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1、接触网,主讲：王健 18679116882,华东交通大学电气与电子工程学院,参考书目：,接触网王祖峰、董昭德 中国铁道出版社电气化铁路接触网 吉鹏霄、张桂林 化学工业出版社 高速电气化铁路接触网 于万聚 西南交通大学出版社,0 接触网系统概述,第一节,第二节,项目三,项目四,项目五,第三节,第四节,电气化铁路的发展,1、火车的发明,1825年，世界上第一条行驶蒸汽机车的运输设施，英国斯托克顿达灵顿的铁路正式通车。通车典礼上，由机车、煤水车、32辆货车和1辆客车组成的载重量约90吨的“旅行”号列车，由设计者斯蒂芬森亲自驾驶，共运行了31.8公里。,电气化铁路的发展,采用电力机车为主要牵引动力的铁
2、路称为电气化铁路。,2、什么是电气化铁路,？,3、电气化铁路的出现,1879年，德国西门子公司建造并展示了世界上第一条电气化铁路，这条铁路不足600米长，采用两轨道间设置第三轨的供电方式，电压采用DC100V，牵引功率3马力，时速只有4英里/小时，牵引三节车厢，最多可以搭乘30名旅客。它开创了新的牵引方式-电气化铁道诞生，也是铁路现代化的标志。,世界上第一条电气化铁路,最早期的电气化铁道多采用直流供电方式。,后来，在日本、德国等国家相继采用了低频单向交流制的供电方式。直到20世纪20年代，随着工频单相交流制供电方式在电气化铁道干线上的应用，经过六十多年的实践，它终于成为电力牵引供电的主要方式和
3、发展方向。,3、电气化铁路的出现,4、高速电气化铁路时代的到来,1964年，世界上第一条高速电气化铁路-东京至大阪的新干线建成通车，该段铁路采用60Hz，25KV交流供电制，最高时速210KM/h，拉开了高速电气化铁路建设的新篇章。,4、高速电气化铁路时代的到来,4、高速电气化铁路时代的到来,日本最新型磁悬浮列车登场：时速500公里,2013年6月3日，日本最新式的磁悬浮新干线列车“L0型”今日向媒体公开，这种新型列车的商业行驶速度为每小时500公里。这列由5辆车厢组成的新型磁悬浮列车，商业行驶速度为每小时500公里，将投入东京至名古屋的中央磁悬浮新干线的运营。计划在2014年后开通的中央磁悬
4、浮新干线，从东京到名古屋的时间将为40分钟。据日本JR东海铁路公司称，这列新型磁悬浮列车将于9月份在山梨县的车辆实验基地实施试运营，并接受一般民众的预约试乘。,5、我国电气化铁道的发展,电气化铁路的发展,我国第一条电气化铁路是宝（鸡）成（都）线宝鸡-凤州段，并于1961年8月15日正式通车并交付运营，从此揭开了我国电气化铁路建设的序幕。,2002年11月27日，“中华之星”在秦沈客运专线综合实验中，成功创造了中国铁路的最高时速321.5Km/h，这也标志着我国进入了高速电气化铁路时代。,5、我国电气化铁道的发展,美国修建高速铁路计划(2030年达到17000km),Page 15,高速动车组国
5、产化方案,Page 16,Regina（庞巴迪）,E2-1000（川崎重工）,CRH1动车组,CRH2动车组,原型车国产动车组,Page 17,Velaro-E（西门子）,SM3（阿尔斯通）,CRH3动车组,CRH5动车组,原型车国产动车组,Page 18,CRH380A,CRH400A,更高速度实验列车（2011.12.25）-CRH500A中华神剑,更高速度实验列车（2011.12.25）-CRH500A中华神剑,电气化铁道是由电力机车和牵引供电装置组成的，牵引供电装置一般分成牵引变电所和接触网两部分，所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的“三大元件”。,供电系统示意图,一
6、、电气化铁道的组成,电力牵引系统的组成,电厂发出的电流，经升压变压器提高电压后，由高压输电线送到铁路沿线的牵引变电所。在牵引变电所里把电流变换成所要求的电流或电压后，经馈流线转送到邻近区间和站场线路的接触网上供电力机车使用。,一、电气化铁道的组成,我国和世界上多数国家均采用工频（50Hz）单相交流供电制，网压额定值为25KV。方框图如下：,一、电气化铁道的组成,1、电力机车,我国目前使用的电力机车主要是国产韶山型电力机车，其牵引功率已达9000KM，时速超过250KM/h。投入使用的有ss1、ss4、ss7、ss8、ss9型及最近推出的时速超过300KM/h的和谐号动车组。,工作原理：,电力机
7、车靠其顶部升起的受电弓，直接接触导线获取电能。每台电力机车前后各有一受电弓，由司机控制其升降。变电弓升起工作时，以68.69.8N的接触压力紧贴接触线摩擦滑行，将电能引入机车，机车主断路器将电压加至变压器，经变压器降压、硅半导体整流器组整流供直流牵引电动机，通过齿轮传动使列车运行。,1、电力机车,一、电气化铁道的组成,弓网系统,1889年，弓状电流集电器，西门子,以（68.69.8）N的接触压力紧贴接触线摩擦滑行，将电能引入机车。,受电弓,受电弓形式上有双臂式和单臂式两种，我国多用单臂式。,1、电力机车,一、电气化铁道的组成,1、电力机车,电力机车受电弓直接从接触线滑行取流,受电弓的滑板紧贴接
8、触线，滑板固定在托架上。,受电弓的最大工作范围1250mm，允许工作范围950mm。,一、电气化铁道的组成,SIEMENS 受电弓，用于300km/h动车组，如CRH3和CRH2300,小提示：国内主型受电弓,DSA系列受电弓，用于200km/h动车组，如CRH1、CRH2、CRH5,小提示：国内主型受电弓,2、牵引变电所,牵引变电所的主要作用,三相变电所 单相变电所 V/V变电所 三相两相式牵引变电所,降压 将110（220）KV交流电降低为27.5KV交流电 变相 将三相交流电转换成单相交流电,主要形式,一、电气化铁道的组成,主要设备,2、牵引变电所,与地方电力部门变电所基本相同。主要设有
9、：电力变压器 高压配电设备 低压配电设备 各种控制、监视与保护装置。,一、电气化铁道的组成,AC220kV,避雷器,电压互感器,电流互感器,架空地线,主变压器,一次设备,单相变压器,AC220kV,AC27.5kV,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,27.5kV高压室内布置,AC27.5kV,AC27.5kV出口,避雷器,27.5kV馈线布置,27.5kV馈电线与接触网相接,3、牵引供电回路,一、电气化铁道的组成,电牵引供电回路是由牵引变电所馈电线接触网电力机车钢轨、地或回流线牵引变电所构成,二、接触网的组成,接触悬挂支持装置 定位装置支柱与基
10、础,学习目标：1.掌握接触网由哪几部分组成；2.掌握各组成部分应包括的主要零件；3.掌握各组成部分主要作用。,接触网是沿铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路。它由四部分组成：,接触悬挂,1、接触悬挂,接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索和补偿器及连接零件。,作用：将电能输送给电力机车；技术要求：接触悬挂的弹性应尽量均匀；接触线对轨面的高度应尽量相等，限制接触线坡度；接触悬挂在受电弓压力及风作用下应有良好的稳定性；接触悬挂的结构及零部件应力求轻巧、简单、可靠，做到标准化。,1支柱 2棒式绝缘子 3平腕臂 4承力索 5接触线6定位器 7吊弦 8定位管支撑 9定位管 10平腕臂11钢轨,接触网结构图,支
11、持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串、棒式绝缘子及接触悬挂的悬吊零件。提速后的平腕臂结构如右图所示，包括棒式绝缘子、平腕臂、单耳腕臂作成。,作用：支持装置是接触网中支持接触悬挂，并将其机械负荷传给支柱固定的部分。,2、支持装置,1悬式绝缘子 2拉杆 3腕臂 4吊弦 5承力索 6基础 7支柱 8棒式绝缘子 9定位器 10接触线 11坠砣,架空式接触网空间结构示意图,定位装置包括定位管、定位器、定位线夹及其连接零件。,作用：固定接触线的横向位置，使接触线水平定位在受电弓滑板运行轨迹范围内。,3、定位装置,定位器,如右图中所示，为常用的预应力钢筋混凝土支柱，其基础直接埋入地中。,作用：支柱与基础用
12、以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。,4、支柱与基础,1支柱 2棒式绝缘子 3平腕臂 4承力索 5接触线6定位器 7吊弦 8定位管支撑 9定位管 10平腕臂11钢轨,接触网结构图,4、支柱与基础,常见基础类型：,学习目标：1.掌握接触悬挂根据结构的分类；2.掌握链形悬挂根据接触线和承力索在空间的位置关系的分类；3.掌握接触网悬挂根据下锚类型的分类。,三、接触悬挂的类型,按照接触悬挂结构分为两大类：简单悬挂：无承力索 链形悬挂：承力索、吊弦、接触线组成链形悬挂：按照接触线、承力索的补偿情况：未补偿、半补偿、全补偿按照接触线、承力索的相对位置：直链型、半
13、斜链形、斜链形按照定位点处是否安装弹性吊索：简单链形和弹性链形,接触网的分类大多以接触悬挂的类型来区分,按承力索的多少分为：单链形(1根)双链形(2根)多链形(3根及以上),中国接触网主要采用：全补偿简单(弹性)直(半)斜链形悬挂。,1、简单悬挂,简单悬挂：由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。简单悬挂的主要形式：简单悬挂:接触线直接固定于悬挂点。弹性简单悬挂:接触线通过弹性吊弦固定于悬挂点。优点：结构简单、支柱高度低、投资小、施工检修方便。缺点：导线的张力、驰度随温度变化较大；导线弹性不均匀；不利于机车高速受流。,1支柱 2拉线 3绝缘子串 4接触线 5腕臂 6棒式绝缘子,未补偿简
14、单悬挂示意图,1坠砣 2补偿滑轮 3接触线 4定位器 5弹性吊弦,带弹性吊弦的简单悬挂示意图,定位器,接触线,弹性吊索,弹性简单悬挂,链形悬挂是一种运行性能较好的悬挂形式。它的结构特点是接触线通过吊弦悬挂在承力索上，承力索通过钩头鞍子、承力索座或悬吊滑轮悬挂在支持装置的腕臂上。使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，通过调节吊弦长度使接触线在整个跨距中对轨面的高度基本保持一致。减小了接触线在跨中的弛度，改善了接触线弹性，增加了接触悬挂的重量，提高了稳定性。可满足电力机车高速运行时取流的要求。,(一)按悬挂链数的多少可分为单链形、双链形(又称复链形)和多链形(又称三链形)。,2、链形悬挂,目前
15、我国铁路主要采用单链形悬挂。,根据悬挂点处吊弦形式不同可分为简单链形悬挂、弹性链形悬挂。,简单链形悬挂结构简单，造价较便宜，运行、检修经验丰富。,1承力索 2吊弦 3接触线,简单链形悬挂示意图,简单链形悬挂 悬挂点处无弹性吊弦是我国接触悬挂的主要形式,(1)单链形,简单链形悬挂,弹性链形悬挂 悬挂点处设有弹性吊弦根据弹性吊弦的结构分为：形弹性链形悬挂 Y 形弹性链形悬挂,1 形弹性链形悬挂 2 Y 形弹性链形悬挂,弹性链形悬挂示意图,弹性链形悬挂,弹性吊索,接触线,斜拉线,承力索,(Y型吊弦),弹性吊索,接触线,吊弦,承力索,弹性链形悬挂,（型吊弦）,接触线弛度小，受流稳定性和风稳定性都比较优
16、越，弹性均匀度好，有利于电力机车高速运行取流。但结构较复杂，投资及维修费用高，我国仅在个别地段试用。,(2)双链形,1承力索 2吊弦 3辅助吊索 4接触线 5短吊弦,双链形悬挂示意图,(二)按照线索的下锚方式分为：未补偿链形悬挂、半补偿链形悬挂、全补偿链形悬挂,(1)未补偿链形悬挂,1绝缘子 2拉线 3支柱 4承力索 5吊弦 6接触线,未补偿链形悬挂结构示意图,优点：未补偿链形悬挂结构简单，要求支柱高度较低，因此建设投资低，施工和检修方便。缺点：导线的张力和弛度随气温的变化较大，接触线在悬挂点受力集中，形成硬点，弹性不均匀，不利于电力机车高速运行时取流。,(1)未补偿链形悬挂,这种悬挂方式的承
17、力索和接触线两端无补偿装置，均为硬锚。,(2)半补偿链形悬挂,这种悬挂方式中，接触线两端设张力补偿装置，承力索两端为硬锚。,我国很少采用半补偿链形悬挂 接触线补偿下锚；承力索未补偿存在明显吊弦偏斜和张力差。中国早期在站线和低速线路上有过使用。,1承力索 2吊弦 3补偿装置 4接触线,半补偿链形悬挂结构示意图,接触线承力索都设有张力补偿装置接触线、承力索张力恒定、弹性较均匀、受流质量较好。适合高速行车需要，是我国接触悬挂的主要形式。,(3)全补偿链形悬挂,全补偿链形悬挂结构示意图,（三）按照接触线、承力索在空间的位置关系分类：直链型、半斜链形、斜链形,承力索和接触线布置在同一垂直平面内，它们在水
18、平面上的投影是一条直线。便于吊弦长度计算，提高了施工精度，避免接触线在吊弦存在纵向倾斜时出现的接触线偏磨甚至是线夹与受电弓的碰撞。是我国提速线路优先选用的悬挂形式。,1接触线 2承力索 3线路中心线,直链形悬挂示意图,(1)直链形悬挂,承力索沿线路中心线布置，接触线在每一支柱定位点处，通过定位装置被布置成“之”字形。半斜链形悬挂风稳定性好，提速改造以前，我国在直线区段大量采用这种悬挂方式。,(2)半斜链形悬挂,1接触线 2承力索 3吊弦,半斜链形悬挂示意图,接触线和承力索均布置成方向相反“之”字形风稳定性好，结构复杂，我国很少采用。,(3)斜链形悬挂,1承力索 2线路中心线 3接触线 4吊弦,
19、斜链形悬挂示意图,1掌握接触网的几种主要供电方式；2了解牵引供电系统的供电方式。,四、供电方式,学习目标：,馈线电压 27.5kV额定工作电压 25kV最高工作电压 29kV最低工作电压 19kV接触网的供电方式有四种：单边供电、双边供电、越区供电、并联供电,一、接触网的供电方式,接触网是向电力机车供电的特殊输电线路。,几个参数：,1单边供电 每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能。优点：相邻供电臂电气上独立，运行灵活，接触网发生故障时，只影响到本供电分区，故障范围小，牵引变电所馈线保护装置较简单。,应用范围：是我国主要的接触网供电方式。,1输电线 2牵引变电所 3馈电线 4接触线 5钢轨 6
20、电力机车 7分区所（亭）,供电系统图,2双边供电 每个供电分区同时从两个牵引变电所获得电能。优缺点：可提高接触网电压水平，减少电能损耗。但馈线及分区亭的保护及开关设备都较复杂,应用范围：,1输电线 2牵引变电所 3馈电线 4接触线 5钢轨 6电力机车 7分区所（亭）,供电系统图,在我国很少采用。,3越区供电 当某一牵引变电所因故障不能正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经分区亭开关设备与相邻供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供电措施。,越区供电（非正常供电方式，属于单边供电的特殊形式）,应用范围：只能在较短时间内实行越区供电，是避免中断运输的临时性措施。,4并联供电 复线区段同一侧供电臂上、
21、下行线通过开关设备（或者电连接线）实行并联供电。,优缺点：并联供电可提高供电臂末端电压，但是接触网发生事故时，影响范围大，运行检修不够灵活。,我国在哈大线、太焦等线路使用了并联供电，繁忙干线应优先采用上下行分开的供电方式。,复线区段供电示意图,应用范围：,牵引供电系统可能对临近线路的影响：静电感应电压影响 处于电场内的架空通讯线路将产生静电感应电位 电磁感应影响 观音坝实验：接触网与架空线相距100m，平行长度18.3m，接触网短路电流 Ik1140A，实测纵电动势787824V 杂音干扰：谐波成分在通信中产生感应电压，形成通信中的杂音。,二、牵引供电系统的供电方式,1直接供电方式 牵引变电所
22、与接触网间不设置任何防干扰设备。,优缺点：馈电回路结构简单，造价低，但对通信线路干扰较大。,1输电线 2牵引变电所 3馈电线 4接触线 5钢轨 6电力机车 7分区所（亭）,供电系统图,2BT供电方式牵引供电系统中加装吸流变压器回流线装置的供电方式,当牵引电流流经吸流变压器原边，将强迫流经轨道的大部分电流通过吸上线流到回流线中返回牵引变电所。由于回流线电流抵消了绝大部分因接触网电流产生的电磁感应影响，因而对通信线的影响大为减轻。,BT供电方式,评价：并不能完全消除电磁干扰，存在半段效应；使得牵引网单位长度阻抗加大，供电电压损失及电能损失均增加，在接触网回路中增加了变压器设备和电气分段，结构复杂和
23、维护工作量大；机车受电弓通过吸流变压器分段时，将产生电弧，烧损接触线和受电弓滑板。应用情况：目前我国电气化铁道中采用BT供电方式的线路中，大部分BT变压器已经退出运行。,2BT供电方式,自耦变压器供电方式，牵引变压器将110kV三相电降压至单相55kV，接触网与正馈线之间并联接人一台自耦变压器，其中心抽头与钢轨联结。,3AT供电方式,正馈线（AF线）,保护线（PW线）,AT供电方式,自耦变压器供电方式具有良好的防干扰性能，但是也存在半段效应。,图中，AT1、AT2间可以有效消除干扰，但是，AT2和机车间的干扰不能消除。,AT供电方式,供电区段接触网,AT,评价：采用AT供电方式使牵引网电压增高，电流减小，牵引变电所间距离增大，提高了网压水平；自耦变压器并联于接触网上，不需增设电分段，能适应高速、大功率电力机车运行；AT供电方式的接触网结构复杂，保护方式繁琐。,3AT供电方式,4直供加回流线,在线路的田野侧，架设回流线，和钢轨并联。,优缺点：经济性好、可靠性高、故障率低、维修工作量小馈电回路简单，回路阻抗较小，一次投资及运营费均较低这种供电方式是我国主要使用的供电方式。,直接加回流线供电方式,
