高铁技术详解

1、高铁技术详解高铁是用电力驱动的，与传统内燃机驱动方式相比，电力驱动具有无污染、载客量大、动力/重量比大等优点。因此，世界上大多数高速列车都采用电力驱动方式，即通过铁路沿线的架空高压线电网（我国都采用工频单相2.5千伏电压）对列车供电方式。而安装在列车车顶沿着高压线滑动获取电能的装置叫受电弓。中国南车四方公司副总工梁建英介绍说，CRH380A采用动力分散的电力驱动方式，全列车顶安装了4架受电弓，车下安装了7台变压器，14台变流器，56台电机分别安装在215号车厢的28个转向架上。CRH380A能量传递有两种方式：牵引方式和再生制动方式。牵引方式时，列车从架空电网获取电能，再经过多个车厢下安装的变

2、压器、变流器等部件变换后给转向架上安装的电动机。变压器能将从受电弓获取的高电压电能转换成将近2千伏的中电压电能，变流器能将工频单相中压电转换成频率、电压可变的三相电源给三相电动机驱动列车前进。顺便说下，列车时速300公里运行时，人均百公里耗电仅为3.64千瓦时，相当于客运飞机的1/12，小轿车的1/8，大型客车的1/3。京沪高铁全长1318公里，这样算下来，全程人均耗电约48千瓦时。下面是详解部分：一、 高铁列车的动力来源是交流电还是直流电？各国高铁基本采用交流电作为高铁列车的牵引网络的电流制式。但是，萌萌的意呆立除外。在高铁电流制式这个问题上，全世界都摸着意呆立过河。二、 高速列车如何获取电

3、能作为动力？从电路角度来看，高铁采取AT（自耦变压器）供电方式。高铁能够跑起来，依靠的是牵引供电系统给高速列车提供电力。牵引供电为电力系统的一级负荷，但德国是例外，德国高铁电网有独立于德国国家电网。因此，高铁牵引供电系统包括架空接触网、牵引变电所、回流回路。如图所示：电力系统与牵引供电系统电力系统与牵引供电系统，一句话简述就是：牵引变电所给架空接触线提供电能，高速列车将架空接触线的电能取回车内，驱动变频电机使列车运转。下面分三点详细解释这三个分句。2.1 牵引变电所牵引变电所为架空接触网提供电能。典型的架空接触网如图2所示。典型的架空接触网架空接触网的末端是牵引变电站，平均数十千米/座。每个变

4、电站伸出两个供电支，提供不同相的交流电，这就是“供电段”。据此可认为，铁路供电是按照“供电段”来进行划分的。供电段运行模式列车经过两个变电站的“供电段”时，先后通过A1-B1-A2-B2四个供电支。为保证供电安全，各供电支之间并非直接连结，而是存在确保电气绝缘（隔离）的结构或设计，因此各供电支之间不会短路。列车从一相运行到另一相这个过程，叫做列车的过分相。电分相是线路上极短的一个区域，列车运行过程中，过分相瞬时完成。因此，牵引变电所给架空接触网供能的过程可以简述为：牵引变电所给各供电支提供电能，列车接受供电支的电能以维持运动，不断完成过分相-受流的循环（供电段）的同时向前运行。2.2 架空接触

5、网及弓网系统受电弓与架空接触网合称受电弓-接触网系统，简称弓网系统。上文多次提到的架空接触网，是弓网系统的一部分。弓网系统是牵引供电系统中的固定/移动设备结合点。换个通俗的说法，列车运行过程中，牵引系统从变电站一直到接触网都是静止的，而从受电弓部分开始，整个高速列车，都是运动的。弓网系统在高速列车牵引供电系统中的位置弓网系统近照可以看到弓网系统的大致结构。列车车顶伸上去的折叠装置，就是受电弓；与受电弓直接接触的那条线，就是接触线，接触线是架空接触网的一部分。高速列车通过受电弓将架空接触线上的电能取回车内。2.3 列车驱动与变频电机PWM变频电机通过弓网系统获取电能，以此驱动列车运转。接触网上的

6、高压交流电，通过变压器降压和四象限整流器转换成直流电，在经过逆变器降至六点转换成可调压调频的交流电，输入三相异步/同步牵引电动机，通过传动系统带动车轮运行。高铁轮轨系统外观高铁变频电机及其传动系统示意图高铁转向架外观实物图三、高速列车与接触线（轨道上面的电线）的连接部分是金属吗？曾经是。3.1 弓网系统结构简介弓网系统结构简图简单介绍一下弓网系统的结构。火车通过车体顶部升起的受电弓（结构类似于消防车的云梯）与“轨道上面的电线”，即接触网相连，那根电线通常叫做接触线。关于你问的接触部分是否为金属，即接触部分的材质问题，应该分开看：1）“电线”，即接触线（contact wire），是金属材质的，

7、目前最常见的是铜合金的，铝材质的已经很少见；2）受电弓是列车从接触线获得电能的机构。受电弓本身是金属的，但受电弓（pantograph）与接触线直接接触的部分并不是金属，而是由受电弓顶部的受流滑板（collector strips）完成。这个过程可以假想成一根裸导线与另一根裸导线接触，但是金属与金属之间的摩擦切削会极大地加剧磨损，加润滑剂也无法改善两种金属高速摩擦磨损的性能，因此，其中一根裸导线是一根长条形的碳板以改善两者之间的接触性能，这个碳板就是受电弓滑板。三、高速列车与接触线（轨道上面的电线）的连接部分是金属吗？曾经是。3.1 弓网系统结构简介弓网系统结构简图简单介绍一下弓网系统的结构。

8、火车通过车体顶部升起的受电弓（结构类似于消防车的云梯）与“轨道上面的电线”，即接触网相连，那根电线通常叫做接触线。关于你问的接触部分是否为金属，即接触部分的材质问题，应该分开看：1）“电线”，即接触线（contact wire），是金属材质的，目前最常见的是铜合金的，铝材质的已经很少见；2）受电弓是列车从接触线获得电能的机构。受电弓本身是金属的，但受电弓（pantograph）与接触线直接接触的部分并不是金属，而是由受电弓顶部的受流滑板（collector strips）完成。这个过程可以假想成一根裸导线与另一根裸导线接触，但是金属与金属之间的摩擦切削会极大地加剧磨损，加润滑剂也无法改善两种金

9、属高速摩擦磨损的性能，因此，其中一根裸导线是一根长条形的碳板以改善两者之间的接触性能，这个碳板就是受电弓滑板。三、高速列车与接触线（轨道上面的电线）的连接部分是金属吗？曾经是。3.1 弓网系统结构简介弓网系统结构简图简单介绍一下弓网系统的结构。火车通过车体顶部升起的受电弓（结构类似于消防车的云梯）与“轨道上面的电线”，即接触网相连，那根电线通常叫做接触线。关于你问的接触部分是否为金属，即接触部分的材质问题，应该分开看：1）“电线”，即接触线（contact wire），是金属材质的，目前最常见的是铜合金的，铝材质的已经很少见；2）受电弓是列车从接触线获得电能的机构。受电弓本身是金属的，但受电弓

10、（pantograph）与接触线直接接触的部分并不是金属，而是由受电弓顶部的受流滑板（collector strips）完成。这个过程可以假想成一根裸导线与另一根裸导线接触，但是金属与金属之间的摩擦切削会极大地加剧磨损，加润滑剂也无法改善两种金属高速摩擦磨损的性能，因此，其中一根裸导线是一根长条形的碳板以改善两者之间的接触性能，这个碳板就是受电弓滑板。、其实，从设备运转效率方面考虑，这种设计是很合理的，铁路的弓网系统就是一个很典型的例子。比较一下列车接受电流的设备，也就是列车弓网的两部分，接触网接触线和受电弓滑板：接触网的接触线：1）接触网是一个复杂的机构，接触线不可能凭空出现在半空，而是在接

11、触网下半部分，作为接触网的一小部分，而接触网本身是一个复杂的力学系统。2）同时，一条接触线往往很长，检验上km长的接触线上具体哪一小段受损，是非常困难、而且吃力不讨好的事情。3）如果接触线上只有很小的一段磨损极为严重，更换的时候，若将整线拆除，花费甚钜。如果剪下某一段，那么如何将这段接触线接回去也是不小的问题。因为接触线是一个很敏感的系统，如果现场维修，简单的焊接会留下焊点，在一般的电路或许无关大局，但是，以300km/h时速运行的列车，接触线和弓网是高铁是它唯一的供电装置。受电弓和接触网之间的接触压力，在100N左右。相对速度80m/s的、精巧相互贴合的受电弓和接触网之间，一个几毫米的瘤子，

12、必然会极大地影响列车供电甚至行车安全，这是不可能被容忍的。受电弓滑板：1）高铁受电弓长度一般不超过2000mm，受电弓滑板的导电部分在1000mm左右，出现任何故障，排查都十分简单、方便。2）如果滑板损伤严重，直接更换即可。3）受电弓滑板随车运动，而不像接触线随铁路翻山越岭，考虑到深山老林中接触网维修环境，也毋须赘述。对于接触线和受电弓滑板和列车弓网系统，容易检修更换的，肯定是滑板。工程中采用的设计思路是：保证滑板材料不如接触线材料耐磨，再具体一点，就是合金接触线+碳材料滑板的组合。（滑板材质变迁我就不讲了，总之，就是这一攻一受的组合：铁打的接触线，流水的滑板）最后提一下，接触线更换周期很长，年是基本单位，状况好的运维个十年二十年；相对的，高铁受电弓滑板更换周期差不多是两周甚至更短，状态好的也有几个月的。3.3 危害如