現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)

現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成

——牽引供電系統(tǒng)1現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/2024第8章現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成——牽引供電

【問(wèn)題導(dǎo)入】現(xiàn)代有軌電車采用DC750供電，通常采用接觸網(wǎng)方式供電，除這種供電方式外，還可以采用蓄電池供電或者是地面第三軌道供電，蓄電池供電僅限于局部困難的路段，第三軌道供電僅適用于鋼輪鋼軌制式有軌電車運(yùn)行方式。【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1.能掌握牽引列車的電動(dòng)車輛應(yīng)具有的特性。

2.能掌握電力牽引供電系統(tǒng)的供電方式。3.能掌握牽引變電所作用。【教學(xué)建議】

1．教學(xué)場(chǎng)地：在普通教室、能連接互聯(lián)網(wǎng)的多媒體教室及現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)的各種模型實(shí)訓(xùn)室中進(jìn)行，課后可實(shí)地參觀。

2．設(shè)備要求：各種現(xiàn)代有軌電車仿真模型1套，或能播放視頻投影設(shè)備及相關(guān)課件、視頻。

3．課時(shí)要求：共4課時(shí)?！纠碚撝R(shí)】2現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.1現(xiàn)代有軌電車牽引供電系統(tǒng)牽引的制式和供電方式

1.現(xiàn)代有軌電車電力牽引的制式現(xiàn)代有軌電車運(yùn)行是電力牽引的列車，從列車運(yùn)行的技術(shù)要求來(lái)看，牽引列車的電動(dòng)車輛應(yīng)具有如下特性：（1）起動(dòng)加速性能要求起動(dòng)加速力度大而且平穩(wěn)，也就是恒定大的起動(dòng)力矩，便于列車快速平穩(wěn)起動(dòng)。（2）調(diào)速性能列車運(yùn)行時(shí)，有不同的速度要求，容易調(diào)速。在調(diào)速過(guò)程中既要達(dá)到變速，還要盡可能經(jīng)濟(jì)，不要有太大的能量損耗，且由此引起能耗較小，同時(shí)還希望容易實(shí)現(xiàn)調(diào)速。（3）動(dòng)力設(shè)備容量利用對(duì)列車的主要?jiǎng)恿υO(shè)備-牽引電動(dòng)機(jī)的基本性能要求為，列車輕載時(shí)，運(yùn)行速度可以高一些，而列車重載時(shí)運(yùn)行速度可以低一些。這樣無(wú)論列車重載或輕載都可以達(dá)到牽引電動(dòng)機(jī)容量的充分利用，因?yàn)榱熊嚑恳εc運(yùn)行速度的乘積為其功率容量，這時(shí)近于常數(shù)。3現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.1現(xiàn)代有軌電車牽引供電系統(tǒng)牽引的制式和供電方式2.電力牽引供電系統(tǒng)的供電方式我國(guó)和大多數(shù)國(guó)家一樣，電力生產(chǎn)由國(guó)家經(jīng)營(yíng)管理，因此無(wú)論是干線電氣化鐵路，還是工礦電力牽引和城市軌道交通地鐵、現(xiàn)代有軌電車電力牽引用電均由國(guó)家統(tǒng)一電網(wǎng)供給，如圖8-1所示。圖8-1發(fā)電廠到用戶用電線路示意圖4現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.1現(xiàn)代有軌電車牽引供電系統(tǒng)牽引的制式和供電方式

從發(fā)電廠（站）經(jīng)升壓、高壓輸電網(wǎng)、區(qū)域變電站至主降壓變電站部分通常被稱為牽引供電系統(tǒng)“外部（或一次）供電系統(tǒng)”。從主降壓變電站（當(dāng)它不屬于電力部門時(shí)）及其以后部分統(tǒng)稱為“牽引供電系統(tǒng)”。它應(yīng)該包括：主降壓變電站、直流牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、走行軌及回流線等。直流牽引變電所將三相高壓交流電變成適合電動(dòng)車輛應(yīng)用低壓直流電。饋電線是將牽引變電所直流電送到現(xiàn)代有軌電車接觸裝置上，如圖8-2所示。圖8-2電力系統(tǒng)到牽引供電系統(tǒng)供電示意圖5現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.2牽引網(wǎng)

接觸網(wǎng)是在現(xiàn)代有軌電車軌道中，沿鋼軌上空“之”字形架設(shè)的，供受電弓取流的高壓輸電線。1.牽引網(wǎng)的設(shè)置1）牽引網(wǎng)由接觸網(wǎng)和回流網(wǎng)組成。接觸網(wǎng)為正極，回流網(wǎng)為負(fù)極，并分別通過(guò)上網(wǎng)電纜和回流電纜與牽引變電所連接。牽引電流通過(guò)導(dǎo)向軌（或回流線）回流變電站。導(dǎo)向軌為特殊斷面形狀的鋼軌，用樹脂固定在道床內(nèi)。2）隧道內(nèi)接觸線距軌面的最低高度為4000mm。地面專用線路接觸線距軌面的最低高度為4400mm，非專用線路或平交道口接觸線距軌面最低高度為4800mm。（接觸網(wǎng)工作高度與車輛自身技術(shù)數(shù)據(jù)有關(guān)）。3）牽引網(wǎng)采用直流電流制，正極、負(fù)極均不接地。4）接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)以彈性簡(jiǎn)單懸掛形式為主，簡(jiǎn)單鏈形懸掛形式為輔，接觸網(wǎng)高度一般為5300mm±100mm。接觸網(wǎng)支柱布置方式，專用線路區(qū)段采用上、下行軌道中央立桿架設(shè)，混行線路區(qū)段采用街道兩側(cè)立桿架設(shè)，接觸線桿上方設(shè)城市道路照明系統(tǒng)，景觀效果較好。6現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.2牽引網(wǎng)①?gòu)椥院?jiǎn)單懸掛由一根接觸線直接固定在支柱支持裝置上的懸掛形式。簡(jiǎn)單懸掛方式只有導(dǎo)線，沒(méi)有承力線，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，支柱高度低，支持裝置承受的負(fù)荷較輕，但是跨度小、弛度大、彈性不均勻、懸掛點(diǎn)有硬點(diǎn)，且在運(yùn)行中導(dǎo)線會(huì)上下振蕩。彈性簡(jiǎn)單懸掛接觸網(wǎng)最高試驗(yàn)速度達(dá)到160km/h。城軌交通接觸網(wǎng)多采用帶補(bǔ)償裝置的彈性簡(jiǎn)單懸掛接觸線下錨處裝設(shè)了張力補(bǔ)償裝置，以調(diào)節(jié)接觸線張力和弛度的變化。懸掛點(diǎn)處加裝一套8～16m長(zhǎng)、倒Y形的彈性吊索，通過(guò)彈性吊索懸掛接觸線，減少了懸掛點(diǎn)處產(chǎn)生的硬點(diǎn)，相應(yīng)改善了懸掛點(diǎn)處的彈性和運(yùn)行狀況。另外，跨距適當(dāng)縮小，增大接觸線的張力，改善弛度對(duì)取流的影響，如圖8-12～圖8-17所示。圖8-12彈性簡(jiǎn)單懸掛圖8-13接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)實(shí)物圖7現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.2牽引網(wǎng)

圖8-14彈性簡(jiǎn)單懸掛曲線段單/雙定位圖8-15補(bǔ)償裝置

a）棘輪+重力式b）彈簧/液壓式圖8-16分段絕緣器圖8-17與周邊環(huán)境統(tǒng)一設(shè)計(jì)8現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.2牽引網(wǎng)②鏈形懸掛的接觸線是通過(guò)吊弦懸掛在承力索上。承力索懸掛于支柱的支持裝置上，使接觸線在不增加支柱的情況下增加了懸掛點(diǎn)，利用調(diào)整吊弦長(zhǎng)度，使接觸線鏈型懸掛在整個(gè)跨距內(nèi)對(duì)軌面的距離保持一致。鏈形懸掛減小了接觸線在跨距中間的弛度，改善了彈性，增加了懸掛重量，提高了穩(wěn)定性，可以滿足電力機(jī)車高速運(yùn)行取流的要求。鏈形懸掛比簡(jiǎn)單懸掛得到了較好的性能，但也帶來(lái)了結(jié)構(gòu)復(fù)雜、造價(jià)高、施工和維修任務(wù)量大等許多問(wèn)題，如圖8-18所示。圖8-18鏈形懸掛示意圖和實(shí)物圖a9現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.2牽引網(wǎng)

5）地面嵌入式接觸軌。地面嵌入式接觸軌系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱接觸軌系統(tǒng))應(yīng)能在自然條件、環(huán)境條件與線路條件下運(yùn)行時(shí)，滿足安全性、可靠性與易維護(hù)性的要求。直流供電電壓為750v，允許電壓波動(dòng)范圍為500～900V。接觸軌系統(tǒng)最高運(yùn)行時(shí)速為50km／h。接觸軌系統(tǒng)能承受在線路平交道口機(jī)動(dòng)車輛荷載。對(duì)平交道口規(guī)格不同，采取不同的措施，確保任何狀況下不會(huì)對(duì)行人及車輛構(gòu)成危險(xiǎn)。2.道路斷面及接觸網(wǎng)支柱布置根據(jù)道路等級(jí)和斷面劃分，現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)在斷面位置上常用以下兩種方式。（1）路中布置模式10現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.2牽引網(wǎng)

有軌電車運(yùn)行所需的雙線接觸網(wǎng)支柱集中敷設(shè)于道路中央的綠化帶兩側(cè)，機(jī)動(dòng)車及非機(jī)動(dòng)車道布設(shè)于有軌電車系統(tǒng)兩側(cè)，如圖8-19所示。圖8-19路中式布置斷面圖11現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.2牽引網(wǎng)（2）路側(cè)布置模式有軌電車運(yùn)行所需的雙線接觸網(wǎng)支柱集中敷設(shè)于道路外側(cè)，機(jī)動(dòng)車及非機(jī)動(dòng)車道布設(shè)于有軌電車系統(tǒng)內(nèi)側(cè)，如圖8-20所示。圖8-20路側(cè)布置斷面圖12現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.3電力監(jiān)控系統(tǒng)

現(xiàn)代有軌電車供電系統(tǒng)設(shè)置電力監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)。也就是數(shù)據(jù)采集與監(jiān)視控制系統(tǒng)。SCADA系統(tǒng)是以計(jì)算機(jī)為基礎(chǔ)的DCS與電力自動(dòng)化監(jiān)控系統(tǒng)。保證控制中心對(duì)主變電所、牽引變電所、降壓變電所等供電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)視、控制和數(shù)據(jù)采集。電力監(jiān)控(SCADA)系統(tǒng)的運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行測(cè)量、參數(shù)調(diào)節(jié)以及各類信號(hào)報(bào)警等各項(xiàng)功能,即是"四遙"功能。RTU(遠(yuǎn)程終端單元),FTU(饋線終端單元)是它的重要組成部分．在現(xiàn)今的變電站綜合自動(dòng)化建設(shè)中起了相當(dāng)重要的作用．電力監(jiān)控SCADA系統(tǒng)，涉及組態(tài)軟件、數(shù)據(jù)傳輸鏈路（如：數(shù)傳電臺(tái)、GPRS等）工業(yè)隔離安全網(wǎng)關(guān)，其中安全隔離網(wǎng)關(guān)是保證工業(yè)信息網(wǎng)絡(luò)的安全的，工業(yè)上大多數(shù)都要用到這種安全防護(hù)性的網(wǎng)關(guān)，防止病毒，以保證工業(yè)數(shù)據(jù)、信息的安全。其中的一種隔離網(wǎng)關(guān)是：工業(yè)安全防護(hù)網(wǎng)關(guān)簡(jiǎn)稱隔離網(wǎng)關(guān).電力監(jiān)控系統(tǒng)還包括電力調(diào)度中心、變電所綜合自動(dòng)化（子站）及傳輸通道。13現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.3電力監(jiān)控系統(tǒng)

電力監(jiān)控系統(tǒng)的功能應(yīng)滿足變電所無(wú)人值班的運(yùn)行要求。監(jiān)控對(duì)象宜包括遙控、遙信、遙測(cè)和遙調(diào)對(duì)象四部分：1）遙測(cè)(遙測(cè)信息)：遠(yuǎn)程測(cè)量。采集并傳送運(yùn)行參數(shù)，包括各種電氣量（線路上的電壓、電流、功率等量值）和負(fù)荷潮流等。2）遙信(遙信信息)：遠(yuǎn)程信號(hào)。采集并傳送各種保護(hù)和開關(guān)量信息。3）遙控(遙控信息)：遠(yuǎn)程控制。接受并執(zhí)行遙控命令，主要是分合閘，對(duì)遠(yuǎn)程的一些開關(guān)控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。4）遙調(diào)(遙調(diào)信息)：遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)。接受并執(zhí)行遙調(diào)命令，對(duì)遠(yuǎn)程的控制量設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)試，如調(diào)節(jié)發(fā)電機(jī)輸出功率。5）其他功能：顯示功能、數(shù)據(jù)處理功能、打印功能、漢子功能、口令功能、培訓(xùn)功能，如圖8-21所示。14現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.3電力監(jiān)控系統(tǒng)圖8-21電力監(jiān)控SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖15現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.4雜散電流腐蝕與保護(hù)

絕大多數(shù)電力牽引軌道交通線路是以走行軌為其電回路的，由于鋼軌與大地之間不是絕緣的，因此由鋼軌回流牽引變電所的電流必有部分經(jīng)大地流回牽引變電所。這部分電流因大地土壤的導(dǎo)電性質(zhì)、地下金屬管道位置的不同，可以分布很廣，故稱之為“迷流”或“雜散電流”。對(duì)于直流單邊供電區(qū)段，一個(gè)牽引負(fù)荷的情況下，其電流的分布情況，大致示意如圖8-22所示。由圖可見(jiàn)，在牽引變電所回流線與鋼軌相接的回流點(diǎn)A處，地電流流回牽引變電所。當(dāng)軌道沿線地下有金屬管道或建筑物鋼筋等導(dǎo)電物時(shí)，地中迷流必多沿金屬導(dǎo)體流動(dòng)，到了回流點(diǎn)附近再流向鋼軌回變電所，因此在回流點(diǎn)附近的金屬管道形成了陽(yáng)極區(qū)〔對(duì)大地為正），如圖8-23所示：16現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.4雜散電流腐蝕與保護(hù)

圖8-22單邊供電和一個(gè)集中負(fù)荷時(shí)鋼軌內(nèi)的電流和電位分布示意圖17現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.4雜散電流腐蝕與保護(hù)

地中迷流危害陽(yáng)極區(qū)是由于雜散電流的產(chǎn)生以及它的電腐蝕效應(yīng)，使對(duì)線路以及周圍設(shè)施的金屬構(gòu)件構(gòu)成了一定的威脅。這種電腐蝕總是發(fā)生在離子導(dǎo)電電流流出金屬結(jié)構(gòu)的地方，即發(fā)生在金屬與電解質(zhì)存在的陽(yáng)極區(qū)。雜散電流的陽(yáng)極電腐蝕對(duì)金屬的破壞相當(dāng)嚴(yán)重，能引起水管穿孔漏水、銹蝕、電纜掛鉤打火、道釘生銹斷裂等，導(dǎo)致現(xiàn)代有軌電車設(shè)施的使用壽命降低，造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。圖8-23接觸導(dǎo)線為“+”極性時(shí)，陽(yáng)極區(qū)的分布和電保護(hù)18現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.5動(dòng)力照明供電系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給水排水及消防

1.動(dòng)力照明供電系統(tǒng)動(dòng)力照明供電系統(tǒng)的功能是將交流中壓（35kV或10kV）降壓變成交流220/380V電壓，為運(yùn)營(yíng)需要的各種機(jī)電設(shè)備提供電源。動(dòng)力照明系統(tǒng)動(dòng)力照明系統(tǒng)的低壓配電采用220/380V三相四線制系統(tǒng)（TN-S系統(tǒng)），額定電壓偏移量允許在±5%范圍內(nèi)，TN-S方式供電系統(tǒng)是把工作零線N和專用保護(hù)線PE嚴(yán)格分開的供電系統(tǒng)。系統(tǒng)正常運(yùn)行時(shí)，專用保護(hù)線上沒(méi)有電流，只是工作零線上有不平衡電流。PE線對(duì)地沒(méi)有電壓，所以電氣設(shè)備金屬外殼接零保護(hù)是接在專用的保護(hù)線PE上，安全可靠。根據(jù)各類設(shè)備用途和重要性，車站及區(qū)間用電設(shè)備負(fù)荷分為三級(jí):1）一級(jí)負(fù)荷：變電所所用電、應(yīng)急照明、地下區(qū)間照明、廢水泵、雨水泵、消防系統(tǒng)設(shè)備等。2）二級(jí)負(fù)荷：車站公共區(qū)正常照明、區(qū)間檢修電源、設(shè)備管理用房照明、不用于疏散的自動(dòng)扶梯、電梯、污水泵、普通風(fēng)機(jī)及相關(guān)閥門、檢修電源等。3）三級(jí)負(fù)荷：電熱設(shè)備、清掃電源及其他不屬于一、二級(jí)負(fù)荷的用電設(shè)備，且停電后不影響軌道交通正常運(yùn)行的負(fù)荷。地面線路和地面車站可與道路照明系統(tǒng)結(jié)合，高架和地下線路及車站的系統(tǒng)19現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.5動(dòng)力照明供電系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給水排水及消防2.照明供電系統(tǒng)組成照明供電系統(tǒng)由室外架空線路供電給照明燈具和其他用電器具使用的供電線路的總稱，有進(jìn)戶線、配電箱、電源的支線和干線組成。（1）照明供電線路的布置現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)的電氣照明供電一般應(yīng)采用380V/220V的三相四線制線路供電，。這樣供電方式對(duì)三相動(dòng)力負(fù)載可以使用380V的線電壓，照明負(fù)載可以使用220V的相電壓。1）進(jìn)戶線。進(jìn)戶點(diǎn)的位置根據(jù)現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)供電電源的位置、設(shè)備使用電量的大小，建筑物的大小和用電設(shè)備的布置情況綜合考慮后確定。進(jìn)戶線距室內(nèi)地平面不得低于3.5m。2）配電箱。配電箱是接受和分配電能的裝置。配電箱裝設(shè)有開關(guān)、熔斷器及電度表等電氣設(shè)備。要求：三相電源的零線不經(jīng)過(guò)開關(guān)，直接接在零線極上，各單相電路所需零線都可以從零線接線板上引出。照明配電箱一般距離地面1.5m安裝。20現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.5動(dòng)力照明供電系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給水排水及消防3）干線。從總配電箱到各分配電箱的線路稱為干線。干線布置方式主要有以下幾種。①樹干式。適用于狹長(zhǎng)車間的車間群供電。②放射式。適用于一個(gè)電源對(duì)車間區(qū)域和大型車站供電。③混合式。適用于車輛基地、車輛段或停車場(chǎng)的綜合供電。

4）支線。從分配電箱引出的線路稱為支線。

3.通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)1)當(dāng)?shù)叵聟^(qū)間隧道的地下段長(zhǎng)度大于500m時(shí)，應(yīng)設(shè)置機(jī)械通風(fēng)排煙系統(tǒng)。

2)區(qū)間隧道內(nèi)通風(fēng)系統(tǒng)的控制可設(shè)置中央控制、就地控制兩級(jí)。3)地面及高架站公共區(qū)盡可能按滿足自然通風(fēng)的條件進(jìn)行設(shè)置。

4)地面線路的設(shè)備及管理用房應(yīng)根據(jù)功能要求設(shè)置局部空調(diào)系統(tǒng)，發(fā)熱量大的設(shè)備用房空調(diào)系統(tǒng)宜與管理用房空調(diào)系統(tǒng)分別獨(dú)立設(shè)置。

5)地面變電站宜采用自然通風(fēng)降溫，當(dāng)自然通風(fēng)不能達(dá)到設(shè)備對(duì)環(huán)境要求時(shí)，宜采用機(jī)械排風(fēng)，自然進(jìn)風(fēng)的方式。21現(xiàn)代有軌電車系統(tǒng)構(gòu)成牽引供電系統(tǒng)5/9/20241.5動(dòng)力照明供電系統(tǒng)、通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)、給水排水及消防

6)車站公共區(qū)可不設(shè)置采暖系統(tǒng)。地面線路的管理用房需設(shè)采暖裝置，設(shè)備用房根據(jù)工藝要求設(shè)采暖裝置。采暖熱源宜采用電力或其他無(wú)污染熱源。地面車站及區(qū)間變電所的通風(fēng)與空調(diào)系統(tǒng)可僅設(shè)置就地控制。

7)全封閉聲屏障內(nèi)部應(yīng)采取有效的自然通風(fēng)或機(jī)械通風(fēng)措施。4.給水排水及消防1)給水水源應(yīng)優(yōu)先采用市政