[工学]第十三章轨道供电

第十三讲城市轨道供电系统（二）一.接触网二.动力照明系统三.电力监控系统四.杂散电流一接触网一.接触网综述1.牵引网与接触网接触网即经过电动列车的受电器向电动列车供给电能的导电网（有接触轨方式和架空接触网两种方式）。城市轨道交通系统的牵引网是沿线路敷设的专为电动车辆供给电源的装置，是轨道交通供电系统中电动车组供电的直接环节，它由两部分组成，正极接触网供电，负极走行轨回流。牵引网包括接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线等，馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，把牵引变电所电能变换成牵引制式用电能并馈送给接触网。接触网是一种悬挂在轨道上方沿轨道敷设的、与铁路顶轨保持一定距离的输电网。通过电动车组的受电弓（或受流器）和接触网的滑动接触，牵引电能就由接触网进入电动车组，驱动牵引电动机使列车运行。接触网可分为接触轨和架空接触网两种类型。接触轨的主要优点是：使用寿命长，维修量小，在地面对城市景观没有影响，适应于电压较低的制式。接触网的主要优点是：安全性较好，适应于电压较高的制式。接触轨和接触网两种供电方式，目前在世界上许多国家同时并存，到底用哪种方式要根据城市自身的特点决定。2.接触网应满足的要求(1)由于接触网在工作中无备用网，因而要求接触网强度高、且安全可靠；(2)要求在各种气候条件下均应受流良好；(3)因接触网部件更换困难，因此要求接触网性能好、运行寿命长；(4)因其维修是利用行车中的间隔时间进行的，故要求结构轻巧，零部件互换性强，便于施工、维护和抢修；(5)因接触网无法避开腐蚀强、污秽严重等异常环境，应采用耐腐蚀和防污秽技术措施；(6)因采用与受电器摩擦接触的受流方式，因此要求接触网有较均匀的弹性，接触线等部位要有良好的耐磨性。3.接触网的电分段电分段是为了便于检修和缩小事故范围而将接触网分为若干段。电分段根据设置位置分为纵向电分段和横向电分段，纵向电分段指的是沿线路方向进行分段，横向电分段式在线路之间的分段，如在车辆段的各股道之间进行的分段等。电分段通常用分段绝缘器来实现。分段绝缘器是用以实现电分段的专用绝缘装置。目前，广泛采用环氧树脂分段绝缘器，其结构主要由环氧树脂绝缘板、铝合金导流滑板等组成。接触网在正常工作状态下，从牵引变电所直接得到馈电，并构成双边供电。接触网的电分段设在下列各处：(1)车辆出行处（进站端）；(2)辅助线与正线的衔接处；(3)车辆段与正线的衔接处；(4)车辆段库线入口处。4.接触网的供电原理及方式牵引供电所向接触网供电有两种方式：单边供电和双边供电，供电原理如图1所示：接触网通常在相邻两牵引变电所间的中央断开，将两牵引变电所之间两供电臂的接触网分为两个供电分区。每一供电分区的接触网只从一端的牵引变电所获得电流，成为单边供电。如果在中央断开处设置开关设备时，可将两供电分区连通，此处称为分区亭。经分区亭的断路器闭合，则相邻牵引变电所间的两个接触网供电分区均可同时从两个变电所获得电流，则称为双边供电。图1接触网供电原理图二.接触网的类型接触网分为架空式接触网和接触轨(也称第三轨)式接触网。接触轨式接触网仅用于地铁与封闭的城市铁路和轻轨，架空式接触网除此还可用于铁路干线、城市地面和工矿电机车电力牵引线路。1.架空式接触网架空式接触网是架设在走行轨道上部的接触网，由电动列车顶部伸出的受电弓与之接触取得电能。架空式接触网用于城市地面以及低下、铁路干线、工矿的电力牵引线路。一般，牵引网电压较高时，为了安全和保证一定的绝缘距离，宜采用高架式接触网。架空接触网可分为地面架空式和隧道架空式两种。(1)地面架空式地面架空式接触网如图2所示，它由以下几个部分组成。①接触悬挂：包括承力索、吊弦、接触线。接触悬挂方式很多，图2为弹性链形悬挂。②支持装置：其作用是用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其他建筑物的结构，包括腕臂、拉杆和绝缘子。③定位装置：其作用是保证接触线与受电弓的相对位置在规定范围内，包括定位器与定位管。④支柱与基础：其作用是用以支承接触悬挂和支持装置，并将接触悬挂固定在规定高度。图2地面架空式接触网1-接触网；2-吊线；3-承力索；4-弹性吊弦；5-定位；6-定位器；7-腕臂；8-棒式绝缘子；9-拉杆；10-悬式绝缘子；11-支柱；12-接地线；13-钢轨13111287145632109(2)隧道架空式因为隧道内空间狭窄，所以隧道架空式接触网必须考虑隧道断面、净空高度、带电体对接地体的绝缘距离等因素的限制。此外隧道架空式接触网的支持装置可直接设置在洞顶或洞壁上，而不需要专门立支柱。只有合理的选择和确定悬挂方式，才能充分地利用有效的净空高度，改善接触网的工作性能。图3是地铁隧道的一种架空式悬挂方式。如图3所示，安装在绝缘子上的馈电线通过联接线与接触线联接，使接触线受电。接触线由调节臂固定，调节臂带棒式绝缘子，一端固定安装在隧道洞顶一侧的弹性支架上。调节臂可用来调整接触线与轨面之间的高度，弹性支架通过调节臂使接触线与受电弓之间保持足够的弹性，以保证它们之间的良好接触受流。地面与隧道架空式悬挂均属柔性接触悬挂，还有一种悬挂方式为刚性架空式接触悬接，可适用于低净空隧道。在日本的东京、大阪等地的地铁中已有应用，但在弹性方面不如柔性接触悬挂。图3隧道式架空接触网示意图1-接触线；2—联接线；3—馈电线；4—接地线；5—调节臂；6—弹性支架；7-绝缘子；8—隧道洞顶；9—受电弓2.接触轨接触轨是沿线走行轨道一侧平行铺设的附加第三轨，故又称第三轨。在净空受到限制的线路和电压等级较低时多采用接触轨式接触网。接触轨受电方式最早在伦敦城市轨道采用，由于接触轨构造简单，安装方便，可维修性好，并对隧道建筑结构等净空要求低，受流性能满足DC750V供电的需要，因而在标准电压DC750V供电系统中得到广泛的应用。接触轨系统允许电压波动范围为DC750V～DC900V。第三轨接触网的电压据IEC标准为DC600V和DC750V，北京地铁采用了750V的接触轨供电的方式。但也有国家采用较高电压，如西班牙巴塞罗那地铁就采用了DC1500V和1200V。接触轨可以有三种布置方式即，上磨式、下磨式以及侧磨式。分别如图4所示：图4接触轨布置形式示意图ABC(1)上磨式接触轨装在专用绝缘子上，底朝下。取流时，接触靴自上压向接触轨。上磨式的接触力不由受流器（集电靴）的重量和磨耗情况决定，而只受弹簧支座特性的控制，受流平稳，由于端部弯头的过渡作用，能够减少在断电区的电流冲击。上磨式接触轨因接触靴在其上面滑动，所以固定方便，但不易加防护罩。上磨式接触轨施工作业简便，可以在轨头上部通过支架安装不同类型的防护板。北京地铁、纽约地铁都是采用上接触式第三轨。(2)下磨式下磨式轨头朝下，通过绝缘肩架、橡胶垫、扣板收紧螺栓、支架等安装在底座上。下接触式的优点是防护罩从上部通过橡胶垫直接固定在接触轨周围，对人员安全性好。(3)侧磨式接触式侧面接触式就是接触轨轨头端面朝向走行轨，集电靴从侧面受流。跨座式独轨车辆就采用侧面接触形式。其受流器装在转向架下部，接触轨装在轨道梁上。三.接触轨与接触网的维修1.接触轨的维修1）日常巡检与定期检查的内容（1）检查接触轨及防护板、托架及绝缘部件清洁、牢固情况；（2）检查接触轨连接线、夹板等是否松动脱落，弯头是否松动移位脱落；（3）检查有无物体侵入限界，障碍受电靴取流。2）维修内容及要求（1）维修内容①按照正确的线路位置调整接触轨的水平、方向及接触轨防护板；②如果防护板是金属材质，则要做好护板的防腐工作，在弯头端部10m范围内防护板每年刷一次防锈漆；③擦拭绝缘部件；④整修接触轨弯头；⑤整修托架及绝缘底座的地脚螺栓、螺母，并做好防腐蚀处理；⑥清理接触轨弯头的易燃物。（2）技术标准①接触轨中心与相邻走行轨内侧的水平方向的距离要符合规定值，其误差不大于10；②接触轨顶面距相邻走行轨顶面的距离要符合规定值，其误差不大于8；③接触轨的工作面应与相邻的走行轨平面平行，接触轨的接头连接坚固，电器连接良好；温度补偿接头应能伸缩自由，电器连接良好；④上磨式接触轨的瓷瓶应无损坏，无松动，其位置正确、稳固，瓷瓶表面应清洁；⑤上磨式接触轨的托架位置正确、安装牢固、无损坏；托架顶端内侧至相邻走行轨内侧的距离应符合规定值，其误差在+15之内，托架顶端下面至相邻走行轨顶面的距离应符合规定值，误差不超过+10；⑥绝缘整体安装底座（下磨式接触轨）位置正确、无损坏、表面清洁，与相邻走行轨的距离（水平或垂直方向）应符合规定值；⑦接触轨弯头位置正确、弯头端部与相邻走行轨顶平面的高度要符合规定值，误差在+5～-10之间；⑧防爬器位置正确、状态良好；⑨连接螺栓无锈蚀，坚固，涂油。3）接触轨大修验收技术标准①接触轨轨面平稳，直线区段顺直、曲线区段圆顺；各种连接零件无失效；焊接处要符合焊接要求；连接处不得出现高低1，错牙2的误差；遥测绝缘要符合要求；②接触轨中心至相邻走行轨内侧的水平距离符合要求，误差不超过5；③接触轨顶面至相邻走行轨顶面的距离要符合要求，误差不超过6；④接触轨弯头自端部起575mm和2275mm处，分别有1：25和1：12.5的坡度；端部距相邻走行顶面平，允许误差为+0、-10mm；位置正确，连接零件齐全；弯头顶面要平顺，连接处无错牙；⑤下磨式接触轨的瓷瓶，其电器性能和机械性能要符合设计要求；瓷瓶牢固、无松动、位置正确、清洁；⑥下磨式接触轨的托架顶端内侧与相邻走行轨内侧面的距离要符合设计要求，误差为-0～+15mm；托架顶端下面至相邻走行轨面的距离要符合设计要求，误差不超过8mm；⑦防护板安转位置正确、牢固、无损坏、各连接部位良好；⑧地脚螺栓和连接螺栓的规格和型号要符合设计要求，并有防腐措施。2.柔性架空式接触网的维修架空式接触网可分为柔性架空接触网和刚性架空接触网，地面与隧道架空式接触网均属柔性接触网，对于架空刚性接触网的维修，目前国内还没有这方面的资料，也缺乏运行与维护检修方面的经验，因此，下面主要介绍柔性架空接触网的维修。1）承力索和接触线的维修（1）维修标准a.承力索和接触线的材质和截面积必须满足下列要求：承力索和接触线中通过的最大电流不得超过其允许的载流量、机械强度安全系数符合规定；b.承力索和接触线的张力和驰度应符合安装曲线规定的数值，弛度误差不大于下列数值：简单悬挂为15%、全补偿链型悬挂为10%、当弛度误差不足15mm者按15mm掌握；c.承力索和接触线中心锚节处和补偿器处的张力差不得超过10%；d.直线地段承力索应位于两接触线之间中心线的正上方，曲线地段承力索与两接触线之间中心线的连线应垂直轨面，其偏差应符合要求；e.悬挂点处承力索和接触线距轨面高度应符合规定，其误差应符合规定，接触线的坡度允许范围为跨距的1/400～1/200；f.接触线在直线地段要布置成“之”字形，曲线地段布置成受拉状态，其“之”字值、拉出值和误差要符合规定。在测量读数时，以靠定位器侧的接触线为准。g.接触线在水平面内改变方向时，其偏角一般不大于12度；h.链型悬挂两接触线之间的水平间隙为40mm，其所在的平面要与轨平面平行，以保证受电弓良好的取流和接触线磨耗均匀；i.接触线的接头以及分段绝缘其余接触线之间的过渡要保证受电弓平滑通过；j.一个锚段内接触线接头和补强线段的总数以及承力索接头、补强、断股的总数均不得超过下列规定:锚段长度在800m以下时为4个、锚段长度超过800时为8个。（2）维修过程和方法①检查接触线和承力索是否有锈蚀、断股及扭断现象②城市轨道接触悬挂的承力索一般是铜绞线，如果承力索断股面积不小于其截面积的7%,把断股的单股绞线理顺后，用与绞线单股线相同的铜线绑扎处理；如果断股面积大于其截面7%,则用绞线接头进行加固；③检查并测量承力索与接线的相对位置；④测量接触线距轨面的高度和之字值；⑤测量接触导线磨耗:对于磨耗较严重的点或重点地段要重点测量接触线的磨耗量。2）吊弦与吊索（1）维修内容与周期，参见表1。表1吊弦与吊索维修内容与