2008高速铁路牵引供电系统概论-BJ

高速铁路牵引供电系统概论,概述 国外牵引供电系统概况 牵引供电方式和牵引变电所 高压电器与开关设备 牵引供电系统继电保护 综合自动化和远动系统 高速铁路接触网 检测与运营维护 电磁兼容问题 十. RAMS评估与维修计划的优化,1.1 牵引供电系统发展概况 1879年，在柏林的世博会上，西门子公司制作了约550m 的电气化铁道进行展览，在当时引起轰动。轨距1m，电力机车重954kg，安装了约2.2 kW串激式2极直流电动机，采用齿轮传动。机车由DC150V外部电源经敷设在线路中间的第三轨供电，两走行轨回流。牵引了三辆敞开式“客车”，每辆可坐6人，最大时速可达13km。4个月的展览期间共运送8万多乘客。 德国（德国（Siemens 和 Halske） 在柏林近郊的利希特菲尔德修建了一条长2.45km的电气化铁道，1881年5月投入运行，这是世界上第一条商业运行的电气化铁道。机车采用钢缆传动，车辆可载26名乘客，时速可达30英里，供电电压为DC100V，由敷设在绝缘轨枕上的两根走行轨供电和回流。,一、概述,1881年，法国巴黎国际电工展览会上展出了一条长500m用两条架空线授电的电车线路。 1885年，英国在伦敦修建了第一条用架空线供电的电车线路，作为市内交通工具。 1885年，美国的Daft 制作了标准轨距的电力机车，运行在纽约州的高架铁路上。,1893年，英国设计了利物浦高架电气化铁道（机场附近）。 1893年，瑞典在斯德哥尔摩以北11km区段修建了采用DC500V的电气化铁道。 1895年，日本在东京的下京区修建了6.7km采用DC500V的电气化铁道。 1898年，德国在塔什特至埃格里堡修建了三相交流电气化铁道。 1902年意大利在瓦尔切里纳线上修建了三相交流电气化铁道。,1890年伦敦地铁改用电力牵引，采用DC600V，由第三轨供电。,牵引供电的供电制式： 1915年以前，主要使低压直流制（DC750V及以下），采用直流串激电动机。进行了三相交流制的初步试验。 1915-1930年直流电压提高到1200V和1500kV；发展了11kV（15kV）的低频25Hz （16 2/3Hz）单相交流制，采用交流整流子式电动机；个别国家试用了3.6kV 的三相交流制，采用三相异步电动机。 1930-1950年引入3kV直流制；1932年匈牙利进行了16kV工频单相交流制的试验。,1950年以后1950年法国在埃克斯.累.班里亚罗什休尔伏龙区段试建了25kV工频单相交流电气化铁道，获得成功；1954年日本在仙山松岛间试建了一条20kV工频单相交流电气化铁道；1955年前苏联在奥热列利耶巴维列兹修建了一条20kV工频单相交流电气化铁道。1972年日本山阳新干线引入2×25kV自耦变压器（AT)供电方式。,干线铁路的主要制式： （1）15kV 16 2/3Hz低频单相交流制德国 瑞士 瑞典 奥地利 挪威。 （2）3kV直流制俄罗斯 南非 意大利 波兰 捷克 西班牙 巴西 斯洛伐克 比利时 智利等。 （3）25kV工频单相交流制俄罗斯 中国 日本 印度 英国 前南斯拉夫 罗马尼亚 保加利亚 匈牙利 芬兰 乌克兰 土耳其 澳大利亚 葡萄牙 巴基斯坦 南非 刚果等。,我国电气化铁路发展,宝成铁路宝凤（宝鸡凤州）， 1961年8月15日试运营,1975年7月1日，676km长的宝成电气化铁路全线建成通车。1973年9月阳安线，1975年9月襄渝线襄樊至安康段，1978年3月石太线石家庄至阳泉段，1979年10月宝兰线宝鸡至天水段也相继动工修建。到1980年底，共建成电气化铁路1679.6km（世界第21位）。平均每年修建电气化铁路不到100km，而且以坡道大、隧道多的山区铁路为主。,改革开放后： 京秦线、成渝线、贵昆 线、陇海线、京广线、鹰厦线、 大秦线、南昆线 、干武线、宝成二线、广深线、包兰线、 襄渝线、成昆线、外福线、西康线、哈大线、朔黄线、 内昆线、秦沈线等等。 2005年底，我国电气化铁道将达2万公里。特点： 山区平原 单线复线、三线、四线 支线繁忙干线、运煤专线、客运专线 常速准高速高速,1996年6月完成了中国首台干线交流传动原型机车AC4000的试制。 2002年，装备最新国产变流系统的“中华之星”高速动车组研制成功，并于11月创造了试验速度321.5km/h的中国铁路第一速。,1.2 高速铁路概况 1.2.1 高速铁路的定义：到目前尚没有一个明确的定义，不同的国家在不同的历史时期，对“高速”的解释也是不一样的。 “高速”一词，起源于1964年日本东海道新干线的子弹头列车，时速250km/h 1970年5月：日本“列车在主要区间以200km/h以上速度运行的干线铁道” 到了80年处，指欧洲的第一代高速列车（ICE/TGV/ETR），时速300km/h 1985年，联合国欧洲经济委员会：客运专线300km/h，客货混线250km/h 现在，高速铁路强国的“高速列车”运营时速为300km/h，日本和法国还宣布 不久将运营时速提高到350360km/h 目前，国际上公认列车最高速度达200km/h及其以上的铁路，可称“高速铁路”,目前世界高速列车的“世界记录”： 1964：210km/h(日，东海道新干线) 1972/1975：300km/h(日，山阳新干线) 1981/2/11:380km/h(法，TGV) 1989年：482.4km/h（法，TGV） 1996/1/26：443km/h（日，300X）日本最高 1990/5/18：515.3km/h（法，TGV）世界记录 2002/11：315.5km/h（中华之星）中国国产车最高,日本：7000km的高速铁路网 欧洲：3750km的高速铁路网，每年新增170km的新线路 到2010年： 欧洲：新建6000km高速线 亚洲：中国（十一五规划5000km），台湾，印度，伊朗等,高速铁路：高速铁路网高速动车组,日本新干线，1964年以来的40多年，运送旅客40亿人次，无一次重大人身事故 世界第一条也是最繁忙的高速铁路 每天36万人次，每年1亿3千万人次,欧洲之星：完成了伦敦巴黎的70的客运量,法国，TGV，1981年以来，12亿人次 2005年7月的一个最繁忙的周末，1000 TGV,西班牙：AVE， 马德里塞尔维亚间 一个周末，136对AVE，47000人次,1.2.2 高速铁路的主要技术特征： 高速铁路是当代高新技术的集成计算机技术及其应用；微电子技术、电力电子器件；新材料的推广 高速度是高速铁路高新技术的核心 系统间的相互作用发生了质变 系统动力学问题更加突出,1.2.3 高速铁路的主要技术经济优势 （1）运行速度高,各种交通工具的优势距离,（2）运输能力大 （3）安全性能好 （4）全天候运行 （5）能量消耗少,普通铁路每人公里能耗为1，高速铁路1.3，公共汽车1.5 小汽车8.8，飞机9.8,（6）占地省 （7）工程投资低 （8）环境污染轻 （9）乘坐舒适 （10）社会效益好,二、国外牵引供电系统概况,2.1 日本,2.1.1 新干线概况,JR东日本公司 JR西日本公司 JR东海道公司 JR九州公司,新干线,东北,上越,长野,山阳,JR西日本公司,JR东日本公司,JR东日本公司,秋田,山形,东海道,JR东海公司,九州,JR九州公司,（2002年12月统计）,JR东日本公司,预测运行图,晚点运乘状况显示,轨道电路数据,JR东日本的新干线运行本部,新干线综合调度系统（COSMOS）,2.1.2 牵引变电所与供电（1）采用AT供电方式 1964年东海道新干线开通时，BT供电方式， 变电所间距20km，最大电流1000A 问题较多（通过电分段电弧大，牵引网阻抗大，电能损耗大） 1972年，山阳新干线采用AT供电方式，变电所间距60km， 最大电流20003000A 1991年，东海道新干线全部采用AT方式，AT间距10km AT方式结构简单，经济性和可靠性好，成为新干线的标准 供电方式,新干线变电所容量100150MVA 供电电压：1927.5KV，额定25KV，瞬时最低17.5KV在22.5KV时可不降功运行 谐波对策：变电所内80%漏抗补偿，串联电容补偿和放电间隙组成谐波抑制装置 功率因素对策：单边6000KVA的并联电容，串联电抗12%,（2）主接线及设备选择 以北陆新干线高崎长野为例。新萁乡和新大阪变电所，一次 侧采用双回275KV主供电源，进线不设跨线 采用线路变压器组方式，2台80MVA WB变压器，100%备用 设备均采用GIS组合电器，可靠性高，检修时间长 属JR东日本公司调度中心CTC，采用COSMOS综合调度系统负责1000km新干线的运行调度 集行车调度、电力调度（牵引供电及电力供电）、通信调度、设备调度于一体,北陆新干线成功的经验： 单相负荷补偿装置（SFC）：适用于负序要求严格的场合 长大隧道内设分段开关站，保证供电灵活和可靠性 自动过分相装置设在SS和SP内 采用COSMOS综合调度系统 设备均考虑防震、防火、防盗和环保要求 变频、变压（VVVF）设在机车内,（3）牵引供电系统与车辆的绝缘配合 新干线25kv过电压值：开关操作过电压2-2.5倍，受电弓离线 过电压1.5-2.0倍，感应雷过电压3.6-5.5倍，直击雷11-88倍 新干线设计采用额定电压33kv绝缘等级，电气设备的冲击 绝缘强度200kv 污损对策：选用对应一定盐密度的绝缘子（4）高次谐波、功率因素、再生制动 新干线的机车均采用PWM变流器和VVVF逆变器的交直交 传动，特点是：高次谐波多，低次谐波少（18%->2.5%）， 功率因素高；采用再生制动技术 为抑制高次谐波共振现象，在供电臂末端采用HMCR装置,（5）再生工况与系统负序 为减小负序，新干线牵引变压器多采用平衡变压器，如Scott 但当一臂再生，一臂牵引时，不平衡系数在1到2之间，平衡 变压器的平衡效果被严重恶化。 不得不此用昂贵的SVC补偿装置，这一教训值得吸取。,1,2,3,4,5,列车接近切换段,轨道电路检测到列车进入中间段,使中间段瞬时停电（300ms）,将中间段与列车前方的区间连接,列车通过中间段后，回到最初状态,切换段的动作,2.1.3 新干线的接触网悬挂 东海道新干线：带弹性组合吊弦的复链形悬挂，210km/h 山阳新干线：带Y形弹性吊索的重形复链形悬挂，260km/h 东北新干线：简单链形悬挂，300km/h 张力：14.7KN->19.6KN 波动传播速度：355km/h->525km/h,吊线架：St180 24.5kN,辅助吊架线：Cu150 11.8kN,接触网线：GT170 17.6kN,Max:50m,1500mm,重型复链悬吊架线,吊架线：Cu150 19.6kN,接触网线：CS110 19.6kN,Max:50m,950mm,CS简单悬链式架线,日本新干线接触网参数,2.2 法国,2.2.1 概况 1900年开始发展电力牵引，1920年建成直流1500电气化铁路 1950：单相工频电气化试验线 1954：东南部干线采用25KV50HZ供电制式，成标准 全法国电气化铁路总长15000km，其中直流1500V 5890km 交流单相25kv50hz 7625km，高速线1575km 电气化里程占40%，承担运量88% 到1996年底，525个牵引变电站，377个是直流1500V变电所,2.2.2 供电系统 TGV东南线运行速度270km/h，追踪间隔5min；大西洋线 运行速度300km/h，追踪间隔4min；北方线运行速度300km/h 变电所均采用双电源，两台变压器一台工作，另一台备用 东南线变电所大多数进线电压为220kv，只有一个63kv， 主变为单相变压器。二次侧装有电压自动调整装置，20级调压，每级350v 8个变电所，3个AT供电方式，5个直供方式；AT变电所间距90公里，直供方式下40公里 馈线保护：平形四边形特性的阻抗保护和电流保护 变压器保护：过流保护、瓦斯保护、温度保护和绝缘保护 所有变电站均装有故障测距装置，精度1km,