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1、高速电气化铁道概论,第 1 部分 变电工程1列车负荷特点2牵引供电方式3.牵引供电设施的分布4牵引变电器接线和电源电压5牵引变电所二次侧设备选择6电力调度与综合自动化系统,第 2 部分 接触网工程1.弓网受流质量评价标准2.接触网悬挂方式3.接触线的选择4.接触网导线组成及张力组合5.导线高度与结构高度6.定位器设计思路7.锚段关节形式8.线岔形式9.接触网支柱基础10.接触网接地方式11.电分相设计12.施工误差13.架线工艺,第 1 部分 变电工程,1列车负荷特点,负荷大 高速列车单车电流可达6001000A，而普速列车电流一般不大于300A 速度高 客运专线列车运行速度一般在250km/
2、h以上密度大 客运专线列车追踪间隔一般为34分钟功率因数高 采用交直交动车组，功率因数在0.95以上,2牵引供电方式,东海道、东北、上越、山阳、北陆、盛冈-秋田、盛岗八户等所有新干线总长2154km，全部采用AT供电方式，运营速度为260300km/h,日本,东南线（426km，270km/h）为AT与直供混合供电方式，而大西洋线、北方线、地中海线总长918km，全部采用AT供电方式，运营速度为300350km/h,法国,德国,曼海姆斯图加特、汉诺威维尔茨堡、汉诺威柏林、法兰克福科隆、纽伦堡英格尔斯塔特等所有高速线路全长880km，均采用直接供电方式，运营速度为250330km/h,（1）国外
3、情况,2牵引供电方式,汉城釜山全长412km，采用AT供电方式，运营速度为300km/h,韩国,马德里塞维利亚（471km，250km/h）采用直接供电方式，马德里巴塞罗那（730km，350km/h）采用AT供电方式,西班牙,都灵佛罗伦萨，罗马那不勒斯（620km，300km/h）采用AT供电方式,意大利,另外，中国台湾的台北高雄高速铁路也采用AT供电方式,2牵引供电方式,50Hz/60Hz、25kV牵引供电方式（300350km/h）,2牵引供电方式,与直接供电方式相比，AT供电方式具有如下优势：具有更大的供电潜力，特别是越区供电能力变电所间距大，可节省电力系统供电线路的投资减少接触网电分
4、相数量，改善列车运行环境和延长车上设备使用寿命 减少对通信线的干扰，降低通信线路迁改费用减少电能损失，降低运营成本 鉴于以上优势，客运专线电气化一般采用AT供电方式,（2）AT供电方式的优越性,3牵引供电设施的分布,（1）牵引变电所间距 尽管采用了AT供电方式，因客运专线列车密度大，单车功率大，AT牵引变电所的间距比普速小，一般为5060km（2）AT所间距 基于牵引变电所的间距，一般每个供电臂内仅设置一处自藕变压器所，位于供电臂的中部，亦即AT所间距为1215km。,4牵引变压器接线和电源电压,对于AT供电方式面言，目前国内外采用的主变压器接线有对顶三角接线、变形伍德桥接线、斯考特接线、V型
5、接线和单相接线等几种，其中单相接线造成的负序影响最大，其余几种接线均可减少负序影响；但从减少接触网电分相数量角度出发，宜采用单相接线，以避免在牵引变电所处设电分相；为了在采用单相接线的同时，尽量减少对电力系统的负序影响，应尽量避免采用110kV电源供电，力争220kV供电；采用220kV电源电压，系统短路容量远大于110kV，允许承受负序能力也大大增强；同时220kV供电增加了对牵引供电系统供电的可靠性，并节省了电力系统增容改造的投资。,5牵引变电所二次侧设备选择,牵引变电所二次侧设备可采用传统的户外开关设备或户内开关设备（即开关柜）；目前我国电气化铁道牵引变电所馈线侧除了哈大线采用了间隔护板
6、式简易空气开关柜以外，其他各线的设备还停留在高压室网栅间隔式分散布置的方式；在我国，电力部门和城交领域在35kV已广泛采用空气绝缘和六氟化硫绝缘开关柜，即所为AIS和GIS，特别是GIS由于其体积小，可靠性高，维护工作量小，大大节省变电所占地面积、房屋面积和电缆等优点已成为35kV配电设备的发展方向；电气化铁路二次侧开关设备采用GIS也是大趋势。,5牵引变电所二次侧设备选择,与传统的户外型设备相比，227.5kV GIS开关柜主要特点如下：1）集成化程度高，并使设备供货渠道得到有效控制，避 免了安装的分散性，使设备质量得到了有效的保证；2）使用寿命长，可操作30000次，10000次内无维护；
7、3）大大节省场地面积和房屋面积；4）施工简易化；5）为全所无人值班和自动装置等措施的有效实施了良好的设备基础；6）节省了大量的控制电缆。,第 2 部分 接触网工程,1弓网受流质量评价标准,欧洲关于弓网受流质量的评价标准,2接触网悬挂方式,时速300km/h以上高速铁路接触网悬挂方式,2接触网悬挂方式,接触网的三种悬挂方式（复链、弹链、简链）在国外高速客运专线中均有采用；理论上讲，复链型悬挂的性能最为优越，也最适合于高速运行，但其结构太复杂，施工及运营维护不方便；弹性链形悬挂能满足高速弓网受流质量要求，但接触线动态抬升量大，容易产生疲劳，且弹性吊索安装、调整工作量大；简单链型悬挂也能够满足高速弓
8、网受流要求，国内具有丰富的设计、施工及运营经验，但静态弹性不均匀度较大，动态接触力标准偏差较弹链和复链大。,3接触线的选择,时速300km/h及以上接触线的应用情况,3接触线的选择,从国外高速客运专线接触线的使用情况来看，主要以铜锡和铜镁合金线为主。铜锡和铜镁线均能满足高速铁路高抗拉强度的要求，在导电性方面，0.2%含量的上述合金线有80%左右的导电率，而0.5%含量的上述合金线则只有60%左右的导电率，且硬度较高，对施工要求也较高。,4接触网导线组成及张力组合,高速客运专线牵引网需要的载流量较大（一般为8001200A），要求接触线及承力索截面较大。承力索一般采用120mm2的镁铜合金绞线，
9、接触线一般采用150mm2的铜锡或铜镁合金线。当接触线和承力索总的载流截面不能满足牵引网载流量要求时，还需设置加强线（一般在第一AT段内）；为了确保良好的弓网受流质量，动车组的运行速度宜在接触线的波动传播速度0.7倍以下。,根据国外经验，对于最高运行速度为350km/h的客运专线，承力索及接触线的张力应分别不小于20kN和25kN。即：THJ120+CuSn150/CuMg150（20kN+25kN）,5导线高度及结构高度,在满足建筑限界的情况下，接触线的悬挂高度应尽量低，以减小空气动力对弓网受流质量的影响。国外高速铁路接触线高度如下：日本：5000mm法国：5080mm德国：5300mm 我
10、国客运专线车辆建筑限界高度为4800mm，综合考虑绝缘距离、导线弛度、施工误差等因素，客运专线接触线悬挂点高度定为5300mm，最低点高度为5150mm。,5导线高度及结构高度,结构高度大小主要取决于允许的最短吊弦长度。对于两端都有吊弦线夹的整体式吊弦来说，吊弦长度越短，其呈现的刚度越大，对弓网受流越不利。根据国外经验，对于高速而言，最短吊弦长度不宜小于800mm，与之对应的接触网结构高度不宜小于1400mm。国外高速铁路接触网结构高度如下：法国：1400mm（简链）德国：1600mm或1800mm（弹链）日本：950mm（简链）或1500mm（复链）,6定位装置,欧标EN50119规定：当定
11、位器不带限位功能时，其自由抬升空间至少应为接触线实际抬升量或模拟抬升量的2倍；当带限位功能时，定位器自由抬升空间至少应为接触线实际抬升量或模拟抬升量的1.5倍;欧标prEN50367规定：受电弓动态包络线的上抬量为接触线实际抬升量或模拟抬升量的2倍。受电弓动态包络线的左右摆动量与线路、轨道、机车等的性能有关，实测值较难确定，一般根据运营经验取值为250300mm;法国采用的弯形定位器不带限位，允许最大抬升量为400mm；德国采用带限位的直形定位器，限位抬升量为150180mm。,6定位装置,法国地中海线（不限位定位器）,6定位装置,西班牙马德里巴塞罗那线（限位定位器）,7锚段关节形式,国外高速
12、接触网锚段关节形式较多，三跨、四跨、五跨均有应用实例。日本和法国一般采用四跨关节形式；德国汉诺威维尔茨堡（Re250）、曼海姆斯图加特（Re250）、柏林汉诺威（Re330）三条高速铁路均采用五跨关节形式，法兰克福科隆（SICAT-H1.0）高速铁路则采用三跨（非绝缘）和五跨（绝缘）关节形式；西班牙马德里巴塞罗那（EAC-350）和意大利罗马那不勒斯高速铁路均采用四跨关节形式。,三跨非绝缘,四跨非绝缘,五跨非绝缘,7锚段关节形式,三跨和五跨关节在跨距中部过渡，跨中两支接触线相对于悬挂点高出约40mm；四跨关节则在定位点过渡，两支悬挂在中心柱外侧第一吊弦之间形成一等高过渡段，非支从第一吊弦点开始
13、抬升，中心柱定位器一般按不受力设计;各国的运营经验表明，只要锚段关节安装调整得当，无论三跨、四跨、五跨，均可取得满意的受流效果。相对而言，四跨关节的安装调整较为容易，且安全性较好。,三跨绝缘,四跨绝缘,五跨绝缘,8线岔形式,高速接触网线岔可分为交叉和无交叉两大类，其中无交叉线岔又可分为两支无交叉和三支无交叉（锚段关节式）两种形式。,A、C为悬挂点，B为交叉点，悬挂A点一般位于线间距0400mm范围之内，交叉点B位于线间距400700mm范围之内。在悬挂点A处，正线接触线拉出值为300400mm，并按正常接触线高度设计，侧线接触线拉出值一般为400550mm，并抬高约150mm，使得A点处侧线接
14、触线位于受电弓的动态包络线以外。在悬挂点C处，正线接触线按正常高度设计，侧线接触线比正线高30mm。,高速用交叉线岔原理,8线岔形式,在交叉点B处，为了减小接触网的硬点影响，正线接触线相对于正常高度抬高10mm（通过吊弦实现），侧线接触线相对于正线抬高20mm，与悬挂点C处高度一致。侧线在AB段按抛物线抬高，在BC段靠近线岔处（线间距500mm600mm处）设有一交叉吊弦（正线接触线通过吊弦悬挂于侧线承力索上，侧线接触线通过吊弦悬挂于正线承力索上），意在使始触区附近两支接触线在动态作用下能够同步抬升。,8线岔形式,优缺点：由于限制管的存在，当列车高速通过正线时，由于接触线抬升量较大，受电弓必然
15、要接触两支接触线，在交叉点附近形成相对硬点是难免的，弓网间将产生较大的冲击，从而加剧线岔处接触线的局部磨耗，另外还存在钻弓、打弓的危险。另外，线岔处正线接触线的高度要求非常严格（比正常高度高出10mm），施工精度实难保证；当道岔号码较大时，限制管的长度将变得很长，否则两支接触线无法自由伸缩。相对于两支无交叉线岔而言，如果侧线行车速度不高，则其侧线行车较为有利，因为受电弓的转换过渡较为平缓；但如果侧线行车速度也较高，仍然存在正线行车的上述不利因素。,8线岔形式,A、C为悬挂点，B为侧线支接触线始抬点，悬挂点A一般位于线间距500600mm处，侧线支接触线始抬点B一般为悬挂点A右侧第3吊弦处。悬挂
16、点A处，正线接触线拉出值为350400mm，并按正常接触线高度设计，侧线接触线相对于正线线路中心的拉出值一般为9501000mm，并抬高90130mm（视道岔号码大小而定），使得A点处侧线接触线位于正线上运行的受电弓正常动态抬升量（该值可通过弓网模拟确定）以外。BC段正线、侧线接触线一般按等高设计，侧线接触线自B点开始按抛物线抬高，至悬挂点A处时抬高90130mm，正线在AC段始终按正常高度设计。,两支无交叉线岔原理,8线岔形式,当正线高速行车时，侧线接触线始终位于受电弓正常动态抬升量以外，受电弓只与正线接触线接触，而不与站线发生任何关系，因此正线行车具有绝对的安全性。当列车由侧线驶入正线时，
17、在B点以前受电弓只与侧线接触线接触，通过B点以后大约在AB段的中部附近位置，受电弓在与侧线接触线接触的同时，其一侧的倒角将开始触及正线接触线，并随着列车的前行，受电弓滑板将脱离侧线接触线而转入正线接触线取流，直至完全驶入正线。当列车由正线驶入侧线时，在A点以前受电弓均从正线接触线取流，当受电弓到达AB段的中部附近位置时，受电弓滑板将脱离正线接触线，在其静压力作用下与抬高的侧线接触线相接触（此处侧线接触线抬高值宜控制在50mm左右），进而转入从侧线接触线取流。,8线岔形式,优缺点：优点是可以保证正线高速行车的安全，缺点是侧线行车时受电弓的转换过渡不是很平缓，也就是说侧线允许通过速度不能太高，一般
18、不宜超过80km/h，否则弓网间将产生较大的冲击。该种线岔形式适合于与正线相连的车站到发线道岔。,8线岔形式,三支无交叉线岔原理,渡线电分段采用了四跨绝缘锚段关节形式（关节3），以避免采用分段绝缘器产生的硬点影响。关节1和关节5为四跨非绝缘锚段关节，关节2和关节4为五跨非绝缘锚段关节（相邻两支悬挂各形成一个锚段关节）。悬挂1为正线接触悬挂，悬挂2为导向支接触悬挂（相对于另一正线而言又为侧线支接触悬挂），悬挂3为侧线支接触悬挂（相对于另一正线而言又为导向支接触悬挂），从B柱到C柱的区域为正线和侧线之间的转换区域（五跨关节的中心跨）。上图的布置形式基于侧线（或渡线）有电分段要求，如果侧线无电分段要
19、求，导向支接触悬挂2可在经过C柱并在D柱过渡后下锚。,8线岔形式,当列车在正线上运行时，受电弓不与侧线支接触线接触，但在关节1和关节2处与导向支接触线存在转换过渡关系；当列车由正线驶入侧线时，受电弓首先在关节1处由正线接触线过渡到导向支接触线，然后在关节2处（B柱到C柱之间）由导向支接触线过渡到侧线支接触线，经过C柱以后完全驶离道岔进入侧线运行；当列车由侧线驶入正线时，受电弓首先在关节2处（C柱到B柱之间）由侧线支接触线过渡到导向支接触线，经过A柱以后在关节1处再由导向支接触线过渡到正线接触线，进而完全转入正线运行。总之，对于锚段关节式线岔，无论正线行车还是侧线行车，非支接触线始终处于受电弓的
20、动态包络线以外，且受电弓在工作支与非工作支之间的转换过渡非常平缓，因此其安全性好，且允许侧线行车速度较高（可达160km/h以上，与道岔本身允许通过速度有关）。,8线岔形式,结论与建议 基于三种线岔形式的原理及其优缺点，对于高速客运专线，为了保证良好的弓网受流质量和确保正线接触线的使用寿命，应避免采用交叉布置形式，而采用无交叉布置形式。如果侧线通过速度要求较高（80km/h以上），应采用锚段关节式线岔形式；如果侧线通过速度要求不高（80km/h以下），应优先采用锚段关节式线岔形式，困难时可采用两支无交叉线岔形式。,10接触网接地方式,对于列车密度高、客流量大的客运专线，旅客的安全至关重要的，接
21、地系统必须满足相关的安全标准。高速列车负荷电流、故障短路电流均比既有铁路大，因此地网中钢轨电位也大大增高，采用传统的接地方式不能满足相关标准要求。根据国外经验，宜采用综合接地方式。综合接地可以简化网上结构，直接接地，可靠性高，并有效降低钢轨电位，同时可避免沿线的各设备相互干扰和故障，提高整体可靠性。,10接触网接地方式,综合接地方式,11电分相设计,客运专线动车组有两种编组模式：短编组：8辆编组，单受电弓运行 长编组：16辆编组，双受电弓运行 接触网电分相的设置应满足本线所有动车组的运行模式。双弓运行时，两弓高压部分之间一般无母线连接，低压控制部分具有连锁关系，即两断路器同时开断和闭合。两弓间
22、的距离应大于电分相中性段的长度D2或小于无电区的长度D1，以防止两受电弓将不同相位的接触网短接。,短分相方案,长分相方案,12施工误差标准,德国接触线悬挂点高度：30 mm两个相邻悬挂点之间接触线高度：20mm两个吊弦之间接触线高度：10 mm接触线拉出值：30 mm结构高度：隧外150 mm，隧内100 mm弹性吊索张力：10%运营中接触线、承力索张力：5%法国接触线悬挂点高度：+20/-0 mm两个相邻悬挂点之间接触线高度：10mm接触线拉出值：10mm悬挂点处承力索和接触线垂直度：10mm整体吊弦制作长度：1.5mm整体吊弦顺线路安装位置：50mm跨距长度（无须重新计算时）：250mm定位器旋转中心与定位点接触线高差：10mm,13架线工艺,谢谢！,
