高速动车组概述动车组牵引供电要求

1、动车组牵引供电要求第一节 动车组供电 第二节 高速接触网第三节 高速受电弓177第一节 动车组供电一、供电方式二、牵引变电所277动车组牵引供电系统的组成377动车组牵引供电系统牵引变电所接触网保证质量良好并不间断地向动车组供电在动车组运行中通过与受电弓良好的摩擦接触将电能传给动车组477一、供电方式 电气化铁路有五种供电方式，即：直接供电吸流变压器供电带回流线的直接供电自耦变压器供电同轴电力电缆供电577直接供电方式 直接供电方式是指在牵引网中不加特殊防护措施的一种供电方式，它以一根馈线接在接触网上，另一根馈线接在钢轨上,如图所示： 677777 这种供电方式最简单，投资最省，牵引网阻抗小，

2、能耗也较低。供电距离单线一般为30km左右，双线一般为25km左右。吸流变压器供电方式 吸流变压器的供电方式（简称BT供电方式）是在牵引网中架设有吸流变压器回流线装置的一种供电方式。目前，在我国电气化铁路上采用较为广泛，如图所示： 877 吸流变压器的变比为1:1，它的一次绕组串接在接触网（T）上，二次绕组串接在专为牵引电流流回牵引变电所而特设的回流线（NF）上，所以也称吸流变压器回流线供电方式（简称吸回方式）9773.带回流线的直接供电方式 带回流线的直接供电方式是在接触网支柱上架设一条与钢轨并联的回流线，如图所示：1077 利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的电流尽可能地回流到牵引

3、变电所，因而能部分抵消接触网对邻近通信线路的干扰。11774自耦变压器供电方式（简称AT供电方式） 自耦变压器供电方式是每隔10km左右在接触网与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，其中性点与钢轨相连。1277 自耦变压器将牵引网的供电电压提高一倍，而供给动车组的电压仍然不变。由于自耦变压器的作用，经钢轨流回的电流，经自耦变压器绕组和正馈线流回变电所。当自耦变压器的一个绕组流过动车组电流时，其另一个绕组感应出电流供给动车组。1377 因此，当动车组负荷电流为I时，由接触网和正馈线供给的电流为，另外的负荷电流由自耦变压器感应电流供给。 这种供电方式的牵引网阻抗很小，电压损失小，电能损耗低，供电能力

4、大，供电距离长，可达4050km。 由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中的方向相反，因而对邻近的通信线路干扰很小。14775同轴电力电缆供电 同轴电力电缆供电（简称CC供电方式），是一种新型的供电方式。同轴电力电缆沿铁路埋设，其内部芯线作为馈电线与接触网连接，外部导体作为回流与钢轨相接。每隔510km作一个分段，如图所示:1577 由于馈线与回流线在同一电缆中，间隔很小，而且同轴布置，使互感系数增大，所以同轴电力电缆的阻抗比接触网和钢轨的阻抗小得多，牵引电流和回流几乎全部经由同轴电力电缆中流过。因此电缆芯线与外部导体电流相等，方向相反，二者形成的磁场相互抵消，对邻近的通信线路几乎无干扰。由于阻抗

5、小，因而供电距离长。但由于同轴电力电缆造价高，投资大，现仅在一些特别困难区段采用。1677二、牵引变电所 1.牵引变电所的作用 我国电气化铁路采用的是工频单相25kV交流制，而电力系统是一个三相交流系统，需要经过变换电压等级和由三相变换成单相才能使用。电气化铁路产生的负序和高次谐波对电力系统会造成多种不良影响，需要通过牵引变电所来解决。因此，牵引变电所应具有以下两个方面的作用:1777 （1）将电力系统的电能变换成适合动车组使用的电能。 在牵引变电所内装设有牵引变压器（也称主变压器），将电力系统的高压（一般为110kV或220kV）降为或 （自耦变压器供电方式），以单相电馈送给接触网，供动车组

6、使用。国外有些国家的电气化铁路采用的是直流制式，或是低频（16 2/3Hz）交流制式，因此，还需要将交流电整流成直流电，或将工频变换成16 2/3Hz，这些变换工作都由牵引变电所来完成。1877 （2）降低电气化铁路对电力系统的影响。 电气化铁路的单相牵引负荷是一个不对称的负荷，对三相电力系统产生负序电流和负序电压。要减轻负序电流和负序电压对三相电力系统的影响，需要牵引变电所采用换相接线方式或不同接线型式的变压器。19772变电所保护装置 一个变电所有十多台断路器，每台断路器都要有专门的保护装置来控制。如果没有符合要求的保护装置，那么断路故障就不能迅速地排除，从而造成严重的危害。保护装置除了用

7、来切断断路故障外，也用作发出不正常运行状态的信号，如变压器过负荷和过热、控制回路断线、绝缘不良等不正常状态，运行人员发现不正常信号后，可及时采取措施消除不正常状态，保证供电系统的安全、可靠运行。对保护装置的基本要求如下。2077a.选择性。保护该跳闸的断路器跳闸，不该跳闸的不跳，以使停电限制在最小的范围；b.速动性。故障后迅速动作，可减小设备的损坏程度及对非故障区段的影响时间。但速动性不能影响选择性。c.灵活性。要求对保护范围的故障反应灵敏，不产生拒动；d.可靠性。要求保护装置的元件和接线处于良好状态，该动作时均能正常工作。2177第二节 高速接触网一、接触网的构成二、接触悬挂形式三、接触网的

8、性能要求四、接触线及承力索2277一、接触网的构成接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备，它的功能是向走行在铁路线上的动车组不间断地供应电能。接触网必须架设在铁路线路的正上方，动车组利用顶部的受电弓与接触网接触而获得电能。为了保证不间断地供给动车组电能，就必须使动车组的受电弓与接触网的接触导线在动车组行驶时有良好的接触。2377接触网的主要组成1接触悬挂部分 包括承力索、接触导线、吊弦、中心锚结、补偿装置等。2477承力索:是接触网承载接触导线，并传输电流的线材。对承力索的要求：承力索的线膨胀系数与接触导线相匹配；机械强度高；耐疲劳性能好，耐温特性好；导电率高等。2577接触导线：是接

9、触网中直接与受电弓作摩擦运动传递电能的线材。它对接触网受电弓系统的受流性能的好坏产生至关重要的作用，受流系统的许多性能指标直接由接触导线决定，如波动传播速度，见表4-1。26772777吊弦：其作用是把接触线悬吊在承力索上，从而组成链形悬挂，同时，吊弦还可以调整接触线的高度及弛度。分为普通吊弦和弹性吊弦。采用均匀布置，间距为812m。28772977补偿装置下锚及补偿装置：下锚：承力索和接触线两端必须锚固。补偿装置，即在导线的端部设有张力补偿器，通过滑轮及补偿绳将补偿坠砣挂在导线末端进行张力调整，使导线设定的张力在气温变化时基本保持恒定。补偿坠砣补偿绳滑轮2支持装置 支持装置：用以悬吊和支撑接

10、触悬挂并将其各种载荷传递给支柱或桥隧等大型建筑物。支持装置还应将承力索、接触导线固定在一定范围内，使受电弓滑行时与接触导线有良好的接触。支持装置结构：根据接触网所在的位置及作用不同，支持装置的结构可分为腕臂支持装置、软横跨、硬横跨、桥梁支持装置和隧道支持装置等。30773177支持装置3支柱与基础 用以安装支持装置、悬吊接触悬挂，并承受其载荷。 此外，接触网还包括供电线，加强线，因供电方式不同而设置的回流线、正馈线（AF线）、保护线（PW线）等附加导线，以及为安全而设置的保护设备和电气设备等。3277二、接触悬挂形式接触悬挂形式：是指接触网的基本结构形式，它反映了接触网的空间结构和几何尺寸。不

11、同的悬挂形式，在工程造价、受流性能、安全性能上均有差别。另外，对接触网的设计、施工和运营维护也有不同的要求。对高速接触网悬挂形式的要求：受流性能满足高速铁路的运营要求、结构简单、安全可靠、维修方便、工程造价低。3377三种悬挂形式：简单链形悬挂 弹性链形悬挂 复链形悬挂 1简单链形悬挂结构性能特点：结构简单、安全可靠、安装调整维修方便，适应于高速受流。3477 不足：定位点处弹性小，跨中弹性大，造成受电弓在跨中抬升量大，跨中采用预留弛度，受电弓在跨中的抬升量可降低；定位点处易形成相对硬点，磨耗大。如果选择结构形式合理、性能优良的定位器，则可消除以上不足。3577定位点2弹性链形悬挂 结构特点：

12、相对于简单链形悬挂在定位点处装设弹性吊索，主要有两种形式：“丌”形和“Y”形。弹性吊索的材质一般与承力索相同，其线胀系数与承力索相匹配。3677性能特点：结构比较简单，改善了定位点处的弹性，使得定位点处的弹性与跨中的弹性趋于一致，整个接触网的弹性均匀，受流性能好。缺点是弹性吊索调整维修比较复杂，定位点处导线抬升量大，对定位器的安装坡度要求也较严格。37773复链形悬挂结构特点：承力索和接触导线之间加了一根辅助承力索性能特点：接触网的张力大，弹性均匀，安装调整复杂、抗风能力强38774. 各国对以上三种悬挂形式有不同的认识和侧重，根据各自的国情发展自己的悬挂形式。日本：东海道新干线、山阳新干线、

13、东北新干线、上越新干线均采用复链形悬挂。3977法国:大西洋线采用简单链形悬挂 东南线采用弹性链形悬挂 4077德国:速度低于160kmh的线路采用简单链形悬挂160km/h及以上的线路采用弹性链形悬挂 4177三、接触网的性能要求动车组运行时，受电弓给接触导线向上的抬力，使接触导线抬升。由于接触导线是一条长软线，而受电弓又是一个弹性装置，因此，这种压力和抬力是变化的，而且变化迅速。列车在以空气为介质的空间运行时，会对受电弓弓臂和弓头产生具有一定压力的空气流，形成对受电弓向上或向下的附加力。4277影响：上面几种力的合成作用结果，使接触网产生振荡，从而使受电弓滑板不能良好地追随接触导线的轨迹，

14、导致脱离接触导线。后果:是使动车组受流时通时断，造成动车组行驶时出现牵引力不稳定的状态。恶劣的气象条件还会直接影响接触网的工作状态。接触网设备应具备以下性能要求：43771有足够的强度，保证接触网具有稳定性；2在恶劣的气象条件下保证列车在规定的速度运行时能良好地受流；3对各导线和支持结构、零部件及绝缘子等应当采取有效的防腐蚀和防污秽技术措施，以保持整个接触网设备的良好状态；4接触悬挂的各项技术性能应满足受电弓与接触导线在滑动接触摩擦时可靠地工作的要求，使用寿命应尽可能的延长；44775各类支持结构和零部件应力求轻巧耐用，做到标准化并具有互换性，便于施工和维修保养，发生事故时也便于抢修，为迅速恢

15、复供电创造条件；6接触导线和安装在接触导线上的有关设备要有良好的平滑度和耐磨性能，接触导线不应有不平直的小弯及悬挂零件等形成的硬点，以免受电弓与其发生碰撞，造成受电弓和接触导线的机械损伤和电弧烧伤。4577四、接触线及承力索1.对接触线及承力索的要求具有良好的电气性能、足够的机械强度和耐磨性能 接触线应具有线密度小(波动传播速度高)和高温强度大(耐软化性能好)的特征 我国目前规定接触线的额定张力为10kN(TCG-100)和8.5kN(TCG-85)。考虑锚段内可能出现额定张力15的张力增量，以及接触线磨耗后截面积的减小值，安全系数不小于。4677承力索要有一定的机械强度。接触线及有关零部件的

16、重量均由承力索承受，并通过支持装置传给支柱及有关结构物。承力索既能减小接触线的弛度，又可通过吊弦调整接触线的高度，改善接触悬挂的弹性。具有较好的电气性能。必要时承力索与接触线并联供电，共同担负传导电流的任务。 承力索的额定张力当采用GJ-70(钢绞线截面为70 mm2)时为15kN，当采用GJ-100(钢绞线截面为100 mm2)时为20kN。47772接触线的材质和规格我国电气化铁路建设初期，采用铜接触线，规格有TCG-100和TCG-85两种。TCG-100用于区间及站场正线；TCG-85用于站场站线。 符号含义：T表示铜，C表示电车线，G表示沟形，数字表示截面积(mm2)。4877钢铝接

17、触线：钢铝线的导电性能比铜线要差，可用加大钢铝截面积的办法，使其达到铜导线等同导电性能的截面积，通常称为当量截面积。钢铝线结构：其上部为铝材，用以导电，下部为钢材，是工作部分，用以承受张力和满足耐磨要求(简称为上、下复合式钢铝接触线)。钢铝线优点：与铜线比较，具有强度较高，不易拉断及耐磨等。钢铝线缺点：耐腐蚀性能较差、出现硬弯后不易调直、硬点不易消除、受电弓通过时易于打弓及钢铝结合部可能产生开裂等。4977接触线的截面形式及主要技术性能详见表：5077第三节 高速受电弓一、高速受电的特点及要求二、接触网受电弓系统的受流质量评价三、受电弓简介 5177一、高速受电的特点及要求1高速受电特点（3方

18、面）接触网与受电弓的波动特性。高速列车的行驶速度较常速列车高得多，因而受电弓沿接触导线移动的速度大大加快，这就使接触网与受电弓的波动特性发生变化，从而对受电产生影响；高速列车在高速运行时所受的空气阻力远较常速列车大得多，空气动态力也是高速受电的一个重要因素；5277受电弓从接触网大功率受电问题。高速列车所需的牵引功率较常速列车大得多，若采用多弓受电必然会增加阻力和加大噪音，并引起接触网的波动干扰，因而受电弓的数量不能太多，这就需要解决受电弓从接触网大功率受电问题。 接触网受电弓系统工作可靠是确保高速动力车良好取流的根本条件。53772对高速受电的接触网的要求（4方面）在最高运行速度和更大的速度

19、变化范围内应能保证正常供电；应有更高的耐磨性和抗腐蚀（包括抗电蚀）能力；对接触网的结构和布置应有更高的要求；采用更为先进的接触悬挂装置。54773对高速动车组受电弓的要求（5方面）受电弓的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，其接触压力不能过大或过小。尽可能减轻受电弓运动部分的重量，从而减小运动惯性力，使受电弓滑板迅速跟上接触导线高度的变化，以保证与接触网有可靠的电接触。 5577高速受电弓在结构设计上要充分考虑空气阻力的影响，使受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平位置，以减小甚至消除空气制动力对滑板与接触导线间接触压力的影响。滑板的材料、形状和尺寸应适应高速的要求，以保证良好的接触状态

20、及更高的耐磨性能。受电弓在其工作高度范围内升降弓时，初始动作迅速，终了动作较为缓慢，以确保在降弓时快速断弧，并防止升降弓时受电弓对接触网和底架有过大的冲击载荷。5677二、接触网受电弓系统的受流质量评价 （7方面）1.弓网间动态接触压力。接触力过大时，会使弓网磨耗加剧，引起弓网位移增加。在定位器和线岔处可能造成受电弓损坏；接触力过小，会造成离线产生电弧。2.接触导线最大垂直振幅。指受电弓滑板在一个跨距内的上下振动幅度。一般用2倍振幅2A来表示。它反映了受电弓弓头垂直方向的振动情况，2倍振幅越小，受电弓运动轨迹越平滑，受流质量就越好。57773.导线的抬升量。指受电弓经过时，接触导线的最大抬升量

21、，用H表示。受流系统中，受电弓和接触导线的运动幅度越小，受流质量越好。一个好的受流系统，受电弓的振幅应均匀。4.离线。高速列车运行时，当受电弓与接触网失去接触就发生了离线。评价弓网离线参数有以下两个方面：每一次离线的最大离线时间小于100ms；离线率：用运行时间内各次离线时间总和与运行时间的比率来表示。我国高速线路的离线率应取5以下。58775.硬点。高速列车运行时接触导线对受电弓滑板的冲击，主要用受电弓滑板受到的垂直方向和线路方向上加速度的最大值来评定。根据受电弓使用的滑板类型来确定硬点的评价标准。6.接触网的静态弹性差异系数。用跨距内最大弹性与最小弹性之差与跨距内最大弹性与最小弹性之和的比

22、率来表示。评价标准：简单链形悬挂不大于30；弹性链形悬挂不大于10；复链链形悬挂不大于10。59777.接触导线弯曲应力。弯曲应力的允许值为500微应变。6077三、受电弓简介 日本新干线列车受电弓 日本新干线列车基本上采用的是PS200系列受电弓。其纵向（顺线路方向）的框架折叠尺寸为850mm，而既有线的受电弓纵向的框架折叠尺寸（如PS16型、PS22型、PS101型受电弓）为2900mm。弓头结构也与既有线的受电弓有所不同，结构简单，重量轻， 进一步减少了空气阻力。 6177（1）PS200A型受电弓（0系电动车组）6277（2）PS201型受电弓（200系列电动车组）6377（3）PS2

23、02型受电弓（100系列电动车组）6477（4）TPS203型受电弓（300系电动车组）6577（5）新型翼形弓头T型受电弓（500系）可进一步减少受电弓的空气阻力。该受电弓在一个椭圆形截面T形支架上支承一个翼形的弓头，但它是根据仿生学的原理，仿效鹰的翅膀在空中飞翔，在受流性能方面取得了很好的效果，适应300km/h的运行速度。椭圆形截面的支承架里面有气缸，采用电子装置控制，保证弓头与接触网的接触压力保持在491kPa。弓头截面通过风洞试验与走行试验，选定了扁平椭圆形断面。6677受电弓的弹性悬挂系统有三系：第一系为气缸减振，第二系由弓头下面的螺旋弹簧产生，第三系由弓头内部的碳纤维增强塑料板和螺旋弹簧构成。其降噪效果很