電氣化鐵道接觸網

電氣工程系課程介紹

本課程是電氣自動化技術、鐵道供電等專業的一門專業課（先修課程為電路、供配電技術、工程力學），主要內容：（1）電氣化鐵道發展、接觸網的組成、供電方式；（2）接觸網的零件(承力索座、定位環、套管雙耳等)、設備（隔離開關、分段絕緣器等）、結構（軟橫跨、錨段關節等）以及相關的安裝、檢調；（3）接觸網初步設計和計算（腕臂的預制計算、軟橫跨的計算等）；第1次:電氣化鐵道發展、組成一、電氣化鐵道的發展1、機車的發展2、電氣化鐵路的出現3、高速電氣化鐵路時代的到來4、我國電氣化鐵道的發展二、電氣化鐵道的組成1、電力機車2、牽引變電所3、牽引供電回路一、電氣化鐵道發展1、機車的發展采用電力機車為主要牽引動力的鐵路稱為電氣化鐵路。歷史上，機車經歷了蒸汽機車、內燃機車、電力機車、磁懸浮機車等幾種。蒸汽機車蒸汽機車是利用蒸汽機，把燃料(一般用煤)的化學能變成熱能，再變成機械能，而使機車運行的一種火車機車。它主要由鍋爐、蒸汽機、車架走行部和煤水車四大部分組成。內燃機車內燃機車以內燃機作為原動力，內燃機和動輪之間加裝一臺與發動機同等重要并符合牽引特性的傳動裝置。傳動裝置有三種:機械傳動裝置、液力傳動裝置和電力傳動裝置。通過傳動裝置驅動車輪的機車。東風4B、東風4D、東風11電力機車電力機車由牽引電動機驅動車輪的機車。電力機車因為所需電能由電氣化鐵路供電系統的接觸網供給，所以是一種非自帶能源的機車。電力機車具有功率大、過載能力強、牽引力大、速度快、整備作業時間短、維修量少、運營費用低、便于實現多機牽引及節約能量等優點。電力機車的主要傳動系統（1）交直傳動系統：從接觸網獲取交流電能，通過整流裝置輸出直流電壓，驅動直流電機的方式。國產韶山系列（SS）機車采用這種傳動方式。（2）交直交傳動系統：交流電網經過機車主變壓器降壓，由整流器整流為直流電，再經過逆變為電壓、頻率可調的交流電，從而驅動交流異步電動機。使用這種方式的機車功率因數高，高次諧波少，對電網污染少，鐵路用機車多采用這種供電控制方式，比較典型的用CRH動車組、復興號高速動車組及和諧HXD系列電力機車等。動車組把動力裝置分散安裝在不同的車廂上，帶動力的車輛叫動車，不帶動力的車輛叫拖車。而動車組就是幾節自帶動力的車輛加幾節不帶動力的車輛編成一組，就是動車組。比如CRH380電動車組8輛短編采用了6動2拖的動力配置。磁懸浮列車磁懸浮列車利用“同性相斥，異性相吸”的原理，利用安裝在列車兩側轉向架上的懸浮電磁鐵，和鋪設在軌道上的磁鐵，在磁場作用下產生的排斥力使車輛浮起來，使車體完全脫離軌道，懸浮在距離軌道約1厘米處，騰空行駛。優點：列車在鐵軌上方懸浮運行，鐵軌與車輛不接觸，運行速度快，運行平穩、舒適，易于實現自動控制；無噪音，不排出有害的廢氣，有利于環境保護。（1）德國是世界上最早研究磁浮列車的國家。1922年，德國人赫爾曼·肯佩爾提出了電磁懸浮原理。1979年,在漢堡舉行的國際交通展覽會上，展出了第一輛磁浮列車并做運行表演。（2）我國上海磁浮示范運營線，是世界上第一條投入商業化運營的磁懸浮列車示范線，于2002年12月31日啟用，西起上海地鐵2號線龍陽路站，東到上海浦東國際機場，長度33公里。2、電氣化鐵路的出現1879年，在柏林舉辦世界貿易博覽會上，德國西門子公司建造并展示了世界上第一條電氣化鐵路，這條鐵路不足600米長，采用兩軌道間設置第三軌的供電方式，電壓采用DC100V，牽引功率3馬力（735瓦特），時速只有4英里/小時（1.609344公里），牽引三節車廂，最多可以搭乘30名旅客。但是這開創了新的牽引方式----電氣化鐵道誕生，也是鐵路現代化的標志。世

早期的電氣化鐵道多采用直流供電方式。

后來，隨著科技的進步，在日本、德國等國家相繼采用了低頻單向交流制的供電方式。直到20世紀20年代，隨著工頻單相交流制供電方式在電氣化鐵道干線上的應用，經過六十多年的實踐，它終于成為電力牽引供電的主要方式和發展方向。3、高速電氣化鐵路時代的到來1964年，世界上第一條高速電氣化鐵路-----東京至大阪的新干線建成通車，該段鐵路采用60Hz，25KV交流供電制，最高時速210KM/h，拉開了高速電氣化鐵路建設的新篇章。世界主要的高鐵機車生產廠家中國：中國中車，CRH（ChinaRailwayHigh-speed）法國:阿爾斯通，TGV德國：西門子，ICE日本:川崎重工，新干線加拿大：龐巴迪高速鐵路的定義（1）在二十世紀中期，國際鐵路聯盟(非官方)，把舊線改造時速達到200公里、新建時速達到250~300公里的定為高速鐵路;（2）1985年聯合國歐洲經濟委員會(官方組織)在日內瓦簽署的《國際鐵路干線協議》規定:新建客貨運列車混用(簡稱客貨共線)型高速鐵路時速為250公里以上，新建客運列車專用(簡稱客運專線)型高速鐵路時速為350公里以上。（3）我國頒布的《高速鐵路設計規范》(TB10621-2014)中，新建設計時速為250-350公里，運行動車組列車的標準軌距的客運專線鐵路。4、我國電氣化鐵道的發展（1）我國第一條電氣化鐵路是寶（雞）成（都）線寶雞----鳳州段，并于1961年8月15日正式通車并交付運營，從此揭開了我國電氣化鐵路建設的序幕。

（2）中國高速鐵路發展2008年8月1日——中國第一條具有完全自主知識產權、世界一流水平的高速鐵路京津城際鐵路通車運營。2009年12月26日——世界上一次建成里程最長、工程類型最復雜時速350公里的京港高鐵武廣段開通運營。2010年2月6日——世界首條修建在濕陷性黃土地區，連接中國中部和西部時速350公里的鄭西高速鐵路開通運營。2012年12月1日，世界上第一條地處高寒地區的高鐵線路——哈大高鐵正式通車運營。我國鐵路“十三五”規劃（2016-2020）到2020年全國鐵路營業里程達到15萬公里，高速鐵路達到3萬公里，復線率和電氣化率達到60%和70%，推進八縱八橫高速鐵路主通道建設。“八縱”通道為：沿海通道、京滬通道、京港（臺）通道、京哈-京港澳通道、呼南通道、京昆通道、包（銀）海通道、蘭（西）廣通道；“八橫”通道為：綏滿通道、京蘭通道、青銀通道、陸橋通道、沿江通道、滬昆通道、廈渝通道、廣昆通道。引自2016版《中長期鐵路網規劃》第一縱，沿海通道。大連（丹東）～秦皇島～天津～東營～濰坊～青島（煙臺）～連云港～鹽城～南通～上海～寧波～福州～廈門～深圳～湛江～北海（防城港）第二縱，京滬通道。北京～天津～濟南～南京～上海（杭州）高速鐵路，包括南京～杭州、蚌埠～合肥～杭州高速鐵路，另一支線北京～天津～東營～濰坊～臨沂～淮安～揚州～南通～上海高速鐵路第三縱，京港（臺）通道。北京～衡水～菏澤～商丘～阜陽～合肥（黃岡）～九江～南昌～贛州～深圳～香港（九龍）高速鐵路；另一支線為合肥～福州～臺北高速鐵路，包括南昌～福州（莆田）鐵路。第四縱，京哈～京港澳通道。哈爾濱～長春～沈陽～北京～石家莊～鄭州～武漢～長沙～廣州～深圳～香港高速鐵路，包括廣州～珠海～澳門高速鐵路。第五縱，呼南通道。呼和浩特～大同～太原～鄭州～襄陽～常德～益陽～邵陽～永州～桂林～南寧高速鐵路。第六縱，京昆通道。北京～石家莊～太原～西安～成都（重慶）～昆明高速鐵路，包括北京～張家口～大同～太原高速鐵路。第七縱，包（銀）海通道。包頭～延安～西安～重慶～貴陽～南寧～湛江～海口（三亞）高速鐵路，包括銀川～西安以及海南環島高速鐵路。第八縱，蘭（西）廣通道。蘭州（寧）～成都（重慶）～貴陽～廣州高速鐵路。第一橫，綏滿通道。綏芬河～牡丹江～哈爾濱～齊齊哈爾～海拉爾～滿洲里高速鐵路。第二橫，京蘭通道。北京～呼和浩特～銀川～蘭州高速鐵路。第三橫，青銀通道。青島～濟南～石家莊～太原～銀川高速鐵路第四橫，陸橋通道。連云港～徐州～鄭州～西安～蘭州～西寧～烏魯木齊高速鐵路。第五橫，沿江通道。上海～南京～合肥～武漢～重慶～成都高速鐵路，包括南京～安慶～九江～武漢～宜昌～重慶、萬州～達州～遂寧～成都高速鐵路第六橫，滬昆通道。上海～杭州～南昌～長沙～貴陽～昆明高速鐵路。第七橫，廈渝通道。廈門～龍巖～贛州～長沙～常德～張家界～黔江～重慶高速鐵路第八橫，廣昆通道。廣州～南寧～昆明高速鐵路。二、電氣化鐵道的組成

電氣化鐵道是由電力機車和牽引供電裝置組成的，牽引供電裝置一般分成牽引變電所和接觸網兩部分，所以人們又稱電力機車、牽引變電所和接觸網為電氣化鐵道的“三大元件”。

電力機車靠其頂部升起的受電弓，直接接觸導線獲取電能。每臺電力機車前后各有一受電弓，由司機控制其升降。變電弓升起工作時，以一定接觸壓力緊貼接觸線摩擦滑行，將電能引入機車，機車主斷路器將電壓加至變壓器，經變壓器降壓后給傳動系統，驅動牽引電動機使列車運行。工作原理：受電弓滑板主要材質有銅、碳、浸金屬碳等。DSA系類受電弓的弓頭長度為1950mm，最大允許工作范圍950mm。受電弓和接觸線運行中的情況三相牽引變電所采用三相電力變壓器，原邊繞組通常為星形連接，副邊繞組為三角形，常見聯結組別YNd11。二次側的c點接鋼軌，a，b分別接兩側的不同供電臂，中間通過電分相連接。優點是技術成熟，可靠性高，缺點是變壓器的容量未能充分利用。

單相牽引變電所有兩種情況。用一臺單相變壓器時，副邊繞組的一端接軌道，另一端同時供給左右兩側的供電分區接觸網。為了檢修方便，兩供電分區采用電分段加以隔離。

優點是容量充分利用，接線簡單；缺點負序電流大，變電所無法提供三相電源。單相VV牽引變電所用兩臺單相變壓器，其原邊繞組分別接到高壓三相母線中兩對不同的母線上，如AB，BC，有公共端子B；兩個副邊繞組公共點接軌道,其余兩端分別向兩側的分區供電，分區間用電分相連接。單相變電所的變壓器容量利用較充分。

在AT供電方式里，其牽引變電所的變壓器采用較特殊的接