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1、接触网技术主讲人 董昭德西南交通大学电气工程学院2006.6,两个特点,课程安排,第1讲电气化铁路及接触网概述（6.19）第2讲接触网的设备与结构（6.21）第3讲接触网参数计算（上）（6.26）第4讲接触网参数计算（下）（6.28）第5讲弓网关系（7.3）第6讲接触网的运营管理（7.5）,第1讲 电气化铁路及接触网概述,1.1 电气化铁路的基本组成及其优越性1.2 电气化轨道交通的起源与发展1.3 电气化铁路与电力系统的关系1.4 电气化铁路牵引网供电方式1.5 接触网的基本组成与供电方式,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,电气化铁路的定义以电能作为牵引动力的一种轨道交通运输形式;,电气化
2、铁路由三大元件组成1牵引变电所2牵引网3电力机车,三大元件：变电所、接触网、电力机车的关系,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,1牵引变电所,从地方电力系统引入的110kV或220kV高压，通过牵引变压器降至适合电力机车运行的27.5kV电压，送至接触网，供给电力机车运行。其作用是接受、分配、输送电能。我国牵引供电系统采用27.5kV工频单相制式。,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,变电所的组成：一次设备和二次设备,一次设备是指高压侧的设备，主要用于电能的接收、转换、电路的分合以及过电压保护，主要有：用于将电压升高或降低的电力变压器，它是变电所的中心设备，如果主变压器产生故障，变电所就需投入
3、备用变压器；用于接通和开断电路的高压开关设备，包括：断路器、隔离开关、熔断器、接触器等；用于限制故障电流和防御过电压的电抗器、避雷器等；用于传输电能的母线、电缆等载流导体。,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,AC220kV,避雷器,电压互感器,电流互感器,架空地线,主变压器,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,一次设备,单相变压器,AC220kV,AC27.5kV,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,主变压器,AC27.5kV母线,27.5kV真空断路器,隔离开关,隔离开关控制手柄,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,27.5kV高压室内布置,AC27.5kV,AC27.5kV出口,1.1电
4、气化铁路的基本组成及其特点,27.5kV侧馈线布置,避雷器,27.5kV馈电线与接触网相接,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,变电所二次设备,二次设备是用于监控、调度、测量、保护一次设备的设备，主要有：用于迅速反应故障或不正常工作状态，作用于开关电器、切除故障，或作用于信号装置发出警报信号的继电保护装置；降低电路中的电压和电流，为测量仪表和继电保护装置提供相关信息的电压互感器和电流互感器；用于电力系统中保护设备和人员安全的接地装置；用于调整电压和无功补偿的电力电容器、静止补偿装置等。,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,2牵引网,牵引网包括馈电线、接触网、钢轨、回流线、大地回路。馈电线是连接
5、牵引变电所和接触网的电力供给线，多为铜绞线（TJ150）；钢轨在电气化铁路中有三大作用：列车导轨、牵引电流的电气回路、信号系统的信号回路；回流线是连接钢轨和牵引变电所的电连接线，主要为回流提供电气通路。接触网是牵引网的核心，是电气化铁道的主要供电设施，其功能是全天候不间断地向电力机车供电。,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,电气化轨道交通所特有的、沿路轨架设的、为电力机车或电动车组提供电能的特殊供电线路，是电气化轨道交通牵引供电系统的重要组成部分。,接触网,接触网的组成,架空接触网由支柱与基础、支持装置、定位装置、接触悬挂、供电辅助设备。,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,基础,支柱,支持
6、装置,接触悬挂,3电力机车,由机械部分、电气部分和空气管路系统三部分组成。机械部分主要包括机车车体和走行部；空气管路系统主要包括制动气路系统、控制气路系统和辅助气路系统；电气部分主要包括受电弓、主断路器、牵引变压器、转换硅机组、调压开关、整流硅机组、平波电抗器、牵引电动机和制动电阻柜等。,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,1.1电气化铁路的基本组成及其特点,（1）具有牵引功率大;（可实现高速和重载）（2）能源综合利用率高;（不受制于石油）（3）劳动生产率高;（4）不污染环境;（5）便于实现自动化控制;（6）能促进沿线地区电力工业发展的特点。,4电气化铁路的特点,谢谢大家，课间休息！,1.2、
7、电气化轨道交通的起源与发展,基本参数：线路：轨距1 m、全长300 m、椭圆形电力机车：2.2 kW串励式二级直流电机、总重945 kg；供电制式：外部DC150 V第三轨供电；编组：由3节敞开式“客车车箱”，每节“车箱”可乘坐6人；最高时速：13 km。,世界上第一条电气化轨道交通诞生于1879年。,世界第一条电气化轨道交通线路,业绩：四个月共运送乘客8万多人；平均每天运送乘客700多人次。,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,发展分支,地铁轻轨磁浮交通电气化铁路,城市轨道交通城际间快速旅客运输干线铁路,第一条地铁英国伦敦1863第一条 电化地铁英国伦敦1891第一条磁浮运营线上海：机场至浦
8、东,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,目前：40个国家和地区有地下铁，线路总长7000多公里。,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,世界几大著明地铁系统,伦敦地铁（1863）,12条线路，408公里，日客流量250万，年运量8.15亿。巴黎地铁（1900）,19条线路，315公里，日客流量330万，年运量12亿。纽约地铁（1904），27条线路，443.2公里，日客流量420万，年运量15亿。东京地铁（1927），12条线路，230.3公里，日客流量690万，年运量25亿。莫斯科地铁（1935）,9条线路，243.6公里，日客流量800万，年运量26亿。,世界电气化铁路的基本情况,铁路 18
9、25年 英国电气化铁路 1879年 德国至今 127年目前 68个国家和地区拥有电气化铁路总里程：25.8566万km平均电化率：22.5%运量百分比：50%以上,发展高潮：第一次高潮：6070年代以苏联、日本、西欧各国等工业发达国家为代表第二次高潮：8090年代以中国、印度、南非、巴西等发展中国家为代表第三次高潮：现在，中国,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,数据截止至2005年底,我国电气化铁路的起步与发展,1949年在西南交通大学成立电气工程学院；1953年11月开始设计；1957年10月开始筹建；1958年6月开始动工；1961年8月15日开通；第一条电气化铁路：宝鸡凤州 90公里；
10、截止至2005年年底，20132公里，居世界第三；俄罗斯44526；德国：21102，我国明年居第二位。,电气化铁道学科诞生两个院士,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,我国电气化铁路的发展阶段,第一阶段：19531961 起步阶段；第二阶段：19681980 恢复建设阶段；第三阶段：19812000 快速发展阶段；第四阶段：2001 2005 高速起步阶段；第五阶段：20062020 高速快速发展；,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,起步阶段：19531961,我国第一条电气化铁路宝凤电气化铁路,技术参数：线路：2个马蹄形；1个“8”字形；3层重叠；全长91km；高差：817m；最长隧道：
11、2360m；线路坡度：30%0,供电制式：1954年，DC3000V；1957年，工频单相 AC25kV；为我国电气化铁路的发展打下了良好的技术基础。,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,恢复发展阶段：19681980,由于历史原因，修建完宝凤线后，我国电气化铁路进入停滞阶段，到 1968年12月以宝成线的广元马角坝区段电气化开始动工为标志，我国电气化铁路建设进入恢复发展和建设阶段。,主建线路：宝成(1968)，阳安(1973)，襄渝(1975)，石太(1978)，宝天(1979)，成资(1980)。总里程：1679.6km，电化率：3.28%，运量2.6%。,1.2、电气化轨道交通的起源与发
12、展,特点：1 分段进行：先建广马，马绵；后建广凤，最后绵成；1975.7.1我国第一条干线铁路宝成铁路(676km)全线贯通；2 地形复杂地区采用电力牵引(60中期)；3 内电并举，以电为主(1977)；4 机电投资占总投资的比例为26%左右，接触网仅占电化主体工程投资的15%，标准低，弓网故障多；5 对弓网关系认识不足。,恢复发展阶段：19681980,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,快速发展阶段 19812000,特点：1 引进外资和技术；2 建设速度加快，由平均每年500km增至1000km;3 注重相关技术攻关；4 涉足准高速和高速领域；5 自主开发力度不够，无指导性综合发展规划。
13、,新建设里程：“六.五”期间：2507.6km；“七.五”期间：2664.5km;“八.五”期间：3012.2km;“九.五”期间：5549.52km;初步涉及高速铁路，建成广深准高速电气化铁路。,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,高速起步阶段 20012005,2001年：开通电气化铁路 3278.7km，创世界纪录；2002年：开通电气化铁路1193.12km；自行设计施工完成秦沈客运专线，试验速度321.5km/h2003年：开通电气化铁路1109.9km;2004年：在建和新开工电气化铁路达5000多公里，创世界之最；2005年：开通电气化铁路1224.4km;“十.五”期间共建成开
14、通 5587km,是建成开通电气化铁路最多的五年。,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,高速快速发展阶段 20062020,“十一.五”目标与任务：(1)建成新线1万公里，既有线0.4万公里，既有线电化0.6万公里；(2)建成武广、石太、郑西快速客运专线，京津、广珠、广深、沪杭、沪宁城际快速客运铁路；开工京武、哈达、津秦快速客运专线；(3)续继对京沪、京广、京哈、京九、陆桥、沪汉蓉、沪昆七大干线进行配套改造；(4)快速线路运营里程2.2万公里。,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,(1)电化总里程5万公里；电化率50%；电化复线率80%；承担总运量的80%；(2)京哈、京广、京沪、陆桥、沪汉蓉
15、、沪昆全部实现电化；“八纵八横”中有12条实现电化；客运专线达1.2万公里；(3)主要长大干线运行速度在160km/h200km/h以上；主要繁忙干线的货车载重量均在5000t以上，大秦和塑黄线实现2万吨重载运输。(4)大大提高装备国产化率，技术自创能力，电化理论水平。,今后15年的发展目标,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,我国各时期电气化铁路建设图,1.2、电气化轨道交通的起源与发展,谢谢大家，课间休息！,1电力系统对电气化铁道的供电,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,电气化铁路是电力系统的一级负荷，必须由两路独立的电源向牵引变电所供电。,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,2电力系统
16、对牵引变电气的供电方式,单边供电两边供电环形供电,单边供电,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,2电力系统对牵引变电气的供电方式,单边供电两边供电环形供电,两边供电,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,3电气化铁路的供电制式,直流供电（DC600V，DC750V，DC1500V，DC3000V）单相低频供电（AC15kV,16.7Hz）单相工频供电（AC25kV,50Hz）,各国采用的电流制式已逐渐趋于统一，主要制式有：25 kV单相工频交流制(39.22)；3 kV直流制(33.8)；15 kV 单相低频制(15.9)；1.5 kV直流(8)。,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,4单相工频
17、交流供电制式的优点,能直接从国家电力系统取得电能；能以较高电压向电力机车供电，从而实现大功率供电；不需要设整流和变频设备，从而使牵引变电所的设备简化，投资降低；牵引变电所的距离大，能有效降低建设投资和运营费用；与直流供电相比，接触导线的截面积减小，电能损失减小。,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,5单相工频交流供电制式的缺点,电力牵引负荷与一般的工业负荷性质不同，它有其自身的特殊性，主要表现为：随机波动性、非线性性(整流过程非线性)、单相独立性和负荷不对称性。单相独立性和负荷不对称性将在电力系统中产生大量负序和谐波，降低电力系统的功率因数。,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,6负序对电力系
18、统的不良影响负序电流将使同步发电机的输出功率减小，绕组和转子体发热和机械振动，影响其正常运行和寿命；使异步电动机产生负序转矩，降低电动机的输出功率；使电力变压器的出力受到负荷最大相温升的限制，设备容量得不到充分运用，并使变压器铁芯产生附加发热；负序电流流经电力网络时并不做功，而只造成电能损失，从而降低电力网的输送能力；使系统中靠负序分量启动的继电保护或高频保护误动作，从而增加了保护的难度和成本。,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,7谐波对电力系统的不良影响将引起并联谐振，谐波电压被放大，容易损坏设备；将引起串联谐振，使串联回路中电子元件过电流过热；谐波电流流入三相定子绕组时，产生旋转磁场，引
19、起振动扭矩，并增加定子绕组和定子铁芯的附加电能损失和发热；引起转子激磁绕组的附加发热；引起阻尼绕组过热，以致损坏；造成感应电动机的谐波功率损失（主要是铜损）；增加电容器额外的电热，可能会引起电容器过电压和过电流；增加串联电抗器额外的电热；同时，高次谐波对电气计量仪表，特别是电能计量仪表影响较大。由于谐波电流流入变压器产生的铁芯磁滞现象会引起噪声增大。,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,8低功率因数对电力系统的不良影响电力牵引负荷的功率因数一般为0.800.85。由于牵引网阻抗的影响，牵引变压器低压侧的功率因数只有0.800.84；其高压侧的功率因数只有0.750.79。电力牵引负荷的功率因数
20、低，不但使牵引变压器等牵引供电系统设备的能力不能充分利用，而且将降低发电机组的输出能力和输变电设备的供电能力，使电气设备的效率降低，发电和输变电的成本提高；因有功功率损失与功率因数的平方成反比，功率因数低，将引起输电网络中的电能损失大大增加，引起电力用户的供电电压不足。,1.3 电气化铁路与电力系统的关系,为了降低牵引负荷对电力系统的影响，在牵引供电系统、特别是在牵引变电所中，必须采取必要的措施提高功率因数，平衡三相负荷，其基本方法有：牵引网采用不同的供电方式、改变牵引变压器绕组结构、在牵引变电所牵引侧装设并联电容补偿装置，在电力机车上安装电容补偿器等,9消除牵引负荷影响的基本办法,1.4 牵
21、引网的供电方式,牵引网的供电方式,直接供电方式；直供回流线方式BT供电方式；AT供电方式；CC供电方式；,1.4 牵引网的供电方式（直接供电）,供电原理及结构,特点,供电回路简单；对通迅干扰大；需设火花间隙，以便可靠保护；钢轨电位较高。,1.4 牵引网的供电方式（直供回流线）,供电原理及结构,特点,供电回路简单；线路阻抗和钢轨电位比直接供电低；比BT供电节约投资；增设回流线后减低了对通迅信号的干扰。,原理：回流线与接触网同杆架设，二者通过电流方向相反，电磁场相互抵消，从而消除对通讯的干扰,1.4 牵引网的供电方式（BT供电）,原理及结构,特点,牵引回流大部分由回流线返回牵引变电所，能有效减少电
22、磁场对附近通讯信息的干扰。吸流变压器线圈串入接触网，使牵引网阻抗增大，降低了供电臂末端电压；使馈电回路结构复杂，工程造价增高；存在半段效应。,每隔24 km 设一变比为1：1、励磁电流小于额定电流2%的吸流变压器。吸流变的原边串入接触线、次边串入回流线。回流线与接触网同杆架设。,半段效应：机车位于吸流变附近时，从机车至吸上线的半段内，牵引电流基本流经钢轨，故仍有干扰。,1.4 牵引网的供电方式（AT供电）,原理与结构,特点,供电电压可以比接触线电压高，适应于重载和高速等大容量负荷；牵引变电所距离加大；不须设电分段，需设AT所；防干扰性能好；接触网结构复杂，工程造价高.,1.4 牵引网的供电方式
23、（CC供电）,原理与结构,特点,由于CC的导体间互感系数大，因此防干扰性能好；无需设置BT分段和AT所，适用于长大隧道；工程造价高,1.5 接触网的供电方式,有三种方式：单边供电，双边供电，越区供电,单边供电原理图,特点：接触网两相邻供电臂之间是通过分相绝缘器和开关设备相联的，当开关设备处于开状态时，一个供电臂只能从一个牵引变电所得到电能，这种供电方式叫单边供电。,1.5 接触网的供电方式,双边供电原理图,若两相邻供电臂通过开关设备在电路上连通，两个供电臂可同时从两个牵引变电所获得电能，这种供电方式称为双边供电。双边供电的前提是相邻两供电臂必须是同相供电。双边供电可有效提高供电臂未端电压，降低
24、网上能耗，但其馈线及分区亭的保护及开关设备较复杂，投资增大。,1.5 接触网的供电方式,当某牵引变电所出现故障不能供电时，它所供电的供电臂由相邻的牵引变电所供电的供电方式。越区供电增大了供电变电所主变压器的负荷，使其处于超负荷状态运行，因此、越区供电仅作为避免中断运输的临时性措施，而且只允许客车或重要货车通过。,越区供电原理图,第一讲思考题,我国电气化铁路的建设经历了几个阶段，各自有何特点？电气化铁路由哪几部分组成？它有何优点？电力牵引负荷对电力系统有何不利影响？什么叫AT供电？什么叫BT供电？什么叫“半段效应”？我国牵引供电系统（包括城轨交通系统）采用有哪几种供电制式？它们各自有何优缺点？,谢谢大家，祝大家午安！,
