂的稳定性，与接触线并联供电。

承力索应能承受较大的张力，具有较强的抗腐蚀能力，随温度变化较小。

承力索一般采用单芯多层铰线。

目前我国采用的有铜承力索和钢承力索两种。

(一)铜承力索铜承力索导电性能好，抗腐蚀能力强。

但价格较贵，机械性能比钢承力索低，随温度变化较大。

铜承力索的常用型号有：TJ-95，TJ-120等。

TJ 表示铜绞线(也称铜承力索)，后面的数字表示标称截面积，单位为mm 2。

(二)钢承力索钢承力索的优点是机械强度高，随温度变化小，造价低。

但导电性能差，抗腐蚀能力差。

目前采用镀铝锌钢绞线(表示符号：LXGJ)其缺点得到了一定改善。

钢承力索常用型号有：GJ-50，GJ-70等。