电力牵引供电系统

电力监控SCADA
❖ 基本任务：
实现控制中心对供电系统的集中管理和调度，实 时控制和数据采集
及时掌握和处理供电系统的事故、报警事件 对系统运行的各种数据进行归档和统计
❖ 特点：遥控、遥测、遥信、遥调、遥视 ❖ 组成：主站监控、子站监控和通信传输系统
地下迷流
❖ 在直流牵引供电系统中，牵引电流并非全部 由钢轨流回牵引变电所，而是一部分由钢轨 散杂流入大地，再由大地经钢轨流回牵引变 电所。
井陉北牵引变电所
新温州牵 引变电所
接触网
❖ 接触网是一种悬挂在轨道上方沿轨道敷设的、和铁 路轨顶保持一定距离的输电网。
❖ 接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网。 ❖ 接触网电分段：电气连接分离 ❖ 接触网机械分段：机械结构分离 ❖ 受电方式：
受电弓受电 三轨受电 四轨受电
架空接触网
交流电机---异步电机
❖ 体积小，容易制造 ❖ 无换向装置，输出功率大 ❖ 牵引性能好，能耗小 ❖ 工作条件要求低，维修少 ❖ 可简化车辆主电路
❖ 笼形异步电动机旋转的机理 大体上如下所述。。
❖ 当在定子绕组中施加三相交 流电压时即会产生旋转磁场， 如果在定子中放入鼠笼形转 子，则鼠笼条就会切割旋转 磁场的磁力线，鼠笼条中会 流过二次电流，于是转子中 会产生旋转力矩。
牵引供电系统
❖ 牵引供电系统 主要由牵引变电所和牵引网组成，牵引变电 所的作用是将城市电网的交流电压（一般为110 kV、：35 kV或10 kV）降压并整流成为直流电压。世界各国城市轨道 交通的电压制均为直流，电压等级有600 V到3 000 V各种不 同等级。国际电工委员会（IEC）推荐的直流供电电压为DC 750 V（允许波动范围为500V～900V）和DC 1 500 V（允许
❖ 目前全世界已有40多个国家的130多个城市， 共修建了7 000 km的城市轨道交通（包括地 铁、轻轨）线路。城市轨道交通电力牵引主 要由牵引供电系统和电动车组构成（图1）。
图1 城市轨道交通电力牵引系统 1—牵引变电所；2—馈电线；3—接触网；4—电动车组； 5—钢轨；6—回流线；7—电分段。
❖ 车辆上的控制电路是低压小功率电路，分为有接点的直流电 路和无接点的电子电路。前者是由主控制器、继电器、控制 电路的低压部分及联锁接点组成：后者由微机及各种电子插 板等组成，有列车牵引控制单元、制动控制单元、空调控制 单元、逆变器控制单元等。控制电路的作用是控制主电路及 辅助电路的各种电器的协调动作，通过司机操纵主控制器各 手柄和操纵按钮，使动车组按司机意图或由列车自动运行控 制系统控制而运行。
❖ 主电路的电气设备主要包括受电器、高速断 路器、牵引传动系统和电动机。随着电力电 子器件和计算机技术的发展，牵引传动系统 大致经历了20世纪80 年代前的凸轮变阻调压 直流传动系统，80年代的斩波调压直流传动 系统和90年代的调压调频的交流传动系统三 个阶段。
❖ 辅助电路是为了保证车辆正常运行和客室的 舒适性，包括车辆上所需要的许多辅助设备 （如压缩机、空调机、控制设备等）及其供 电设备（如直流变交流的静止逆变器等）和 连线。
一次电力 系统
牵引供电系统
电力供电系统
❖ 一次电力系统：发电厂、传输线路、区域变 电所
❖ 轨道交通牵引供电系统：牵引供电和动力照 明供电系统
供电系统
❖ 电力源、输电线：110kv ❖ 变电站：变换电压和电流
主变电站 DC110kv------35kv 牵引变电站 DC35kv---10kv----1500v(750v) 降压变电站 DC35kv---10kv---0.4kv 车站变电站 AC 220 V、380V、DC110V、24V
❖ 防护：选择高电压、牵引变电所间隔小，减 少钢轨接触电阻，采用双边供电，在地下埋 设排流管。
❖ 车辆电气 车辆包括车辆上各种电气设备及其连接导线。按 其作用和功能可分为三个系统：主电路、辅助电路和控制电 路。
❖ 主电路的作用是实现能量的转换和传递，在 牵引工况下，将从变电所传递来的电能转变 成机械能，产生车辆运动所需的牵引力；在 制动工况下，将车辆的动能转换为制动力或 产生电能回馈给牵引变电所。
电力牵引供电系统
供电系 统来自百度文库
控制系统
传动系统
电力牵引
❖ 电力牵引 以电能为动力的牵引方式
❖ 原理
将电能直接或者经过输送、变换后提供给车 组的牵引电动机，由牵引电动机将电能转换 成机械能，从而驱动车辆运行。
电力牵引
❖ 城市轨道交通电力牵引（electric traction of urban railw transit）以电力系统城市电网的 电力为动力源，在车辆上将电能转换为机械 能，从而牵引列车组在轨道上运行的一种城 市交通牵引动力形式。由于它具有准时、快 捷、安全、舒适、运量大、编组灵活及节能、 无污染等优点，已经成为世界许多国家大中 城市公共交通的骨干。
电力（牵引）传动系统
❖ 直流传动:采用直流电机作为牵引电机
直流----直流传动 交流----直流传动
❖ 交流传动：利用交流电机作为牵引电机
直流----交流传动 交流----交流传动 交流----直流----交流传动
直流牵引
❖ 优点：不产生电抗压降，触网电压可以不用 太高，接触网结构简单
❖ 缺点：变电所距离短，设备复杂，建设费用 较大
❖ 通常选用750V,1500V
直流牵引电机
在直流电机的两电刷端上加上直流电压将电能输入， 电机及将电能转换成机械能而成为电动机；如果原动 机或外力矩拖动直流电机的电枢转动，而电刷上不加 直流电压，电枢绕组切割定子磁场产生电动势，则电 刷端可以引出直流电势作为直流电源，可输送出电能， 电机将机械能变换成电能而成为发电机。在牵引系统 中，正是利用这种可逆原理实现了牵引与制动。
❖ 远动监控装置 城市轨道交通运行的管理和调度是由控制中 心来实现的，其中的电力调度室是供电系统运行的管理和调 度部门。供电系统的各类变电所及其他主要设备是沿着轨道 线路分散设置的，要保证系统的安全、可靠和提高经济性， 就必须对系统进行集中管理和调度，实现系统运行状态的监 视和运行方式的控制, 早期的集中调度是通过调度电话来实 施的，即通过人与人之间的信息交换，由值班人员对系统的 运行方式进行监视和控制，这种间接的监视和控制效率低， 可靠性也差。目前现代化的集中调度完全可以通过功能完善、 运行可靠的微机远动监控设备，对各类变电所进行直接的集 中监和控制，并能和其他系统（如行车指挥系统）交换有关 信息，实现整个轨道交通系统的综合自动化。
❖ 牵引网：供列车牵引回路
接触网：经过受电器向电动列车供给电能的导电网。 回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所的导线 馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线 轨道（电路）：利用走行轨作为牵引电流回流的电路 ❖ 电力监控系统：监控电力设备的运行 ❖ 车站及区间动力照明系统 ❖ 杂散电流防护系统：减少地下迷流 ❖ 防雷设施和接地系统
凝土支柱和钢柱，基础是对钢支柱而言的，即钢支柱固定在下面的钢筋
混凝土制成的基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的
稳定性。预应力钢筋混凝土支柱与基础制成一个整体，下端直接埋入地
下。
动力供电系统
❖ 降压变电所：将三相电源进线电压降压变为
380v交流电。
❖ 配电所：电能分配
❖ 配电线路：配电所与用电设备之间的导线
电力牵引供电系统 -------城市轨道交通
交通工程教研室
知识回顾
城市轨道交通系统的组成
❖ 线路(车站和区间） ❖ 车辆 ❖ 牵引供电系统 ❖ 通信信号系统 ❖ 运行与管理系统 ❖ 环控系统
电力牵引特点
❖ 运输能力大 ❖ 牵引性能好 ❖ 经济效益好 ❖ 需要司机人数少 ❖ 司机工作条件好 ❖ 车辆准备时间少 ❖ 运用效率高 ❖ 不污染环境 ❖ 不受寒冷气候影响
臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设
备。
❖
定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接
触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将
接触线的水平负荷传给支柱。
❖
支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将
接触悬挂固定在规定的位置和高度上。我国接触网中采用预应力钢筋混
❖
接触网是沿铁路线上空架设的向车辆供电的特殊形式的输电线路。
其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。
❖
接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。接触悬挂通过
支持装置架设在支柱上，其功用是将从牵引变电所获得的电能输送给电
❖
支持装置用以支持接触悬挂，并将其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
波动范围为1 000 V～1 800 V）。
❖ 牵引网由馈电线、接触网、轨道和回流线组成。
接触网：经过受电器向电动列车供给电能的导电网。 回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所的导线 馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线 轨道（电路）：利用走行轨作为牵引电流回流的电路
❖ 接触网是牵引网中最主要的组成部分，车上 的受电器通过与它可靠地直接滑动接触，不 断取得电能，以保持电动车组的正常运行。 接触网按其结构可分为接触轨式和架空式两 种。
❖ 在城市轨道交通中，地下铁道一般宜用DC 750 V接触轨受流方式，这样隧道净空高度低， 接触网结构简单、造价低、便于维修。
❖ 接触轨式是沿走行轨道一侧平行铺设第三轨，电动车组从侧 面伸出的受电器——接触靴与其滑动接触而取得电能。接触 轨又分上磨式和下磨式两种。上磨式接触轨安装在专用绝缘 子上，工字形轨底朝下，优点是固定方便，缺点是接触靴在 其上面滑行，无法加防护罩；下磨式接触轨轨底部上，由绝 缘体紧固在弓形肩架上，优点是可以加防护罩，时工作人员 较为安全。