電力牽引供電系統(tǒng)

1、電力牽引供電系統(tǒng)-城市軌道交通交通工程教研室知識(shí)回顧城市軌道交通系統(tǒng)的組成v線(xiàn)路(車(chē)站和區(qū)間）v車(chē)輛v牽引供電系統(tǒng)v通信信號(hào)系統(tǒng)v運(yùn)行與管理系統(tǒng)v環(huán)控系統(tǒng)電力牽引特點(diǎn)v運(yùn)輸能力大v牽引性能好v經(jīng)濟(jì)效益好v需要司機(jī)人數(shù)少v司機(jī)工作條件好v車(chē)輛準(zhǔn)備時(shí)間少v運(yùn)用效率高v不污染環(huán)境v不受寒冷氣候影響電力牽引供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)控制系統(tǒng)傳動(dòng)系統(tǒng)電力牽引v電力牽引以電能為動(dòng)力的牽引方式v原理將電能直接或者經(jīng)過(guò)輸送、變換后提供給車(chē)組的牽引電動(dòng)機(jī)，由牽引電動(dòng)機(jī)將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，從而驅(qū)動(dòng)車(chē)輛運(yùn)行。電力牽引v城市軌道交通電力牽引（electric traction of urban railw transit）以電

2、力系統(tǒng)城市電網(wǎng)的電力為動(dòng)力源，在車(chē)輛上將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，從而牽引列車(chē)組在軌道上運(yùn)行的一種城市交通牽引動(dòng)力形式。由于它具有準(zhǔn)時(shí)、快捷、安全、舒適、運(yùn)量大、編組靈活及節(jié)能、無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)成為世界許多國(guó)家大中城市公共交通的骨干。v目前全世界已有40多個(gè)國(guó)家的130多個(gè)城市，共修建了7 000 km的城市軌道交通（包括地鐵、輕軌）線(xiàn)路。城市軌道交通電力牽引主要由牽引供電系統(tǒng)和電動(dòng)車(chē)組構(gòu)成（圖1）。 圖1 城市軌道交通電力牽引系統(tǒng)1牽引變電所；2饋電線(xiàn)；3接觸網(wǎng)；4電動(dòng)車(chē)組；5鋼軌；6回流線(xiàn)；7電分段。牽引供電系統(tǒng)v牽引供電系統(tǒng) 主要由牽引變電所和牽引網(wǎng)組成，牽引變電所的作用是將城市電網(wǎng)的交流電壓

3、（一般為110 kV、：35 kV或10 kV）降壓并整流成為直流電壓。世界各國(guó)城市軌道交通的電壓制均為直流，電壓等級(jí)有600 V到3 000 V各種不同等級(jí)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）推薦的直流供電電壓為DC 750 V（允許波動(dòng)范圍為500V900V）和DC 1 500 V（允許波動(dòng)范圍為1 000 V1 800 V）。v牽引網(wǎng)由饋電線(xiàn)、接觸網(wǎng)、軌道和回流線(xiàn)組成。接觸網(wǎng)：經(jīng)過(guò)受電器向電動(dòng)列車(chē)供給電能的導(dǎo)電網(wǎng)?；亓骶€(xiàn)：用以供牽引電流返回牽引變電所的導(dǎo)線(xiàn)饋電線(xiàn)：從牽引變電所向接觸網(wǎng)輸送牽引電能的導(dǎo)線(xiàn)軌道（電路）：利用走行軌作為牽引電流回流的電路v接觸網(wǎng)是牽引網(wǎng)中最主要的組成部分，車(chē)上的受電器通過(guò)

4、與它可靠地直接滑動(dòng)接觸，不斷取得電能，以保持電動(dòng)車(chē)組的正常運(yùn)行。接觸網(wǎng)按其結(jié)構(gòu)可分為接觸軌式和架空式兩種。v在城市軌道交通中，地下鐵道一般宜用DC 750 V接觸軌受流方式，這樣隧道凈空高度低，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)低、便于維修。v接觸軌式是沿走行軌道一側(cè)平行鋪設(shè)第三軌，電動(dòng)車(chē)組從側(cè)面伸出的受電器接觸靴與其滑動(dòng)接觸而取得電能。接觸軌又分上磨式和下磨式兩種。上磨式接觸軌安裝在專(zhuān)用絕緣子上，工字形軌底朝下，優(yōu)點(diǎn)是固定方便，缺點(diǎn)是接觸靴在其上面滑行，無(wú)法加防護(hù)罩；下磨式接觸軌軌底部上，由絕緣體緊固在弓形肩架上，優(yōu)點(diǎn)是可以加防護(hù)罩，時(shí)工作人員較為安全。一次電力系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)電力供電系統(tǒng)v一次電力系統(tǒng)：

5、發(fā)電廠、傳輸線(xiàn)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(dòng)力照明供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)v電力源、輸電線(xiàn)：110kvv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(chē)站變電站 AC 220 V、380V、DC110V、24Vv牽引網(wǎng)：供列車(chē)牽引回路接觸網(wǎng)：經(jīng)過(guò)受電器向電動(dòng)列車(chē)供給電能的導(dǎo)電網(wǎng)?；亓骶€(xiàn)：用以供牽引電流返回牽引變電所的導(dǎo)線(xiàn)饋電線(xiàn)：從牽引變電所向接觸網(wǎng)輸送牽引電能的導(dǎo)線(xiàn)軌道（電路）：利用走行軌作為牽引電流回流的電路v電力監(jiān)控系統(tǒng)：監(jiān)控電力設(shè)備的運(yùn)行v車(chē)站及區(qū)間動(dòng)力照明系統(tǒng)v

6、雜散電流防護(hù)系統(tǒng)：減少地下迷流v防雷設(shè)施和接地系統(tǒng)井陘北牽引變電所新溫州牽引變電所接觸網(wǎng)v接觸網(wǎng)是一種懸掛在軌道上方沿軌道敷設(shè)的、和鐵路軌頂保持一定距離的輸電網(wǎng)。 v 接觸網(wǎng)分為架空式接觸網(wǎng)和接觸軌式接觸網(wǎng)。v接觸網(wǎng)電分段：電氣連接分離v接觸網(wǎng)機(jī)械分段：機(jī)械結(jié)構(gòu)分離v受電方式：受電弓受電三軌受電四軌受電架空接觸網(wǎng)v接觸網(wǎng)是沿鐵路線(xiàn)上空架設(shè)的向車(chē)輛供電的特殊形式的輸電線(xiàn)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(xiàn)、吊弦、承力索以及連接零件。接觸懸掛通過(guò)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動(dòng)車(chē)組。 v支持裝置用以支持接觸懸掛，并將其負(fù)

7、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(chǎng)和大型建筑物而有所不同。支持裝置包括腕臂、水平拉桿、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(xiàn)的位置，使接觸線(xiàn)在受電弓滑板運(yùn)行軌跡范圍內(nèi)，保證接觸線(xiàn)與受電弓不脫離，并將接觸線(xiàn)的水平負(fù)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(fù)荷，并將接觸懸掛固定在規(guī)定的位置和高度上。我國(guó)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(duì)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(fù)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(gè)整體，下

8、端直接埋入地下。 動(dòng)力供電系統(tǒng)v降壓變電所：將三相電源進(jìn)線(xiàn)電壓降壓變?yōu)?80v交流電。v配電所：電能分配v配電線(xiàn)路：配電所與用電設(shè)備之間的導(dǎo)線(xiàn)v遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控裝置 城市軌道交通運(yùn)行的管理和調(diào)度是由控制中心來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其中的電力調(diào)度室是供電系統(tǒng)運(yùn)行的管理和調(diào)度部門(mén)。供電系統(tǒng)的各類(lèi)變電所及其他主要設(shè)備是沿著軌道線(xiàn)路分散設(shè)置的，要保證系統(tǒng)的安全、可靠和提高經(jīng)濟(jì)性，就必須對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行集中管理和調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)視和運(yùn)行方式的控制, 早期的集中調(diào)度是通過(guò)調(diào)度電話(huà)來(lái)實(shí)施的，即通過(guò)人與人之間的信息交換，由值班人員對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行方式進(jìn)行監(jiān)視和控制，這種間接的監(jiān)視和控制效率低，可靠性也差。目前現(xiàn)代化的集中調(diào)度完全可

9、以通過(guò)功能完善、運(yùn)行可靠的微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)監(jiān)控設(shè)備，對(duì)各類(lèi)變電所進(jìn)行直接的集中監(jiān)和控制，并能和其他系統(tǒng)（如行車(chē)指揮系統(tǒng)）交換有關(guān)信息，實(shí)現(xiàn)整個(gè)軌道交通系統(tǒng)的綜合自動(dòng)化。電力監(jiān)控SCADAv基本任務(wù)：實(shí)現(xiàn)控制中心對(duì)供電系統(tǒng)的集中管理和調(diào)度，實(shí)時(shí)控制和數(shù)據(jù)采集及時(shí)掌握和處理供電系統(tǒng)的事故、報(bào)警事件對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行歸檔和統(tǒng)計(jì)v特點(diǎn)：遙控、遙測(cè)、遙信、遙調(diào)、遙視v組成：主站監(jiān)控、子站監(jiān)控和通信傳輸系統(tǒng)地下迷流v在直流牽引供電系統(tǒng)中，牽引電流并非全部由鋼軌流回牽引變電所，而是一部分由鋼軌散雜流入大地，再由大地經(jīng)鋼軌流回牽引變電所。v防護(hù)：選擇高電壓、牽引變電所間隔小，減少鋼軌接觸電阻，采用雙邊供電，在地

10、下埋設(shè)排流管。v車(chē)輛電氣 車(chē)輛包括車(chē)輛上各種電氣設(shè)備及其連接導(dǎo)線(xiàn)。按其作用和功能可分為三個(gè)系統(tǒng)：主電路、輔助電路和控制電路。v主電路的作用是實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)換和傳遞，在牽引工況下，將從變電所傳遞來(lái)的電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，產(chǎn)生車(chē)輛運(yùn)動(dòng)所需的牽引力；在制動(dòng)工況下，將車(chē)輛的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為制動(dòng)力或產(chǎn)生電能回饋給牽引變電所。v主電路的電氣設(shè)備主要包括受電器、高速斷路器、牽引傳動(dòng)系統(tǒng)和電動(dòng)機(jī)。隨著電力電子器件和計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，牽引傳動(dòng)系統(tǒng)大致經(jīng)歷了20世紀(jì)80 年代前的凸輪變阻調(diào)壓直流傳動(dòng)系統(tǒng)，80年代的斬波調(diào)壓直流傳動(dòng)系統(tǒng)和90年代的調(diào)壓調(diào)頻的交流傳動(dòng)系統(tǒng)三個(gè)階段。v輔助電路是為了保證車(chē)輛正常運(yùn)行和客室的舒適性，

11、包括車(chē)輛上所需要的許多輔助設(shè)備（如壓縮機(jī)、空調(diào)機(jī)、控制設(shè)備等）及其供電設(shè)備（如直流變交流的靜止逆變器等）和連線(xiàn)。v車(chē)輛上的控制電路是低壓小功率電路，分為有接點(diǎn)的直流電路和無(wú)接點(diǎn)的電子電路。前者是由主控制器、繼電器、控制電路的低壓部分及聯(lián)鎖接點(diǎn)組成：后者由微機(jī)及各種電子插板等組成，有列車(chē)牽引控制單元、制動(dòng)控制單元、空調(diào)控制單元、逆變器控制單元等?？刂齐娐返淖饔檬强刂浦麟娐芳拜o助電路的各種電器的協(xié)調(diào)動(dòng)作，通過(guò)司機(jī)操縱主控制器各手柄和操縱按鈕，使動(dòng)車(chē)組按司機(jī)意圖或由列車(chē)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)控制而運(yùn)行。電力（牽引）傳動(dòng)系統(tǒng)v直流傳動(dòng):采用直流電機(jī)作為牽引電機(jī)直流-直流傳動(dòng)交流-直流傳動(dòng)v交流傳動(dòng)：利用交流電機(jī)作為牽引電機(jī)直流-交流傳動(dòng)交流-交流傳動(dòng)交流-直流-交流傳動(dòng)直流牽引v優(yōu)點(diǎn)：不產(chǎn)生電抗壓降，觸網(wǎng)電壓可以不用太高，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單v缺點(diǎn)：變電所距離短，設(shè)備復(fù)雜，建設(shè)費(fèi)用較大v通常選用750V,1500V直流牽引電機(jī)在直流電機(jī)的兩電刷端上加上直流電壓將電能輸入，電機(jī)及將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能而成為電動(dòng)機(jī)；如果原動(dòng)機(jī)或外力矩拖動(dòng)直流電機(jī)的電樞轉(zhuǎn)動(dòng)，而電刷上不加直流電壓，電樞繞組切割定子磁場(chǎng)產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)，則電刷端可以引出直流電勢(shì)作為直流電源，可輸送出電能，電機(jī)將機(jī)械能變換成電能而成為發(fā)電機(jī)。在牽引系