高鐵新技術(shù)之受電技術(shù)

1、高鐵新技術(shù)之高速高鐵新技術(shù)之高速受電技術(shù)受電技術(shù)西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)交通運(yùn)輸系高速鐵路與高速列車定義高速鐵路與高速列車定義高速鐵路的定義高速鐵路的定義 1 1、19701970年日本政府第年日本政府第7171號(hào)令的定義為：凡在一條鐵路的主號(hào)令的定義為：凡在一條鐵路的主要區(qū)段上，列車的最高運(yùn)行速度達(dá)到要區(qū)段上，列車的最高運(yùn)行速度達(dá)到200km/h200km/h及以上的干線及以上的干線鐵路。鐵路。 2 2、19851985年歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)在日內(nèi)瓦簽署國(guó)際鐵路干線協(xié)議年歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)在日內(nèi)瓦簽署國(guó)際鐵路干線協(xié)議規(guī)定：列車最高運(yùn)行速度達(dá)到規(guī)定：列車最高運(yùn)行速度達(dá)到300km/h300km/h及以上的客

2、運(yùn)專線或及以上的客運(yùn)專線或最高速度達(dá)到最高速度達(dá)到250km/h250km/h及以上的客貨混用線。及以上的客貨混用線。 3 3、19961996年國(guó)際鐵路聯(lián)盟年國(guó)際鐵路聯(lián)盟(UIC)(UIC)的定義是：最高速度至少達(dá)的定義是：最高速度至少達(dá)到到250km250kmh h的專用線或最高速度達(dá)到的專用線或最高速度達(dá)到200km/h200km/h的既有線。的既有線。 4 4、目前對(duì)高速鐵路比較一致的定義是：最高行駛速度在、目前對(duì)高速鐵路比較一致的定義是：最高行駛速度在200km/h200km/h以上以上、旅行速度超過、旅行速度超過150km/h150km/h的鐵路系統(tǒng)。的鐵路系統(tǒng)。西南交通大學(xué)峨眉校

3、區(qū)交通運(yùn)輸系 高速鐵路與高速列車定義高速鐵路與高速列車定義一、高速鐵路的定義一、高速鐵路的定義國(guó)際上根據(jù)鐵路線路允許運(yùn)行的最高時(shí)速作以下劃分：國(guó)際上根據(jù)鐵路線路允許運(yùn)行的最高時(shí)速作以下劃分：普通鐵路（普通鐵路（常速、中速常速、中速）：）： 100160km/h快速鐵路（快速鐵路（準(zhǔn)高速或快速準(zhǔn)高速或快速）：）： 160200km/h高速鐵路高速鐵路 ： 200km/h(既有線改造既有線改造) 250km/h(新建線新建線)西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)交通運(yùn)輸系 高速鐵路與高速列車定義高速鐵路與高速列車定義高速列車的定義高速列車的定義 高速列車高速列車以最高速度以最高速度200km200kmh h以上運(yùn)

4、行的列車以上運(yùn)行的列車。 高速列車可以是由高速列車可以是由機(jī)車牽引客車組成的列車機(jī)車牽引客車組成的列車，也可，也可以是動(dòng)車組組成的列車，稱為以是動(dòng)車組組成的列車，稱為高速動(dòng)車組高速動(dòng)車組。嚴(yán)格地。嚴(yán)格地說，高速列車涵義更廣泛，它不但包括輪軌式列車說，高速列車涵義更廣泛，它不但包括輪軌式列車，還應(yīng)包括，還應(yīng)包括磁懸浮列車磁懸浮列車等。等。動(dòng)車組動(dòng)車組由兩輛或兩輛以上帶動(dòng)力的車輛（動(dòng)車）由兩輛或兩輛以上帶動(dòng)力的車輛（動(dòng)車）和不帶動(dòng)力的客車（拖車）固定編組在一起的列車。和不帶動(dòng)力的客車（拖車）固定編組在一起的列車。（拖車可有可無）（拖車可有可無）西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)交通運(yùn)輸系 高速鐵路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征

5、高速鐵路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征高速鐵路與公路、航空相比，其主要技術(shù)經(jīng)高速鐵路與公路、航空相比，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：濟(jì)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在： 1 1、速度快、旅行時(shí)間短；、速度快、旅行時(shí)間短； 2 2、列車密度高、運(yùn)量大；、列車密度高、運(yùn)量大； 3 3、乘座舒適性好；、乘座舒適性好； 4 4、土地占用面積??；、土地占用面積??； 5 5、能耗低；、能耗低；西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)交通運(yùn)輸系 高速鐵路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征高速鐵路的技術(shù)經(jīng)濟(jì)特征高速鐵路與公路、航空相比，其主要技術(shù)經(jīng)高速鐵路與公路、航空相比，其主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在：濟(jì)優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)在： 6 6、環(huán)境污染小；、環(huán)境污染小； 7 7、外部運(yùn)輸成本低；、外部運(yùn)輸成本低

6、； 8 8、列車運(yùn)行正點(diǎn)率高；、列車運(yùn)行正點(diǎn)率高； 9 9、安全可靠；、安全可靠； 1010、不受氣候影響，全天候運(yùn)行；、不受氣候影響，全天候運(yùn)行； 1111、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益好。、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益好。從速度看，己開行的高速列車的最高運(yùn)行速度可以劃分為三個(gè)等級(jí)： 1第一速度級(jí) 最高運(yùn)行速度為200-250公里小時(shí) 2第二速度級(jí) 最高運(yùn)行速度為250-300公里小時(shí) 3第三速度級(jí) 最高運(yùn)行速度為300公里小時(shí)1）要實(shí)現(xiàn)比現(xiàn)有機(jī)車更大的牽引功率及牽引力的新型動(dòng)力裝置和傳動(dòng)裝置；2）牽引動(dòng)力的配置己不能局限于傳統(tǒng)的機(jī)車牽引方式，而要采用分散的或相對(duì)集中的動(dòng)車組方式；因此對(duì)機(jī)車的牽引力提出了更高的要求3）

7、高速條件下新的制動(dòng)技術(shù)；4）高速電力牽引時(shí)的受電技術(shù)；5）適應(yīng)高速行車要求的車體及走行部的 結(jié)構(gòu)以及減少空氣阻力的新的外形設(shè)計(jì)等等。 這些都是發(fā)展高速牽引動(dòng)力必需解決的具體技術(shù)問題。 目前世界各國(guó)最高運(yùn)行速度在200公里小時(shí)以上的高速列車，除英國(guó)的HST高速列車由內(nèi)燃動(dòng)車牽引外，其余均采用電力牽引。 與常速列車的電力牽引相比較，高速列車電力牽引的受電有一些特點(diǎn)。 1高速受電的特點(diǎn) 高速列車的行車速度較常速列車高得多，因化受電弓沿接觸間導(dǎo)線移動(dòng)的速度大大加快。這就使接觸網(wǎng)與受電的波動(dòng)特性發(fā)生變化，從而對(duì)受電產(chǎn)生影響；特點(diǎn)一 高速列車在高速運(yùn)行時(shí)所受的空氣阻力遠(yuǎn)較常速列車大得多，空氣動(dòng)力也是影響高

8、速受電的一個(gè)重要因素；特點(diǎn)二 高速列車所需的牽引功率較常速列車大得多，若采用多弓受電必然會(huì)增加阻力、加大噪聲，并引起接觸網(wǎng)的波動(dòng)干擾，因而受電弓的數(shù)量不能太多，這就需要解決受電弓從接觸網(wǎng)大功率受電的問題。特點(diǎn)三 接觸網(wǎng)的基本功能是通過與受電弓的直接接觸將電能供給動(dòng)力車。對(duì)高速受電用的接觸網(wǎng)應(yīng)有更高的要求：高速受電對(duì)高速接觸網(wǎng)的要求(1)在最高行車速度和更大的速度變化范圍內(nèi)應(yīng)能保證正常供電；(2)應(yīng)有更高的耐磨性和抗腐蝕(包括抗電蝕)能力；(3)對(duì)接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)和布置應(yīng)有更高的要求；(4)在接觸網(wǎng)的懸掛方面，目前在普速列車供電中采用的彈性半補(bǔ)償鏈形懸掛和彈性全補(bǔ)償鏈形懸掛已不能適應(yīng)高速的要求，應(yīng)有

9、更為先進(jìn)的接觸懸掛裝置。 在高速運(yùn)行條件下，接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)的工作對(duì)受電產(chǎn)生的影響，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：高速弓-網(wǎng)關(guān)系主要表現(xiàn)形式 受電過程中，弓線相互接觸，受電弓對(duì)接觸導(dǎo)線有一個(gè)抬升力，并使導(dǎo)線產(chǎn)生抬升量。 在兩者不接觸的地方，接觸導(dǎo)線由于自重而有一個(gè)下垂力，產(chǎn)生下垂量。 靜態(tài)時(shí)，抬升力就等于接觸壓力。當(dāng)受電弓沿接觸導(dǎo)線移動(dòng)時(shí)，受電弓的高度就開始迅遞變化再加上受電弓還受到高速空氣動(dòng)力的作用，從而將引起接觸壓力的變化。(1)弓線間的接觸壓力的形成和變化 壓力變小會(huì)造成受電弓離線，出現(xiàn)電弧，使弓、線燒傷； 壓力變大會(huì)使接觸導(dǎo)線過分升高，同時(shí)使受電弓滑板和接觸導(dǎo)線的磨損加??； 總之，接觸網(wǎng)受電弓

10、系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)特性是高速受電的主要研究課題之一。 壓力變化的后果 高速列車投入運(yùn)用后，即暴露出由于接觸導(dǎo)線波動(dòng)而產(chǎn)生嚴(yán)重的電弧放電以及強(qiáng)烈的噪聲問題。多弓的情況更為嚴(yán)重。 如日本100系列高速列車，有6個(gè)相距很近的受電弓同時(shí)工作(0系列高速列車升弓更多)。(2)接觸導(dǎo)線的波動(dòng)和噪聲 高速運(yùn)行時(shí)，接觸導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的多層橫波，其后果是：受電弓無法追隨處于波動(dòng)中的接觸導(dǎo)線以保持緊密、連續(xù)接觸，導(dǎo)致受電弓頻繁離線。 此外，6個(gè)受電弓同時(shí)升起與接觸導(dǎo)線接觸，猶如6把高速拉動(dòng)的“琴弓”在一根“琴弦”上同時(shí)“奏樂”，產(chǎn)生極大的噪聲。 因此，如何解決接觸導(dǎo)線的波動(dòng)對(duì)接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)工作的影響，以及解決多弓受電

11、而引起的強(qiáng)烈噪聲也是一個(gè)重要的研究課題。 當(dāng)接觸網(wǎng)的連接系統(tǒng)不能適應(yīng)列車運(yùn)行速度的要求時(shí)，受電弓的滑板就會(huì)與接觸導(dǎo)線脫離。 高速運(yùn)行時(shí)，受電弓的向上推力指使接觸導(dǎo)線的位置急速變化，這一變化以橫波的形式沿接觸導(dǎo)線前后傳播，使導(dǎo)線產(chǎn)生波動(dòng)；如果其傳播速度趕不上高速列車的運(yùn)行速度就會(huì)產(chǎn)生離線現(xiàn)象。(3)離線問題1）造成供電時(shí)斷時(shí)續(xù)，引起列車嚴(yán)重沖動(dòng)；2）會(huì)使弓、線間出現(xiàn)電弧放電、引起電蝕； 3）使兩者的工作表面嚴(yán)重粗糙，進(jìn)一步使弓、線磨損加速，工作壽命縮短；4）會(huì)造成牽引電流的急劇變化，有損于牽引電機(jī)的技術(shù)狀態(tài)；5）會(huì)對(duì)通信線路產(chǎn)生干擾。 因此，對(duì)離線的研究也是高速受電的一個(gè)主要研究方向。離線的危害

12、1）采用新型復(fù)合材料制成的接觸導(dǎo)線，以提高其抗拉強(qiáng)度；2）增大接觸導(dǎo)線和承力索的截面，以增加接觸導(dǎo)線和承力索的張力；3）減少接觸網(wǎng)的跨度，并采用更為合理的懸掛方式，確定受電弓同時(shí)升弓工作條件下兩個(gè)受電弓之間的最小間隔距離；4）改進(jìn)受電弓的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。提高接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)工作穩(wěn)定性的主要措施 受電弓作為一種從接觸網(wǎng)取用電能的裝置是接觸網(wǎng)-受電弓系統(tǒng)中的一個(gè)關(guān)鍵部件，其工作是否正常將直接影響受電質(zhì)量。3受電弓用于高速受電的受電弓應(yīng)滿足以下基本要求： 要求一：接觸壓力恒定 要求二：減小受電弓的重量降低運(yùn)動(dòng)慣性力 要求三：良好的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 要求四：對(duì)滑板狀態(tài)良好材質(zhì)耐磨 要求五：受電弓初始動(dòng)作迅速，終了

13、動(dòng)作緩慢對(duì)高速受電弓的要求 受電弓的滑板與接觸導(dǎo)線之間要保持恒定的接觸壓力，以實(shí)現(xiàn)比常規(guī)受電弓更為可靠的連續(xù)電接觸。 受電弓的滑板與接觸導(dǎo)線之間的接觸壓力不能過大或過小。 因此，受電弓的結(jié)構(gòu)應(yīng)保證滑板與接觸導(dǎo)線在規(guī)定的受電弓工作高度范圍內(nèi)保持恒定不變的、大小合適的接觸壓力。要求一：接觸壓力恒定 接觸壓力除與接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)、性能有關(guān)外，還與受電弓的靜態(tài)持性(靜止?fàn)顟B(tài)下接觸壓力與受電弓高度的關(guān)系)和動(dòng)態(tài)特性(運(yùn)行狀態(tài)下受電弓上下運(yùn)動(dòng)的慣性力)有關(guān)。 與常規(guī)受電弓相比要盡可能減輕受電弓運(yùn)動(dòng)部分的重量，運(yùn)行中，受電弓將隨著接觸導(dǎo)線高度變化而上下運(yùn)動(dòng)，在高速條件下，這種運(yùn)動(dòng)更為頻繁，從而直接影響滑板與接觸導(dǎo)線之間接觸壓力的恒定。要求二：減小受電弓的重量降低運(yùn)動(dòng)慣性力 對(duì)于高速受電弓，除必須保證的機(jī)械強(qiáng)度和剛度外，應(yīng)盡可能降低受電弓運(yùn)動(dòng)部分的重量，從而減小運(yùn)動(dòng)慣性力。這樣才能使受電弓滑板迅速跟上接觸導(dǎo)線高度的變化，保證良好的電接觸。 由于高速運(yùn)行時(shí)空氣阻力很大，因此高速受電弓在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上要作充分考慮，力求使作用在滑板上的空氣阻力由別的零件承擔(dān)，從而使受電弓滑板在其垂直