第二章直流 牵引变电所及牵引网

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(2)绝缘子通常采用额定电压3KV的瓷质绝缘子。
(3)端部弯头设置在接触轨断口的端部,便于车辆受流 器能平滑顺利地过渡。为避免因温度变化及受流器作用时 引起接触轨窄动,在每一段接触轨中部均设置有防爬器。
(4) 在第三轨方式中,为引线方便,隔离开关安装位置均 靠近地面设置,从安全方面考虑,通常将隔离开关安装于 柜子中。
3.在加拿大,考虑到燃料的短缺和昂贵,以及因此而需要限 制私用汽车运输的情况,加拿大的在电动悬浮技术领域内 开展研究的开发工作,该项技术在1972年通过广泛的运输 试验,并在金士顿的女王大学开发起来。
4.在美国,发展较慢。
美国磁悬浮运输公司正计划在闹市区修建一条城市磁悬浮 列车线。有报道,美国麻省理工学院在进行一项叫作“行 星列车”—地下真空磁悬浮超音速列车研究计划,最高时 速高达22500km/h以上,是音速的20倍。一旦建成,其经济 效益将是非常显著的。
这之后,由铁科院主持、长春客车厂、中科院电工所、 国防科技大学参加,共同研制的长为6.5m,宽为3m,自重4 吨,内设15个座位的单转向架磁悬浮试验车在铁科院环行 试验线的轨距为2m,长为36m,设计时速为100公里的室内 磁悬浮实验线路上成功地进行了试验,填补了我国在磁悬 浮技术领域的空白(低速常导)。
所谓车辆悬浮就是车辆本身与路面之间没有机械接触, 能做到这一点的,目前只有用直线电机驱动的磁悬浮列车。
磁浮列车改变了传统斩道车辆靠轮轨摩擦力推进的方式, 采用磁力悬浮车体,直线电机驱动技术,使列车在轨道上 浮起滑行,在交通技术发展上是一个重大突破,被誉为21 世纪一种理想的交通工具。
磁浮列车与现有的常规车相比,其突出的优点表现为:
发展概况: 一、在国外的发展情况 1.在德国,无接触的支承、导向和驱动技术工艺方面的发展 始于60所代末或70年代初。 1922年 赫尔曼•肯佩尔首次考虑电磁悬浮铁路。 2.在日本 (1)电动悬浮技术 (2)HSST磁浮铁路系统(High Surface Transportation 高速路 面运输)
(2) 刚性悬挂方式 刚性悬挂主要由以下几部分组成 ◆ 铝合金汇流排和接触线 ◆绝缘和悬挂装置
将传统断面的接触导线夹装在铝合金汇流排上,再悬挂 于轨道上方给列车传输电能的装置称为刚性悬挂。
2. 两种悬挂方式的综合比较
序 号
项目
刚性悬挂
柔性悬挂
1
可靠性
2
运营维护
3
精度要求
4
允许车速
5
导线磨耗
6 隧道净空要求
8. 车辆取流和电磁干扰
第三轨在道岔和电分段处必须设断口,车辆集电靴在接 触轨断口处不可避免地要有电流冲击而产生电弧和火花, 由此产生的高次电磁波对无线通信有一定的干扰,第三轨 断口处的电流冲击造成车辆取流不平稳,并对列车运行速 度有一定影响。
架空接触网在道岔处和电分段处是连续的,车辆受电弓 始终是平滑的取流,现代技术使得受电弓相对接触网的离 线率非常小,因而产生火花引起的电磁干扰也非常小,允 许列车运行速度较高。
上行与下行 接触网馈线 (右侧区间)
4.牵引、降压混合变电所 作用:从主变电所获得电能,
经过降压和整流变成动车牵引所 需要的直流电1500V。另外还调 车2台动力变压器经降压后供给 低压配电用。
即在有牵引变电所和降压变 电所的站点合并建成一座牵引降 压混合变电所。
5.降压变电所
作用:为车站与线路区间的动力、照明负荷和通信信 号电源供电而设置的。
4.供电质量及能耗
(1)供电质量:两种电压的供电质量基本相同。
(2)能耗:在车辆功率相同的情况下,DC750V系统的电流是 DC1500V系统的两倍,在相同线路条件和相同车辆功率情 况下,运行中线路的功率损耗DC750V是DC1500V的大约 200%,这对运营成本核算是不可忽视的。
5. 牵引变电所设置情况

方案

项目
1 安全性
2
技术水平及投 资
3 维修工作量
4 牵引供电 5 杂散电流腐蚀 6 隧道净空 7 车辆方面 8 线路方面
架空接触网与第三轨对比简表
架空接触网
第三轨
对人身安全不存在危险影响 不利于疏散,易出事
达世界先进水平,银铜合金 电车线
技术水平低
量大,但不影响工务维修
量小,但对工务维修 有影响
第三章 牵引网
§4.3 接触轨式接触网
一、基本构成:
接触轨(Conductor rail)是沿电牵引线路敷设的与走行轨 道平行的附加轨,故又称第三轨。
第三轨主要由接触轨、绝缘子、端部弯头、防爬器、 防护器、防护罩和隔离开关等组成。
(1)接触轨通常设在列车前进方向的左侧。我国目前采 用的接触轨为50kg/m高导电率低碳钢钢轨。
第二章 牵引变电所
二、直流牵引变电所
直流牵引变电所从双电源受电,经整流机组变压器降压、 分相后,按一定整流接线方式由大功率硅整流器把三相交 流电变换为与直流牵引网相应电压等级的直流电,向电动 车组供电。
整流机组是直流牵引变电所的关键设备,为降低整流直 流中的脉动分量和整流变压器一次侧的谐波含量,一般采 12相或24相整流接线方式。
因而从总体上和长远利益方面看是一个有利的方案。
第五章 磁浮铁路 Transrapid
§5.1 概述
一般认为,航空的合理飞行速度应大于500km/h,汽车 的最高合理速度应小于250km/h,而目前的常规火车的运行 速度将在400km/h以内。因为,火车是靠旋转的车轮和轨道 的摩擦力行驶的。车轮转动的越快,摩擦力相应地就减少, 从而使车速受到限制。火车只要在轨道上用轮子行驶,时 速在力学理论上就很难超过400km/h,即认为400km/h以上 时,普通车轮已失去摩擦力,不能产生推力。而现在的发 展需求是高速,城内交通30min以内,城市间应在3小时以 内。要想研制出400km/h以上时速的高速列车,就必须使列 车车辆悬浮起来行驶。
§5.2 磁浮列车的悬浮与驱动 一、直线电机
磁浮列车驱动是利用直线电机。 1.概述
直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能,而不 需任何中间转换机构的传动装置。它是20世纪下半叶电工 领域中出现的具有新原理、新理论的新技术。
直线电机的结构可以根据需要制成扁平型、圆筒型或盘 型等各种型式。它可以采用交流电源、直流电源或脉冲电 源等各种电源进行工作。
(1)速度快,可达500km/h以上,大大缩短一地到另一地之间 的旅行时间。
(2)安全,由于车辆与轨道相互约束,因此没有翻车或脱轨 的危险。
(3)无污染,乘坐舒适,因为采用了非接触式的行车技术, 没有轮轨接触的噪声,旅客感觉不到纵向冲动和震动。
(4)占地小,可高架且对轨道承重要求低,因而占地较少。 (5)对复杂地形的适应性较强,爬坡能力强,转弯半径小。 (6)整体结构易维修,节能。
110KV 电源进线2
单母线分段 的内桥接线
GK或DL
110KV
Y YΔ
三绕组 变压器
Leabharlann Baidu
Y YΔ
降压所 单母线
分段接线
单母线 分段接线
10KV
降压所 35KV
牵引 变电所
联络开关
牵引变电所
35KV线路 联络开关
3.牵引变电所
作用:将城市电网区域变电所或地铁主变电所送来的 35KV电能经过降压和整流变成牵引变电所用的直流电能。
7 对制造设备要求
8
投资
9 国内外使用情况
10
施工
11
国产化
12
其它
较可靠,几乎无断线事故 维修调整工作量较少,费用较低
调整精度要求高 ≤100Km/h满足地铁要求
导线磨耗较大 要求隧道空间相对柔性略小
国内现有设备需改造 投资相对柔性悬挂高5%~30%
日、韩、法,运营效果较好 专用施工工具需进口
零部件种类少,工作量较小 根据车辆取流情况,接触线与受电
直流牵引变电所间一般不设分区所和开闭所。
主变电所
作用:将城市电网的高压(110KV或220KV)降压后以相 应的电压等级(35KV或10KV)分别供给牵引变电所和降压变 电所。
为了保证供电的可靠性,一般设置两座以上主变电所, 主变电所由两路独立的电源进线供电,内部设置两台相同 的主变压器。
110KV 电源进线1
隔离开关的设置地点和数量取决于牵引变电所的位置和 数量。
Conductor rail cover
insulator
Collecting shoe
二、架空接触网和第三轨的利弊分析
1.安全性 由于第三轨临近地面,与人身发生接触而导致触电的可
能性较大。 国内外长期的运行经验表明,当列车内发生突发事故,
需要紧急疏散旅客时,在不能马上切断电源的情况下,大 量的旅客涌上线路,这是非常危险的。
5.在韩国,1993年,韩国大田世界博览会首次展出了该国研 制的一台长度为18m,重量为25t,定员为40人,时速为 40km/h的磁悬浮列车。
二、国内磁浮列车的研究
西南交大是我国最早参与磁浮研究的单位之一,在1994 年成功地进行了4个座位,自重4吨,悬浮高度8mm,时速 为30km/h的试验车。
2.采用直线电机驱动的装置和其它非直线电机驱动的装 置相比,它具有以下一些优点:
(1)采用直线电机驱动的传动装置,不需要任何转换装置而 直接产生推力,因此,它可以省去中间转换机构,简化了 整个装置或系统,保证了运行的可靠性,提高了传递效率, 降低了制造成本,易于维护。
在事故状态下,架空接触网方式可以通过降弓使车辆脱 离电源。
2. 投资分析
架空式接触网与第三轨在造价方面相差不多。
牵引变电所DC750V比DC1500V高7000万元。
3.维修工作量
通常情况下,架空接触网由于结构复杂而使维修工作量 大于第三轨。
但随着智能化接触网检测车的普遍应用,可大大减轻日 常维护工作量。
7. 对隧道净空的影响
DC750V系统第三轨对矩形隧道的净空要求低,但对园形 和马蹄形隧道的利用率较低,同是由于需要的牵引变电所 数量比DC1500V多,使车站土建工程量增加。
DC1500V系统架空接触网对园形和马蹄形隧道的利用率 较高,但对矩形隧道需略加大净空高度,而矩形隧道通常 为明挖方式施工,因此土建工程增加不多。
三、接触网系统刚性悬挂和柔性悬挂
在地铁领域应用的综合比较
1.国内外发展概况 (1)柔性悬挂方式
柔性悬挂主要由线材(承力索、接触线、辅助馈线。架空 地线等)、绝缘和支承装置及自动张力补偿装置几个部分组 成。
目前,国际上地铁领域采用的柔性悬挂方式所占隧道净空 一般均在300mm至400mm左右。
柔性悬挂方式在我国干线电气化铁路上已使用了几十年, 积累了较丰富的经验,加上通过引进设备,已具备了开发 自己产品的能力。
供电质量高,电能损耗小 损耗大
较小
约大50%
隧道净空大
净空小
取流平稳,电磁干扰小
取流不平稳,干扰大
地面线路无须封闭
地面线路必须封闭
四、结论:
(1)对于DC750V系统第三轨受流方式和DC1500V架空接触 网受流方式,两者均能满足城市轨道交通的功能要求。
(2)在安全性方面,架空比第三轨安全。
(3)综合经济效益方面,虽然隧道工程的投资架空比第三轨 方式略高,但因DC1500V的车辆造价低、变电所数量少, 且能耗低。所以综合经济效益好。
弓应相匹配。刚柔过渡应处理好
存在断线事故隐患 工作量较多,费用多
要求低 允许高速 导线磨耗较小 300mm~400mm 均为一般设备 投资较刚性较低 有成熟的设计 施工工具无需进口 零部件多 接触线数量可根据需 要设置。
四、结论
(1)刚性悬挂和柔性悬挂两者均能满足地铁领域的功能要求。 (2)刚性悬挂比柔性悬具有更高的安全可靠性。 (3)刚性悬挂的一次性投资虽比柔性悬挂稍高一些,但其运 行维护费用较低,且能为相专业带来潜在的利益。
DC1500V系统的供电距离一般是3~4公里,DC750V系 统的供电距离一般不超过2公里。
6.对杂散电流的影响
两种方式均利用走行轨作为回流轨,与牵引变电所负极 相连。由于走行轨与道床间存在电位差,因粉尘污染或绝 缘损坏等造成走行轨向道床泄漏电流,形成杂散电流。 DC750V系统因牵引电流较DC1500V系统大一倍(同等车辆 功率和线路重要条件下),杂散电流约大50%,故对地下金 属物危害较大。
主接线包括高压交流35KV受、配电系统和直流(750V、 1500KV)受、馈电系统两部分
35KV 电源进线1
35KV 电源进线2
单母线不分段
35KV
Y YΔ
三绕组 变压器
Y
YΔ 二次绕组和整流 器组成多相整流
负母线
+1500V正母线
回流线
上行与下行 回
与走行轨相连 接触网馈线 流
(左侧区间) 线
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