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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,线路(车站和区间） 车辆 牵引供电系统 通信信号系统 运行与管理系统 环控系统,电力牵引特点,运输能力大 牵引性能好 经济效益好 需要司机人数少 司机工作条件好 车辆准备时间少 运用效率高 不污染环境 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,电力牵引 以电能为动力的牵引方式 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,城市轨道交通电力牵引（electric traction of urban railw
2、 transit）以电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。,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,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
3、用是将城市电网的交流电压（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）。 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,接触网是牵引网中最
4、主要的组成部分，车上的受电器通过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。,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。,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
5、供电系统,电力供电系统,一次电力系统：发电厂、传输线路、区域变电所 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,电力源、输电线：110kv 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、24V 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 电
6、力监控系统：监控电力设备的运行 车站及区间动力照明系统 杂散电流防护系统：减少地下迷流 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,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。 接触网分为架空式接触网和接触轨式接触网。 接触网电分段：电气连接分离 接触网机械分段：机械结构分离 受电方式： 受电弓受电 三轨受电 四轨受电,架空接触网,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。 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
7、获得的电能输送给电动车组。 支持装置用以支持接触悬挂，并将其负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。 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。 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
8、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，下端直接埋入地下。,动力供电系统,降压变电所：将三相电源进线电压降压变为380v交流电。 配电所：电能分配 配电线路：配电所与用电设备之间的导线,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
9、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SCADA,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 特点：遥控、遥测、遥信、遥调、遥视 组成：主站监控、子站监控和通信传输系统,地下迷流,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。 防护
10、：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，在地下埋设排流管。,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。,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。,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
11、流传动系统三个阶段。,辅助电路是为了保证车辆正常运行和客室的舒适性，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。,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,直流传动:采
12、用直流电机作为牵引电机 直流-直流传动 交流-直流传动 交流传动：利用交流电机作为牵引电机 直流-交流传动 交流-交流传动 交流-直流-交流传动,直流牵引,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 缺点：变电所距离短，设备复杂，建设费用较大 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,体积小，容易制造 无换向装置，输出功率大 牵引性能好，能耗小 工作条件要求低，维修少 可简化车辆主电路,笼形异步电动机旋转的机理大体上如下所述。 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。,
