城市轨道供电系统与车辆电气设备(第八章)资料

1第八章城市轨道供电系统与车辆电气设备2第八章城市轨道供电系统与车辆电气设备主要内容城市轨道供电系统受流器辅助电源车辆电器3第一节城市轨道供电系统城市电网一次电力系统和地铁供电系统图8-1城市电网一次电力系统和地铁供电系统F1、F2一城市电网发电厂；B1一城市电网区域变电所；B2、B3一城市电网区域变电所(或地铁主变电所)；B4、B5一地铁牵引变电所；B6一地铁降压变电所4第一节城市轨道供电系统牵引供电系统城市轨道交通电力牵引（electrictractionofurbanrailtransit）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。5第一节城市轨道供电系统电动车组由牵引供电系统供给电能，驱动车辆上的电动机，产生牵引力牵引在轨道上行驶的列车组。地铁牵引供电系统各部分的功能主要有以下几个方面：牵引变电所：供给地铁一定区域内牵引电能的变电所。接触网(或接触轨)：经过电动列车的受电器向电动列车供给电能(北京、天津地铁采用接触轨方式，上海地铁采用架空接触网方式)。馈电线：从牵引变电所向接触网输送牵引电能的导线。回流线：用以供牵引电流返回牵引变电所的导线。电分段：为方便检修和缩小事故范围，将接触网分为若干段。轨道电路：列车行走时，利用走行轨作为牵引电流回流的电路。直流牵引系统主电路及其工作原理。6第一节城市轨道供电系统地铁动力照明供电系统各个部分的功能主要有以下几个方面：降压变电所：将三相电源进线电压变为三相380V交流电，降压变电所供电的主要用电设备有风机、水泵、照明、信号、通信、防灾、报警设备等。配电所(室)：配电所(室)仅起到电能分配作用。降压变电所通过配电所(室)将三相380V交流电和单相220V交流电分别供给动力照明设备，各配电所(室)对本车站及其两侧区间动力和照明等设备配电。配电线路：配电所(室)与使用设备之间的导线。7第一节城市轨道供电系统变电所(室)：电气主结线：变电所的电气主结线是指由变压器、断路器、隔离开关、母线等及其连接导线所组成的接受和分配电能的电路。电气主结线反映了变电所(室)的基本结构和功能。主变电所(室)：主变电所是由上一级的城市电网区域变电所获得高压(如1l0kV或220kV)电能，经降压后以中压电压等级供给牵引变电所和降压变电所的一种地铁变电所(室)。牵引变电所(室)：牵引变电所从城市电网区域变电站或地铁主变电所(室)获得电能，经过降压和整流变成所需要的直流电。降压变电所(室)：从城市电网区域变电站或主变电站获得电能并降压变成低压交流电。8第一节城市轨道供电系统接触网在地铁列车运行过程中，电能从牵引变电所经馈电线送到接触网或接触轨，再从接触网通过地铁列车的受电器送到电动列车，再经过走行轨道、回流线流回到牵引变电所。由接触网或接触轨、馈电线、轨道和回流线组成的供电网络总称为牵引网，接触网是牵引网中最主要的组成部分，其作用是通过它与受电器直接滑动接触，将电能不断地传送到电动列车，保持电动列车的正常运行。接触网按其结构可分为接触轨式和架空式两大类型。9第一节城市轨道供电系统接触轨：接触轨是沿走行轨道一侧平行铺设的附加第三轨，故又称第三轨。电动列车(动车)侧面或底部伸出的受电器与第三轨接触取得电能，这种受电器称为接触靴（集电靴）。根据集电靴和第三轨配合的方式，接触轨可分为上磨式、侧磨式和下磨式三种。图8-4为上磨式第三轨。1接触轨底座；2地铁用针式绝缘子；3接触轨扣板；4接触轨断面；5防护罩支架；6防护板(玻璃钢)图8-4上磨式第三轨10第一节城市轨道供电系统接触网：城市轨道交通的接触网馈电方式中向车辆馈电的接触网设置在车辆的走形轨上方，沿走形轨中心呈“之”字形走向，距轨面最小高度约4.0m（洞外地面约5.0m)，电动列车上部伸出的受电弓与之接触取得电能。有柔性悬挂、弹性悬挂和刚性悬挂3种方式，地面上的接触网采用柔性悬挂，考虑到地面存在大气雷电的侵害，因此随接触网架设有一条接地保护线，并且在站场等重要场所增设避雷器。在隧道内采用这种悬挂方式约需要500mm左右的安装空间，接触网张力约30KN，全补偿。弹性悬挂和刚性悬挂只能适用于隧道内，弹性悬挂需要采用特制的专用弹性定位器（西门子专利），接触网张力15N，半补偿。11第一节城市轨道供电系统柔性悬挂。图8-5柔性接触网(隧道内)示意图图8-6地面(隧道外)柔性接触网示意图12第一节城市轨道供电系统弹性悬挂。这种悬挂方式仅适用于隧道，需要采用一种悬挂专用的弹性定位器，接触网张力约15kN，半补偿。刚性悬挂。架空刚性悬挂是城市轨道交通架空接触网受流方式的一种，具有运行可靠性高、结构简单、运营维护方便、安装空间小等优点，适合在城市地铁隧道内应用。架空刚性悬挂标准断面由汇流排、接触线、绝缘子、支持结构等组成，典型断面见图8-7。图8-7架空刚性悬挂典型断面示意图13第一节城市轨道供电系统表8-1接触轨和接触网馈电方式的比较主要经济、技术性能接触轨接触网系统构成简单复杂导电部分材质掺铝钢轨铜或铜合金线材单位电阻率（20℃)/Ω㎡m-10.1250.0178实际截面积/mm26400～7000（等效铜截面积约850）约850；刚性为1400所需支撑点相对多相对少允许车辆最高运行速度/km.h-1≤90≥120在隧道中所需空间相对较小相对较大系统造价低相对较高维护工作量小相对较大线路必须完全封闭，运行中发生突线路可以不完全封闭，运行中安全型发性事件必须得到可靠停电通知后发生突发事件可以脱离接触网或采用特殊方法方可组织乘客转移组织乘客转移或现场处理。或现场处理。对城市景观的影响小有一定影响，需要精心设计14第二节受流器城市轨道交通车辆一般通过受流器与沿线路架设的导线滑动接触，从供电电网吸收电能。城市轨道交通车辆的受流器有受电弓、旁弓和第三轨受电器等形式。受电弓的结构a）单臂弓b）菱形双臂弓C）交叉形双臂弓d）Z形双臂弓15第二节受流器表8-2地铁直流牵引供电系统（GB10411)最低值/V标称值/V最高值/V500750900100015001800表8-3城市无轨电车和有轨电车直流供电系统（GB5951)最低值/V额定值/V最高值/V500（400）750（600）900（720）注：括号内的数值为非推荐值16第二节受流器表8-5DC750V和DC1500V馈电制式其他技术指标的比较主要经济、技术参数DC750VDV1500V峰值电流（2min间隔，6辆7200～100003600～5000编组时）/A电压损耗大小杂散电流（迷流）影响大小可承受的客流量相对小大车辆再生制动对电压的影响大相对小馈电方式第三轨（小客流时也可接触网以使用接触网）设备国产化率除了个别设备外，基本实现了国产化实现了国产化供电系统的综合造价基本相当基本相当17第二节受流器受电弓的结构与工作原理受电弓主要由受电滑板、活动构架、底架和传动机构四部分组成。受电滑板与供电网直接接触，在滑动的同时接收电能，为了提高导电性并减少接触磨耗，通常采用石墨和铜合金等材料制成，并分成几段，以便磨损后定期更换。活动构架使受电滑板有一定自由度，保证其对供电网线具有的良好追随性。城市轨道交通车辆通常采用结构简单、重量较轻的“弹簧上升、气压下降”式受电弓，传动机构包括升弓弹簧、降弓气缸、锁定装置。升弓时，锁定装置的气缸送入压缩空气后解锁，受电弓依靠弹簧力上升，并使受电滑板以5kg左右的压力紧贴供电网架线。降弓时，压缩空气送入降弓气缸，使受电弓克服弹簧力下降、折叠后锁定。18第二节受流器以成都地铁1号线受电弓为例介绍受电弓的结构和工作原理。1一底架组装；2一阻尼器组装；3一平衡杆组装；4一拉杆组装；5一肘接电流连接组装；6一下臂杆组装；7—上框架组装；8一弓头组装；9一弓头电流连接组装；10一阀箱；11一底架电流连接组装；12一降弓位置指示器；l3一气囊组装；14一气路组装(含ADD自动降弓装置)；l5一绝缘子组装19第二节受流器底架底架由4根矩形无缝钢管组焊而成。底架上安装有阻尼器，以缓解在降弓时受电弓运动部分(铰链机构与弓头)对底架及车顶的冲击。铰链系统铰链系统由下臂杆组装、上框架组装和拉杆组装构成。下臂杆由无缝钢管组焊而成，上框架由铝管组焊而成。上框架上安装有对角线杆，用于增加上框架的刚度。铰链系统与底架一起构成受电弓的四杆机构。受电弓弓头转轴的运动轨迹如图8-11。图8-11受电弓弓头转轴的运动轨迹20第二节受流器气囊升弓装置气囊升弓装置主要由两组在受电弓横向上对称布置的气囊、蝴蝶座以及钢丝绳构成。其特点是外观美观、结构简单以及质量较轻。弓头弓头由滑板、弓角、弓头转轴和弓头悬挂装置等构成。滑板采用长800mm、宽60mm的浸金属碳滑板，可以承受短时最大电流4000A的要求；滑板内设置ADD(自动降弓装置)气道，并在国内首次采用硅胶气管。弓头悬挂装置使弓头具有一定的自由度。21第二节受流器气阀箱与气路气阀箱安装在受电弓底架上，是受电弓气路的控制装置，主要集成了过滤阀、精密调压阀、单向节流阀和安全阀，用于对受电弓气路的过滤、压力调整、流量控制及安全保护，可以用来精确调整受电弓的升、降弓时间和与接触线之间的接触压力。由车辆进入受电弓的压缩空气在经过气阀箱后被分为两条支路：一条支路通向升弓气囊，用于控制受电弓的升、降弓；另一条支路通向ADD，用于监测和反馈滑板运行状态，执行故障情况下的自动保护功能。图8-12成都地铁1号线车辆受电弓的气路工作原理图1一过滤阀；2一升弓节流阀；3一调压阀；4一压力表；5一安全阀;6一降弓节流阀；7一气囊；8一快排阀；9一ADD截止阀；10-ADD试验阀；11一滑板；l2一压力开关22第二节受流器成都地铁1号线受电弓的工作原理成都地铁1号线车辆受电弓的升、降弓动作主要通过空气回路进行控制。当司机在司机室按下升弓按钮,供风单元内的脉冲电磁阀得电时，压缩空气通过受电弓气阀箱进入气囊升弓装置，气囊膨胀抬升，并带动钢丝绳对下臂杆产生升弓转矩；弓头在下臂杆的驱动下向上升起，直到弓头上的滑板与接触线接触并保持在设定的接触压力下。弓头与接触线接触后，受电弓集取的电流将依次通过滑板、弓头电流连接组装、受电弓框架等传导到底架，最后由底架上的接线端、与接线端相连接的主电缆将电流传送到车内受流系统。当按下降弓按钮时，脉冲电磁阀失电，车辆对受电弓的供风被切断，受电弓气路中的压缩空气通过脉冲电磁阀排向大气，受电弓靠自重下降，脱离与接触线的接触，从而使接触网与车辆之间的电源供应被切断。受电弓最后下降至弓头转轴保持在受电弓底架的两个橡胶止挡上。23第二节受流器离线和受流质量离线的概念接触网和受电弓是两个自成独立体系的弹性系统结构，但在运行中又要求它们的位移随时都处于协调一致。受电弓以规定的压力，维持和导线接触，当接触压力为零时，受电弓就会脱离接触导线，叫作离线。离线率通常把一定区间内离线总的时间和走行时间的比例，叫作离线率。离线率是判断受流质量的重要指标，一般应限制在5％--10％。引起离线的原因主要有：由于导线弯曲引起离线；由于导线中存在有硬点而产生的离线；由于接触网悬挂点引起的离线，TTKss/24第二节受流器受流质量的改善措施以广州地铁三号线为例。广州地铁三号线是国内第一条最高运行速度120km／h的快速地铁线路，对接触网的系统性能提出了更高的要求。广州地铁三号线在二号线的基础上，架空刚性悬挂采取了如下技术创新：国内首次采用“扁平式150mm2铜银接触线”技术，解决快速运行时大电流及大弓网接触面积的要求。国内首次采用“膨胀元件锚段关节”技术，同时将锚段长度由250m延长至300m，改善了锚段关节弓网受流薄弱环节，克服了快速运行时的离线问题。国内首次采用“近似全正弦波”形布置、“6m标准跨距”、“中心锚结与悬挂点合并”等技术，将架空刚性悬挂跨中弛度由4mm降为2mm左右，改善了受流质量，满足了快速受流的要求。25第