電氣化鐵道接觸網(wǎng)49課件

電氣化鐵道接觸網(wǎng)

電氣工程系課程介紹

本課程是電氣自動(dòng)化技術(shù)、鐵道供電等專業(yè)的一門專業(yè)課（先修課程為電路、供配電技術(shù)、工程力學(xué)），主要內(nèi)容：（1）電氣化鐵道發(fā)展、接觸網(wǎng)的組成、供電方式；（2）接觸網(wǎng)的零件(承力索座、定位環(huán)、套管雙耳等)、設(shè)備（隔離開關(guān)、分段絕緣器等）、結(jié)構(gòu)（軟橫跨、錨段關(guān)節(jié)等）以及相關(guān)的安裝、檢調(diào)；（3）接觸網(wǎng)初步設(shè)計(jì)和計(jì)算（腕臂的預(yù)制計(jì)算、軟橫跨的計(jì)算等）；第1次:電氣化鐵道發(fā)展、組成一、電氣化鐵道的發(fā)展1、機(jī)車的發(fā)展2、電氣化鐵路的出現(xiàn)3、高速電氣化鐵路時(shí)代的到來4、我國電氣化鐵道的發(fā)展二、電氣化鐵道的組成1、電力機(jī)車2、牽引變電所3、牽引供電回路一、電氣化鐵道發(fā)展1、機(jī)車的發(fā)展采用電力機(jī)車為主要牽引動(dòng)力的鐵路稱為電氣化鐵路。歷史上，機(jī)車經(jīng)歷了蒸汽機(jī)車、內(nèi)燃機(jī)車、電力機(jī)車、磁懸浮機(jī)車等幾種。蒸汽機(jī)車蒸汽機(jī)車是利用蒸汽機(jī)，把燃料(一般用煤)的化學(xué)能變成熱能，再變成機(jī)械能，而使機(jī)車運(yùn)行的一種火車機(jī)車。它主要由鍋爐、蒸汽機(jī)、車架走行部和煤水車四大部分組成。內(nèi)燃機(jī)車內(nèi)燃機(jī)車以內(nèi)燃機(jī)作為原動(dòng)力，內(nèi)燃機(jī)和動(dòng)輪之間加裝一臺(tái)與發(fā)動(dòng)機(jī)同等重要并符合牽引特性的傳動(dòng)裝置。傳動(dòng)裝置有三種:機(jī)械傳動(dòng)裝置、液力傳動(dòng)裝置和電力傳動(dòng)裝置。通過傳動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)車輪的機(jī)車。東風(fēng)4B、東風(fēng)4D、東風(fēng)11電力機(jī)車電力機(jī)車由牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)車輪的機(jī)車。電力機(jī)車因?yàn)樗桦娔苡呻姎饣F路供電系統(tǒng)的接觸網(wǎng)供給，所以是一種非自帶能源的機(jī)車。電力機(jī)車具有功率大、過載能力強(qiáng)、牽引力大、速度快、整備作業(yè)時(shí)間短、維修量少、運(yùn)營費(fèi)用低、便于實(shí)現(xiàn)多機(jī)牽引及節(jié)約能量等優(yōu)點(diǎn)。電力機(jī)車的主要傳動(dòng)系統(tǒng)（1）交直傳動(dòng)系統(tǒng)：從接觸網(wǎng)獲取交流電能，通過整流裝置輸出直流電壓，驅(qū)動(dòng)直流電機(jī)的方式。國產(chǎn)韶山系列（SS）機(jī)車采用這種傳動(dòng)方式。（2）交直交傳動(dòng)系統(tǒng)：交流電網(wǎng)經(jīng)過機(jī)車主變壓器降壓，由整流器整流為直流電，再經(jīng)過逆變?yōu)殡妷骸㈩l率可調(diào)的交流電，從而驅(qū)動(dòng)交流異步電動(dòng)機(jī)。使用這種方式的機(jī)車功率因數(shù)高，高次諧波少，對(duì)電網(wǎng)污染少，鐵路用機(jī)車多采用這種供電控制方式，比較典型的用CRH動(dòng)車組、復(fù)興號(hào)高速動(dòng)車組及和諧HXD系列電力機(jī)車等。動(dòng)車組把動(dòng)力裝置分散安裝在不同的車廂上，帶動(dòng)力的車輛叫動(dòng)車，不帶動(dòng)力的車輛叫拖車。而動(dòng)車組就是幾節(jié)自帶動(dòng)力的車輛加幾節(jié)不帶動(dòng)力的車輛編成一組，就是動(dòng)車組。比如CRH380電動(dòng)車組8輛短編采用了6動(dòng)2拖的動(dòng)力配置。磁懸浮列車磁懸浮列車?yán)谩巴韵喑猓愋韵辔钡脑?，利用安裝在列車兩側(cè)轉(zhuǎn)向架上的懸浮電磁鐵，和鋪設(shè)在軌道上的磁鐵，在磁場(chǎng)作用下產(chǎn)生的排斥力使車輛浮起來，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛。優(yōu)點(diǎn)：列車在鐵軌上方懸浮運(yùn)行，鐵軌與車輛不接觸，運(yùn)行速度快，運(yùn)行平穩(wěn)、舒適，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環(huán)境保護(hù)。（1）德國是世界上最早研究磁浮列車的國家。1922年，德國人赫爾曼·肯佩爾提出了電磁懸浮原理。1979年,在漢堡舉行的國際交通展覽會(huì)上，展出了第一輛磁浮列車并做運(yùn)行表演。（2）我國上海磁浮示范運(yùn)營線，是世界上第一條投入商業(yè)化運(yùn)營的磁懸浮列車示范線，于2002年12月31日啟用，西起上海地鐵2號(hào)線龍陽路站，東到上海浦東國際機(jī)場(chǎng)，長度33公里。2、電氣化鐵路的出現(xiàn)1879年，在柏林舉辦世界貿(mào)易博覽會(huì)上，德國西門子公司建造并展示了世界上第一條電氣化鐵路，這條鐵路不足600米長，采用兩軌道間設(shè)置第三軌的供電方式，電壓采用DC100V，牽引功率3馬力（735瓦特），時(shí)速只有4英里/小時(shí)（1.609344公里），牽引三節(jié)車廂，最多可以搭乘30名旅客。但是這開創(chuàng)了新的牽引方式----電氣化鐵道誕生，也是鐵路現(xiàn)代化的標(biāo)志。世

早期的電氣化鐵道多采用直流供電方式。

后來，隨著科技的進(jìn)步，在日本、德國等國家相繼采用了低頻單向交流制的供電方式。直到20世紀(jì)20年代，隨著工頻單相交流制供電方式在電氣化鐵道干線上的應(yīng)用，經(jīng)過六十多年的實(shí)踐，它終于成為電力牽引供電的主要方式和發(fā)展方向。3、高速電氣化鐵路時(shí)代的到來1964年，世界上第一條高速電氣化鐵路-----東京至大阪的新干線建成通車，該段鐵路采用60Hz，25KV交流供電制，最高時(shí)速210KM/h，拉開了高速電氣化鐵路建設(shè)的新篇章。世界主要的高鐵機(jī)車生產(chǎn)廠家中國：中國中車，CRH（ChinaRailwayHigh-speed）法國:阿爾斯通，TGV德國：西門子，ICE日本:川崎重工，新干線加拿大：龐巴迪高速鐵路的定義（1）在二十世紀(jì)中期，國際鐵路聯(lián)盟(非官方)，把舊線改造時(shí)速達(dá)到200公里、新建時(shí)速達(dá)到250~300公里的定為高速鐵路;（2）1985年聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)(官方組織)在日內(nèi)瓦簽署的《國際鐵路干線協(xié)議》規(guī)定:新建客貨運(yùn)列車混用(簡(jiǎn)稱客貨共線)型高速鐵路時(shí)速為250公里以上，新建客運(yùn)列車專用(簡(jiǎn)稱客運(yùn)專線)型高速鐵路時(shí)速為350公里以上。（3）我國頒布的《高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范》(TB10621-2014)中，新建設(shè)計(jì)時(shí)速為250-350公里，運(yùn)行動(dòng)車組列車的標(biāo)準(zhǔn)軌距的客運(yùn)專線鐵路。4、我國電氣化鐵道的發(fā)展（1）我國第一條電氣化鐵路是寶（雞）成（都）線寶雞----鳳州段，并于1961年8月15日正式通車并交付運(yùn)營，從此揭開了我國電氣化鐵路建設(shè)的序幕。

（2）中國高速鐵路發(fā)展2008年8月1日——中國第一條具有完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)、世界一流水平的高速鐵路京津城際鐵路通車運(yùn)營。2009年12月26日——世界上一次建成里程最長、工程類型最復(fù)雜時(shí)速350公里的京港高鐵武廣段開通運(yùn)營。2010年2月6日——世界首條修建在濕陷性黃土地區(qū)，連接中國中部和西部時(shí)速350公里的鄭西高速鐵路開通運(yùn)營。2012年12月1日，世界上第一條地處高寒地區(qū)的高鐵線路——哈大高鐵正式通車運(yùn)營。我國鐵路“十三五”規(guī)劃（2016-2020）到2020年全國鐵路營業(yè)里程達(dá)到15萬公里，高速鐵路達(dá)到3萬公里，復(fù)線率和電氣化率達(dá)到60%和70%，推進(jìn)八縱八橫高速鐵路主通道建設(shè)?！鞍丝v”通道為：沿海通道、京滬通道、京港（臺(tái)）通道、京哈-京港澳通道、呼南通道、京昆通道、包（銀）海通道、蘭（西）廣通道；“八橫”通道為：綏滿通道、京蘭通道、青銀通道、陸橋通道、沿江通道、滬昆通道、廈渝通道、廣昆通道。引自2016版《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》第一縱，沿海通道。大連（丹東）～秦皇島～天津～東營～濰坊～青島（煙臺(tái)）～連云港～鹽城～南通～上?！珜幉āＶ荨珡B門～深圳～湛江～北海（防城港）第二縱，京滬通道。北京～天津～濟(jì)南～南京～上海（杭州）高速鐵路，包括南京～杭州、蚌埠～合肥～杭州高速鐵路，另一支線北京～天津～東營～濰坊～臨沂～淮安～揚(yáng)州～南通～上海高速鐵路第三縱，京港（臺(tái)）通道。北京～衡水～菏澤～商丘～阜陽～合肥（黃岡）～九江～南昌～贛州～深圳～香港（九龍）高速鐵路；另一支線為合肥～福州～臺(tái)北高速鐵路，包括南昌～福州（莆田）鐵路。第四縱，京哈～京港澳通道。哈爾濱～長春～沈陽～北京～石家莊～鄭州～武漢～長沙～廣州～深圳～香港高速鐵路，包括廣州～珠?！拈T高速鐵路。第五縱，呼南通道。呼和浩特～大同～太原～鄭州～襄陽～常德～益陽～邵陽～永州～桂林～南寧高速鐵路。第六縱，京昆通道。北京～石家莊～太原～西安～成都（重慶）～昆明高速鐵路，包括北京～張家口～大同～太原高速鐵路。第七縱，包（銀）海通道。包頭～延安～西安～重慶～貴陽～南寧～湛江～?？冢ㄈ齺啠└咚勹F路，包括銀川～西安以及海南環(huán)島高速鐵路。第八縱，蘭（西）廣通道。蘭州（寧）～成都（重慶）～貴陽～廣州高速鐵路。第一橫，綏滿通道。綏芬河～牡丹江～哈爾濱～齊齊哈爾～海拉爾～滿洲里高速鐵路。第二橫，京蘭通道。北京～呼和浩特～銀川～蘭州高速鐵路。第三橫，青銀通道。青島～濟(jì)南～石家莊～太原～銀川高速鐵路第四橫，陸橋通道。連云港～徐州～鄭州～西安～蘭州～西寧～烏魯木齊高速鐵路。第五橫，沿江通道。上?！暇戏省錆h～重慶～成都高速鐵路，包括南京～安慶～九江～武漢～宜昌～重慶、萬州～達(dá)州～遂寧～成都高速鐵路第六橫，滬昆通道。上?！贾荨喜L沙～貴陽～昆明高速鐵路。第七橫，廈渝通道。廈門～龍巖～贛州～長沙～常德～張家界～黔江～重慶高速鐵路第八橫，廣昆通道。廣州～南寧～昆明高速鐵路。二、電氣化鐵道的組成

電氣化鐵道是由電力機(jī)車和牽引供電裝置組成的，牽引供電裝置一般分成牽引變電所和接觸網(wǎng)兩部分，所以人們又稱電力機(jī)車、牽引變電所和接觸網(wǎng)為電氣化鐵道的“三大元件”。

電力機(jī)車靠其頂部升起的受電弓，直接接觸導(dǎo)線獲取電能。每臺(tái)電力機(jī)車前后各有一受電弓，由司機(jī)控制其升降。變電弓升起工作時(shí)，以一定接觸壓力緊貼接觸線摩擦滑行，將電能引入機(jī)車，機(jī)車主斷路器將電壓加至變壓器，經(jīng)變壓器降壓后給傳動(dòng)系統(tǒng)，驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)使列車運(yùn)行。工作原理：受電弓滑板主要材質(zhì)有銅、碳、浸金屬碳等。DSA系類受電弓的弓頭長度為1950mm，最大允許工作范圍950mm。受電弓和接觸線運(yùn)行中的情況三相牽引變電所采用三相電力變壓器，原邊繞組通常為星形連接，副邊繞組為三角形，常見聯(lián)結(jié)組別YNd11。二次側(cè)的c點(diǎn)接鋼軌，a，b分別接兩側(cè)的不同供電臂，中間通過電分相連接。優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，可靠性高，缺點(diǎn)是變壓器的容量未能充分利用。

單相牽引變電所有兩種情況。用一臺(tái)單相變壓器時(shí)，副邊繞組的一端接軌道，另一端同時(shí)供給左右兩側(cè)的供電分區(qū)接觸網(wǎng)。為了檢修方便，兩供電分區(qū)采用電分段加以隔離。

優(yōu)點(diǎn)是容量充分利用，接線簡(jiǎn)單；缺點(diǎn)負(fù)序電流大，變電所無法提供三相電源。單相VV牽引變電所用兩臺(tái)單相變壓器，其原邊繞組分別接到高壓三相母線中兩對(duì)不同的母線上，如AB，BC，有公共端子B；兩個(gè)副邊繞組公共點(diǎn)接軌道,其余兩端分別向兩側(cè)的分區(qū)供電，分區(qū)間用電分相連接。單相變電所的變壓器容量利用較充分。

在AT供電方式里，其牽引變電所的變壓器采用較特殊的接