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1、电力牵引供电系统-城市轨道交通交通工程教研室知识回顾城市轨道交通系统的组成v线路(车站和区间）v车辆v牵引供电系统v通信信号系统v运行与管理系统v环控系统电力牵引特点v运输能力大v牵引性能好v经济效益好v需要司机人数少v司机工作条件好v车辆准备时间少v运用效率高v不污染环境v不受寒冷气候影响电力牵引供电系统供电系统控制系统传动系统电力牵引v电力牵引以电能为动力的牵引方式v原理将电能直接或者经过输送、变换后提供给车组的牵引电动机，由牵引电动机将电能转换成机械能，从而驱动车辆运行。电力牵引v城市轨道交通电力牵引（electric traction of urban railw transit）以电
2、力系统城市电网的电力为动力源，在车辆上将电能转换为机械能，从而牵引列车组在轨道上运行的一种城市交通牵引动力形式。由于它具有准时、快捷、安全、舒适、运量大、编组灵活及节能、无污染等优点，已经成为世界许多国家大中城市公共交通的骨干。v目前全世界已有40多个国家的130多个城市，共修建了7 000 km的城市轨道交通（包括地铁、轻轨）线路。城市轨道交通电力牵引主要由牵引供电系统和电动车组构成（图1）。 图1 城市轨道交通电力牵引系统1牵引变电所；2馈电线；3接触网；4电动车组；5钢轨；6回流线；7电分段。牵引供电系统v牵引供电系统 主要由牵引变电所和牵引网组成，牵引变电所的作用是将城市电网的交流电压
3、（一般为110 kV、：35 kV或10 kV）降压并整流成为直流电压。世界各国城市轨道交通的电压制均为直流，电压等级有600 V到3 000 V各种不同等级。国际电工委员会（IEC）推荐的直流供电电压为DC 750 V（允许波动范围为500V900V）和DC 1 500 V（允许波动范围为1 000 V1 800 V）。v牵引网由馈电线、接触网、轨道和回流线组成。接触网：经过受电器向电动列车供给电能的导电网。回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所的导线馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线轨道（电路）：利用走行轨作为牵引电流回流的电路v接触网是牵引网中最主要的组成部分，车上的受电器通过
4、与它可靠地直接滑动接触，不断取得电能，以保持电动车组的正常运行。接触网按其结构可分为接触轨式和架空式两种。v在城市轨道交通中，地下铁道一般宜用DC 750 V接触轨受流方式，这样隧道净空高度低，接触网结构简单、造价低、便于维修。v接触轨式是沿走行轨道一侧平行铺设第三轨，电动车组从侧面伸出的受电器接触靴与其滑动接触而取得电能。接触轨又分上磨式和下磨式两种。上磨式接触轨安装在专用绝缘子上，工字形轨底朝下，优点是固定方便，缺点是接触靴在其上面滑行，无法加防护罩；下磨式接触轨轨底部上，由绝缘体紧固在弓形肩架上，优点是可以加防护罩，时工作人员较为安全。一次电力系统牵引供电系统电力供电系统v一次电力系统：
5、发电厂、传输线路、区域变电所v轨道交通牵引供电系统：牵引供电和动力照明供电系统供电系统v电力源、输电线：110kvv变电站：变换电压和电流主变电站 DC110kv-35kv牵引变电站 DC35kv-10kv-1500v(750v)降压变电站 DC35kv-10kv-0.4kv车站变电站 AC 220 V、380V、DC110V、24Vv牵引网：供列车牵引回路接触网：经过受电器向电动列车供给电能的导电网。回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所的导线馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线轨道（电路）：利用走行轨作为牵引电流回流的电路v电力监控系统：监控电力设备的运行v车站及区间动力照明系统v
6、杂散电流防护系统：减少地下迷流v防雷设施和接地系统井陉北牵引变电所新温州牵引变电所接触网v接触网是一种悬挂在轨道上方沿轨道敷设的、和铁路轨顶保持一定距离的输电网。 v 接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网。v接触网电分段：电气连接分离v接触网机械分段：机械结构分离v受电方式：受电弓受电三轨受电四轨受电架空接触网v接触网是沿铁路线上空架设的向车辆供电的特殊形式的输电线路。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。 v接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其功用是将从牵引变电所获得的电能输送给电动车组。 v支持装置用以支持接触悬挂，并将其负
7、荷传给支柱或其它建筑物。根据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不同。支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。 v定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。 v支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。我国接触网中采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱，基础是对钢支柱而言的，即钢支柱固定在下面的钢筋混凝土制成的基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的稳定性。预应力钢筋混凝土支柱与基础制成一个整体，下
8、端直接埋入地下。 动力供电系统v降压变电所：将三相电源进线电压降压变为380v交流电。v配电所：电能分配v配电线路：配电所与用电设备之间的导线v远动监控装置 城市轨道交通运行的管理和调度是由控制中心来实现的，其中的电力调度室是供电系统运行的管理和调度部门。供电系统的各类变电所及其他主要设备是沿着轨道线路分散设置的，要保证系统的安全、可靠和提高经济性，就必须对系统进行集中管理和调度，实现系统运行状态的监视和运行方式的控制, 早期的集中调度是通过调度电话来实施的，即通过人与人之间的信息交换，由值班人员对系统的运行方式进行监视和控制，这种间接的监视和控制效率低，可靠性也差。目前现代化的集中调度完全可
9、以通过功能完善、运行可靠的微机远动监控设备，对各类变电所进行直接的集中监和控制，并能和其他系统（如行车指挥系统）交换有关信息，实现整个轨道交通系统的综合自动化。电力监控SCADAv基本任务：实现控制中心对供电系统的集中管理和调度，实时控制和数据采集及时掌握和处理供电系统的事故、报警事件对系统运行的各种数据进行归档和统计v特点：遥控、遥测、遥信、遥调、遥视v组成：主站监控、子站监控和通信传输系统地下迷流v在直流牵引供电系统中，牵引电流并非全部由钢轨流回牵引变电所，而是一部分由钢轨散杂流入大地，再由大地经钢轨流回牵引变电所。v防护：选择高电压、牵引变电所间隔小，减少钢轨接触电阻，采用双边供电，在地
10、下埋设排流管。v车辆电气 车辆包括车辆上各种电气设备及其连接导线。按其作用和功能可分为三个系统：主电路、辅助电路和控制电路。v主电路的作用是实现能量的转换和传递，在牵引工况下，将从变电所传递来的电能转变成机械能，产生车辆运动所需的牵引力；在制动工况下，将车辆的动能转换为制动力或产生电能回馈给牵引变电所。v主电路的电气设备主要包括受电器、高速断路器、牵引传动系统和电动机。随着电力电子器件和计算机技术的发展，牵引传动系统大致经历了20世纪80 年代前的凸轮变阻调压直流传动系统，80年代的斩波调压直流传动系统和90年代的调压调频的交流传动系统三个阶段。v辅助电路是为了保证车辆正常运行和客室的舒适性，
11、包括车辆上所需要的许多辅助设备（如压缩机、空调机、控制设备等）及其供电设备（如直流变交流的静止逆变器等）和连线。v车辆上的控制电路是低压小功率电路，分为有接点的直流电路和无接点的电子电路。前者是由主控制器、继电器、控制电路的低压部分及联锁接点组成：后者由微机及各种电子插板等组成，有列车牵引控制单元、制动控制单元、空调控制单元、逆变器控制单元等。控制电路的作用是控制主电路及辅助电路的各种电器的协调动作，通过司机操纵主控制器各手柄和操纵按钮，使动车组按司机意图或由列车自动运行控制系统控制而运行。电力（牵引）传动系统v直流传动:采用直流电机作为牵引电机直流-直流传动交流-直流传动v交流传动：利用交流
12、电机作为牵引电机直流-交流传动交流-交流传动交流-直流-交流传动直流牵引v优点：不产生电抗压降，触网电压可以不用太高，接触网结构简单v缺点：变电所距离短，设备复杂，建设费用较大v通常选用750V,1500V直流牵引电机在直流电机的两电刷端上加上直流电压将电能输入，电机及将电能转换成机械能而成为电动机；如果原动机或外力矩拖动直流电机的电枢转动，而电刷上不加直流电压，电枢绕组切割定子磁场产生电动势，则电刷端可以引出直流电势作为直流电源，可输送出电能，电机将机械能变换成电能而成为发电机。在牵引系统中，正是利用这种可逆原理实现了牵引与制动。交流电机-异步电机v体积小，容易制造v无换向装置，输出功率大v牵引性能好，能耗小v工作条件要求低，维修少v可简化车辆主电路v笼形异步电动机旋转的机理大体上如下所述。v当在定子绕组中施加三相交流电压时即会产生旋转磁场，如果在定子中放入鼠笼形转子，则鼠笼条就会切割旋转磁场的磁力线，鼠笼条中会流过二次电流，于是转子中会产生旋转力矩。