高速电气化铁路课件

高速电气化铁路

供电系统1、中国高铁改变世界高速铁路 根据国际铁路联盟（UIC）的定义，高速铁路是指透过改造原有线路（直线化、轨距标准化），使营运速率达到每小时200公里以上，或者专门修建新的“高速新线”，使营运速率达到每小时250公里以上的铁路系统。广义的高速铁路包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统。根据中长期铁路网规划，我国将建成“四纵”、“四横”和“六大城际客运系统”组成的路网，到２０２０年，铁路营业里程将达到１２万公里以上。其中，新建高速铁路将达到１．６万公里以上；加上其他新建铁路和既有线提速线路，我国铁路快速客运网将达到５万公里以上，连接所有省会城市和５０万人口以上城市，覆盖全国９０％以上人口。中国速度事实上，中国的高铁速度代表了目前世界的高铁速度。目前全世界投入实际运营的最高速度是武广高铁最高时速394。中国铁道部副总工程师兼运输局局长张曙光在清华大学高速铁路技术研究中心举行的一个会议上表示，未来5-10年内中国高铁运行时速超过400公里在技术上的完全可行，20年后中国高铁运行时速将超过500公里，与飞机相比将更有竞争优势。他透露说，明年3月份中国铁道部将在京沪高铁试验段上进行500公里时速试验。中国正研发真空管道磁悬浮，这一运输方式的常规运行速度定位为每小时4000公里，经过技术改进，每小时6500公里是一个中期目标；极限速度接近第一宇宙速度，要达到每小时2万公里是可以实现的。该项目2007年被列为国家自然科学基金项目，由张耀平教授等专家申请的大量相关专利已被受理，一场交通运输革命已经迫在眉睫。作为新一代磁悬浮列车，真空管道磁悬浮列车将把北京与华盛顿纳入两小时交通圈，用数小时完成环球旅行已经成为科学家近期努力的目标。

客运专线（PassengerDedicatedLines—PDL）：是以客运为主的快速铁路。目前在我国，铁路等级除Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ级外又增加了“客运专线”等级，时速200至350km/h的铁路统称为客运专线。

《铁路主要技术政策》明确指出：“运输紧张的繁忙干线修建四线或多线，实行客货分线运输。在大中城市间发展客运专线，在人口稠密地区发展城际铁路，加快形成覆盖我国主要城市的快速客运网。”目前已建成的有秦沈客运专线、京津城际客运专线、石太客专、郑西高速铁路、武广高速铁路、甬台温客运专线、温福州客运专线、福厦客运专线以及08年通车的胶济客运专线东段京石、武广、郑西、合武、合宁、甬台温、温福、福厦、广深港、广珠、京秦、宁杭、杭甬、长吉、九昌、哈大、胶济、海南东环、大西。城际铁路：高速铁路的一种，是指在人口稠密的都市圈或者城市带规划和修建的高速铁路客运专线系统，。因此，城际铁路也是客运专线，特点是相对短距离、公交化。如：已经开通的京津城际铁路、昌九城际铁路、沪宁城际高速铁路等。京津高铁作为中国第一条真正意义上的高速铁路，从一问世就站在世界前沿，创造了运营速度、运量、节能环保、舒适度四个世界第一高速铁路客运专线城际铁路2、中国品牌——“和谐号”动车组动车组（TrainSetWithPowerCar）:指由动车或动车与拖车等若干车辆按照一定的顺序或组合连接在一起的一组列车。中国铁路高速列车

(ChinaRailwayHigh---speed)：我国时速200公里及以上动力组，统一采用“CRH”的简称。已知有CRH1，CRH2，CRH3，CRH5。其中，CRH1、2、5均为200公里级别（营运速度200KM/h，最高速度250KM/h），其中CRH2和CRH5具备提速至300KM/H的条件。CRH3为300公里级别（营运速度330KM/h，最高速度380KM/h）。

是高速火车中最先进的一种。其最大特点是车行平稳，乘客感觉舒适。CRH3动车组基于西门子高速列车Velaro平台。“CRH”的简称，主要有四层含义：

一是标志着中国铁路已经掌握了时速200公里及以上动车组核心技术，展现了中国铁路装备现代化的重大成就；

二是创立了中国铁路高速动力车组的自有品牌，同时也与国际惯例接轨；

三是表明时速200公里及以上动车组具有自主知识产权，归铁道部所有；

四是标志中国铁路以此为起点，进入全新的高速列车时代。2、中国品牌——“和谐号”动车组动车组基本技术参数车型CRH1CRH2CRH5CRH3编组型式8辆编组，可两编组连挂运行动力配置（3M+1T）+（2M+2T）4M+4T（3M+1T）+（2M+2T）2(2M+1T)+2T定员670610602557最高运营速度（km/h）200200（具备提速到300km/h的条件）350最高试验速度（km/h）250250250≤400传动方式交直交牵引功率（kW）5500480055008800编组长度（M）

204.9211.5200.67受流电压AC25kV，50Hz紧急制动距离（m）≤2000≤1800≤2000≤2000生产厂家庞巴迪-四方-鲍尔（BSP）生产，原型是庞巴迪为瑞典AB提供的Regina南车四方（联合日本财团）生产，原型日本新干线E2-1000北车长春客车厂（联合阿尔斯通）生产，原型阿尔斯通为芬兰国铁提供的SM3型北车唐山机车厂（联合西门子）生产，原型ICE32、中国品牌——“和谐号”动车组高速列车牵引和供电特性曲线2、中国品牌——“和谐号”动车组高速列车牵引和供电特性曲线2、中国品牌——“和谐号”动车组高速列车电压-功率输出特性曲线2、中国品牌——“和谐号”动车组谐波含量低2、中国品牌——“和谐号”动车组结论1、高速牵引负荷的特点是负荷大（是普速牵引负荷3~4倍）并具有持续性。为保证大负荷持续供电，接触网的载流量要求有大的提高，由此引出了高速接触网与普速接触网在结构参数和材质上的质的区别。2、牵引供电设施布置上由普速的末端电压指标控制，变为载流量与末端电压指标双重控制。二、高铁供电技术特点

高速电气化铁路牵引供电系统与普速电气化铁路相比，具有如下特点：功率需求大，负荷电流大，馈线电流波动剧烈。交直交动车组功率因数高，谐波含量低，普遍采用再生制动。列车速度高，弓网受流质量直接影响系统性能。钢轨电压高，牵引回流网络与其它系统电磁兼容问题突出。1、牵引变电所优先采用两回独立可靠的220kV进线电源，互为热备用220KV，具有技术性能好，综合技术经济指标高的优点送电能力高。限制线路输送能力的有四因素：导线发热、线路损耗、功率和能量损耗、稳定破坏。这四方面都是由电流引起的。当输送功率一定时，电压越高电流越小，采用220KV时，其电流比110KV小一倍，可大大降低线路损耗，相对电压波动也较小，这对保证牵引供电系统的电压水平十分有利。可增强负序承受能力。小型发电机和三相电动机对负序电流最为敏感，它们通常都处于10KV电网中，为减少对它们的影响，牵引负荷离其越远越好，将负序电流进行更多支路的分流，当然220KV系统比110KV系统支路更多。另一方面，系统短路容量增大时，负序电压相对变小，一般110KV系统短路容量在800~2500MVA，220KV系统短路容量在2000~40000MVA，所以220KV对牵引负荷供电时会有更大的负序承担能力。2、一般采用AT供电方式或者直供加回流的供电方式带回流线直接供电方式AT供电方式NCT优点：1、简单、投资最省；2、牵引网阻抗较小，能损较低3、供电距离30~40KM缺点：对邻近通信产生感应影响CTFATATAT优点：1、电压损失小2、牵引阻抗很小，能耗低3、供电距离40~50KM4、对邻近通信干扰小缺点：结构复杂，投资大，主要用于重载高速电化线路；2、一般采用AT供电方式或者直供加回流的供电方式AT方式牵引变电所主接线3、牵引变压器优先采用单相V/V结线形式，采用固定备用方式，按远期布点，按近期选择容量单相牵引变压器接线V/V牵引变压器接线ABCABCUbcUb`c`

UabUbcUb`c`Ua`b`Uc`b`3、高压侧开关采用SF6断路器或GIS，25kV侧采用户内GIS、AIS或户外分散布置断路器AIS：空气绝缘敞开式开关设备。以瓷套作为设备外壳及外绝缘,优化了投资成本。但占地面积大旦因设备外露部件多,易受气候环境条件的影响,不利于系统的安全及可靠运行。GIS：封闭式组合电器的简称，是将断路器、隔离开关、接地开关、电流和电压互感器、避雷器、连接母线等封闭在金属壳体内，充以具有优秀灭弤和绝缘性能的SF6气体作为相间和对地的绝缘。属于可靠性高、免(少)维护的开关设备,它占地面积最小。发展方向： （1）更加小型化、复合化（H-GIS或MTS）； （2）二次智能化。4、采用综合自动化控制系统，纳入调度系统，实现远程监控；采用安全监视系统，纳入综合视频监控系统，实现无人值班（有人值守）---SCADA系统SCADA系统：数据采集与监视控制系统，主要监控牵引供电系统沿线各变电所、分区所、开闭所的设备运行状态，完成遥控、遥测、遥信、遥视、保护和调度管理，辅助完成事故分析及处理功能。发展方向：

1、SCADA系统与其它系统的广泛集成

2、变电所综合自动化

3、专家系统、模糊决策、神经网络等新技术研究与应用

4、面向对象技术、中间技术4、采用综合自动化控制系统，纳入调度系统，实现远程监控；采用安全监视系统，纳入综合视频监控系统，实现无人值班（有人值守）---SCADA系统SCADA系统的基本结构模拟屏（大屏幕投影）子人机接口计算机控制台打印机用于信息采集、分析、处理的计算机系统通信接口设备通信接口设备用于信息采集和执行的计算机信息输入设备信息输出设备调节器调度端被控端信道人机联系子系统统信息采集处理和控制子系统信息传输子系统信息采集和命令执行子系统4、采用综合自动化控制系统，纳入调度系统，实现远程监控；采用安全监视系统，纳入综合视频监控系统，实现无人值班（有人值守）---SCADA系统四电合一SCADA系统：将牵引供电系统、电力配系统、行车信号电源系统、通信电源系统的运行状态上送SCADA系统调度中心统一进行监测管理，是综合调度系统中的一个重要子系统。 由综合电力调度设备，各变电所、分区所、开闭所、AT所、电力配电所、通信、信号电源点内的被控站设备，供电综合维修中心的维修调度设备和远程通信通道等四部分组成。4、采用综合自动化控制系统，纳入调度系统，实现远程监控；采用安全监视系统，纳入综合视频监控系统，实现无人值班（有人值守）---SCADA系统四电合一SCADA综合电力调度系统的主要功能：

1、实时远程监控

2、安全闭锁

3、数据处理

4、权限管理

5、故障管理

6、设备管理

7、事务管理5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。基本结构对比项目普速接触网高速接触网悬挂类型半补偿和全补偿链形悬挂全补偿链形悬挂支持装置以柔性支撑为主以刚性支撑为主定位装置普通定位器高强度轻型组合定位器锚段关节以3、4跨锚段关节为主以4、5跨锚段关节为主分相结构器件式带中性段锚段关节式线岔形式以小号道岔对应的交叉线岔为主，采用标准定位以大号道岔对应的交叉线岔和无交叉线岔为主，无标准定位5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。基本参数及动态特性对比项目普速接触网高速接触网最大跨距6560结构高度1.1~1.71.3~1.6正线导线高度5.8~6.05.3~5.8导线高度变化率不大于0.5%不大于0.3%吊弦布置间距5+5*10+5弹性吊弦8米，吊弦间距9米吊弦形式普通吊弦整体吊弦预留驰度无预留驰度0~60之间预留平均弹性0.45左右0.7左右弹性差异系数50%左右20%以下波动速度不考虑是决定因素，须充分考虑综合补偿张力2.5t3.5~5.5t动态抬高不考虑须充分考虑并加以限制5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。弓网关系线材对比项目普速接触网高速接触网接触压力只考虑接触力静态值除考虑接触力静态值外还考虑最大偏差机械磨耗考虑并加以限制考虑并加以限制电气磨耗几乎不考虑确定滑板和接触线材料的重要因素动态包络线不考虑充分考虑并加以限制对比项目普速接触网高速接触网承力索GJ-79TJ-95THJ-95THJ-120接触线钢铝线、镁铜线以银铜线、锡铜线为主5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。接触网线材选择AT方式直供方式接触线正线CuSn-150/CuMg-150CuSn-150/CuMg-150站线CTHA-85CTHA-85承力索正线THJ-120THJ-120站线THJ-95THJ-95正馈线LGJ-240－回流线－LGJ-150保护线LGJ-120－5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。接触网线材性能参数

CuSn-150THJ-120计算条件导线最高允许工作温度100oC；环境温度40oC；垂直于导线的风速1m/s；日光对导线的日照强度1000W/m2；导线表面的辐射散热系数为0.35。磨耗％20

允许载流量（A）609562电流分配(%)5347接触悬挂的持续载流量（A）1149接触悬挂的最大（1分钟）载流量（A）15555、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。接触网线材性能参数接触线型号CuSn150（0.2）CuMg150（0.2）CuMg150（0.5）CuMg120（0.5）直径（mm）14.514.514.512.85线密度（kg/m）1.3381.3341.3341.067200C时直流电阻（Ω/km）0.1650.1540.1910.239电阻率（x10-8Ωm）2.3952.242.2782.278线膨胀系数（x10-6/0C）17171717综合拉断力（kN）61.161.168.457抗拉强度（N/mm2）420420470490允许工作应力（N/mm2）187197220230允许工作张力（kN）28.129.633.127.6使用张力（kN）252531.527运营速度

V（km/h）350350350350波动传播速度

C（km/h）493493553573β值（=V/C）0.710.710.630.61安全系数(磨耗面积为20%，张力增量按5%考虑)1.861.861.651.61

说明：1）

接触线型号括号中的数值为合金含量的百分比。

2）

允许工作应力系按欧洲标准要求：接触线的允许工作应力应不超过其最小拉应力的65%，并考虑接触线允许工作温度、磨耗等系数。

3）

接触线的安全系数远小于我国《铁路电力牵引供电设计规范》的规定。5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。链形悬挂的形式5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。钢性结构及轻型化材质5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。关节式分相5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。地面自动过分相5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。地面自动过分相（Ａ）电源（Ｂ）电源架线中间断电区轮轨在线检测电路开关断路器（Ａ）「断开」开关断路器（Ｂ）「闭合」※无列车状态5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。地面自动过分相（Ｂ）电源架线中间断电区轮轨在线检测电路开关断路器（Ａ）「断开」开关断路器（Ｂ）「闭合」※列车靠近5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。地面自动过分相（Ｂ）电源架线中间断电区轮轨※

在线检测开关断路器（Ａ）「断开」开关断路器（Ｂ）「闭合」※进入中间断电区、在线检测5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。自动过分相（Ｂ）电源架线中间断电区轮轨开关断路器（Ａ）「断开」开关断路器（Ｂ）「断开」在线※开关断路器（Ｂ）「断开」5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。自动过分相（Ｂ）电源架线中间断电区轮轨在线开关断路器（Ａ）「闭合」开关断路器（Ｂ）「断开」※开关断路器（Ａ）「闭合」5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。地面自动过分相（Ａ）电源（Ｂ）电源架线中间断电区轮轨无列车开关断路器（Ａ）「断开」开关断路器（Ｂ）「断开」※开关断路器（Ａ）「断开」5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。车载式自动过分相自动过分相地面装置为一端装有磁性信号装置的混凝土轨枕即信号轨枕；信号轨枕在机车通过时会发出相应信号给机车。

每个分相点需安装四根信号轨枕。由来车方向计起，第一根磁性信号预告断主断，第二根磁性信号强迫断主断，第三根磁性信号合主断，第四根备用为机车反向运行时预告断主断。4根轨枕依次称为1号、2号、3号和4号轨枕。

5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。车载式自动过分相2、当G1(G4)信号失效时，机车运行至G2(G3)点，自动过分相控制装置接收到感应接收器感应的强迫地面定位信号。在正常接收到G1(G4)信号时G2(G3)信号不起作用（强迫断模式）。3、机车通过无电区后，根据接收G3(G1)点，自动过分相控制装置接收到感应接收器感应的合闸地面定位信号，在正常接收G3(G1)信号时G4(2)信号不起作用。1、机车运行至G1(G4)点，自动过分相控制装置接收到感应接收器感应的预告地面定位信号。5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。线岔5、采用新型零部件与结构，提高接触网悬挂可靠性。线岔160km/h及以下区段160km/h及以上区段道岔柱位置160km/h及以下区段，道岔定位支柱应位于道岔起点轨缝至线间距700mm的范围内；160km/h以上区段，道岔定位支柱应按设计的定位支柱布置，定位支柱间跨距误差±1m。交叉点交叉点位于导曲线两内规矩630-1085mm范围内横向中间位置，允许误差为50mm交叉点位于导曲线两内规矩735-1085mm范围内横向中间位置，允许误差为50mm拉出值不大于450mm不大于400mm500mm处高差两工作支正线线岔的侧线接触线比正线接触线高20mm，侧线线岔两接触线等高；非工作支接触线比工作支接触线抬高80mm。非工作支接触线按设计要求延长一跨并适当抬高后下锚。两承力索间隙不得小于60mm始触区工作支中任意一工作支的垂直投影距另外一条股道线路中心550-800mm范围内，不得安装任何线夹

对于宽1950mm的受电弓，在距离受电弓中心600-1050mm的平面和受电弓仿真最大动态抬升高度构成的立体空间区域为始触区范围，不得装任何线夹，在始触区范围内，两支接触线位于受电弓中心同一侧

交叉吊弦正线线岔在两工作支接触导线间距550-600mm出设一组交叉吊弦，作用是是两接触线等高

6、采用综合接地技术高速铁路对接地系统的要求对于列车密度高、客流量大的京沪高速客运专线，旅客的安全高速铁路对接地系统的要求至关重要的，接地系统必须满足相关的安全标准。京沪高速列车负荷电流、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。高沪高速牵引网短路电流和工作回流对沿线相关电气设施产生影响，在沿线范围有限的通道内接地系统应由多专业协调加以整合，防止既有线已发生过的干扰和故障。京沪高速轨道对地泄漏电阻一般较大（既有线最小为0.3Ω•km，京沪高速为2Ω•km），特别是高架区段，因此不能依靠钢轨作为基本接地体。6、采用综合接地技术高速铁路综合接地系统——是将铁路沿线的牵引供电回流系统、电力供电系统、信号系统、通信及其他电子信息系统、建筑物、道床、站台、桥梁、隧道、声屏障等需要接地的装置通过贯通地线连成一体的接地系统，充分集成了构筑物如：桥梁、隧道、接触网基础、建筑物等自然接地体作为综合接地一部分。 铁道部也出了相关的技术政策，印发了《客运专线综合接地技术实施办法〈暂行〉》（铁集成[2006]220号）。6、采用综合接地技术关于接触电压的国际标准标准规定欧洲标准CCITT标准正常6560（150）*短时（0.1s）842650*（）中数字适用经过培训的技术人员6、采用综合接地技术关于轨道电压的国际标准（EN50122-1

）6、采用综合接地技术技术要求

1、距接触网带电体5m范围内的金属构件和需要接地的设备、设施应接入综合接地系统；距线路两侧20m范围以内的铁路设备房屋的接地装置应接入综合接地系统；不便与铁路综合接地系统等电位连接的第三方设施必须采取可靠的隔离和绝缘措施。

2、在综合接地系统中，建筑物、构筑物及设备在贯通地线接入处的接地电阻不应大于1Ω。6、采用综合接地技术技术要求

3、综合接地接入物必须进行单端接入。

4、电力、接触网等强电设备、设施接地连接线不得进入通信信号沟槽内。

5、桥梁、隧道、无咋轨道、接触网支柱基础等结构物内的接地装置应优先利用结构物中的非预应力结构钢筋或增加专用的接地钢筋作为自然接地。6、采用综合接地技术技术要求

6、接地装置通过结构物内预埋的接地端子与贯通地线可靠连接。

7、构筑物内兼有接地功能（含连接）的结构钢筋和专用接地钢筋应满足：接触网短路电流不大于25KA时，截面不小于120mm2（或直径不小于14mm）；接触网短路电流大于25KA时，截面不小于200mm2

（或直径不小于16mm）。三、高速供电施工技术提前介入 静态验收动态验收联调联试1、客运专线铁路工程测量的特点精测网：一般把客专铁道工程测量的技术体系称为客专铁路精密工程测量，把客专铁路精密工程测量控制网称为“精测网”

1、《客运专线无咋轨道铁路工程测量暂行规定》（铁建设[2006]189号）

2、《时速200~250从公里有咋轨道铁路工程测量技术指南（试行）》（铁建设函[2007]76号）1、客运专线铁路工程测量的特点“三网”合一：

1、勘测控制网、施工控制网、运营维修控制网坐标高程系统的统一2、勘测控制网、施工控制网、运营维修控制网起算基准的统一1、客运专线铁路工程测量的特点基础平面控制网（CPⅠ），为勘测、施工、运营维护提供坐标基准。采用GPSB级（无咋）/GPSC级（有咋）网精度要求施测线路控制网（CPⅡ），为勘测和施工提供控制基准。采用GPSC级（无咋）/GPSD级（有咋）网精度要求施测或四等导线精度要求施测基桩控制网/施工加密网（CPⅢ），为线下工程、无咋轨道施工和运营维护提供控制基准。采用五等导线精度要求施测或后方交会网的方法施测2、恒张力放线目的 是保证接触线以制造过程中卷盘张力值加以释放，并在放线过程中确保持续和平顺。原因 锡铜或镁铜合金接触线的使用对施工工艺提出了新的要求，由于接触线硬度的提高，假如操作不当，施工过程中易产生不可克服的缺陷——波浪弯，影响受流质量，因此在放线技术上从普速的采用阻尼放线方法，变为采用先进的恒张力架线技术，

2、恒张力放线技术特点 恒张力架线技术与普通架线技术相比，主要具有以下特点：

1、恒张力架线设备一般为精良设备，性能优越，功能齐全，自动化程度高；

2、架线张力恒定，一般可在30kN范围内选择架线张力，张力波动在允许范围内；

3、架线过程不会使导线产生硬弯、扭转、扭曲变形；

4、恒张力放线设备运行平稳，安全可靠性高技术要求

1、操作人员必须接受技术培训，持证上岗。

2、必须严格遵守相关规定。

3、提前排除架线锚段内的施工障碍；做好特殊地段腕臂和支柱的加固工作。

4、根据线材规格选用相应材质、型号的放线滑轮和s钩滑轮；

5、架线张力大小应根据导线的硬度、弹性和线路的曲线半径等因素决定；

6、架线车组的速度一般在3~5km/h范围内。

7、紧线时应用力均匀，避免产生冲击性破坏。2、恒张力放线流程2、恒张力放线线索弛度与放线张力之间的关系3、导线初伸长的处理

对承力索和接触线进行超拉的主要目的： 克服新线初伸长对接触网整体状态的影响。线索初伸长的主要影响有：

1、使补偿坠砣的高度产生过大偏差,可能形成坠砣卡滞的严重后果；

2、使定位件、悬挂件纵向偏差过大，产生严重的横向偏差，从而破坏高速运行所必需的“弓网”关系3、导线初伸长的处理美国:采取在绞线安装前以破断张力的50%至70%进行预拉,人为地造成永久性伸长,而避免绞线在安装后再产生永久性伸长。在不能采取上述措施