#1电气化铁路的基础知识.docx

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#1电气化铁路的基础知识

电气化铁路的基础知识

一、牵引供电系统简介：

将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。

牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到27.5kV，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。

牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置，两相邻牵引变电所之间设有分区亭，接触网在此也相应设有分相绝缘装置。

牵引变电所至分区亭之间的接触网（含馈电线）称供电臂。

牵引供电回路是由牵引变电所——馈电线——接触网——电力机车——钢轨——回流联接——（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，其中流通的电流称牵引电流，闭合或断开牵引供电回路会产生强烈的电弧，处理不当会造成严重的后果。

通常将接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线统称为牵引网。

牵引供电设备的检修运行由供电段负责，牵引供电系统的运行调度则由供电调度负责。

供电调度通常设在铁路局调度所。

牵引供电系统供电示意图如下所示：

二、牵引变电所、分区所、开闭所

牵引变电所：

牵引变电所的任务是将电力系统三相电压降低，同时以单相方式馈出。

降低电压是由牵引变压器来实现的，将三相变为单相是通过变电所的电气接线来达到的。

牵引变压器（主变）是一种特殊电压等级的电力变压器，应满足牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁的要求，是牵引变电所的“心脏”。

我国牵引变压器采用三相、三相——二相和单相三种类型，因而牵引变电所也分为三相、三相——二相和单相三类。

    随着技术水平的提高，我国干线电气化铁路已推广使用集中监视及控制的远动系统，牵引变电所将逐步实现无人值班，直接由供电调度实行遥控运行。

分区所：

分区所设置在两个变电所中间，作用有三：

提高供电质量、供电分段、越区供电。

•开闭所：

一般设置在大型站场附近，进线由变电所或接触网引入，由开关馈出多个供电线路向多个供电设备供电。

作用是增强供电的灵活性，便于供电设备的运行及检修，便于行车组织，缩小供电事故及故障范围。

三、接触网

接触网是沿铁路沿线架设的特殊电力线路，电力机车受电弓通过和之滑动摩擦接触而授流，取得电能。

所以两者均应保持良好的工作状态。

（一）、对接触网结构的要求：

（1）接触线距钢轨面的高度应尽量相等，定位点及跨中和受电弓中心相对位置符合要求；

（2）接触悬挂应有较均匀的弹性和良好的稳定性；

（3）良好的绝缘性能；

（4）适应气象条件的变化并能保持上述特性不应有很大的变化；

（5）接触网结构应力求轻巧简单，做到标准化，方便施工和运行维修；

（6）零部件标准化，轻便，耐腐蚀，可靠性高，

（7）接触线应有足够的耐磨性；

（8）主导电回路通畅。

（二）、接触网结构：

1、锚段---接触网最基本的单元：

2、补偿装置---使接触线距钢轨面的高度应尽量相等

全补偿、半补偿、硬锚的概念

3、锚段关节---使锚段连接起来

三跨非绝缘（200mm40mm）、四跨非绝缘（200mm80mm）、四跨绝缘（550mm80mm）、五跨绝缘（550mm40mm）的概念。

三跨非绝缘锚段关节

四跨绝缘锚段关节

4、中心锚结---防止线索窜动减少事故范围

防断式中锚、防串式中锚

防断式中锚

防串式中锚

5、分段绝缘器：

6、软横跨：

横向承力索、上部固定绳、下部固定绳

7、接触悬挂

接触悬挂由承力索、吊弦、接触线和补偿装置组成，即链形悬挂。

补偿装置的作用是在环境温度变化时，使接触线、承力索的张力保持恒定。

承力索和接触线下锚方式均采用补偿装置的叫全补偿，仅接触线采用补偿的称半补偿。

支柱处吊弦采用简单吊弦或弹性吊弦的分别为简单链形悬挂或弹性链形悬挂。

目前我国干线电气化铁路正线大都采用全补偿简单链形悬挂，站线则多为半补偿简单链形悬挂。

只有接触线的悬挂称简单悬挂，一般都采用补偿方式，只在机务段库线、厂矿专用线等少数场合采用。

接触悬挂沿线路架设，为了满足机械受力方面的要求而分成一个一个单独的锚段，锚段和锚段的相互过渡结构称为锚段关节，通常有绝缘（四跨）锚段关节和非绝缘（三跨）锚段关节之分，前者亦称电分段锚段关节，后者则为机械分段锚段关节。

锚段和锚段之间的电气联接用电联接线（三跨）或隔离开关（四跨）完成。

（1）、支持装置

支持装置用以支持接触悬挂并将其负荷传给支柱或其他建筑物，其结构随线路情况而变化。

区间主要为腕臂结构；站场则视股道数量、线路情况、支柱所在位置等因素而选用软横跨、硬横跨或腕臂结构，以软横跨为主，高速铁路则采用硬横梁；隧道和桥梁（下承桥）等大型建筑物处又要视具体情况而作设计，必要时采用特殊结构。

（2）、定位装置

定位装置包括定位器和定位管，其作用是保证接触线和受电弓的相对位置在规定范围内，并将接触线的水平张力传给支柱。

（3）、线岔、电连接

（4）、支柱基础

支柱用来承受接触悬挂和支持装置的负荷，并将接触悬挂固定在规定高度。

支柱有钢柱和钢筋混凝土柱两种。

前者立在用钢筋混凝土浇成的基础上，基础埋在路基内；后者则直接埋在路基中。

桥梁（上承桥）通常采用钢柱，其基础在桥墩上预留。

支柱上还装有接地装置，和钢轨回路接通，起到保护作用。

下锚支柱上还装有补偿装置，并设拉线装置。

（三）接触网的供电分段

为了保证安全供电和灵活运用，接触网在结构上设有供电分段。

如前所述，在牵引变电所和分区亭所在地的接触网设置的分相绝缘装置为分相电分段；在同一供电臂内设置的电分段为同相电分段，如区间和站场之间（纵向），站场内的货物线、装卸线、段管线,枢纽内场和场之间等（横向）。

同相电分段的结构为四跨锚段关节，或采用分段绝缘器+三跨锚段关节结构。

分相电分段的结构，早期为八跨（两个四跨迭加）锚段关节式，后来为分相绝缘器+三跨锚段关节所代替。

近年来，随着列车速度的不断提高，锚段关节式分相结构由于其弹性好、硬点小，受电弓过渡平滑等优点，在提速区段和高速区段又逐步采用。

必须指出，电力机车在通过分相绝缘装置时，要“断电”通过，即在通过前将主断路器断开，滑行通过后，再闭合主断路器继续运行，否则会引起强烈电弧，造成相间短路，甚至烧断接触网线索。

（四）接触网的供电方式

我国电气化铁路均采用单边供电方式，即牵引变电所向接触网供电时，每一个供电臂的接触网只从一端的牵引变电所获得电能（从两边获得电能则为双边供电，可提高接触网末端网压，但由于其故障范围大、继电保护装置复杂等原因尚未有采用）。

复线区段可通过分区亭将上下行接触网联接，实现“并联供电”，可适当提高末端网压。

当牵引变电所发生故障时，相邻变电所通过分区亭实现“越区供电”，此时供电范围扩大，网压降低，通常应减少列车对数或牵引定数，以维持运行。

直供+回流（DN）供电方式：

这种供电方式实际上就是带回流线的直接供电方式，NF线每隔一定距离和钢轨相连，既起到防干扰作用，又兼有PW线特性。

由于没有吸流变压器，改善了网压，接触网结构简单可靠。

近年来得到广泛使用。

综上所述，早期电气化铁路均采用直接供电方式，为避免和减少对外部环境的电磁干扰，研发了BT、AT和DN供电方式，就防护效果来看，AT方式优于BT和DN方式，就接触网的结构性能来讲，DN方式最为简单可靠。

随着通信技术的快速发展，光缆的普遍使用，通信设施及无线电装置自身的防干扰性能大为增强，考虑到接触网的运行可靠性对电气化铁路的安全运行至关重要，所以通常认为，一般情况下DN供电方式为首选，在电力系统比较薄弱的地区，经过经济技术比较，可采用AT供电方式，BT供电方式则尽量少采用或不采用。

本人认为，这是近三十年来我国电气化铁路供电方式发展和使用的实践过程中总结出来的普遍看法，同样也要接受今后的实践检验，不断总结提高。

（五）、接触网的布置：

1、接触网在直线上的布置

2、接触网在曲线上的布置

3、电力机车受电弓的动态包络线：

V<＝120Km/h区段，上下晃动100mm，左右摆动200mm；

120Km/h

受电弓弓头示意图：

4、曲线外轨超高对接触线拉出值及弓网关系的影响。

三、电力机车简介

我国电气化铁路采用的电力机车大多数为可控硅整流器电力机车，其结构简单、牵引性能好、运行可靠、维修方便，而且各项经济技术指标较高，所以被广泛采用。

电力机车工作时，受电弓从接触网获得高压单相交流电能，经过变压器降压和整流器整流，把高压交流电变成低压直流电供给牵引电动机使用。

目前，国产主型电力机车为SS（韶山）型，SS1、3、4、6、6B、7和7B型均为客货两用型，近年来随着列车提速和高速铁路的发展，研制开发了SS7C、7D、7E、SS8和SS9型客运电力机车，以及DJ型（交—直—交）客运电力机车。

此外，我国还先后引进过法（6Y、6G、8K）、日（6K）、德（DJ1）和前苏联（8G）等国的电力机车。