1、高速铁路概论1高速铁路概论高速铁路概论课程内容安排课程内容安排 第一讲：第一讲：高速铁路概述高速铁路概述 第二讲：第二讲：高速铁路基础设施与车站高速铁路基础设施与车站 第三讲：第三讲：高速铁路牵引供电、车辆动力与车辆高速铁路牵引供电、车辆动力与车辆 第四讲：第四讲：高速列车信号、控制系统、通信系统高速列车信号、控制系统、通信系统 第五讲：第五讲：高速铁路运输组织与高速铁路客运服务高速铁路运输组织与高速铁路客运服务 第六讲：第六讲：高速铁路运用安全保障与环保高速铁路运用安全保障与环保 复习复习 考试考试2内容提要：内容提要：第一章第一章 高速铁路牵引供电高速铁路牵引供电 第二章第二章 高速铁路车
2、辆高速铁路车辆3第一章第一章 高速铁路牵引供电高速铁路牵引供电1.1.牵引供电系统牵引供电系统2.2.接触网接触网3.3.综合综合SCADASCADA系统系统452022-10-31高速铁路牵引供电系统的高速铁路牵引供电系统的特点特点牵引供电系统的特点列车速度高，列车通过供电臂时间短供电臂中负荷电流波动大机车牵引电流大，牵引供电系统供电功率大牵引供电系统应适应高速列车采用再生制动工况一一.牵引供电系统牵引供电系统l 电气化铁道（电气化铁道（Electric Railways）使用外部输入的电力能源（使用外部输入的电力能源（electric power）来驱动列车行驶的）来驱动列车行驶的铁道运输
3、方式。铁道运输方式。电能具有不能大量储存的特点。电能具有不能大量储存的特点。电气化铁道包括：电力机车（含电动车组）、沿线的供电设施。电气化铁道包括：电力机车（含电动车组）、沿线的供电设施。l 牵引供电系统（牵引供电系统（Traction Power Supply Systems）向电力机车提供电能的沿线供电设施，从电能的传输、分配角向电力机车提供电能的沿线供电设施，从电能的传输、分配角度构成牵引供电系统。度构成牵引供电系统。牵引供电系统主要包括：牵引变电所牵引供电系统主要包括：牵引变电所 牵引网牵引网 专用高压供电线路专用高压供电线路6牵引供电系统示意图牵引供电系统示意图 额定电压25kV，正
4、常工作范围2029kV。牵牵引引变变电电所所电电力力系系统统牵牵引引网网钢钢轨轨接接触触网网 YNd11接线 单相Ii接线 单相Vv接线 YN 接线 YN 接线 Scott接线 YNd11d1接线 直接供电方式 带回流线的直接供电方式 吸流变压器(BT)供电方式 自耦变压器(AT)供电方式7牵引变电所（牵引变电所（Traction Substation,SS）l从公用电力系统（从公用电力系统（Public Electric Power Systems）接受电能，通过）接受电能，通过变压器将电能从三相变压器将电能从三相110kV或或220kV变换成单相变换成单相27.5kV（对（对AT系统为系统
5、为55kV或或227.5kV），并向铁路上、下行两个方向的牵引网供电。），并向铁路上、下行两个方向的牵引网供电。l 变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。l 变电所的主要设备：变电所的主要设备：牵引变压器（有多种接线方式）牵引变压器（有多种接线方式）断路器（断路器（SF6、真空、少油、油断路器），隔离开关、真空、少油、油断路器），隔离开关 避雷器、避雷针避雷器、避雷针 电压互感器、电流互感器电压互感器、电流互感器 二次设备（控制、保护、测量、计量、监视和电源设备）二次设备（控制、保护、测量、计量、监视和电源设备）无功补偿装置、调压装置无功补偿装置、调压装置8一
6、一.牵引供电系统牵引供电系统牵引网（牵引网（Traction Network）由馈电线、接触网、轨道、回流线等设施构成的输电网络。由馈电线、接触网、轨道、回流线等设施构成的输电网络。馈电线馈电线（Feeder，引出线，引出线:Lead Wire）连接牵引变电所和接触网连接牵引变电所和接触网的导线的导线接触网接触网沿线路露天敷设，通过和受电弓的滑动接触把电能输送沿线路露天敷设，通过和受电弓的滑动接触把电能输送给电力机车的供电设施。由接触线、承力索以及支持、悬挂和定位给电力机车的供电设施。由接触线、承力索以及支持、悬挂和定位等装置组成。从牵引网角度关注的是接触线、承力索和加强线等载等装置组成。从牵
7、引网角度关注的是接触线、承力索和加强线等载流导线。流导线。轨道轨道 牵引电流的回流导线；支撑与导向；信号专业轨道电路牵引电流的回流导线；支撑与导向；信号专业轨道电路回流线回流线指连接轨道和牵引变电所的导线指连接轨道和牵引变电所的导线其他设施其他设施 负馈线（回流线），吸上线，负馈线（回流线），吸上线，BT，AT，正馈线，保护线，地线，正馈线，保护线，地线，供电线供电线9一一.牵引供电系统牵引供电系统牵引供电系统的其他设施牵引供电系统的其他设施分区所（分区所（Section Post,SP）设于两变电所之间，把电气化铁道牵引网分成不同供电区段，设有设于两变电所之间，把电气化铁道牵引网分成不同供电
8、区段，设有开关设备，根据运行需要可以连接同一供电臂的上、下行接触网，开关设备，根据运行需要可以连接同一供电臂的上、下行接触网，或连接不同的供电臂以实现越区供电。或连接不同的供电臂以实现越区供电。开闭所（开闭所（Sub-feeder Switching Post,SFSP）实际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、多路馈线，以实际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、多路馈线，以实现对站场各股道群的分别供电控制。实现对站场各股道群的分别供电控制。（1）进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区接触网停、供）进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区接触网停、供电电 （2）在断路器上可实现短路
9、故障保护，从而缩小事故停电范围）在断路器上可实现短路故障保护，从而缩小事故停电范围（3）对）对AT牵引网，往往同牵引网，往往同ATP合建，增强对供电臂供电的灵活性合建，增强对供电臂供电的灵活性AT所（所（AT Post,ATP）AT供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上放置自耦供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上放置自耦变压器的场所。变压器的场所。10一一.牵引供电系统牵引供电系统l电气化铁道属一级负荷，对供电可靠性要求高。牵引变电气化铁道属一级负荷，对供电可靠性要求高。牵引变电所一般设置两台变压器，要求有两回独立电源。电所一般设置两台变压器，要求有两回独立电源。l独立电
10、源独立电源 一回电源的故障停电，应不影响另一回电源的工作。一回电源的故障停电，应不影响另一回电源的工作。（1）引自不同的变电所（甚至不同地域的变电所）引自不同的变电所（甚至不同地域的变电所）（2）引自同一变电所的不同母线（分别运行）引自同一变电所的不同母线（分别运行）l在布置变电所位置时，就要考虑外部电源条件，同电力在布置变电所位置时，就要考虑外部电源条件，同电力部门协商供电方案。部门协商供电方案。1.1 电力系统向电气化铁道的供电电力系统向电气化铁道的供电11l国外高速铁路普遍采用高电压、大容量的电源供电，绝国外高速铁路普遍采用高电压、大容量的电源供电，绝大多数都采用大多数都采用220kV或
11、以上电压等级，个别采用或以上电压等级，个别采用132kV或或154kV时，则要求其由较大的系统短路容量。时，则要求其由较大的系统短路容量。l我国基本上形成了以我国基本上形成了以500k V线路为骨架、省间线路为骨架、省间220kV为为主干通道的四通八达的输变电网络。这为客运专线采用主干通道的四通八达的输变电网络。这为客运专线采用220kV电源电压创造了条件。电源电压创造了条件。l220kV电网的短路容量较之同一系统的电网的短路容量较之同一系统的110kV电网显著电网显著增大，一般为增大，一般为3-4倍以上，牵引变电所采用倍以上，牵引变电所采用220kV进线将进线将使电压总谐波畸变率、三相电压使
12、电压总谐波畸变率、三相电压 不平衡度和电压波动百不平衡度和电压波动百分数等电能质量指标明显降低，助于减轻牵引负荷对电分数等电能质量指标明显降低，助于减轻牵引负荷对电力系统的不良影响。力系统的不良影响。1.1 电力系统向电气化铁道的供电电力系统向电气化铁道的供电12复线复线SS1SP单边分开供电SS1SP单边并联供电SS1SP单边全并联供电SS1SS2双边纽结供电131.2 牵引变电所向牵引网的供电牵引变电所向牵引网的供电141.3 牵引网向电力机车的供电牵引网向电力机车的供电为保证向动车组提供合格的电压，同时减少电气化铁道对邻近通信线路的干扰影响，牵引网有不同的拓扑结构。高速铁路牵引网一般采用
13、带负馈线的直接供电方式和AT供电方式。（1）带负馈线的直接供电方式）带负馈线的直接供电方式电流从牵引变电所馈线通过接触网流向动车组，从动车组下到电流从牵引变电所馈线通过接触网流向动车组，从动车组下到钢轨上，回流分为三部分：一部门直接沿钢轨流回变电所，约钢轨上，回流分为三部分：一部门直接沿钢轨流回变电所，约占占40%40%；一部门从钢轨通过吸上线流向负馈线，通过负馈线返；一部门从钢轨通过吸上线流向负馈线，通过负馈线返回变电所，约占回变电所，约占30%30%；剩余电流从钢轨漏泄至大地，沿大地流；剩余电流从钢轨漏泄至大地，沿大地流向牵引变电所，在变电所附近，返回钢轨或变电所地网。向牵引变电所，在变电
14、所附近，返回钢轨或变电所地网。UsFTRI151.3 牵引网向电力机车的供电牵引网向电力机车的供电（2）自耦变压器供电方式（）自耦变压器供电方式（AT方式）方式）ATAT牵引网的电压损失降低、电能输送能力增强，对通信线路牵引网的电压损失降低、电能输送能力增强，对通信线路的干扰防护能力要优于带负馈线的直接供电方式，特别适于的干扰防护能力要优于带负馈线的直接供电方式，特别适于重载和高速运输。我过新建的重载和高速运输。我过新建的250km/h250km/h及以上高速铁路普遍及以上高速铁路普遍采用采用ATAT供电方式，供电臂长度一般为供电方式，供电臂长度一般为30-40km30-40km，设，设2 2
15、个或个或3 3个个ATAT段。段。UsFTR自耦变压器 Auto-transformer161.3 牵引网向电力机车的供电牵引网向电力机车的供电东海道、东海道、东北东北、上越上越、山、山阳、北陆、盛冈阳、北陆、盛冈-秋田、盛秋田、盛岗八户等所有新干线总长岗八户等所有新干线总长2154km，全部采用全部采用AT供电供电方式，运营速度为方式，运营速度为260300km/h日日本本东 南 线（东 南 线（4 2 6 k m，270km/h）为为AT与直与直供混合供电方式，而大供混合供电方式，而大西洋线、北方线、地中西洋线、北方线、地中海线总长海线总长918km，全部全部采用采用AT供电方式，运供电方
16、式，运营 速 度 为营 速 度 为 3 0 0 350km/h法法国国德德国国曼海姆斯图加特、汉诺曼海姆斯图加特、汉诺威维尔茨堡、汉诺威威维尔茨堡、汉诺威柏林、法兰克福科隆、柏林、法兰克福科隆、纽伦堡英格尔斯塔特等纽伦堡英格尔斯塔特等所有高速线路全长所有高速线路全长880km，均采用直接供电方式，运均采用直接供电方式，运营速度为营速度为250330km/h国外情况国外情况171.3 牵引网向电力机车的供电牵引网向电力机车的供电汉 城 釜 山 全 长汉 城 釜 山 全 长412km，采用采用AT供供电方式，运营速度为电方式，运营速度为300km/h韩国韩国马德里塞维利亚（马德里塞维利亚（471k
17、m，250km/h）采用直接供电方采用直接供电方式，马 德 里 巴 塞 罗 那式，马 德 里 巴 塞 罗 那（730km，350km/h）采用采用AT供电方式供电方式西班西班牙牙都灵佛罗伦萨，都灵佛罗伦萨，罗 马 那 不 勒 斯罗 马 那 不 勒 斯（6 2 0 k m，300km/h）采用采用AT供电方式供电方式意大意大利利另外，中国台湾的台北高雄高速铁路也采用另外，中国台湾的台北高雄高速铁路也采用AT供电方式供电方式181.3 牵引网向电力机车的供电牵引网向电力机车的供电19961996年年日日 本本山阳新干线山阳新干线300km/h300km/hATAT19831983年年法法 国国TG
18、VTGV东南线东南线300km/h300km/hAT+AT+直供直供19901990年年法法 国国TGVTGV大西洋线大西洋线300km/h300km/hATAT19941994年年法法 国国TGVTGV北方线北方线300km/h300km/hATAT20012001年年法法 国国TGVTGV地中海线地中海线350km/h350km/hATAT20032003年年韩韩 国国汉城汉城釜山釜山300km/h300km/hATAT20042004年年西班牙西班牙马德里马德里巴塞罗那巴塞罗那350km/h350km/hATAT20042004年年意大利意大利都灵都灵佛罗伦萨佛罗伦萨300km/h300
19、km/hATAT20082008年年意大利意大利罗马罗马那不勒斯那不勒斯300km/h300km/hATAT50Hz/60Hz、25kV牵引供电方式（牵引供电方式（300350km/h）191.3 牵引网向电力机车的供电牵引网向电力机车的供电l接触网沿着铁路线路露天铺设，通过接触线和受电接触网沿着铁路线路露天铺设，通过接触线和受电弓的滑动接触把电能输送给电力机车，是高速铁路弓的滑动接触把电能输送给电力机车，是高速铁路的重要供电措施。的重要供电措施。l接触网主要由接触悬挂、支持和定位装置、补偿下接触网主要由接触悬挂、支持和定位装置、补偿下锚装置、支柱与基础以及辅助供电设施等构成。锚装置、支柱与基
20、础以及辅助供电设施等构成。20二、接触网二、接触网 是将电能传给电力机车的供电设备。它包括接触线、承力索、吊弦以及连接它们的零件。一）一）接触悬挂接触悬挂弹性吊索吊弦承力索接触线接触悬挂是通过支持装置架设在支柱上，接触线与电力机车受电弓直接接触。是直接与电力机车受电弓接触，经常处于磨擦状态铜合金导体。是将接触线通过吊弦悬挂起来，不直接参与与电力机车受电弓磨擦的铜合金绞线。主要是在不增加支柱的情况下，增加了接触线的悬挂点，提高了接触线的稳定性，减小了接触线的弛度，改善了接触线的弹性。接触线接触线承力索承力索 盘营客专接触网承力索、接触线设计使用类型盘营客专接触网承力索、接触线设计使用类型线线 材
21、材 用用 途途线线 材材 规规 格格张张 力力承力索客专正线JTM-12021站 线JTM-9515接触线客专正线CTMH15030站 线CTMH12015区区 段段线线 材材 用用 途途线线 材材 规规 格格张张 力力右线：右DK1+601至DK5+636正线(承力索+接触线)JTM-120+CTMH15015+15左线：DK0+000至DK5+636正线(承力索+接触线)JTM-120+CTMH15015+15盘锦北至右DK1+601正线(承力索+接触线)JTM-95+CTHA-12015+15与哈大联络线正线(承力索+接触线)JTM-120+CTMH15015+151.高速段2.低速段（
22、联络线）接触线载流环承力索载流环接触线承力索吊弦吊弦用来在链形悬挂中，将接触线用来在链形悬挂中，将接触线悬挂在承力索上，通过调节吊悬挂在承力索上，通过调节吊弦的长短来保证接触悬挂的结弦的长短来保证接触悬挂的结构高度和接触线高度，从而改构高度和接触线高度，从而改善接触悬挂的弹性，提高受电善接触悬挂的弹性，提高受电弓的受流质量。弓的受流质量。列车前进方向262022-10-31 高速铁路对接触网的要求高速铁路对接触网的要求机械结构具有稳定性和足够的弹性机械结构具有稳定性和足够的弹性,在高速运行时保证电在高速运行时保证电力机车正常取流力机车正常取流设备及零件应具有很强的耐磨性和抗腐蚀能力设备及零件应
23、具有很强的耐磨性和抗腐蚀能力 尽量延长尽量延长设备的使用年限设备的使用年限设备结构尽量简单设备结构尽量简单 便于施工，有利于运营和维修便于施工，有利于运营和维修对地绝缘好，安全可靠对地绝缘好，安全可靠4.5高速铁路的特点及对接触网的要求二、接触网二、接触网272022-10-31 接触线的相关情况接触线的相关情况在高速运行时，如果离线，则会产生电火花、拉弧、事在高速运行时，如果离线，则会产生电火花、拉弧、事故大电流，从而使接触导线的温度急剧升高，磨耗工作面故大电流，从而使接触导线的温度急剧升高，磨耗工作面处于局部过热状态而发生软化，造成强度和表面硬度下降处于局部过热状态而发生软化，造成强度和表
24、面硬度下降，使磨耗加快、使用寿命缩短；高温强度低而发生断线弓，使磨耗加快、使用寿命缩短；高温强度低而发生断线弓网事故网事故 对接触线的要求对接触线的要求高导电率高导电率 良好的受流性良好的受流性耐热性好耐热性好 抗软化温度高抗软化温度高耐磨性好耐磨性好抗拉强度高抗拉强度高抗大气腐蚀性能好抗大气腐蚀性能好线膨胀系数小线膨胀系数小二、接触网二、接触网1 1接触网悬挂方式接触网悬挂方式 接触网的三种悬挂方式（接触网的三种悬挂方式（复链复链、弹链弹链、简链简链）在国外高速）在国外高速客运专线中均有采用；客运专线中均有采用；理论上讲，理论上讲，复链型悬挂复链型悬挂的性能最为优越，也最适合于高速的性能最为
25、优越，也最适合于高速运行，但其结构太复杂，施工及运营维护不方便；运行，但其结构太复杂，施工及运营维护不方便；弹性链形悬挂弹性链形悬挂能满足高速弓网受流质量要求，但接触线动能满足高速弓网受流质量要求，但接触线动态抬升量大，容易产生疲劳，且弹性吊索安装、调整工作量态抬升量大，容易产生疲劳，且弹性吊索安装、调整工作量大；大；简单链型悬挂简单链型悬挂也能够满足高速弓网受流要求，国内具有丰也能够满足高速弓网受流要求，国内具有丰富的设计、施工及运营经验，但静态弹性不均匀度较大，动富的设计、施工及运营经验，但静态弹性不均匀度较大，动态接触力标准偏差较弹链和复链大。态接触力标准偏差较弹链和复链大。28二、接触
26、网二、接触网1.25辅助承力索接触线承力索弹性吊索承力索接触线承力索接触线弹性吊索接触线简单链形悬挂简单悬挂弹性链形悬挂复链形悬挂19961996年年日日 本本山阳新干线（改造）山阳新干线（改造）300km/h300km/h复链复链19901990年年法法 国国TGVTGV大西洋线大西洋线300km/h300km/h简链简链19941994年年TGVTGV北方线北方线300km/h300km/h20012001年年TGVTGV地中海线地中海线350km/h350km/h20022002年年德国德国法兰克福法兰克福科隆科隆300km/h(300km/h(设计设计330km/h)330km/h)弹
27、链弹链20042004年年纽伦堡纽伦堡英格尔斯塔英格尔斯塔特特300km/h(300km/h(设计设计330km/h)330km/h)20032003年年韩韩 国国汉城汉城釜山釜山300km/h300km/h简连简连20042004年年西班牙西班牙马德里马德里巴塞罗那巴塞罗那350km/h350km/h弹链弹链20062006年年中国台湾中国台湾台北台北高雄高雄350km/h350km/h复链复链时速时速300300km/hkm/h以上高速铁路接触网悬挂方式以上高速铁路接触网悬挂方式30二、接触网二、接触网2导线高度及结构高度 在满足建筑限界的情况下，接触线的悬挂高度应尽量低，以减小空气在满足
28、建筑限界的情况下，接触线的悬挂高度应尽量低，以减小空气动力对弓网受流质量的影响。国外高速铁路接触线高度如下：动力对弓网受流质量的影响。国外高速铁路接触线高度如下：日本：日本：5000mm法国：法国：5080mm德国：德国：5300mm 我国客运专线车辆建筑限界高度为我国客运专线车辆建筑限界高度为4800mm，综合考虑绝缘距离、综合考虑绝缘距离、导线弛度、施工误差等因素，客运专线接触线悬挂点高度定为导线弛度、施工误差等因素，客运专线接触线悬挂点高度定为5300mm，最低点高度为最低点高度为5150mm。31二、接触网二、接触网 是沿铁路线路纵向安装，随着不同的线路情况（区间、站是沿铁路线路纵向安
29、装，随着不同的线路情况（区间、站场、桥梁、隧道），支持接触悬挂的结构也有不同的类型场、桥梁、隧道），支持接触悬挂的结构也有不同的类型。1.1.在区间主要是以腕臂支持结构；在区间主要是以腕臂支持结构；2.2.站场大于站场大于3 3个股道时，一般采用软横跨、硬横跨结构方式个股道时，一般采用软横跨、硬横跨结构方式，其中硬横跨也是以腕臂结构安装的一种。，其中硬横跨也是以腕臂结构安装的一种。3.3.隧道和桥梁等大型建筑物处则据其内部结构而有不同的隧道和桥梁等大型建筑物处则据其内部结构而有不同的设计形式，必要时采用特殊结构（如大限界框架、多线设计形式，必要时采用特殊结构（如大限界框架、多线路腕臂等方式）。
30、路腕臂等方式）。二）二）支持装置（腕臂系统等支持装置（腕臂系统等）二、接触网二、接触网 是安装在支柱上（由平腕臂、斜腕臂、支持等组成），用以支持接触悬挂，并起传递负荷的作用腕臂管一般采用圆钢管制成。目前常速铁路一般采用无缝型热镀锌钢管，客专和高铁一般采用铝合金管。盘营客专平、斜腕臂采用70型铝合金管，定位管采用55型铝合金管，支撑采用45型铝合金管。腕臂结构a)反定位结构b)正定位结构平腕臂斜腕臂腕臂支撑定位管支撑腕臂底座棒式绝缘子吊线定位管定位器 是使电力机车受电弓滑板在运行中与接触线始终良好地接触取流，将接触线按受电弓运行要求进行定位的装置。三）三）定位装置定位装置作用：作用：1.1.使接
31、触线始终在受电弓滑板的工作范围内，保证使接触线始终在受电弓滑板的工作范围内，保证电车机车良好的取流，避免脱弓，造成成事故。电车机车良好的取流，避免脱弓，造成成事故。2.2.将接触线在直线区段的将接触线在直线区段的“之之”字力、曲线区段的字力、曲线区段的水平力及风力传递给腕臂水平力及风力传递给腕臂定位装置西班牙马德里巴塞罗那线（限位定位器）西班牙马德里巴塞罗那线（限位定位器）35第三节 高速弓网受流 在高速运行条件下，接触网-受电弓系统的工作对受电产生的影响，表现在以下几个方面：高速弓-网关系主要表现形式 压力变小会造成受电弓离线，出现电弧，使弓、线烧伤；压力变大会使接触导线过分升高，同时使受电
32、弓滑板和接触导线的磨接加剧；总之，接触网受电弓系统的动态特性是高速受电的主要研究课题之一。压力变化的后果 高速列车投入运用后，即暴露出由于接触导线波动而产生严重的电弧放电以及强烈的噪声问题。多弓的情况更为严重。如日本100系列高速列车，有6个相距很近的受电弓同时工作(0系列高速列车升弓更多)。(2)接触导线的震动和噪声 高速运行时，接触导线会产生复杂的多层横波，其后果是：受电弓无法追随处于波动中的接触导线以保持紧密、连续接触，导致受电弓频繁离线。此外，6个受电弓同时升起与接触导线接触，犹如6把高速拉动的“琴弓”在一根“琴弦”上同时“奏乐”，产生极大的噪声。因此，如何解决接触导线的波动对接触网-
33、受电弓系统工作的影响，以及解决多弓受电而引起的强烈噪声也是一个重要的研究课题。当接触网的连接系统不能适应列车运行速度的要求时，受电弓的滑板就会与接触导线脱离。高速运行时，受电弓的向上推力指使接触导线的位置急速变化，这一变化以横波的形式沿接触导线前后传播，使导线产生波动；如果其传播速度赶不上高速列车的运行速度就会产生离线现象。(3)离线问题1）造成供电时断时续，引起列车严重冲动；2）会使弓、线间出现电弧放电、引起电蚀；3）使两者的工作表面严重粗糙，进一步使弓、线磨损加速，工作寿命缩短；4）会造成牵引电流的急剧变化，有损于牵引电机的技术状态；5）会对通信线路产全干扰。因此，对离线的研究也是高速受电
34、的一个主要研究方向。离线的危害四、综合四、综合SCADA系统系统高速铁路综合监控系统简介高速铁路综合监控系统简介 随着高速铁路的发展，为了保证高速铁路供电设随着高速铁路的发展，为了保证高速铁路供电设备安全可靠运行、故障及时快速处理，需要发展备安全可靠运行、故障及时快速处理，需要发展高速铁路监控系统。高速铁路监控系统。44SCADA系统的基本概念系统的基本概念 SCADA(Supervisory Control And Data SCADA(Supervisory Control And Data Acquisition)Acquisition)系统：即数据采集与监视控制系统。系统：即数据采集与
35、监视控制系统。远动系统：用通信手段通过一个或多个相互连接（远动系统：用通信手段通过一个或多个相互连接（或非连接）的通道，对远方处于分散状态的生产过或非连接）的通道，对远方处于分散状态的生产过程的集中监测，控制和集中管理。程的集中监测，控制和集中管理。牵引供电远动系统是牵引供电远动系统是SCADASCADA系统的一个典型应用。系统的一个典型应用。45四、综合四、综合SCADA系统系统SCADA系统的基本概念系统的基本概念 牵引供电系统中使用的牵引供电系统中使用的SCADASCADA系统主要监控牵引供电系统沿线各系统主要监控牵引供电系统沿线各变电所，分区所，开闭所的设备运行状态，完成遥控、遥测、遥
36、变电所，分区所，开闭所的设备运行状态，完成遥控、遥测、遥信、遥调、遥视、保护及调度管理，辅助完成事故分析及处理等信、遥调、遥视、保护及调度管理，辅助完成事故分析及处理等功能。功能。l 遥控：遥控是从调度所发出命令以实现远方操作和切换。这种命遥控：遥控是从调度所发出命令以实现远方操作和切换。这种命令只取有限个离线值，通常只取两种状态指令，例如命令开关的令只取有限个离线值，通常只取两种状态指令，例如命令开关的“合合”，“分分.，指令。遥控分为单控、程控。，指令。遥控分为单控、程控。l 遥调：遥调是指调度所直接对被控站某些设备的工作状态和参数遥调：遥调是指调度所直接对被控站某些设备的工作状态和参数的
37、调整，如调整变电所的某些量值的调整，如调整变电所的某些量值(如变压器等可进行分级调整如变压器等可进行分级调整)。l 遥测：遥测是将被控站的某些运行参数传送给调度所。遥测：遥测是将被控站的某些运行参数传送给调度所。l 遥信：遥信是将被控站的设备状态信号远距离传给调度所。遥信：遥信是将被控站的设备状态信号远距离传给调度所。l 遥视：遥视是将被控站设备的视频信号传送给调度所，进行远方遥视：遥视是将被控站设备的视频信号传送给调度所，进行远方图像监视图像监视.46四、综合四、综合SCADA系统系统SCADA系统的组成系统的组成l SCADASCADA系统由调度端、被控站及信道等组成。系统由调度端、被控站
38、及信道等组成。l 调度端：设在电力调度所内完成远方对象的监控、数据统调度端：设在电力调度所内完成远方对象的监控、数据统计及管理功能等；计及管理功能等；l 被控站：被控端完成被控站：被控端完成SCA DASCA DA系统的数据采集、预处理，发系统的数据采集、预处理，发送、接收及输出执行功能，常规远动系统被控端为远方终送、接收及输出执行功能，常规远动系统被控端为远方终端设备（端设备（Remote Terminal UnitRemote Terminal Unit，即，即RTURTU）；）；l 信道：远动信息传输的介质（通路）称为信道，可分为有信道：远动信息传输的介质（通路）称为信道，可分为有线信道
39、及无线信道。线信道及无线信道。47四、综合四、综合SCADA系统系统牵引供电牵引供电SCADA系统的基本功能系统的基本功能l 牵引供电系统中使用的牵引供电系统中使用的SCADASCADA系统主要监控牵引供电系统沿系统主要监控牵引供电系统沿线各变电所，分区所，开闭所的设备运行状态，完成遥控，线各变电所，分区所，开闭所的设备运行状态，完成遥控，遥测，遥信，遥调，遥视，保护及调度管理；遥测，遥信，遥调，遥视，保护及调度管理；l 故障定位，辅助完成设备维修，设备事故处理等功能；故障定位，辅助完成设备维修，设备事故处理等功能；l 向其它系统提供共享数据，相关系统联动。向其它系统提供共享数据，相关系统联动
40、。48四、综合四、综合SCADA系统系统SCADA系统的工作流程系统的工作流程49四、综合四、综合SCADA系统系统50列车牵引传动系统组成及工作原理 受电弓将接触网的受电弓将接触网的AC25KVAC25KV单相工频交流电输送给牵引变单相工频交流电输送给牵引变压器压器 经变压器降压后的单相交流电供给脉冲整流器经变压器降压后的单相交流电供给脉冲整流器 脉冲整流脉冲整流器将单相输出交流电变换成直流电器将单相输出交流电变换成直流电 经中间直流电路将直流电输出给牵引逆变器经中间直流电路将直流电输出给牵引逆变器 牵引逆变器输出电压电流频率可控的三相交流电供给三相牵引逆变器输出电压电流频率可控的三相交流电
41、供给三相异步电机异步电机 牵引电机轴端输出的转矩与转速通过齿轮传动给轮对，转牵引电机轴端输出的转矩与转速通过齿轮传动给轮对，转换成轮缘牵引力和线速度换成轮缘牵引力和线速度五五、车辆动力装置、车辆动力装置51牵引传动系统牵引高压设备高压设备牵引变流牵引变流牵引驱动牵引驱动高压电器高压电器主变压器主变压器四象限四象限中间电压中间电压过压保护过压保护牵引逆变器牵引逆变器牵引电机牵引电机齿轮箱齿轮箱车轮车轮网侧变流控制器网侧变流控制器电机侧变流控制器电机侧变流控制器车辆控制车辆控制接触网受电弓主变压器变流器牵引电机钢 轨牵引系统关系链再生52 受电弓：受电弓：从接触网获得电能。从接触网获得电能。用于高
42、速受电的受电弓应满足以下基本要求：对高速受电弓的要求 受电弓的滑板与接触导线之间要保持恒定的接触压力，以实现比常规受电弓更为可靠的连续电接触。受电弓的滑板与接触导线之间的接触压力不能过大或过小。因此，受电弓的结构应保证滑板与接触导线在规定的受电弓工作高度范围内保持恒定不变的、大小合适的接触压力。要求一：接触压力 接触压力除与接触网的结构、性能有关外，还与受电弓的静态特性(静止状态下接触压力与受电弓高度的关系)和动态特性(运行状态下受电弓上下运动的惯性力)有关。与常规受电弓相比要尽可能减轻受电弓运动部分的重量，运行中，受电弓将随着接触导线高度变化而上下运动，在高速条件下，这种运动更为频繁，从而直
43、接影响滑板与接触导线之间接触压力的恒定。要求二：减小受电弓的重量降低运动惯性力 对于高速受电弓，除必须保证的机械强度和刚度外，应尽可能降低受电弓运动部分的重量，从而减小运动惯性力。这样才能使受电弓滑板迅速跟上接触导线高度的变化，保证良好的电接触。由于高速运行时空气阻力很大，因此高速受电弓在结构设计上要作充分考虑，力求使作用在滑板上的空气阻力由别的零件承担，从而使受电弓滑板在其垂直工作范围内始终保持水平位置，以减小甚至消除空气阻力对滑板与接触导线间接触压力的影响。要求三：良好的结构设计 滑板的材料、形状、尺寸应适应高速的要求，以保证良好的接触状态及更高的耐磨性能。要求四：对滑板的要求 要求受电弓
44、在其工作高度范围内升降时，初始动作迅速，终了动作较为缓慢，以确保在降弓时快速断弧，并防止升降受电弓对接触网和底架过大的冲击载荷。要求五：受电弓的升降 高性能受电弓图高速受电弓外形弓头阻尼器A D D 系统升弓装置下臂底架上导杆碳滑板下导杆阀板上臂受电弓及附属装置64（2）牵引变压器 牵引变压器也叫主变压器，位于拖车的牵引变压器也叫主变压器，位于拖车的底架上。底架上。Tp1车的牵引变压器的位置 65 作用：作用：将列车供电系统与接触网相隔离将列车供电系统与接触网相隔离 将电网电压转换成适当的电压供列车电气将电网电压转换成适当的电压供列车电气系统系统 提供滤波、保护等，为列车提供安全、可提供滤波、
45、保护等，为列车提供安全、可靠、高质量的电力靠、高质量的电力66（3 3）牵引变流器）牵引变流器电机整流器/逆变器/3交交直牵引变流器结构原理图逆变器整流器 中间直流电路68（4 4）牵引电动机）牵引电动机 CRH1的牵引电机采用三相异步电动机，型号为MJA 220-8，动车的每个转向架安装两台这样的电机，采用电气并联的方式由一个电机变流器供电。牵引模式下电能转换成机械能制动模式下机械能转换成电能牵引电机牵引电机可根据牵引变流器输出三相交流电的幅值和频率的变化，来改变动车组的牵引力和速度。列车制动时牵引电机可在发电状态下运行，将动能转化为电能，达到减速的目的。第二章第二章 高速铁路车辆高速铁路车
46、辆主要内容主要内容2.1 2.1 高速铁路车辆概述高速铁路车辆概述2.2 2.2 高速列车结构及其技术特点高速列车结构及其技术特点2.3 2.3 高速列车关键技术高速列车关键技术2.4 2.4 摆式列车摆式列车2.5 2.5 我国高速列车简介我国高速列车简介702.1 高速铁路车辆概述高速铁路车辆概述铁道车辆是指必须沿着专设轨道运行的车辆。铁道车辆是指必须沿着专设轨道运行的车辆。高速列车的分类高速列车的分类:l 按列车动力配置不同，分为动力分散性和动力集按列车动力配置不同，分为动力分散性和动力集中型；中型；l 按列车各车辆之间的连接方式的不同可以分为按列车各车辆之间的连接方式的不同可以分为独独
47、立转向架式和铰接转向架式。立转向架式和铰接转向架式。71 高速列车的牵引可以采用电传统的机车牵引型式，也可采用动车组牵引型式。由于动车组的轴重低，可以减小对线路的破坏作用，因此目前世界上大部分高速列车采用动车组牵引型式。动车组牵引型式是高速列车主要的牵引方式日本 E2-1000国外典型的高速动车组日本日本 700700系系法国 AGV德国德国 ICE西门子高速列车的牵引动力配置有以下几种方式：(1)牵引动力集中配置于端方式 (2)牵引动力集中配置于两端方式 (3)牵引动力分散配置方式2）牵引动力的配置 这是一种传统的牵引方式，即机车牵引客车方式。高速列车由一台或几台机车集中于一端来牵引。(1)
48、牵引动力集中配置于端方式 法国法国 TGV 这种传统的机车牵引方式既有内燃机车牵引，也有电力机车牵引。一般应用于既有线改造为客货混用的高速铁路上，其最高运行速度为第一速度级(一般在200公里小时左右)。它在高速化的初期为不少国家所采用，特别是内燃机车牵引用与尚未电气化的区段，是种投资少、见效快的牵引方式。绝大多数国家采用的还是电力机车牵引，如英国采用91型电力机车(最高速度为225公里小时)；美国采用AEM7型电力机车(最高速度为202公里/小时)；俄罗斯采用SP200型电力机(最高速度为200公里小时)作为牵引动力。这种牵引方式由于机车总功率较小，难以满足进一步提高速度的要求，因而仅局限于满
49、足最高运行速度为200公里小时的高速客运的需要以及低于该速度的货运需要。高速列车两端为动力车，中间全部为无动力的拖车，牵引采用前挽后推方式。两端设动力车有利于往返运行时不必转向，并有利于前后端流线型处理。(2)牵引动力集中配置于两端方式1）机车模式2）动车组模式集中于两端的动力车可以有几种模式 两端的动力车实际上就是一般的机车，而中间的无动力拖车即为般的客车。如德国的ICE高速列车，这种模式在列车长度方面机动性较大，可随意加大或缩小编组。机车模式机车牵引模式图 两端的动力车与无动力拖车具有共用转向架和铰接机构，构成动车组，如法国的TGV高速列车。这种模式可保持整列车的载荷均匀，运行相对平稳，但
50、由于编组固定，因而在列车长度方面的机动性较差。动车组模式法国 TGV-A高速列车具有铰接机构的动车组车端连接图动车集中动车组结构简图 这是一种动车组牵引方式，也有二种模式：1）完全分散模式2）相对分散模式(3)牵引动力分散配置方式 高速列车编组中的车辆全部为动力车，如日本的0系列高速列车，16辆编组中全部是动力车。完全分散模式 高速列车编组小大部分是动力车，小部分为无动力的拖车。如日本的100系列高速列车，16辆编组中有12辆是动力车，4辆是拖车；300系列的高速列车，16辆编组中有10辆是动力车，6辆是拖车。相对分散模式动力分散动车组结构简图 它将高度集中的牵引动力配置改为分散(或相对分散)
