1、现代有轨电车系统构成牵引供电系统2022-11-17第第8 8章章 现代有轨电车系统构成现代有轨电车系统构成牵引供电牵引供电 【问题导入问题导入】现代有轨电车采用DC750供电，通常采用接触网方式供电，除这种供电方式外，还可以采用蓄电池供电或者是地面第三轨道供电，蓄电池供电仅限于局部困难的路段，第三轨道供电仅适用于钢轮钢轨制式有轨电车运行方式。【学习目标学习目标】1.能掌握牵引列车的电动车辆应具有的特性。2.能掌握电力牵引供电系统的供电方式。3.能掌握牵引变电所作用。【教学建议教学建议】1 1教学场地：教学场地：在普通教室、能连接互联网的多媒体教室及现代有轨电车系统的各种模型实训室中进行，课后
2、可实地参观。2 2设备要求：设备要求：各种现代有轨电车仿真模型1套，或能播放视频投影设备及相关课件、视频。3 3课时要求：课时要求：共4课时。【理论知识理论知识】2022-11-171.1 1.1 现代有轨电车牵引供电系统牵引的制式和供电方式现代有轨电车牵引供电系统牵引的制式和供电方式 1.1.现代有轨电车电力牵引的制式现代有轨电车电力牵引的制式 现代有轨电车运行是电力牵引的列车，从列车运行的技术要求来看，牵引列车的电动车辆应具有如下特性：（1）起动加速性能 要求起动加速力度大而且平稳，也就是恒定大的起动力矩，便于列车快速平稳起动。（2）调速性能 列车运行时，有不同的速度要求，容易调速。在调速
3、过程中既要达到变速，还要尽可能经济，不要有太大的能量损耗，且由此引起能耗较小，同时还希望容易实现调速。（3）动力设备容量利用 对列车的主要动力设备-牵引电动机的基本性能要求为，列车轻载时，运行速度可以高一些，而列车重载时运行速度可以低一些。这样无论列车重载或轻载都可以达到牵引电动机容量的充分利用，因为列车牵引力与运行速度的乘积为其功率容量，这时近于常数。2022-11-171.1 1.1 现代有轨电车牵引供电系统牵引的制式和供电方式现代有轨电车牵引供电系统牵引的制式和供电方式 2.2.电力牵引供电系统的供电方式电力牵引供电系统的供电方式 我国和大多数国家一样，电力生产由国家经营管理，因此无论是
4、干线电气化铁路，还是工矿电力牵引和城市轨道交通地铁、现代有轨电车电力牵引用电均由国家统一电网供给，如图8-1所示。图8-1 发电厂到用户用电线路示意图2022-11-171.1 1.1 现代有轨电车牵引供电系统牵引的制式和供电方式现代有轨电车牵引供电系统牵引的制式和供电方式 从发电厂（站）经升压、高压输电网、区域变电站至主降压变电站部分通常被称为牵引供电系统“外部（或一次）供电系统”。从主降压变电站（当它不属于电力部门时）及其以后部分统称为“牵引供电系统”。它应该包括：主降压变电站、直流牵引变电所、馈电线、接触网、走行轨及回流线等。直流牵引变电所将三相高压交流电变成适合电动车辆应用低压直流电。
5、馈电线是将牵引变电所直流电送到现代有轨电车接触装置上，如图8-2所示。图8-2 电力系统到牵引供电系统供电示意图2022-11-171.2 1.2 牵引网牵引网 接触网是在现代有轨电车轨道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。1.1.牵引网的设置牵引网的设置 1）牵引网由接触网和回流网组成。接触网为正极，回流网为负极，并分别通过上网电缆和回流电缆与牵引变电所连接。牵引电流通过导向轨（或回流线）回流变电站。导向轨为特殊断面形状的钢轨，用树脂固定在道床内。2）隧道内接触线距轨面的最低高度为4000mm。地面专用线路接触线距轨面的最低高度为4400mm，非专用线路或平交道口接触线
6、距轨面最低高度为4800mm。（接触网工作高度与车辆自身技术数据有关）。3）牵引网采用直流电流制，正极、负极均不接地。4）接触网结构以弹性简单悬挂形式为主，简单链形悬挂形式为辅，接触网高度一般为5300mm100mm。接触网支柱布置方式，专用线路区段采用上、下行轨道中央立杆架设，混行线路区段采用街道两侧立杆架设，接触线杆上方设城市道路照明系统，景观效果较好。2022-11-171.2 1.2 牵引网牵引网 弹性简单悬挂由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。简单悬挂方式只有导线，没有承力线，结构简单，支柱高度低，支持装置承受的负荷较轻，但是跨度小、弛度大、弹性不均匀、悬挂点有硬点，且在
7、运行中导线会上下振荡。弹性简单悬挂接触网最高试验速度达到160 km/h。城轨交通接触网多采用带补偿装置的弹性简单悬挂接触线下锚处装设了张力补偿装置，以调节接触线张力和弛度的变化。悬挂点处加装一套816m长、倒Y 形的弹性吊索，通过弹性吊索悬挂接触线，减少了悬挂点处产生的硬点，相应改善了悬挂点处的弹性和运行状况。另外，跨距适当缩小，增大接触线的张力，改善弛度对取流的影响，如图8-12图8-17所示。图8-12 弹性简单悬挂 图8-13 接触网结构实物图2022-11-171.2 1.2 牵引网牵引网 图8-14 弹性简单悬挂曲线段单/双定位 图8-15 补偿装置 a）棘轮+重力式 b）弹簧/液
8、压式图8-16 分段绝缘器 图8-17 与周边环境统一设计2022-11-171.2 1.2 牵引网牵引网 链形悬挂的接触线是通过吊弦悬挂在承力索上。承力索悬挂于支柱的支持装置上，使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，利用调整吊弦长度，使接触线链型悬挂在整个跨距内对轨面的距离保持一致。链形悬挂减小了接触线在跨距中间的弛度，改善了弹性，增加了悬挂重量，提高了稳定性，可以满足电力机车高速运行取流的要求。链形悬挂比简单悬挂得到了较好的性能，但也带来了结构复杂、造价高、施工和维修任务量大等许多问题，如图8-18所示。图8-18 链形悬挂示意图和实物图a2022-11-171.2 1.2 牵引网牵引
9、网 5）地面嵌入式接触轨。地面嵌入式接触轨系统(以下简称接触轨系统)应能在自然条件、环境条件与线路条件下运行时，满足安全性、可靠性与易维护性的要求。直流供电电压为750v，允许电压波动范围为500900V。接触轨系统最高运行时速为50kmh。接触轨系统能承受在线路平交道口机动车辆荷载。对平交道口规格不同，采取不同的措施，确保任何状况下不会对行人及车辆构成危险。2.2.道路断面及接触网支柱布置道路断面及接触网支柱布置 根据道路等级和断面划分，现代有轨电车系统在断面位置上常用以下两种方式。（1）路中布置模式2022-11-171.2 1.2 牵引网牵引网 有轨电车运行所需的双线接触网支柱集中敷设于
10、道路中央的绿化带两侧，机动车及非机动车道布设于有轨电车系统两侧，如图8-19所示。图8-19 路中式布置断面图2022-11-171.2 1.2 牵引网牵引网 （2）路侧布置模式 有轨电车运行所需的双线接触网支柱集中敷设于道路外侧，机动车及非机动车道布设于有轨电车系统内侧，如图8-20所示。图8-20 路侧布置断面图2022-11-171.3 1.3 电力监控系统电力监控系统 现代有轨电车供电系统设置电力监控(SCADA)系统。也就是数据采集与监视控制系统。SCADA系统是以计算机为基础的DCS与电力自动化监控系统。保证控制中心对主变电所、牵引变电所、降压变电所等供电设备运行状态监视、控制和数
11、据采集。电力监控(SCADA)系统的运行设备进行测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能,即是四遥功能。RTU(远程终端单元),FTU(馈线终端单元)是它的重要组成部分在现今的变电站综合自动化建设中起了相当重要的作用 电力监控SCADA系统，涉及组态软件、数据传输链路（如：数传电台、GPRS等）工业隔离安全网关，其中安全隔离网关是保证工业信息网络的安全的，工业上大多数都要用到这种安全防护性的网关，防止病毒，以保证工业数据、信息的安全。其中的一种隔离网关是：工业安全防护网关简称隔离网关.电力监控系统还包括电力调度中心、变电所综合自动化（子站）及传输通道。2022-11-171.3 1.3 电力监
12、控系统电力监控系统 电力监控系统的功能应满足变电所无人值班的运行要求。监控对象宜包括遥控、遥信、遥测和遥调对象四部分：1）遥测(遥测信息)：远程测量。采集并传送运行参数，包括各种电气量（线路上的电压、电流、功率等量值）和负荷潮流等。2）遥信(遥信信息)：远程信号。采集并传送各种保护和开关量信息。3）遥控(遥控信息)：远程控制。接受并执行遥控命令，主要是分合闸，对远程的一些开关控制设备进行远程控制。4）遥调(遥调信息)：远程调节。接受并执行遥调命令，对远程的控制量设备进行远程调试，如调节发电机输出功率。5）其他功能：显示功能、数据处理功能、打印功能、汉子功能、口令功能、培训功能，如图8-21所示
13、。2022-11-171.3 1.3 电力监控系统电力监控系统图8-21 电力监控SCADA系统结构图2022-11-171.4 1.4 杂散电流腐蚀与保护杂散电流腐蚀与保护 绝大多数电力牵引轨道交通线路是以走行轨为其电回路的，由于钢轨与大地之间不是绝缘的，因此由钢轨回流牵引变电所的电流必有部分经大地流回牵引变电所。这部分电流因大地土壤的导电性质、地下金属管道位置的不同，可以分布很广，故称之为“迷流”或“杂散电流”。对于直流单边供电区段，一个牵引负荷的情况下，其电流的分布情况，大致示意如图 8-22所示。由图可见，在牵引变电所回流线与钢轨相接的回流点A处，地电流流回牵引变电所。当轨道沿线地下有
14、金属管道或建筑物钢筋等导电物时，地中迷流必多沿金属导体流动，到了回流点附近再流向钢轨回变电所，因此在回流点附近的金属管道形成了阳极区对大地为正），如图8-23所示：2022-11-171.4 1.4 杂散电流腐蚀与保护杂散电流腐蚀与保护 图 8-22 单边供电和一个集中负荷时钢轨内的电流和电位分布示意图2022-11-171.4 1.4 杂散电流腐蚀与保护杂散电流腐蚀与保护 地中迷流危害阳极区是由于杂散电流的产生以及它的电腐蚀效应，使对线路以及周围设施的金属构件构成了一定的威胁。这种电腐蚀总是发生在离子导电电流流出金属结构的地方，即发生在金属与电解质存在的阳极区。杂散电流的阳极电腐蚀对金属的破
15、坏相当严重，能引起水管穿孔漏水、锈蚀、电缆挂钩打火、道钉生锈断裂等，导致现代有轨电车设施的使用寿命降低，造成严重的经济损失。图8-23 接触导线为“+”极性时，阳极区的分布和电保护2022-11-171.5 1.5 动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防 1.1.动力照明供电系统动力照明供电系统 动力照明供电系统的功能是将交流中压（35kV或10kV）降压变成交流220/380V电压，为运营需要的各种机电设备提供电源。动力照明系统动力照明系统的低压配电采用220/380V三相四线制系统（TN-S系统），额定电压偏移量允许在5%范围内，TN-
16、S 方式供电系统是把工作零线N 和专用保护线PE 严格分开的供电系统。系统正常运行时，专用保护线上没有电流，只是工作零线上有不平衡电流。PE 线对地没有电压，所以电气设备金属外壳接零保护是接在专用的保护线PE上，安全可靠。根据各类设备用途和重要性，车站及区间用电设备负荷分为三级:1）一级负荷：变电所所用电、应急照明、地下区间照明、废水泵、雨水泵、消防系统设备等。2）二级负荷：车站公共区正常照明、区间检修电源、设备管理用房照明、不用于疏散的自动扶梯、电梯、污水泵、普通风机及相关阀门、检修电源等。3）三级负荷：电热设备、清扫电源及其他不属于一、二级负荷的用电设备，且停电后不影响轨道交通正常运行的负
17、荷。地面线路和地面车站可与道路照明系统结合，高架和地下线路及车站的系统2022-11-171.5 1.5 动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防 2.2.照明供电系统组成照明供电系统组成照明供电系统由室外架空线路供电给照明灯具和其他用电器具使用的供电线路的总称，有进户线、配电箱、电源的支线和干线组成。（1）照明供电线路的布置现代有轨电车系统的电气照明供电一般应采用380V/220V的三相四线制线路供电，。这样供电方式对三相动力负载可以使用380V的线电压，照明负载可以使用220V的相电压。1）进户线。进户点的位置根据现代有轨电车系统供电电源
18、的位置、设备使用电量的大小，建筑物的大小和用电设备的布置情况综合考虑后确定。进户线距室内地平面不得低于3.5m。2）配电箱。配电箱是接受和分配电能的装置。配电箱装设有开关、熔断器及电度表等电气设备。要求：三相电源的零线不经过开关，直接接在零线极上，各单相电路所需零线都可以从零线接线板上引出。照明配电箱一般距离地面1.5m安装。2022-11-171.5 1.5 动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防 3）干线。从总配电箱到各分配电箱的线路称为干线。干线布置方式主要有以下几种。树干式。适用于狭长车间的车间群供电。放射式。适用于一个电源对车间区
19、域和大型车站供电。混合式。适用于车辆基地、车辆段或停车场的综合供电。4）支线。从分配电箱引出的线路称为支线。3.3.通风空调系统通风空调系统 1)当地下区间隧道的地下段长度大于500m时，应设置机械通风排烟系统。2)区间隧道内通风系统的控制可设置中央控制、就地控制两级。3)地面及高架站公共区尽可能按满足自然通风的条件进行设置。4)地面线路的设备及管理用房应根据功能要求设置局部空调系统，发热量大的设备用房空调系统宜与管理用房空调系统分别独立设置。5)地面变电站宜采用自然通风降温，当自然通风不能达到设备对环境要求时，宜采用机械排风，自然进风的方式。2022-11-171.5 1.5 动力照明供电系
20、统、通风空调系统、给水排水及消防动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防 6)车站公共区可不设置采暖系统。地面线路的管理用房需设采暖装置，设备用房根据工艺要求设采暖装置。采暖热源宜采用电力或其他无污染热源。地面车站及区间变电所的通风与空调系统可仅设置就地控制。7)全封闭声屏障内部应采取有效的自然通风或机械通风措施。4.4.给水排水及消防给水排水及消防1)给水水源应优先采用市政自来水，充分利用市政水压。当沿线无市政自来水时，可采取其他可靠的给水水源。2)循环冷却水系统补水、浇洒、绿化等用水，宜优先采用市政再生水作为水源。3)排水系统的污水、废水和雨水的排放应符合当地和国家现行排放标准和排水
21、体制的规定。4)地下车站、地面及高架车站的消防系统应满足相关规定。5)区间隧道每线设一根消防给水管，管径根据消防流量核算确定，沿线路走向设置DN 65的消火栓头，间距不大于50m。每个消防供水分区引入两路不小于DN 150的市政水源。2022-11-171.5 1.5 动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防 【评价跟进评价跟进】教师的评价教师的评价 由教师在完成本章的教学任务后填写，在相应表格中画“”2022-11-171.5 1.5 动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防动力照明供电系统、通风空调系统、给水排水及消防 学员的评价学员的评价 由学员在完成本章的教学任务后填写，在相应表格中画“”2022-11-17thanks2022-11-17
