《高速鐵路概論》項目四

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教師通過“文旌課堂APP”生成簽到二維碼，并設置簽到時間，學生通過“文旌課堂APP”掃描“簽到二維碼”進行簽到。項目四高速鐵路牽引供電系統(tǒng)項目導讀“火車跑得快，全靠車頭帶”。目前，世界各地的高速鐵路幾乎都采用電能作為牽引動力。但是，由于電力不能大量存儲，高速鐵路上運行的列車必須依靠專門的外部裝置提供電能。本項目將對高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制、供電方式和牽引供電系統(tǒng)的組成等進行講解。

學習目標知識目標①了解高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制②熟悉高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的主要供電方式③掌握牽引變電所的作用④掌握接觸網(wǎng)的組成及懸掛形式⑤

了解受流技術⑥了解高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)思政目標①養(yǎng)成腳踏實地的工作作風②樹立獨立自主、敢于創(chuàng)新的精神③

具備民族自豪感和歷史使命感技能目標①能夠認識牽引變電所的常用設備②能夠區(qū)分接觸網(wǎng)的懸掛形式③能夠認識接觸網(wǎng)的各組成部分掌握高速鐵路牽引供電系統(tǒng)基礎認識高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的組成12項目導航|CONTENTS4.1掌握高速鐵路牽引供電系統(tǒng)基礎任務引入高鐵上的電從哪里來？坐過高鐵的人都知道，列車上有各種用電設備，還有供旅客給電子設備充電的插座，這些都為旅客出行提供了極大的便利。相關資料表明，時速250km的高鐵每小時耗電4800度、時速350km的高鐵每小時耗電9600度。一趟時速250km的高鐵從北京到南京要耗費近2萬度電，這些電可供某款“一晚低至一度電”的空調(diào)開上55年。那么高鐵所用的電是從何處而來？高鐵用電量極大，必然無法靠自身發(fā)電，其電能來自于發(fā)電廠。而發(fā)電廠產(chǎn)生的電則需要通過牽引供電系統(tǒng)傳送到高鐵上才能得以利用。牽引供電系統(tǒng)作為列車的“心臟”，在源源不斷為列車提供動力的同時，也是確保列車安全、高速、可靠、穩(wěn)定運行的關鍵。人們在高鐵站等車時，經(jīng)常會看到鐵路沿線上空架設的輸電線路，這些輸電線路就是高速鐵路接觸網(wǎng)，列車運行所需的電就是通過接觸網(wǎng)來輸送的。接觸網(wǎng)一旦停電，或列車受電弓與接觸網(wǎng)接觸不良，就會對列車的供電產(chǎn)生影響。任務引入弓網(wǎng)的受流能力是制約高速鐵路列車速度提升的幾大核心技術瓶頸之一。為了保證高速行駛下的列車能夠穩(wěn)定受流，接觸網(wǎng)導線就必須具有大張力和大載流能力，這就要求導線同時具有高強度和高導電率，還要保證接觸網(wǎng)輕量化，不能給工程方面增加投入。中國相關攻關團隊研發(fā)的高速鐵路用高強高導接觸網(wǎng)導線解決了這一問題，實現(xiàn)了中國高速鐵路接觸網(wǎng)導線的完全國產(chǎn)化。該成果經(jīng)過10年在京滬、京津、京張、成渝等1.3萬千米的高鐵線路上的“掛網(wǎng)”運行，證實了其性能可以領跑“世界高鐵”。中國具有自主知識產(chǎn)權(quán)的高強高導接觸網(wǎng)導線也為新高速鐵路的建設提供了強有力的技術支撐。高鐵論壇請同學們分組討論：高鐵上的電從哪里來？任務工單1．任務描述學習相關知識并復習整理后，進行高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的知識競賽。2．小組分工以3～5人為一組，選出組長并進行任務分工，制訂合理的工作計劃。將小組成員信息及分工情況填入表4-1（詳見教材）中。3．獲取信息在進行具體工作前，需要掌握高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的相關知識。請各組組長組織組員收集相關資料，回答相關引導問題（詳見教材）。目前，世界各地的高速鐵路幾乎都采用電能作為牽引動力。以電能作為主要牽引動力的鐵路被稱為電氣化鐵路，它由電力機車（動車組）和牽引供電系統(tǒng)兩大部分組成。牽引供電系統(tǒng)是將電能從電力系統(tǒng)傳送到電力機車的電力設備的總稱。4.1.1高速鐵路牽引供電系統(tǒng)概述發(fā)電廠發(fā)出的電能，需要先在升壓變壓站進行升壓，再通過高壓輸電線送到鐵路沿線的牽引變電所。牽引變電所將接收到的電能變換成所要求的電流或電壓后，再轉(zhuǎn)送到鄰近區(qū)間和站場線路的接觸網(wǎng)上，供電力機車使用。因此，牽引變電所被稱為牽引供電系統(tǒng)的“心臟”，接觸網(wǎng)被稱為牽引供電系統(tǒng)的“主動脈”，這兩者與電力機車合稱為電氣化鐵路的“三大元件”。4.1.1高速鐵路牽引供電系統(tǒng)概述高鐵論壇請同學們掃碼觀看微課，思考以京滬高鐵的牽引供電系統(tǒng)為例，試著總結(jié)一下高鐵的牽引供電系統(tǒng)是如何設計的。京滬高鐵的牽引供電系統(tǒng)是如何設計的？1．直流制低壓直流三相交流單相低頻交流單相工頻交流4.1.2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制直流制是指在牽引網(wǎng)上采用直流供電，使用直流牽引電動機來驅(qū)動電力機車的電流制。直流制是電氣化鐵路最早采用的電流制。目前在英、法、日、俄等國，直流制仍然大量存在。高鐵資料庫牽引網(wǎng)是指為電力機車提供電力的供電回路，包括接觸網(wǎng)、鋼軌、回流導線，以及牽引變電所至接觸網(wǎng)的饋線等。4.1.2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制優(yōu)點：直流制具有牽引性能良好、牽引電動機易于調(diào)速、電力機車構(gòu)造簡單、整流技術較成熟，以及對通信干擾小。缺點：它需要在牽引變電所設置整流裝置，這使得牽引變電所結(jié)構(gòu)復雜、造價高。另外，由于接觸網(wǎng)上的電壓受到牽引電動機端電壓的限制，電壓不能太高，為保證必要的牽引電流，就需要加大接觸網(wǎng)所用電線的截面面積，因此直流制的接觸網(wǎng)消耗金屬多、設備復雜、運營費用較高。此外，直流制牽引供電系統(tǒng)還需要采取特殊防護措施，以解決泄漏電流對沿線地下金屬設施的腐蝕。4.1.2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制1．直流制4.1.2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制高鐵論壇請同學們通過查閱資料，試著總結(jié)一下直流制還有哪些優(yōu)缺點。4.1.2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制2．三相交流制三相交流制是指應用兩根接觸導線和一根鋼軌形成三相系統(tǒng)電路的電流制，其電力機車采用異步電動機。這種電流制具有牽引變電所和電力機車設備簡單、電動機結(jié)構(gòu)簡單、維修方便等優(yōu)點。但是，由于異步電動機調(diào)速困難，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜且安全性不強，這種電流制只在個別國家得到了應用。單相低頻交流制主要在西歐一些國家使用，如德國、瑞典、瑞士等。其接觸網(wǎng)比直流制簡單得多，牽引變電所的設置間距也較長。優(yōu)點單向低頻交流制需要低頻電源，所以對應的電氣化鐵路必須建設專用低頻發(fā)電廠，或者在牽引變電所將電力系統(tǒng)送來的工頻電流降壓并變換成低頻電流，因此其設備復雜、供電效率低、經(jīng)濟性差。缺點單相低頻交流制4.1.2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制3．單相低頻交流制（1）牽引供電系統(tǒng)簡單，不需要變換頻率即可由工業(yè)電網(wǎng)直接供電，因此能夠節(jié)省設備投資，較為經(jīng)濟。（2）接觸網(wǎng)電壓一般為25kV，可以延長供電距離，減少牽引變電所數(shù)目，縮小接觸網(wǎng)導線的截面面積，從而節(jié)省基建投資和運營費用。（3）單相工頻交流制可以為鐵路沿線車站的裝卸機械和養(yǎng)路機械等設備及鐵路沿線地方工業(yè)提供電源。（二）上下樓梯4.1.2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制4．單相工頻交流制優(yōu)點：高鐵資料庫從“中國制造”走向“中國創(chuàng)造”2014年11月25日，裝載著“中國創(chuàng)造”牽引供電系統(tǒng)和網(wǎng)絡控制系統(tǒng)的中國北車CRH5A型動車組進入“5000km正線試驗”的最后階段。這是中國首列實現(xiàn)牽引供電系統(tǒng)和網(wǎng)絡控制系統(tǒng)完全自主創(chuàng)新的高速動車組，標志著中國高速列車核心技術正實現(xiàn)由“國產(chǎn)化”向“自主化”轉(zhuǎn)變，中國高速列車實現(xiàn)了由“中國制造”向“中國創(chuàng)造”的跨越。牽引供電系統(tǒng)被稱為“高鐵之心”，是列車的動力之源，決定著列車能否高性能、高舒適度地運行；網(wǎng)絡控制系統(tǒng)則是“高鐵之腦”，決定和指揮著列車的一舉一動。因此，是否具備這兩大核心技術的自主研發(fā)能力是衡量高速列車制造企業(yè)是否具備核心創(chuàng)造能力的根本性指標。4.1.2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制高鐵資料庫肩負著中國高速列車核心創(chuàng)造使命，歷經(jīng)7年的探索，中國第一代高鐵人開發(fā)出了中國第一批“高鐵之心”和“高鐵之腦”，在看得見的器件上，實現(xiàn)了中國設計、中國制造和中國材料；在看不見的控制軟件中，注入了中國語言、中國邏輯和中國思維。4.1.2高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電流制4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式高鐵論壇請同學們掃碼觀看微課，思考：中國牽引供電系統(tǒng)有哪些創(chuàng)新？中國牽引供電系統(tǒng)的創(chuàng)新1．主要供電方式直接供電方式帶回流線的直接供電方式AT供電方式CC供電方式4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式1．主要供電方式直接供電方式是指牽引變電所通過接觸網(wǎng)直接向列車供電，回流電流經(jīng)鋼軌及大地直接返回牽引變電所的供電方式。采用直接供電方式時，一根饋線接在接觸網(wǎng)的接觸線上，另一根饋線接在鋼軌上。1）直接供電方式4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式1．主要供電方式直接供電方式具有電路構(gòu)成簡單、設備少，施工及運營維修方便，造價低等優(yōu)點。但是，由于鋼軌和大地不是絕緣的，一部分回流電流經(jīng)鋼軌流入大地，容易對沿線鄰近的通信線路產(chǎn)生電磁干擾，所以這種方式較少被采用。1）直接供電方式高鐵資料庫接觸線是指組成接觸網(wǎng)的線路，常采用銅、銅銀合金、高強度銅銀合金、銅錫合金、銅鎂合金、高強度銅鎂合金等材料制作。4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式1．主要供電方式為了減輕直接供電方式中牽引網(wǎng)的電磁干擾，可在接觸線平行位置增加回流線，并隔一定距離設置連接導線，將回流線與鋼軌并聯(lián)，從而構(gòu)成回流線、鋼軌及大地回路，這種供電方式就是帶回流線的直接供電方式。2）帶回流線的直接供電方式4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式1．主要供電方式AT供電方式就是在牽引供電系統(tǒng)中并聯(lián)自耦變壓器（簡稱AT）的供電方式，這是一種既能有效減弱接觸網(wǎng)對鄰近通信線路的電磁干擾，又能適應高速、大功率電力機車運行的一種比較先進的供電方式。3）AT供電方式4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式高鐵論壇請同學們通過以上關于AT供電方式工作原理的學習，試著總結(jié)一下AT供電方式有哪些優(yōu)缺點。4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式1．主要供電方式3）AT供電方式AT

供電方式每隔

10

km

左右，會在接觸線與饋線之間并入一臺自耦變壓器，其中心點與鋼軌相連。電力機車由接觸網(wǎng)受電后，電流一般經(jīng)鋼軌流回。由于自耦變壓器的作用，從鋼軌流回的電流，會經(jīng)自耦變壓器繞組和饋線流回牽引變電所。當自耦變壓器的一個繞組中流過電力機車流出的電流時，另一個繞組會為電力機車供給電流。AT供電方式的牽引網(wǎng)阻抗很小，約為直接供電方式的1/4，因此電壓損失小，電能損耗低，供電能力大，供電距離長，其供電距離為

40～50

km。牽引變電所間的距離加大，減少了牽引變電所數(shù)量，也減少了電力系統(tǒng)對電氣化鐵路供電的工程投資。另外，由于牽引電流在接觸網(wǎng)和饋線中流向相反，因此其對鄰近的通信線路干擾很小。4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式1．主要供電方式CC供電方式是一種新型的供電方式。同軸電力電纜（簡稱CC）沿線路埋設，內(nèi)部芯線作為供電線與接觸線連接，外部導體作為回流線與鋼軌連接，每隔

5～10

km

做一個分段。4）CC供電方式4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式高鐵論壇請同學們通過以上CC供電方式工作原理圖，試著總結(jié)一下CC供電方式有哪些優(yōu)點。4）CC供電方式①饋線與回流線在同一電纜中，間隔很小，而且同軸布置，使得互感系數(shù)增大；②同軸電力電纜的阻抗比接觸網(wǎng)和鋼軌小得多，因此牽引電流和回流電流幾乎全部從同軸電力電纜中流過；③電纜芯線與外層導體電流相等、流向相反，二者形成的磁場互相抵消，對鄰近的通信線路幾乎無干擾；4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式1．主要供電方式④阻抗小，供電距離長。CC供電方式的優(yōu)點是：4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式高鐵論壇請同學們思考：近年來，中國高鐵屢次發(fā)生停電事故，在類似的意外事故面前，中國的高速鐵路在硬件和軟件上，確實還存在一定的問題，如供電保障、應急制度與預案等。針對這些問題，你覺得在未來我們的高速鐵路可以如何改進？1）各種供電方式的對比1直接供電方式牽引網(wǎng)阻抗大，變電所間距小，相應的電分相數(shù)量多，對通信線路的防護不如BT和AT供電方式。但是，直接供電方式牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，可用在對電磁干擾要求不高的地區(qū)。由于同軸電力電纜造價高、投資大，因此，CC供電方式現(xiàn)僅在一些特別困難的區(qū)段采用。4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式2．供電方式的選擇（2）AT

供電方式能密切配合電力系統(tǒng)向電氣化鐵路供電的電源選擇，以降低工程造價。（1）牽引變電所間距大，可以大大減少電分相數(shù)量，并且牽引網(wǎng)阻抗小，能顯著減少牽引網(wǎng)電壓損失，改善供電質(zhì)量，保證列車高速運行。（3）AT供電方式對通信線路的影響小。4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式2．供電方式的選擇1）各種供電方式的對比AT供電方式比起其他幾種方式，具有以下優(yōu)勢：因此，世界各國的高速鐵路均廣泛推廣AT供電方式，日本已將AT供電方式作為電氣化鐵道的標準制式加以推廣。高鐵資料庫部分國家高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式如表所示。4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式牽引供電系統(tǒng)的供電能力應與線路的運輸能力相適應，滿足列車重量、行車密度、運行速度等的要求。提示中國高速鐵路正線牽引供電系統(tǒng)采用225kV的AT供電方式；樞紐地區(qū)跨線列車聯(lián)絡線、動車組走行線和動車段等可采用125kV的AT供電方式。中國高速鐵路具有高密度、長編組等特點，采用225kV的AT供電方式，不僅有利于高電能的傳輸、接觸網(wǎng)的輕型化和系統(tǒng)匹配設計，還有利于減少外部電源的投資，減少電分相數(shù)量。4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式2．供電方式的選擇2）中國高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式思政列車高鐵縱橫，助力五千載民族復興近年來，從追趕到領跑，中國在高鐵關鍵領域開展技術創(chuàng)新，取得了一系列重大突破，搭建了具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的中國高速動車組技術創(chuàng)新平臺，研發(fā)了覆蓋不同速度等級、滿足不同需求的“復興號”系列產(chǎn)品。中國高鐵技術先進、安全正點、便捷高效、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)勢，為世界交通發(fā)展樹立了“風向標”，成為世界鐵路發(fā)展史上一顆璀璨的明珠。思政列車中國高鐵是科技創(chuàng)新的“引領者”。最長的高速鐵路——京廣高鐵、首條高寒高鐵——哈大高鐵、高鐵自動駕駛先河——京張高鐵，一個個“高鐵之最”“高鐵之首”，無不體現(xiàn)著中國的“硬實力”。從無到有、從有到多、從多到強，中國高鐵實現(xiàn)彎道超車，引領著世界高速鐵路技術突飛猛進、蓬勃發(fā)展，為實現(xiàn)中華民族偉大復興注入“加速度”。思政列車中國高鐵是綠色環(huán)保的“踐行者”。高鐵靠的是牽引供電系統(tǒng)給列車提供電力，基本達到碳的“零排放”。在數(shù)萬千米的高鐵運營里程上，一列列高速列車使用清潔的電力能源馳騁在祖國廣袤的大地上，與錦繡河山相得益彰。這是中國高鐵勇?lián)疤歼_峰”“碳中和”責任，踐行“綠水青山就是金山銀山”理念的縮影，中國高鐵堅決做能源清潔、低碳出行的貢獻者，做可持續(xù)發(fā)展的踐行者。中國高鐵是交通強國的“先行者”。交通是經(jīng)濟發(fā)展的先決條件，新時期“八縱八橫”高速鐵路網(wǎng)橫穿東西，縱跨南北，打破時空阻礙，消除地域隔閡，讓各族人民像“石榴籽”一樣緊緊抱在一起，實現(xiàn)經(jīng)濟和文化的交融互通、多元發(fā)展。思政列車“雄關漫道真如鐵，而今邁步從頭越?！蔽覀儓孕旁谖磥淼陌l(fā)展中，中國高鐵會一如既往地肩負起時代重任，創(chuàng)造更多新奇跡，為實現(xiàn)中華民族偉大復興的中國夢添磚加瓦。4.1.3高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式高鐵論壇請同學們掃碼，觀看微課，并閱讀思政列車——高鐵縱橫，助力五千載民族復興，思考并討論：中國高鐵在世界鐵路發(fā)展史的意義有哪些？2021，“國網(wǎng)速度”助力湘西圓夢“最美高鐵”任務工單4．任務實施組長帶領組員復習高速鐵路牽引供電系統(tǒng)相關知識。復習結(jié)束后，由指導教師組織全體學生進行知識競賽，每個小組作為一個參賽隊伍，指導教師提出與本任務內(nèi)容相關的問題，各小組進行搶答。學生將任務實施情況填入表4-2（詳見教材）中。5．考核評價任務結(jié)束后，學生配合指導教師完成表4-3（詳見教材）所示的考核評價表。4.2認識高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的組成任務引入高鐵接觸網(wǎng)掛異物，列車晚點致不便假期是旅客出行的高峰期，也是讓人感到快樂的日子。但2021年5月1日，假期第一天，受大風天氣影響，京滬高鐵在河北省滄州市青縣境內(nèi)天津南至滄州西之間的接觸網(wǎng)上掛了異物，導致部分列車晚點，影響了很多旅客出行的心情。接著，5月4日至7日，京滬線、津山線、京哈線等線路上的接觸網(wǎng)都掛上了異物，再次導致多趟列車晚點。目前，高速鐵路的運行用電都來自線路上方的接觸網(wǎng)。正常情況下，接觸網(wǎng)上的電壓能達到兩萬五千伏，在高鐵運行時，一旦遇到塑料布等“輕飄物”落在接觸網(wǎng)上，就很可能影響到列車受電弓正常取電，導致列車突然停車。嚴重時會導致弓網(wǎng)故障，使列車大面積晚點，甚至可能引發(fā)更大的事故。由于高速鐵路除了部分隧道區(qū)段，大部分都是露天開放式環(huán)境，經(jīng)過城區(qū)、村莊時就會存在各種隱患。為減少安全隱患，《高速鐵路安全防護管理辦法》明確規(guī)定，在高速鐵路線路兩側(cè)各500m范圍內(nèi)，不得升放風箏、氣球、孔明燈等飄浮物體。不得使用弓弩、彈弓、氣槍等攻擊性器械做出可能危害高速鐵路安全的行為。任務引入電氣化鐵路區(qū)段的外部環(huán)境管理主要由車站、工務段和供電段三個單位負責。檢查主要依賴人工登乘機車檢查或步行巡檢這兩種方式。除了人工檢查，無人機和供電安全檢測監(jiān)測系統(tǒng)（簡稱

6C系統(tǒng)）也已經(jīng)被應用在部分線路的接觸網(wǎng)異物檢測中。接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分，其正常運行對高速鐵路的安全至關重要。守好這一鐵路“安全紅線”，不只是鐵路部門的責任，也是大家共同的責任。4.2認識高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的組成高鐵論壇請同學們掃碼觀看微課——高鐵接觸網(wǎng)掛異物，列車晚點致不便，并思考：為什么高鐵接觸網(wǎng)掛異物，會導致列車晚點？高鐵接觸網(wǎng)掛異物，列車晚點致不便任務工單1．任務描述實地考察并拍攝高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的照片，或查閱資料搜集圖片，在拍攝的照片或搜集的圖片上標注各設備及其組成部分的名稱、作用等，將以上內(nèi)容制作成PPT文件。2．小組分工以3～5人為一組，選出組長并進行任務分工，制訂合理的工作計劃。將小組成員信息及分工情況填入表4-5（詳見教材）中。3．獲取信息在實施任務前，需要掌握高速鐵路牽引供電系統(tǒng)組成的相關知識。請各組組長組織組員收集相關資料，回答相關引導問題（詳見教材）。4.2認識高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的組成高速鐵路牽引供電系統(tǒng)主要由牽引變電所、接觸網(wǎng)、受電弓、高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)等組成。4.2.1牽引變電所高鐵論壇請同學們掃碼，觀看微課——牽引變電所，高鐵動車組動力源泉，思考：牽引變電所對高鐵動車組起到了怎樣的作用？牽引變電所，高鐵動車組動力源泉4.2.1牽引變電所1．牽引變電所的作用牽引變電所是高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的重要組成部分。一條電氣化鐵路沿線設有多個牽引變電所，相鄰兩個牽引變電所之間的距離為40～50km。牽引變電所的作用是將電力系統(tǒng)輸送來的110

kV（或220

kV）三相交流電轉(zhuǎn)變?yōu)榱熊囆枰?7.5kV（或55kV）單相工頻交流電，并將其輸送到線路上空架設的接觸網(wǎng)，為列車不間斷供電。4.2.1牽引變電所2．牽引變電所的組成牽引變電所牽引變電所的設備開閉所分區(qū)所自耦變壓器所4.2.1牽引變電所2．牽引變電所的組成一類是用于完成電能轉(zhuǎn)變、輸送、分配等功能的電氣設備，包括牽引變壓器、電壓互感器、電流互感器、高壓斷路器、各種高壓隔離開關、避雷器及信號顯示器等；另一類是確保牽引變電所內(nèi)各種電氣設備正常運行、安全可靠供電的設備，包括各種控制、測量、監(jiān)視儀表和繼電保護裝置等。其中，牽引變壓器是牽引變電所內(nèi)最核心、最重要的設備。牽引變電所內(nèi)的設備分類1）牽引變電所內(nèi)的設備4.2.1牽引變電所2．牽引變電所的組成1）牽引變電所內(nèi)的設備牽引變壓器的作用是將發(fā)電廠輸送的高壓通過降壓圈變?yōu)檫m合電力機車使用的電壓。牽引變壓器如圖所示，它主要由鐵芯、線圈、油箱、套管、防爆管（壓力釋放器）、凈油器、散熱器、呼吸器、溫度計等部件組成。4.2.1牽引變電所2．牽引變電所的組成2）開閉所開閉所又稱開關站，用于接受和分配電力，多設于鐵路樞紐。開閉所一般設有兩路進線、多路饋線，每路進線和饋線上都設有斷路器，可以靈活控制站場各分區(qū)接觸網(wǎng)的停電、供電。斷路器上還可進行短路故障保護，從而縮小事故停電范圍，增強供電可靠性。為了增加供電的靈活性，提高牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性，兩個牽引變電所的供電區(qū)之間常加設分區(qū)所。分區(qū)所的作用主要包括以下幾方面。4.2.1牽引變電所2．牽引變電所的組成3）分區(qū)所(1)可以使兩相鄰的供電區(qū)段實現(xiàn)并聯(lián)工作或單獨工作。并聯(lián)工作時，分區(qū)所的斷路器閉合，反之則打開。(2)當相鄰牽引變電所發(fā)生故障不能繼續(xù)供電時，可以閉合分區(qū)所的斷路器，由非故障牽引變電所實行越區(qū)供電。(3)雙邊供電的供電區(qū)內(nèi)發(fā)生牽引網(wǎng)短路事故時，可由分區(qū)所的斷路器切除事故所在位置的一半供電區(qū)，非事故段仍可照常工作。4.2.1牽引變電所2．牽引變電所的組成4）自耦變壓器所自耦變壓器所是除變電所、分區(qū)所和開閉所外，在牽引網(wǎng)上放置自耦變壓器的場所。工頻單相交流電氣化鐵路每隔10～15km設置一臺自耦變壓器。4.2.1牽引變電所3．牽引變電所向接觸網(wǎng)供電的方式牽引變電所是沿著電氣化鐵路區(qū)段分布的，每一個牽引變電所有一定的供電范圍。而牽引變電所向接觸網(wǎng)供電的方式，主要是根據(jù)牽引變電所的分布情況、供電長度、線路情況及供電的可靠性確定的。牽引變電所向接觸網(wǎng)供電通常有單邊供電和上下行并聯(lián)供電兩種方式。4.2.1牽引變電所3．牽引變電所向接觸網(wǎng)供電的方式單邊供電方式是指在相鄰兩個牽引變電所的中間設有分區(qū)亭，將兩個牽引變電所之間的接觸網(wǎng)分成兩個供電分區(qū)，每一個供電分區(qū)只能從一端的牽引變電所獲得電能的供電方式。1）單邊供電方式采用單邊供電方式時，若某一供電分區(qū)接觸網(wǎng)發(fā)生故障，只會影響本供電分區(qū)，而不會影響其他供電分區(qū)的正常供電，因此能夠縮小故障范圍。而且，單邊供電方式的牽引變電所饋線保護裝置也比較簡單。因此，目前各國多采用這種供電方式，中國單線電氣化鐵路也全部采用單邊供電方式。提示4.2.1牽引變電所3．牽引變電所向接觸網(wǎng)供電的方式上下行并聯(lián)供電方式是指在雙線電氣化區(qū)段的供電臂末端設置分區(qū)所，將上下行接觸網(wǎng)通過斷路器并聯(lián)進行供電的方式。2）上下行并聯(lián)供電方式4.2.1牽引變電所高鐵論壇請同學們根據(jù)上下行并聯(lián)供電方式圖，試著說一說上下行并聯(lián)供電方式有哪些優(yōu)點。4.2.1牽引變電所3．牽引變電所向接觸網(wǎng)供電的方式這種供電方式的優(yōu)點是：能均衡上下行供電臂的電流；降低接觸網(wǎng)損耗；提高電壓水平。我國的雙線電氣化鐵路大多采用這種供電方式。2）上下行并聯(lián)供電方式4.2.2接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)是高速鐵路的重要供電設備之一，它沿線路露天敷設，通過接觸線和受電弓的滑動接觸，將電能輸送給電力機車。4.2.2接觸網(wǎng)1．接觸網(wǎng)的組成接觸網(wǎng)接觸懸掛支持裝置定位裝置支柱4.2.2接觸網(wǎng)1．接觸網(wǎng)的組成接觸懸掛由接觸線、吊弦、承力索及連接零件等組成。接觸懸掛通過支持裝置架設在支柱上，其作用是將從牽引變電所獲得的電能輸送給電力機車。1）接觸懸掛4.2.2接觸網(wǎng)1．接觸網(wǎng)的組成支持裝置的作用是支持接觸懸掛，并將其負荷傳遞給支柱。支持裝置包括腕臂、平腕臂、懸式絕緣子串、棒式絕緣子等。2）支持裝置4.2.2接觸網(wǎng)1．接觸網(wǎng)的組成定位裝置包括定位管和定位器，其作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遞給支柱。3）定位裝置4.2.2接觸網(wǎng)1．接觸網(wǎng)的組成支柱用以承受接觸懸掛、支持裝置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。4）支柱（1）預應力鋼筋混凝土支柱。預應力鋼筋混凝土支柱采用高強度的鋼筋，在制造時需要預先使鋼筋產(chǎn)生拉力。與普通鋼筋混凝土相比，預應力鋼筋混凝土具有節(jié)省鋼材、強度大、重量輕等優(yōu)點。（2）鋼柱。鋼柱是以角鋼焊成的，具有重量輕、強度高、抗碰撞、安裝和運輸方便等優(yōu)點。根據(jù)使用地點不同，鋼柱的型號規(guī)格及外形結(jié)構(gòu)也不同。4.2.2接觸網(wǎng)高鐵論壇請同學們掃碼觀看微課，思考：高鐵接觸網(wǎng)檢修有哪些方面的要求？高鐵接觸網(wǎng)檢修4.2.2接觸網(wǎng)2．接觸網(wǎng)的懸掛形式簡單鏈形懸掛彈性鏈形懸掛復鏈形懸掛簡單鏈形懸掛是由一根接觸線直接固定在支柱支持裝置上的懸掛形式?！鰞?yōu)點：簡單鏈形懸掛具有結(jié)構(gòu)簡單、造價低、安全可靠、安裝調(diào)整維修方便等優(yōu)點，適應于高速受流?！鋈秉c：簡單鏈形懸掛的不足之處是，定位點處彈性小，跨中彈性大，造成受電弓在跨中抬升量大，若跨中采用預留馳度，受電弓在跨中的抬升量可降低，但定位點處易形成相對硬點，磨耗大?？蛇x擇結(jié)構(gòu)形式合理、性能優(yōu)良的定位器來解決該問題。4.2.2接觸網(wǎng)2．接觸網(wǎng)的懸掛形式1）簡單鏈形懸掛彈性鏈形懸掛的結(jié)構(gòu)形式相當于簡單鏈形懸掛在定位點處裝設彈性吊索形成的?！鰞?yōu)點：彈性鏈形懸掛結(jié)構(gòu)比較簡單，改善了簡單鏈形懸掛定位點處的彈性，使得定位點的彈性與跨中的彈性趨于一致，整個接觸網(wǎng)彈性均勻，受流性能好。■缺點：彈性鏈形懸掛的缺點是：彈性吊索調(diào)整維修比較復雜，定位點處導線抬升量大，對定位器的安裝坡度要求也比較嚴格。4.2.2接觸網(wǎng)2．接觸網(wǎng)的懸掛形式2）彈性鏈形懸掛4.2.2接觸網(wǎng)高鐵論壇請同學們以小組為單位談一談簡單鏈形懸掛和彈性鏈形懸掛的區(qū)別。復鏈形懸掛是在承力索和接觸導線之間加設輔助承力索的懸掛形式?！鰞?yōu)點：復鏈形懸掛接觸網(wǎng)的張力大，彈性均勻，抗風性能好。■缺點：安裝調(diào)整復雜，造價和維護費用都比較高。4.2.2接觸網(wǎng)3）復鏈形懸掛2．接觸網(wǎng)的懸掛形式高鐵資料庫目前，這三種懸掛形式在世界高速鐵路中都有應用。不同國家對這三種懸掛形式有不同的認識和側(cè)重，并根據(jù)各自的國情發(fā)展了自己的懸掛形式。日本的高速鐵路線路，如東海道新干線、山陽新干線、東北新干線、上越新干線等，均采用復鏈形懸掛，還有部分高速鐵路也采用了簡單鏈形懸掛。法國巴黎—里昂的東南線采用彈性鏈形懸掛，巴黎—勒芒/圖爾的大西洋線采用接觸線帶預留弛度的簡單鏈形懸掛。德國在行車速度低于160km/h的線路采用簡單鏈形懸掛，在160km/h及以上的線路采用彈性鏈形懸掛。中國高速鐵路的接觸網(wǎng)一般采用簡單鏈形懸掛和帶“Y”形吊索的彈性鏈形懸掛。4.2.2接觸網(wǎng)4.2.3受電弓1．受電弓的位置及組成受電弓是電力機車從接觸網(wǎng)取得電能的電氣設備，安裝在電力機車的車頂上，通過與接觸網(wǎng)的摩擦，將牽引變電所的電能轉(zhuǎn)移給電力機車。4.2.3受電弓1．受電弓的位置及組成受電弓可分為單臂弓和雙臂弓兩種，它們均由滑板、上框架、下臂桿、絕緣子、升弓與降弓機構(gòu)等部件組成。4.2.3受電弓2．受電弓應滿足的要求1）保持合適的接觸壓力受電弓的結(jié)構(gòu)應保證滑板與接觸線在規(guī)定的工作高度保持合適的接觸壓力，以實現(xiàn)連續(xù)、可靠的電接觸。2）減輕運動部分的重量受電弓應盡可能減輕運動部分的重量，以減小運動慣性，從而使受電弓滑板迅速跟上接觸線位置的變化，保證良好的電接觸。3）具有良好的結(jié)構(gòu)設計受電弓在結(jié)構(gòu)設計上要充分考慮到列車高速運行時的空氣動力學問題，力求使作用在滑板上的空氣動力由別的零件承擔，從而使受電弓滑板在其工作范圍內(nèi)始終保持水平位置，以減小甚至消除空氣動力對滑板與接觸線間接觸壓力的影響。4）對滑板的要求滑板的材料、形狀和尺寸應能適應高速行駛的列車，提高耐磨性能，同時保證良好的接觸狀態(tài)。5）對升降的要求受電弓在升降時，初始動作應迅速，終了動作應緩慢，以確保在降弓時快速斷弧，并防止升降弓時受電弓對接觸網(wǎng)和底架有過大的沖擊載荷。6）具有良好的空氣動力學性能受電弓還應具有良好的空氣動力學性能，以減小高速運行時產(chǎn)生的噪聲。4.2.3受電弓高鐵論壇請同學們掃碼觀看微課，思考：新型的受電弓接觸材料有著怎樣的優(yōu)勢？中國高鐵受電弓上的新型接觸材料高鐵資料庫中國CRH系列動車組大量采用DSA250型受電弓，該受電弓為單臂受電弓，如圖所示。升弓裝置安裝在底架上，通過鋼絲繩作用于下臂。下臂、上臂和弓頭由較輕的鋁合金材料制成?；灏惭b在U形的弓頭支架上，弓頭直接垂懸在4個拉簧下方，兩個扭簧安裝在弓頭和上臂間，這種結(jié)構(gòu)使滑板在列車運行方向上能靈活移動，還能夠緩沖各方向的沖擊，達到保護滑板的目的。4.2.3受電弓高鐵資料庫4.2.3受電弓DSA250型受電弓1—底架；2—阻尼器；3—升弓裝置；4—下臂；5—弓裝配；6—下導桿；7—上臂；8—上導桿；9—弓頭；10—滑板；11—支座絕緣子4.2.3受電弓3．受流技術受電弓從接觸網(wǎng)獲取電能的過程被稱為“受流”。4.2.3受電弓3．受流技術（1）受電弓相對于接觸網(wǎng)的滑動摩擦。（2）受電弓的上下振動。（3）受電弓由于電力機車橫向擺動而發(fā)生的橫向振動。（4）接觸網(wǎng)上下振動，并形成行波沿導線向前傳播。（5）受電弓和接觸網(wǎng)直接發(fā)生水平和垂直方向的撞擊。（6）電流發(fā)生劇烈變化。1）受流過程4.2.3受電弓3．受流技術1）受流過程受流過程是一個復雜的機械電氣過程，隨著列車速度的提高，上述各種現(xiàn)象會加劇，維持弓網(wǎng)之間的良好接觸性能會愈加困難，受流質(zhì)量也會隨之下降。當列車速度超過受電弓的可承受范圍時，受流質(zhì)量將受到嚴重影響，進而影響列車取流和正常運行。4.2.3受電弓高鐵論壇請同學們思考：你認為高速鐵路受流系統(tǒng)應滿足哪些要求？（1）保證電流傳輸?shù)目煽啃浴Ｔ诹熊囘\行的全部接觸網(wǎng)區(qū)段，必須保證電力機車所需要的最低電壓；在高速鐵路所有可能的運營條件下，接觸網(wǎng)和受電弓的電流負荷能力必須保證列車的可靠運行。高速鐵路列車的電流負荷特性與常規(guī)電力機車相比有較大的區(qū)別，其特征是：脈沖負荷占比大、電流大、持續(xù)時間短。由于列車運行速度高，啟動和加速時獲得的電流很大，因此，在弓網(wǎng)的高速相對運動中，整個牽引供電系統(tǒng)均要適應列車的高速度對電壓水平和電流負荷的要求。4.2.3受電弓3．受流技術2）高速鐵路受流系統(tǒng)應滿足的要求①接觸網(wǎng)的幾何參數(shù)（拉出值、導線高度、定位器坡度）能夠保證受電弓的滑板沿接觸網(wǎng)安全滑動。④接觸網(wǎng)和受電弓具有良好的匹配性能。②接觸網(wǎng)的性能（硬點、彈性、分相絕緣器、分段絕緣器和線岔結(jié)構(gòu)的平滑性）能夠保證不損壞受電弓的滑板和弓頭。③受電弓自身具有良好的性能，包括良好的抗沖擊性、耐磨性、橫向剛度等。4.2.3受電弓3．受流技術2）高速鐵路受流系統(tǒng)應滿足的要求（2）保證安全性。4.2.3受電弓3．受流技術（3）保證良好的受流質(zhì)量受流系統(tǒng)的理想運行狀態(tài)是弓網(wǎng)可靠接觸（無離線、無火花），電力機車能夠不間斷地從接觸網(wǎng)上獲得電能。在實際線路中，應確保離線率盡量小，使系統(tǒng)具有動態(tài)穩(wěn)定性。（4）保證使用壽命應保持弓網(wǎng)接觸力均勻，即控制弓網(wǎng)接觸力的標準偏差，以減少接觸網(wǎng)的局部磨耗。接觸網(wǎng)和受電弓滑板的材質(zhì)還應具有一定的耐磨性能。另外，接觸網(wǎng)應具有抗電化學腐蝕性能。（5）減少對周圍環(huán)境的影響在受流過程中，受流系統(tǒng)產(chǎn)生的電弧會產(chǎn)生電磁干擾和噪聲，應采取措施減少其對周圍環(huán)境的影響。2）高速鐵路受流系統(tǒng)應滿足的要求4.2.4高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)SCADA（SupervisoryControlAndDataAcquisition）系統(tǒng)是指以計算機為基礎的生產(chǎn)過程控制與調(diào)度自動化系統(tǒng)，它可對現(xiàn)場運行設備進行監(jiān)視和控制，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集、測量、參數(shù)調(diào)節(jié)及各類信號報警等功能。SCADA

系統(tǒng)的應用領域很廣，如電力系統(tǒng)、給水系統(tǒng)等。4.2.4高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)高鐵論壇請同學們掃碼觀看微課，思考：什么是SCADA系統(tǒng)？它的應用領域和功能主要有哪些？SCADA系統(tǒng)4.2.4高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)1．高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)的組成高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)主要由調(diào)度主站、被控站、傳輸通道三大部分組成。1）調(diào)度主站調(diào)度主站設在電力調(diào)度所內(nèi)，用來完成對遠程對象的監(jiān)控、數(shù)據(jù)統(tǒng)計及管理等。2）被控站各牽引變電所及各個受調(diào)度主站監(jiān)視的系統(tǒng)均被稱為被控站。被控站主要完成數(shù)據(jù)的采集、預處理、發(fā)送、接收及輸出執(zhí)行等功能。3）傳輸通道傳輸通道是指連接調(diào)度主站與被控站的介質(zhì)，可分為有線、無線、光纜等形式。在高速鐵路中，傳輸通道主要采用光纜。（1）監(jiān)控牽引供電系統(tǒng)沿線各牽引變電所、分區(qū)所、開閉所的設備運行狀態(tài)，完成遙控、遙調(diào)、遙測、遙信、遙視、保護及調(diào)度管理。（2）進行故障定位，輔助完成設備維修、設備事故處理等。（3）向其他系統(tǒng)提供共享數(shù)據(jù)，實現(xiàn)相關系統(tǒng)的聯(lián)動。（二）上下樓梯4.2.4高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)2．高速鐵路供電SCADA系統(tǒng)的功能①遙控是指從調(diào)度主站發(fā)出命令以實現(xiàn)遠程操作和切換。②遙調(diào)是指調(diào)度主站直接對被控站某些設備的工作狀態(tài)和參數(shù)進行調(diào)整，如調(diào)整牽引變電所的某些量值。③遙測是指將被控站的設備狀態(tài)信號遠距離傳給調(diào)度主站。④遙信是指將被控站的設備信號遠距離傳給調(diào)度主站。⑤遙視是指將被控站設備的視頻信號傳給調(diào)度主站，以進行遠程圖像監(jiān)控。提示