电气化铁道基础知识(兰州交大)

电气化铁道根本知识〔上〕自动化与电气工程学院1主要内容电力机车及动车组电力调度及综合调度牵引变电所电气化铁路概述2电气化铁道概述1轨道交通分类2电气化铁路优越性3电气化铁路组成3电气化铁路概述干线轨道交通城市轨道交通新型轨道交通高速客运重载货运地铁轻轨单轨电车郊区铁路磁悬浮轨道交通不断涌现出各种新的原理真空高速管道列车1、轨道交通的分类：4电气化铁路概述

电气化铁路供电的开展1900年到1915年，主要采用500~750V的直流制。1915年到1930年，开场采用162/3Hz，25Hz的单相低频交流制和1200~1500V的直流制，还采用了3600V的运用异步牵引电动机的三相交流制。1930年到1950年，除继续采用单相低频交流制和1500V的直流制外，还采用了3000V的直流制。1932年，匈牙利在布达佩斯——黑基也什霍洛姆铁路上第一次采用了16000V的单相工频交流电力牵引。5电气化铁路概述国内外轨道交通开展现状和趋势◆铁路客运高速化1964年世界上第一条高速铁路正式运转目前运转速度到达300km/h以上我国6次提速后，运转速度接近300km/h，与世界先进程度相比，我国高速铁路技术还存在较大差距。◆货运重载化和快捷化澳大利亚、巴西、美国等，重载列车牵引质量超越3万吨，甚至高达5万吨。我国大秦线，开通5000-10000吨级的重载列车，2004年底实现2万吨重载列车的开行。6高速铁路的开展●日本1964年开场，新干线总长度达1835公里，高速列车客运量为世界之最，2000年客运周转量为712亿人公里。●法国1983年开通第一条现代化高速铁路，现已建成1281公里，高速列车TGV运转速度为300～350km/h，最高实验速度为515.3km/h。●德国1985年开场研讨ICE高速列车，1991年投入运营，有高速铁路700多公里，高速列车最高运转速度达330km/h。电气化铁道概述7电气化铁路概述我国对高速铁路的规划在“十五〞期间，国家加大了对铁路的投资力度，国家建筑新线6000公里，复线3000公里，地方铁路1000公里；总投资3500亿。将筹建京沪高速铁路；将在全国建立“八纵八横〞铁路网主骨架，构成以北京、上海、广州为中心的提速客运网，做到：●300－500公里范围内实现“朝发夕至〞●1200－1500公里范围内实现“夕发朝至〞●2000－2500公里内实现“一日到达〞高速列车的运转速度到达200－300km/h，实验速度将到达350km/h以上。“十一五〞期间，国家将建9800公里高速客运专线铁路。8电气化铁路概述我国客运专线及城际铁路的开展规划简介“四纵〞客运专线北京-上海客运专线；北京-武汉-广州-深圳客运专线；北京-沈阳-哈尔滨(大连)客运专线；杭州-宁波-福州-深圳客运专线“四横〞客运专线徐州-郑州-兰州客运专线；杭州-南昌-长沙客运专线；青岛-石家庄-太原客运专线；南京-武汉-重庆-成都客运专线三个城际客运系统环渤海地域、长江三角洲地域、珠江三角洲地域9电气化铁路概述2、电气化铁路的优越性10电气化铁路概述不同交通方式的能耗与污染对比综合比较，轨道交通具有绿色、环保、平安、便利、大容量、长间隔等优点，国家已做出大力开展轨道交通的战略决策，在已同意的<中长期铁路网规划>中，确定到2020年将建立300km/h及以上的高速客运专线1.2万公里。铁路的能耗和污染缺乏汽车和飞机的1/411电气化铁路概述电气化铁路的优越性：12电气化铁路概述3、电气化铁路组成13电气化铁路概述

牵引变电所牵引网电力机车及动车组电气化铁路组成牵引供电系统14主要内容电力机车及动车组电力调度及综合调度牵引变电所电气化铁路概述15牵引变电所1牵引变电所的组成2供电方式3综合自动化16牵引变电所直流牵引变电所交流牵引变电所1、发电机组2、整流器组工频单相变电所如中国、法国〔单相、三相〕牵引变电所低频单相变电所如德国17牵引变电所将电力系统的电能变换成适宜电力机车运用的电能降低电气化铁路对电力系统的影响将电力系统的高电压降低为27.5kV或2×27.5kV以单相电馈送给接触网，供电力机车运用减轻负序电流和负序电压对三相电力系统的影响，需求在牵引变电所采用换相接线方式或不同接线型式的变压器。牵引变电所功率因数到达0.85以上18牵引变电所牵引变电所类型1QB、7QB为中心变电所；3QB、5QB为经过式变电所；2QB、4QB、6QB为分接式变电所19牵引变电所牵引变电所组成20牵引变电所平面接线图牵引变电所21牵引变电所22牵引变电所23牵引变电所24牵引变电所牵引变电所27.5KV侧设备25牵引变电所牵引变电所27.5KV侧设备选择26牵引变电所分接式牵引变电所:110kV侧采用双T结线、27.5kV侧采用单母线结线的单线三相牵引变电所27牵引变电所

牵引供电方式(1)国外情况28牵引变电所

牵引供电方式29牵引变电所

牵引供电方式直供方式AT供电方式BT供电方式30牵引变电所直接供电方式〔简称TR供电方式〕是在牵引网中不加特殊防护措施的一种供电方式

直接供电方式1—牵引变电所；2—接触网〔T〕；3—机车；4—钢轨〔R〕31牵引变电所

带回流线的直接供电方式利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽能够地由回流线流回牵引变电所带回流线的直接供电方式1—牵引变电所；2—接触线〔T〕；3—回流线〔NF〕4—机车；5—钢轨〔R〕32牵引变电所

吸流变压器供电方式〔简称BT供电方式〕在牵引网中架设有吸流变压器—回流线安装的一种供电方式。吸流变压器——回流线供电方式1—牵引变电所；2—接触网〔T〕；3—吸流变压器；4—回流线〔NF〕；5—机车；6—钢轨〔R〕33牵引变电所

自耦变压器供电方式〔简称AT供电方式〕这种供电方式是每隔10km左右在接触网与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，绕组的中点与钢轨相接。自耦变压器将牵引网的供电电压提高一倍。图2-4自耦变压器供电方式1—牵引变电所；2—自耦变压器；3—接触网〔T〕；4—正馈线〔AF〕；5—钢轨〔R〕；6—机车34牵引变电所

同轴电力电缆供电方式〔简称CC供电方式〕一种新型的供电方式同轴电力电缆供电方式T—接触网；R—钢轨35牵引变电所分区所的作用分区所的作用主要是改善电气化铁路的运转条件，提高接触网末端电压，降低电能损失上、下行并行供电越区供电双边供电36牵引变电所

分区所的供电与分段单边供电上下行并行供电双边供电分区所的供电37

牵引变电所单边供电双边供电38

牵引变电所复线单边供电复线并联供电39牵引变电所

不同方式的供电取决于：1.纵向分段2.横向分段1.提高可靠性2.电源允许根据任务需求根据检修需求设计需求1.机车检查坑上方的接触网2.货物装卸线3.某些公用线4.在牵引变电所、开闭所、分区所处及供电臂的末端。40牵引变电所综合自动化系统的开展概略1分立元件的自动化安装阶段2智能自动安装阶段3综合自动化系统阶段41牵引变电所2、综合自动化系统的构成处理间隔层中各维护间的复杂配合，提高维护系统的动作速度节省工程投资

优点实现信息共享提高变电所的整体功能和管理程度提高了设备的利用率可靠性提高所谓变电站综合自动化系统，就是将变电站的二次设备利用微机技术，经过功能的重新组合，实现信息共享，对变电所实施自动监视、丈量、控制和协调的一种综合性的自动化安装。42牵引变电所牵引变电所平安监控及综合自动化系统图43牵引变电所平安性、可靠性不高。占地面积大，添加了投资。维护任务量大，设备可靠性差。智能化的一次设备网络化的二次设备综合自动化系统的开展方向现有缺乏自动化的运行管理系统44牵引变电所变电所设备分为三层：变电所层间隔层(或称单元层)过程层(或称设备层)45牵引变电所按用户需求、值班方式和维护测控安装的布置方式不同，牵引变电所综合自动化系统有三种运用方式。

1.分散式无入值守46牵引变电所2.集中式有人值班47牵引变电所3．集中式无人值守48主要内容电力机车及动车组电力调度及综合调度牵引变电所电气化铁路概述49电力机车及动车组1电力机车2动车组50电力机车及动车组由于电流制不同直-直流电力机车交-直流电力机车交-直-交流电力机车电力机车本身不带原动机，靠接受接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车的车轮。优点：具有功率大热效率高速度快过载才干强运转可靠不污染环境51电力机车及动车组电力电子器件是电力机车开展的促进要素。

大功率硅整流技术的出现，使电传动内燃机车和电力机车的传动型式从直—直传动很自然地被更优越的交—直传动，随着大功率的晶闸管特别是大功率可关断晶闸管(GTO)的出现和微机控制技术等的开展，20世纪70年代以后出现的交—直—交传动，即所谓的交流传动，又很自然地取代了交—直传动。52电力机车及动车组交－直流电力机车牵引变电所将三相交流电改动成25kV工业频率单相交流电後送到接触网上。但是在电力机车上采用的依然是直流串励电动机，把交流电变为直流电的义务在机车上完成。53电力机车及动车组动力制动模块空气系统模块

辅助变频器主变频器及电机驱动模块通讯模块电子设备牵引变频器逆变器(电流源型、电压源型、PMW)电机同步电机、异步电机设备与功率器件交－直－交流电力机车54电力机车及动车组交－直－交流电力机车采用交流无整流子牵引电动机〔即三相异步电动机〕制造、性能、功能，体积、分量、本钱、维护及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。调速比较困难55电力机车及动车组变速箱异步电机逆变器整流器牵引变压器1085kW25000V变速箱直流电机整流器牵引变压器25000V滤波电抗器励磁绕组交直传动机车主电路交流传动机车主电路交直与交流传动机车主电路比较56电力机车及动车组1958第一台1968-1985韶山SS1\SS2\SS31985-1992SS4\SS5\SS6\SS71997正式下线高速干SS81999超200KM/H子弹头57电力机车及动车组代表车型引见

韶山4/SS4干线货运电力机车，该机车牵引及制动功率大、起动平稳、加速快、任务可靠、司机室任务条件良好、污染少、维修简便。获国家科技提高一等奖。机车功率继续6400kW，最大速度100km/h，车长2×15200mm，轴式2〔B0-B0〕，电流制为单相工频交流。

58电力机车及动车组代表车型引见

韶山8/SS8SS8型电力机车是工频交流晶闸管相控电力机车，为BO-BO轴式四轴车，机车总重88t，轴重22t。机车继续功率3600KW，机车最高速度170Km/h，实验速度达240Km/h。

机车主电路为不等分三段半控桥式整流电路，转向架电机并联独立供电、牵引电机无级磁场减弱，可实现包括恒功区的全无级调速特性。机车动力制动为加馈电阻制动，制动功率2700KW。采用微机控制系统，控制功能有：特性控制、空转〔滑行〕维护控制、监测显示功能。

59电力机车及动车组代表车型引见

DJJ1型电动车组株洲电力机车厂继开发研制出我国首批DJ型商用交流传动电力机车后，中国第一台适用城际间高速客运的高速交流传动电动旅客动车组动力车--DJJ1型动力车又诞生了，这标志着我国交流传动电力机车制造技术已走向成熟。

60电力机车及动车组动车组的定义动车组〔Electricmultipleunit〕，也称多动力单元列车，是铁路列车的一种。把动力安装分散安装在每节车厢上，使其既具有牵引动力，又可以载客，这样的客车车辆便叫做动车。动车组就是几节自带动力的车辆加几节不带动力的车辆编成一组。带动力的车辆叫动车，不带动力的车辆叫拖车。61电力机车及动车组动车组的分类柴油动车组按动力安装分燃气轮动车组直流电力动车组电力动车组交流电力动车组动力集中型按动力方式分动力分散型电传动按传动方式分液力传动62电力机车及动车组集现代科技于一身列车的安全性超乎想象乘坐的舒适性堪称一流节能而又环保动车组的优点63电力机车及动车组国外动车组的开展概略动车组占全国运输的份额国外常见的动车组有日本新干线，德国ICE，法国TGV，欧洲之星，瑞典X2000，美国ACELA。64电力机车及动车组国内动车组的开展概略从20世纪90年代到本世纪初，是我国动车组迅速开展阶段。在此期间，我国铁路工业系统共研制新型动车组20多个种类合计67列，其中内燃动车组47列，电动车组20列。2007年12月22日，由南车集团四方机车车辆股份制造、具有自主知识产权的首列国产时速300公里的高速动车组〔CRH2-300〕在青岛开工下线。2021年4月11日，国产时速350公里CRH3“调和号〞动车组在中国北车集团唐山轨道客车有限责任公司下线。65电力机车及动车组

在200公里/小时全速运转时的列车每秒速度到达60米以上，制动间隔超越1000米，全速行驶的列车经过时，产生的吸力足够把接近铁轨的人拖进去。66电力机车及动车组

CRH12(2M+1T)+(1M+1T)不能满足普通站台要求CRH24M+4T67电力机车及动车组

CRH34M4TCRH24M+4T68电力机车及动车组(BSP动车组为1，四方动车组为2，唐山动车组为3，长客为5型号系列代码，以A、B、C为速度等级〔A－运转速度200Kｍ/h，8编组，座车〕〔B－运转速度275Kｍ/h，8编组，座车〕〔C－运转速度300Kｍ/h，8编组，座车〕实例：CRH1003ABSPCRH1第3列200Kｍ/h，8编组，座车69电力机车及动车组1电传动系统采用国产化的GTO水冷变流机组，1225kW大功率异步牵引电动机，具有恒功范围宽、轴功率大、粘着性能好、功率和功率因数高等特点。2控制系统采用分散式微机网络控制系统，并采用冗余设计〔主机热备及冗余输入输出〕来提高整个列车组运用的可靠性。3采用了宽车体鼓形断面、超轻量化薄壳整体承载构造和国内初次采用的双拱流线头形，突出降低交汇压力波。4采用车顶夹层通风方式、牵引电机为独立通风冷却、主变流器水冷和主变压器油冷，采用水、油的复合型铝板冷却器。主要特点：70主要内容电力机车及动车组电力调度及综合调度牵引变电所电气化铁路概述71电力调度及综合调度1电力调度2综合调度72电力调度SCADA系统组成:SCADA(SupervisoryControlAndDataAcquisition)系统，即数据采集与监视控制系统。牵引供电系统中运用的SCADA系统主要监控牵引供电系统沿线各变电所，分区所，开闭所的设备运转形状，完成遥控，遥测，遥信，遥调，遥视，维护及调度管理，辅助完成事故分析及处置等功能。1、电力调度的有关知识73电力调度电气化铁道远动系统在牵引供电设备监控、缺点判别处置和运转形状分析等各个方面都发扬着越来越重要的作用，并为牵引供电系统调度管理提供了全新的技术手段。电气化铁道远动系统是一种计算机控制系统。其功能是进展电力调度与所管辖的牵引变电所、闭所、分区亭及V停设备等供电安装之间的远间隔实时监测和控制。74电力调度SCADA系统的根本构造75电力调度远动信息的传输信道中传输的远动信息分为:上行信息下行信息远动系统信息传送方式分为：循环方式(CDT)查询(Polling)分类76电力调度SCADA系统的类型信道构造分传送信号是利用有线信道还是无线信道可分为有线和无线远动系统被控端构造分常规远动系统，综自远动系统调度端构造分可分为单机系统，双机系统，网络化系统77电力调度遥控遥调遥测遥信遥控是从调度所发出命令以实现远方操作和切换遥调是指调度所直接对被控站某些设备的任务形状和参数的调整遥测是将被控站的某些运转参数传送给调度所遥信是将被控站的设备形状信号远间隔传给调度所78远动系统根本构成〔主站〕

79电力调度80综合调度随着高速铁路的开展，其业务的复杂性、多样性和实时性急骤增长，传统的调度指挥手段和单一的自动化系统在运输指挥中已是杯水车薪，高速铁路综合调度系统应运而生。高速铁路综合调度系统是涉及运输组织、机车车辆、通讯信号、供电、平安监控、维护救援等多学科的系统工程，由综合调度中心、车站综合信息系统及基层网设备构成。81综合调度综合调度系统的体系构造如下图。由上层管理机关、综合调度中心、基层站段及现场设备四层组成，其中心是综合调度中心和基层站段。82综合调度综合调度系统以列车运转调度系统为中心，综合行车、机务、工务、电力、电务、旅客导游、维修检测、平安监控等为一体。83综合调度系统网络构造及功能84综合调度运输方案子系统主要功能(1)制定整个系统的列车运转方案、动车组运用方案、乘务员运用方案等与运输有关的根本方案。(2)变卦方案及实施方案的制定与下达。(3)对实践运输的有关资料进展统计。85综合调度列车运转调度子系统主要功能(1)根据运输方案管理子系统制定的列车运转实施方案，组织实施列车运转；(2)根据行车方案控制高速线上每一列车的运转，实时监视、记录、统计每一列车的运转情况；(3)经过专线及时向车站和列车传送各种行车数据和指令；(4)在出现异常情况时能自动发出调整行车方案和纠正不正常情况的平安措施命令；(5)作业数据管理、维修间隔的指定以及下达列车平安可靠运转所需的其他指令。86综合调度动车组调度子系统主要功能(1)对高速动车组及中速列车的分配、运用、台帐及缺点修缮进展管理；(2)对动车段(所)进展管理；(3)根据列车运转情况发送改动动车组运用、乘务人员行程变量指令；(4)监视动车组运转情况，提出改换和修正指令；(5)对动车组和乘务人员运用方案和动车组的日常检查进展管理。87综合调度旅客效力子系统主要功能(1)及时、全面地掌握客流、客票、列车运转及早晚点信息；(2)及时准确地在列车上、站台、进出站口、售票厅、候车室以及INTERNET、寻呼台等各种旅客可接触到的地方以自动广播和屏幕显示的方式向旅客和客运人员报告；(3)提供电脑查询、客票自动预售、时钟显示以及列车上旅客信息效力。88综合调度电力调度子系统主要功能(1)担任牵引供电系统和设备供电系统的监视、控制、监测及管理；(2)根据列车开行方案为之提供电力；(3)根据方案安排供电的维修管理；(4)实时监视各牵引变电所及供电线路的任务情况以及调整电力系统运转情况，以保证列车正常运转所需的稳定电力供应；(5)设备异常情况和灾祸事故情况时提出适当的指示并迅速恢复供电；(6)对供电线路、设备、设备的日常检查进展安排和管理。89综合调度综合维护与救援子系统主要功能(1)对全线线路情况进展监测及管理；(2)管理线路的日常维护及保养；(3)安排施工、工务设备检修；(4)缺点履历管理，维护方案管理；(5)集中对全线的信号及相关的控制设备形状进展监测；(6)经过各专业机房环境监测系统及时掌握电务设备及其任务环境的形状，合理安排维修，保证系统正常运转。90综合调度平安监控子系统主要功能(1)根据现场安装的各种监测设备监视危及行车平安的自然灾祸(风、雪、洪水、降水、地震)、突发事故、侵入物、长大隧道、轨温、路堤滑移沉降、牵引供电的形状；(2)构成对各种灾祸的预防预警和防止系统；(3)掌握沿线气候资料，监视沿线气候，实报和预告信息。91综合调度培训子系统主要功能(1)模拟综合调度系统及其子系统的功能及操作步骤；(2)培训综合调度系统的各专业调度人员和维护人员。92综合调度四电合一SCADA系统所谓四电合一就是牵引供电系统、电力配电系统、行车信号电源系统、通讯电源负荷系统的运转形状上送SCADA系统调度中心一致进展监测管理，我们称之为四电合一SCADA系统，其调度中心称为综合电力调度。93哈大线电气化铁道远动系统主要设备网络衔接图94哈大铁路为中国铁路网中一条重要干线，贯穿哈尔滨，长春、沈阳、大连四大枢纽，始建于1998年，为双线铁路，线路全长946.5公里。在东北乃至全国铁路运输中具有非常重要的位置。国家计委于1990于12月31日同意对哈大铁路进展电气化