电力牵引传动系统

1、电力牵引传动系统青岛动车所主讲人：何明、电气化接触网概述一、电气化接触网概述1 1、电气化铁路牵引供电系统简述、电气化铁路牵引供电系统简述电气化铁路的三大电气化铁路的三大“元件元件”：牵引变电所、接触网、电力机车：牵引变电所、接触网、电力机车AC220kV避雷器电压互感器电流互感器架空地线主变压器一、电气化接触网概述一、电气化接触网概述2 2、电气化铁路牵引供电系统简述、电气化铁路牵引供电系统简述 (1)(1)牵引变电所一次设备牵引变电所一次设备单相变压器AC220kVAC27.5kV主变压器主变压器一、电气化接触网概述一、电气化接触网概述3 3、电气化铁路牵引供电系

2、统简述、电气化铁路牵引供电系统简述 (1)(1)牵引变电所一次设备牵引变电所一次设备AC27.5kV母线27.5kV真空断路器隔离开关隔离开关控制手柄27.5kV27.5kV高压室高压室一、电气化接触网概述一、电气化接触网概述4 4、电气化铁路牵引供电系统简述、电气化铁路牵引供电系统简述 (1)(1)牵引变电所一次设备牵引变电所一次设备一、电气化接触网概述一、电气化接触网概述牵引网包括馈电线、接触网、钢轨、回牵引网包括馈电线、接触网、钢轨、回流线、大地回路。流线、大地回路。馈电线馈电线是连接牵引变电所和接触网的是连接牵引变电所和接触网的电力供给线，多为铜绞线（电力供给线，多为铜绞线（TJ150

3、TJ150）；）；钢轨钢轨在电气化铁路中有三大作用：列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、信号系统车导轨、牵引电流的电气回路、信号系统的信号回路；的信号回路；回流线回流线是连接钢轨和牵引变电所的电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。连接线，主要为回流提供电气通路。接触网是牵引网的核心，接触网是牵引网的核心，是电气化铁是电气化铁道的主要供电设施，其功能是全天候不间道的主要供电设施，其功能是全天候不间断地向电力机车供电。断地向电力机车供电。 1 1牵引网牵引网5 5、电气化铁路牵引供电系统简述、电气化铁路牵引供电系统简述接触网接触网直接供电方式(TR)6

4、6、牵引供电系统与电力系统的相互关系、牵引供电系统与电力系统的相互关系一、电气化接触网概述一、电气化接触网概述一、电气化接触网概述一、电气化接触网概述电连接线接触线分段绝缘器本体承力索硅橡胶绝缘子消弧装置电分段：为缩小接触网的停电事故范围，满足供电和检修需要而将区间接触网划分成若干个小区段。一、电气化接触网概述一、电气化接触网概述v电分相：为使牵引变电所的A、B、C三相负载平衡供电，使不同区段供电相位不同。电分相标志牌设置示意图电分相标志牌设置示意图一、电气化接触网概述一、电气化接触网概述7 7、接触网电分相设备、接触网电分相设备 电力牵引系统的组成电力牵引系统的组成 电力牵引系统（即电气化铁

5、路）是由电力牵引系统（即电气化铁路）是由电力机车电力机车/电动车组电动车组和和牵引供电牵引供电装置装置两大部分组成。牵引变电所将高压三相交流电变换成单相交流电两大部分组成。牵引变电所将高压三相交流电变换成单相交流电接触网接触网受电弓受电弓电力机车中牵引变压器的一次侧线圈电力机车中牵引变压器的一次侧线圈钢轨钢轨回流回流线线牵引变电所。牵引变电所。 分相绝缘器25kV接地钢轨接触网牵引变电所110kV区域变电所高压输电线发电厂馈电线电力机车回流线二、电力牵引传动系统概述二、电力牵引传动系统概述v（一）电力牵引的特点v电力机车属非自带能源式机车，电力牵引具有一系列内燃牵引所不及的优越性，表现在以下几

6、方面： （一）电力牵引的特点v1、电力机车的功率大v内燃机车功率受到柴油机本身容量、尺寸和重量的限制，故机车功率不能过大。而电力机车不受上述条件的限制，机车功率（或单位重量功率）要大得多，目前轴功率已达1000kW（若交流牵引电动机可达1600kW）。一台电力机车的牵引能力相当于1.5台（或更多一些）内燃机车的牵引能力。由于电力机车功率大、起动快、允许速度高，所以能够多拉快跑，极大地提高了线路的通过能力和输送能力。 （一）电力牵引的特点v2、电力机车的效率高v由于电力牵引所需的电能是由发电厂（或电站）集中产生，因此燃料的利用率要比内燃牵引高得多。由火电厂供电的电力牵引的效率高达35%，由水电站

7、供电的电力牵引则更高，可达60%以上。而内燃牵引的效率约为25%左右，而且柴油价格较贵，有燃烧排放污染。 （一）电力牵引的特点v3、电力机车的过载能力强v机车在起动列车或牵引列车通过限制坡道时，其过载能力具有很大的意义。由于电力机车的过载能力不会受到能源供给的限制，而牵引电动机的短时过载能力总是比较大。因此，电力机车所需的起动加速时间一般约为内燃机车的1/2，从而能够提高列车速度。 （一）电力牵引的特点v4、电力机车的运营费用较低v（1）功率大、起动快、运行速度高、过载能力强、可以多拉快跑；v（2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率；v（3）检修周期长、日常维护保养工作量也小。（一）

8、电力牵引的特点v一般情况下，电力牵引的运营费用比内燃牵引要低15%左右。v此外，由于电力机车运行过程中不污染环境，对于大型铁路枢纽站及隧道长而多的线路而言，其意义重大。 （一）电力牵引的特点v4、电力机车的运营费用较低v（1）功率大、起动快、运行速度高、过载能力强、可以多拉快跑；v（2）整备距离长、适合于长交路，提高了机车的利用率；v（3）检修周期长、日常维护保养工作量也小。（一）电力牵引的特点v缺点：v（1）对通讯方面所带来的谐波干扰问题；v（2）相控调压所引起的功率因数较低的问题；v（3）离不开牵引变电所和接触网等沿线的供电设备，使其机动性较差，且线路电气化投资较大。v一般在客货运输特别繁

9、忙的主要铁干线，线路坡道陡、隧道多又长的山区铁路干线，大运量的集中运煤专线，适宜采用电力牵引。 （二）电力牵引的发展v1、交直传动技术v1958 使用引燃管作为整流器件v1969大功率整流二极管 v1978 可控型器件晶闸管 v2、交流传动技术的发展交流传动技术的发展 v大功率牵引变流器的使用（三）牵引动力及其配置（三）牵引动力及其配置 1牵引动力的型式牵引动力的型式（1）电力牵引）电力牵引具有牵引功率大、轴重小、经济性能较具有牵引功率大、轴重小、经济性能较好、利于环境保护等一系列优点。但初始投资较大。好、利于环境保护等一系列优点。但初始投资较大。（2）内燃电传动牵引）内燃电传动牵引因其投资少

10、、见效快、经济性能因其投资少、见效快、经济性能好等特点，应用于高速列车的牵引也有成功的先例，如英国好等特点，应用于高速列车的牵引也有成功的先例，如英国的的HST高速列车、德国的高速列车、德国的VT610内燃动车组。内燃电传动牵内燃动车组。内燃电传动牵引可用于尚未电气化的高速铁路区段，也可作为加速发展高引可用于尚未电气化的高速铁路区段，也可作为加速发展高速铁路建设的一种过渡牵引型式。速铁路建设的一种过渡牵引型式。（三）牵引动力及其配置（三）牵引动力及其配置 从世界各国发展高速铁路的情况看，尽管电力牵引初从世界各国发展高速铁路的情况看，尽管电力牵引初始投资较大，但绝大多数国家的高速列车都采用始投资

11、较大，但绝大多数国家的高速列车都采用电力牵引电力牵引。 高速列车的牵引可以采用传统的高速列车的牵引可以采用传统的机车牵引机车牵引型式，也可采型式，也可采用用动车组牵引动车组牵引型式。由于动车组的轴重低，可以减小对线路型式。由于动车组的轴重低，可以减小对线路的破坏作用，因此目前世界上大部分高速列车采用动车组牵的破坏作用，因此目前世界上大部分高速列车采用动车组牵引型式。引型式。 2牵引动力的配置牵引动力的配置 （1）牵引动力集中配置于）牵引动力集中配置于端方式端方式 这是一种传统的牵引方式，即这是一种传统的牵引方式，即机车牵引机车牵引客车方式。高速列客车方式。高速列车由车由台或几台机车集中于一端来

12、牵引。这种传统的机车牵引台或几台机车集中于一端来牵引。这种传统的机车牵引方式既有内燃机车牵引，也有电力机车牵引，一般应用于既有方式既有内燃机车牵引，也有电力机车牵引，一般应用于既有线改造为客货混用的高速铁路上，其最高运行速度为第一速度线改造为客货混用的高速铁路上，其最高运行速度为第一速度级级(一般在一般在200 km/h左右左右)。 它在高速化的初期为不少国家所采用，特别是内燃机车它在高速化的初期为不少国家所采用，特别是内燃机车牵引用于尚未电气化的区段，是牵引用于尚未电气化的区段，是种投资少、见效快的牵引方种投资少、见效快的牵引方式。式。 2牵引动力的配置牵引动力的配置 （2）牵引动力集中配置

13、于两端方式）牵引动力集中配置于两端方式 高速列车两端为动力车，中间全部为无动力的挂车，牵高速列车两端为动力车，中间全部为无动力的挂车，牵引采用引采用前挽后推前挽后推方式。两端设动力车有利于往返运行时不必转方式。两端设动力车有利于往返运行时不必转向，并有利于前后端流线型处理。向，并有利于前后端流线型处理。机车模式机车模式两端的动力车实际上就是一般的机车，而中间的两端的动力车实际上就是一般的机车，而中间的无动力挂车即为无动力挂车即为般的客车，如德国的般的客车，如德国的ICE高速列车。高速列车。动车组模式动车组模式两端的动力车与无动力挂车具有共用转向架和两端的动力车与无动力挂车具有共用转向架和铰接机

14、构，构成铰接机构，构成动车组动车组，加法国的，加法国的TGV高速列车。可保持整高速列车。可保持整列车的载荷均匀，运行相对平稳，但由于编组固定，因而在列列车的载荷均匀，运行相对平稳，但由于编组固定，因而在列车长度方面的机动性较差。车长度方面的机动性较差。 2牵引动力的配置牵引动力的配置 （3）牵引动力分散配置方式）牵引动力分散配置方式 这是一种这是一种动车组牵引动车组牵引方式，也有二种模式：方式，也有二种模式：完全分散模式完全分散模式高速列车编组中的车辆全部为动力车，如日高速列车编组中的车辆全部为动力车，如日本的本的0系列高速列车，系列高速列车，16辆编组中辆编组中全部是动力车全部是动力车。相对

15、分散模式相对分散模式高速列车编组中高速列车编组中大部分是动力车大部分是动力车，小部分为小部分为无动力的拖车无动力的拖车，如日本的，如日本的100系列高速列车，系列高速列车，16辆编组中有辆编组中有12辆是动力车，辆是动力车，4辆是拖车；辆是拖车；300系列的高速列车，系列的高速列车，16辆编组中有辆编组中有10辆是动力车，辆是动力车，6辆是拖车；中国的辆是拖车；中国的CRH，8辆编组中有辆编组中有4/5是是动力车，动力车，4/3辆是拖车。辆是拖车。机车牵引的旅客列车机车牵引的旅客列车v高速v高效v经济v灵活3.3.动车组技术特点动车组技术特点动车组旅客列车动车组旅客列车4.4.动车集中和动力分

16、散动车组动车集中和动力分散动车组动 力 分 散动力分散动车组优点: 牵引功率大 轴重小 启动加速性能好 可靠性高 列车利用率高 编组灵活动力分散动车组是当今世界高速动车组技术发展的方向。动 力 集 中5、CRH1型动车组牵引传动能量转换牵 引 逆 变 器主 变 压 器牵 引 逆 变 器高 压 侧 变 流 器（四）电力牵引的传动方式（四）电力牵引的传动方式 牵引电机牵引电机牵引传动调速系统接触网I(电流)I受电弓 轨道交通车辆电力传动方式按轨道交通车辆电力传动方式按接触网接触网和和牵引电动机牵引电动机所所采用的电流制进行分类，分采用的电流制进行分类，分为：为：（1）直）直-直流传动；直流传动；

17、（2）交）交-直流传动直流传动 ；（3）直）直-交流传动；交流传动； （4）交）交-直直-交流传动。交流传动。1、直、直-直流传动直流传动 由由直流接触网直流接触网供电，机车采用供电，机车采用直流牵引电机直流牵引电机。直流电经。直流电经直流变换器（直流变换器（DC-DC）向直（脉）流牵引电机供电。）向直（脉）流牵引电机供电。DC-DC受电弓受电弓直流牵引电机直流牵引电机直流接触网直流接触网2、交、交-直流传动直流传动 由由交流接触网交流接触网供电，机车采用供电，机车采用直流牵引电机直流牵引电机。交流电经。交流电经整整流器流器整流为直流电，向直（脉）流牵引电机供电。整流为直流电，向直（脉）流牵引

18、电机供电。牵引变压器牵引变压器整流器整流器直流牵引电机直流牵引电机交流接触网交流接触网直流传动的特点：直流传动的特点： 调速方法比较简便，调节电机的电枢电流（电压）和励调速方法比较简便，调节电机的电枢电流（电压）和励磁电流就可以调节直流电机的转矩和转速。直流串励电动机磁电流就可以调节直流电机的转矩和转速。直流串励电动机的转速特性较软，适合于动车牵引。的转速特性较软，适合于动车牵引。 弊端：弊端：直流牵引电机的具有换向器，在换向器与电刷之直流牵引电机的具有换向器，在换向器与电刷之间容易出现火花甚至引起环火，电机结构复杂，耗铜，体积间容易出现火花甚至引起环火，电机结构复杂，耗铜，体积大，质量大，增加了车辆的轴重，动力学性能受到影响。大，质量大，增加了车辆的轴重，动力学性能受到影响。3、直、直-交流传动交流传动 由由直流接触网直流接触网供电，机车采用供电，机车采用交流牵引电机交流牵引电机。直流电经。直流电经晶闸管或其他新型电力电子器件构成的晶闸管或其他新型电力电子器件构成的逆变器逆变器将直流电转换将直流电转换为可调压、变频的三相交流电，再向交流牵引电机供电。为可调