城市軌道交通供電系統(tǒng)運(yùn)行與管理

接觸網(wǎng)與牽引動(dòng)力系統(tǒng)

一城軌接觸網(wǎng)二目錄城軌牽引動(dòng)力系統(tǒng)學(xué)習(xí)目標(biāo)知識(shí)目標(biāo)：（1）了解城軌接觸網(wǎng)的組成、分類及供電方式。（2）了解交流傳動(dòng)原理與直線電機(jī)在地鐵的應(yīng)用等。能力目標(biāo)：（1）會(huì)識(shí)別城軌接觸網(wǎng)的類型。（2）會(huì)分析城軌列車的牽引動(dòng)力原理。素質(zhì)目標(biāo)：（1）培養(yǎng)辯證思維意識(shí)。（2）培養(yǎng)系統(tǒng)思維意識(shí)。01城軌接觸網(wǎng)一、城軌接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)是城軌供電系統(tǒng)的重要組成部分，架設(shè)在軌道的上方（或側(cè)面），是一種特殊的輸電線。機(jī)車通過受流裝置（受電弓或集電靴）從接觸網(wǎng)中獲得電能。接觸網(wǎng)是一種懸掛在軌道上方（或側(cè)面）沿軌道敷設(shè)的和鐵路軌頂（或線路中心）保持一定距離的輸電網(wǎng)。1．接觸網(wǎng)的組成饋電線是連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線，它把經(jīng)牽引變電所變換成合乎牽引制式用的電能饋送給接觸網(wǎng)。在電力牽引時(shí)，軌道除具有走行軌功能外，還需要完成導(dǎo)通牽引回流的任務(wù)。因此，電力牽引的軌道還需要具有暢通導(dǎo)電的性能，稱為“回流軌”。一、城軌接觸網(wǎng)2．接觸網(wǎng)的工作特點(diǎn)

（1）沒有備用接觸網(wǎng)由于與電動(dòng)車組在空間上的關(guān)系，和軌道一樣無法采取備用措施。所以，一旦接觸網(wǎng)故障，整個(gè)供電區(qū)間即全部停電，在其間運(yùn)行的電動(dòng)車組失去電能供應(yīng)，列車將停運(yùn)。（2）高速接觸取流，故障率高電動(dòng)車組受流裝置以一定的壓力和速度與接觸網(wǎng)接觸摩擦運(yùn)行，通過接觸網(wǎng)的電流很大。運(yùn)行中不可避免地會(huì)產(chǎn)生受電弓離線而引起電弧，再加上在露天區(qū)段還要承受風(fēng)、霧、雨、雪及大氣污染的作用，使接觸網(wǎng)晝夜不停地處在振動(dòng)、摩擦、電弧、污染、伸縮的動(dòng)態(tài)運(yùn)行之中。這些因素使其發(fā)生故障的可能性較一般電力線路的概率要大得多。

（3）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高為了滿足電動(dòng)車組安全、可靠、質(zhì)量良好地從接觸網(wǎng)取流，接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，技術(shù)要求也較高，如對(duì)接觸網(wǎng)導(dǎo)線的高度、拉出值，定位器的坡度，接觸網(wǎng)的彈性、均勻度等都有定量的要求。一、城軌接觸網(wǎng)3．對(duì)接觸網(wǎng)的基本要求接觸網(wǎng)的工作狀態(tài)主要是指接觸線和電動(dòng)車組受流裝置滑板的接觸和導(dǎo)電情況。從電路要求上，為保證良好的導(dǎo)電狀況，滑板與接觸線的接觸應(yīng)保持一定的接觸壓力。（1）接觸網(wǎng)懸掛應(yīng)彈性均勻、高度一致，在高速行車和惡劣的氣象條件下，能保證正常取流。（2）接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)應(yīng)力求簡(jiǎn)單，并保證在施工和運(yùn)營(yíng)檢修方面具有充分的可靠性和靈活性。（3）接觸網(wǎng)的壽命應(yīng)盡量長(zhǎng)，具有足夠的耐磨性和抗腐蝕能力。（4）接觸網(wǎng)的建設(shè)應(yīng)注意節(jié)約有色金屬及其他貴重材料，以降低成本。一、城軌接觸網(wǎng)4．接觸網(wǎng)的分類接觸網(wǎng)分為架空式接觸網(wǎng)和接觸軌式接觸網(wǎng)。架空式接觸網(wǎng)用于城市地面或地下、鐵路干線、工礦的電力牽引線路。接觸軌式接觸網(wǎng)一般僅用于凈空受限的地下電力牽引。我國(guó)在城軌交通系統(tǒng)中，架空式和接觸軌式的接觸網(wǎng)均有采用。一、城軌接觸網(wǎng)4．接觸網(wǎng)的分類接觸軌式接觸網(wǎng)是沿軌道線路敷設(shè)的附加接觸軌，從電動(dòng)客車轉(zhuǎn)向架伸出的受流器通過滑靴與第三軌接觸而取得電能。接觸軌可以有三種方式，即上接觸式、下接觸式和側(cè)接觸式。一、城軌接觸網(wǎng)5．接觸網(wǎng)供電方式牽引變電所向接觸網(wǎng)供電有兩種方式：?jiǎn)芜吂╇姾碗p邊供電。接觸網(wǎng)通常在相鄰兩牽引變電所間的中央斷開，將兩牽引變電所之間兩供電臂的接觸網(wǎng)分為兩個(gè)供電分區(qū)。每一供電分區(qū)的接觸網(wǎng)只從一端的牽引變電所獲得電流，稱為單邊供電。如果在中央斷開處設(shè)置開關(guān)設(shè)備，可將兩供電分區(qū)連通，則相鄰牽引變電所間的兩個(gè)接觸網(wǎng)供電分區(qū)均可同時(shí)從兩個(gè)變電所獲得電流，這稱為雙邊供電。一般來說，車輛段內(nèi)采用單邊供電方式，正線采用雙邊供電方式。02城軌牽引動(dòng)力系統(tǒng)二、城軌牽引動(dòng)力系統(tǒng)

不同的城市軌道交通模式，所采用的車輛類型之間有很大的差異。但不論是地鐵車輛、輕軌車輛或是獨(dú)軌車輛，均為電動(dòng)車組編列運(yùn)行，都有動(dòng)車和拖車及帶駕駛室車和不帶駕駛室車之分。上海地鐵車輛共分3種車型：A型帶駕駛室的拖車，B型帶受電弓的動(dòng)車，C型不帶受電弓的動(dòng)車。1．車輛簡(jiǎn)介

6節(jié)編組的形式可以為A-B-C-C-B-A，也可以編成A-B-C-B-C-A。當(dāng)為8節(jié)編組時(shí)，可以編成A-B-C-B-C-B-C-A，也可以是A-B-C-C-B-B-C-A。二、城軌牽引動(dòng)力系統(tǒng)

牽引系統(tǒng)的基本工作原理是將接觸網(wǎng)（軌）的高壓直流電通過逆變器轉(zhuǎn)換成頻率和電壓均可調(diào)的三相交流電，供給驅(qū)動(dòng)用牽引電機(jī)。2．牽引傳動(dòng)系統(tǒng)二、城軌牽引動(dòng)力系統(tǒng)

列車受電弓從接觸網(wǎng)接受電流，通過高速斷路器后，將直流電流送入VVVF牽引逆變器。VVVF牽引逆變器采用脈寬調(diào)制（PWM）模式，將直流電逆變成頻率、電壓可調(diào)的三相交流電，平行供給車輛四臺(tái)交流籠型異步牽引電機(jī)，對(duì)電動(dòng)機(jī)進(jìn)行調(diào)速，實(shí)現(xiàn)列車的牽引與制動(dòng)功能。其半導(dǎo)體變流元件采用大功率晶閘管，輸出可調(diào)頻、調(diào)壓的電源供牽引電機(jī)使用。2．牽引傳動(dòng)系統(tǒng)二、城軌牽引動(dòng)力系統(tǒng)

（1）工作原理當(dāng)初級(jí)繞組通入交流電源時(shí)，便在氣隙中產(chǎn)生行波磁場(chǎng)，次級(jí)在行波磁場(chǎng)切割下，將感應(yīng)出電動(dòng)勢(shì)并產(chǎn)生電流，該電流與氣隙中的磁場(chǎng)相作用就產(chǎn)生電磁推力。如果初級(jí)固定，則次級(jí)在推力作用下做直線運(yùn)動(dòng)；反之，則初級(jí)做直線運(yùn)動(dòng)。3.直線電機(jī)在城軌列車上的運(yùn)用車輛平穩(wěn)運(yùn)行時(shí)，定子與感應(yīng)軌之間的間隙一般保持在10mm左右。二、城軌牽引動(dòng)力系統(tǒng)（2）使用直線電機(jī)牽引的優(yōu)點(diǎn)①省去了把旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換為直線運(yùn)動(dòng)的中間轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)，節(jié)約了成本，縮小了體積。②不存在中間傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的慣量和阻力的影響，反應(yīng)速度快，靈敏度高，準(zhǔn)確度高。③直線電動(dòng)機(jī)容易密封，不怕污染，適應(yīng)性強(qiáng)。④直線電機(jī)散熱條件好，溫升低，可提高電機(jī)的容量定額。⑤裝配靈活性大，往往可以將電機(jī)與其他機(jī)件合成一體。⑥減少隧道及高架的過渡段，減少拆遷工作量，隧道斷面小，大大降低工程投資。3.直線電機(jī)在城軌列車上的運(yùn)用（3）使用直線電機(jī)牽引存在的不足車載定子與地面轉(zhuǎn)子間空隙較大，一般定在12mm左右，且未形成閉環(huán)，漏磁場(chǎng)較大，機(jī)電能量