城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)

1、城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)交通工程教研室牽引供電系統(tǒng)v電力牽引系統(tǒng)電力牽引系統(tǒng)由受流器從架空接觸網(wǎng)或第三軌接受電能，通過車載的變流裝置給安裝在轉(zhuǎn)向架上牽引電動機供電，將電能轉(zhuǎn)換為機械能，通過齒輪傳動箱和輪對，驅(qū)動動車組運行。v供電系統(tǒng)為電力牽引系統(tǒng)、其它電器設(shè)備提供電能。電力牽引系統(tǒng)設(shè)備v牽引電機直流牽引電機交流牽引電機v控制系統(tǒng)電子元件：GTO、IGBT控制模塊：斬波器、逆變器、整流器直流牽引電機v結(jié)構(gòu)v工作原理v特點牽引電機的結(jié)構(gòu)直流牽引電機原理v轉(zhuǎn)子繞組接通直流電，在磁場的作用下產(chǎn)生運動；電刷不動，接入轉(zhuǎn)子繞組的電流在相同的磁極下是同一方向，因而轉(zhuǎn)子可以向同一方向運動。直流牽引電機特點v啟

2、動性能好v牽引特性好v過載能力強v功率利用充分v控制簡單v調(diào)速范圍寬交流牽引電機v結(jié)構(gòu)v工作原理v特點體積小，容易制造無換向裝置，輸出功率大牽引性能好，能耗小工作條件要求低，維修少可簡化車輛主電路牽引電機的結(jié)構(gòu)v異步牽引電動機主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分組成。定子通常是無機殼疊片形式，鐵芯兩端裝有厚壓板，壓板間用拉桿或鋼板固定，用電焊將壓板、鐵芯和拉桿等焊成一個整體。定子壓板又作為轉(zhuǎn)子軸承支架，通過端蓋和壓板的止口來固定轉(zhuǎn)子部分。轉(zhuǎn)子通常是鼠籠型，其繞組用鋁或銅硅鋁合金鑄成，容量較大的牽引電動機則采用銅材料制成。由于異步牽引電動機都采用降低頻率起動，起動時集膚效應(yīng)很小，從磁路飽和及結(jié)構(gòu)簡單的理由考慮

3、，轉(zhuǎn)子可以采用矩形槽。交流牽引電機原理v當在定子繞組中施加三相交流電壓時即會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，如果在定子中放入鼠籠形轉(zhuǎn)子，則鼠籠條就會切割旋轉(zhuǎn)磁場的磁力線，鼠籠條中會流過二次電流，于是轉(zhuǎn)子中會產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)力矩交流牽引電機特點v考慮到變頻異步電動機控制方式復(fù)雜和運行條件惡劣，異步牽引電動機結(jié)構(gòu)上有如下特點。v（1）由于異步牽引電動機運行時，需承受來自線路的強烈振動，因此需采用比普通異步電動機較大的氣隙（通常為1.5mm2.5mm)。v（2）定子槽型一般采用開口型，這樣可以用成型繞組以獲得良好的絕緣性能，增加運行的可靠性。對于選用氣隙較小的電機，可在定子槽口開通風(fēng)槽口，這樣可增加通風(fēng)效果，同時還可以增加電

4、機漏抗，減小諧波電流的影響。v（3）定、轉(zhuǎn)子鐵芯沖片選用0.5mm厚的高導(dǎo)磁、低損耗的冷軋硅鋼片，要求內(nèi)、外圓同時落料，以保證氣隙的均勻度。轉(zhuǎn)子鐵芯內(nèi)孔與軸用熱套固定，取消鍵槽配合，以滿足牽引電機頻繁正反起動的要求。v（4）鼠籠轉(zhuǎn)子的導(dǎo)條與端環(huán)間的聯(lián)接用感應(yīng)加熱銀銅釬焊，對于最大轉(zhuǎn)速較大的牽引電動機，可在端環(huán)外側(cè)熱套非磁性護環(huán)，以增加強度和剛度。v（5）采用耐熱等級高、厚度薄的聚酰亞胺薄膜和云母帶作定廠主絕緣。并通常選用C級絕緣材料作H級溫升使用，以提高電機熱可靠性。v（6）開始使用絕緣軸承，阻止由于三相電流不平衡時產(chǎn)生的軸電流流過軸承，避免軸承受到電腐蝕，保證軸承壽命。v（7）為配合變頻調(diào)速

5、系統(tǒng)進行轉(zhuǎn)速（差）閉環(huán)控制和提高控制精度，在電機內(nèi)部應(yīng)考慮裝設(shè)非接觸式轉(zhuǎn)速檢測器。v（8）為適應(yīng)高速列車運行需要，異步牽引電動機大多采用全懸掛方式（或稱架承式懸掛），這種懸掛方式的優(yōu)點是電機的全部重量都在簧上，大大減少了沖擊和振動對電機的影響。架承式電機又分為實心軸和空心軸兩種傳動方式。實心軸傳動多用于中型牽引電動機，如德國西門子公司在地鐵車輛上設(shè)計廠專用的球形萬向聯(lián)軸節(jié)，置于軸伸和小齒輪中間，以補償運行中輪對和電機間相對垂直位移，避免電機承受彎矩和軸向力，延長軸承壽命?？招妮S多用于電力機車用的大容量的牽引電動機，動軸兩端采用齒形聯(lián)軸節(jié)結(jié)構(gòu)，便于折裝。體積小，容易制造GTOv可關(guān)斷晶閘管可關(guān)斷

6、晶閘管GTO（GateTurn-OffThyristor）亦稱門控晶閘管。其主要特點為，當門極加負向觸發(fā)信號時晶閘管能自行關(guān)斷。vv普通晶閘管（SCR）靠門極正信號觸發(fā)之后，撤掉信號亦能維持通態(tài)。欲使之關(guān)斷，必須切斷電源，使正向電流低于維持電流IH，或施以反向電壓強近關(guān)斷。這就需要增加換向電路，不僅使設(shè)備的體積重量增大，而且會降低效率，產(chǎn)生波形失真和噪聲。可關(guān)斷晶閘管克服了上述缺陷，它既保留了普通晶閘管耐壓高、電流大等優(yōu)點，以具有自關(guān)斷能力，使用方便，是理想的高壓、大電流開關(guān)器件。GTO的容量及使用壽命均超過巨型晶體管（GTR），只是工作頻紡比GTR低。目前，GTO已達到3000A、4500V

7、的容量。大功率可關(guān)斷晶閘管已廣泛用于斬波調(diào)速、變頻調(diào)速、逆變電源等領(lǐng)域，顯示出強大的生命力。IGBT 升降壓斬波器電路整流器將交流電轉(zhuǎn)換為直流電三相逆變電路v主要由6只功率開關(guān)元件組成。采用SPWM控制各開關(guān)元件，使其按一定的邏輯順序?qū)ê完P(guān)斷，從而使三相逆變電路輸出正負對稱的方波電壓。電壓和頻率的參考值儲存在控制程序中，根據(jù)與輸出電壓的反饋值之間形成的偏差，作為功率元件門極信號的指令，控制輸出電壓恒定。對于輸入電壓和負載的變化，則通過檢測各相電流值來校正輸出電壓。頻率的控制采用內(nèi)置晶振。電力供電系統(tǒng)v一次電力系統(tǒng)：發(fā)電廠、傳輸線路、區(qū)域變電所v軌道交通牽引供電系統(tǒng)：牽引供電和動力照明供電系統(tǒng)

8、v牽引網(wǎng)接觸網(wǎng)：經(jīng)過受電器向電動列車供給電能的導(dǎo)電網(wǎng)?；亓骶€：用以供牽引電流返回牽引變電所的導(dǎo)線饋電線：從牽引變電所向接觸網(wǎng)輸送牽引電能的導(dǎo)線軌道（電路）：利用走行軌作為牽引電流回流的電路v變電站：變換電壓和電流主變電站DC110kv-35kv牽引變電站DC35kv-10kv-1500v(750v)降壓變電站DC35kv-10kv-0.4kv車站變電站AC220V、380V、DC110V、24V牽引變電所接觸網(wǎng)v鐵路電氣化是中國鐵路發(fā)展的最終目標。電氣化鐵路工程又稱為“四電工程”，包括“接觸網(wǎng)”、“變電”、“信號”、“通信”，其中以接觸網(wǎng)作為鐵路電氣化工程的主構(gòu)架。v接觸網(wǎng)主要包含以下幾項內(nèi)容

9、：1.基礎(chǔ)構(gòu)件，如水泥支柱、鋼柱及支撐這些結(jié)構(gòu)物的基礎(chǔ)；2.基礎(chǔ)安裝結(jié)構(gòu)件，這項內(nèi)容的作用主要是連接接觸網(wǎng)導(dǎo)線和基礎(chǔ)構(gòu)件；3.接觸網(wǎng)導(dǎo)線，這部分作用就是傳輸電流給電力機車；4.其他輔助構(gòu)件，包括回流線、附加懸掛等。v接觸網(wǎng)是沿鐵路線上空架設(shè)的向電力機車供電的特殊形式的輸電線路。其由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱與基礎(chǔ)幾部分組成。v接觸懸掛包括接觸線、吊弦、承力索以及連接零件。接觸懸掛通過支持裝置架設(shè)在支柱上，其功用是將從牽引變電所獲得的電能輸送給電力機車。v支持裝置用以支持接觸懸掛，并將其負荷傳給支柱或其它建筑物。根據(jù)接觸網(wǎng)所在區(qū)間、站場和大型建筑物而有所不同。支持裝置包括腕臂、水平拉桿、

10、懸式絕緣子串，棒式絕緣子及其它建筑物的特殊支持設(shè)備。v定位裝置包括定位管和定位器，其功用是固定接觸線的位置，使接觸線在受電弓滑板運行軌跡范圍內(nèi)，保證接觸線與受電弓不脫離，并將接觸線的水平負荷傳給支柱。v支柱與基礎(chǔ)用以承受接觸懸掛、支持和定位裝置的全部負荷，并將接觸懸掛固定在規(guī)定的位置和高度上。我國接觸網(wǎng)中采用預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支柱和鋼柱，基礎(chǔ)是對鋼支柱而言的，即鋼支柱固定在下面的鋼筋混凝土制成的基礎(chǔ)上，由基礎(chǔ)承受支柱傳給的全部負荷，并保證支柱的穩(wěn)定性。預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土支柱與基礎(chǔ)制成一個整體，下端直接埋入地下。新溫州牽引變電所電氣設(shè)備v高壓開關(guān)v熔斷器v變流器v變壓器v互感器v斷路器蓄電池v作為輔

11、助系統(tǒng)的備用電源，蓄電池在輔助逆變器正常工作的情況下處于浮充狀態(tài)；當網(wǎng)壓故障或列車輔助逆變器全部故障的緊急情況下，蓄電池作為緊急電源提供列車緊急負載電源。其容量的大小由緊急負載的大小來決定。北京城軌13號線車輛的蓄電池容量為低倍率50Ah鎘鎳堿性蓄電池。輸出變壓器v輸出變壓器將交流濾波器輸出的三相電源變換為AC380V或AC220V，提供給車輛交流負載，同時作為和輸出回路的隔離之用；同時還將輸出的AC380V電源通過變壓器再變換為AC85V和AC20V，提供給整流裝置，整流裝置通過三相整流模塊，輸出DC110V和DC24V提供給車輛的直流負載。電力監(jiān)控v主站v一般設(shè)置在控制中心，采用計算機網(wǎng)絡(luò)

12、技術(shù)，客戶機/服務(wù)器模式，主從網(wǎng)絡(luò)節(jié)點方式。配置服務(wù)器、調(diào)度工作站、系統(tǒng)維護工作站、前置通信處理、行調(diào)顯示終端節(jié)點設(shè)備、設(shè)置實時數(shù)據(jù)、程序、統(tǒng)計報表、畫面拷貝等打印機及實時監(jiān)控供電系統(tǒng)概況的模擬盤（或投影儀）等外圍設(shè)備，重要的設(shè)備有冗余配置，以提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)配置不間斷電源設(shè)備。v被控站v設(shè)在主變電所、牽引降壓混合所、降壓變電所。變電所采用分層分布式變電所綜合自動化系統(tǒng)，主要由站級管理層設(shè)備、所內(nèi)現(xiàn)場通信網(wǎng)絡(luò)、間隔設(shè)備層單元組成，完成對變電所及其供電范圍內(nèi)供電設(shè)備的保護、控制、信號、測量及自動裝置、遠程通信等功能。v數(shù)據(jù)傳輸通道v采用專用的數(shù)據(jù)傳輸通道，點對點式結(jié)構(gòu)。監(jiān)控對象v遙控對象變電所內(nèi)10kv及以上電壓等級的斷路器、負荷開關(guān)及電動隔離開關(guān)、直流快速斷路器、直流電源總隔離開關(guān)、低壓進線斷路器、低壓母聯(lián)斷路器、低壓總開關(guān)、接觸網(wǎng)隔離開關(guān)、有載調(diào)壓變壓器的調(diào)壓開關(guān)。v遙信對象遙控對象的位置信息、各種電源及斷路器的故障信號、鋼軌電位限制裝置的動作信號、無人值班變電所大門開啟信號、控制方式等v遙測對象主變電所進線電壓、電流、功率、電能變電所母線電壓、電流、功率、電能牽引整流機組的電流、電能、饋線電流、回流電流供電負荷v一級牽引