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第6章城市轨道交通系统的构成——供电与牵引第6章城市轨道交通系统的构成——供电与牵引【学习目标】【教学建议】6.1城市轨道交通供电系统6.2城市轨道交通牵引系统【学习目标】1.能掌握城市轨道交通供电系统的组成。2.能说出直流牵引变电所的核心设备——整流装置的工作原理。3.能掌握电力牵引的制式、电力车辆牵引供电系统的组成。4.了解城市轨道交通常用的电力电子器件。【教学建议】1.教学场地：在教室和牵引供电模拟实训室中进行，课后可实地参观。2.设备要求：至少具有接触网或接触轨及操作模拟演示软件1套，仿真受电弓、受电靴等教具1套。3.课时要求：共6课时，其中课堂讲授4课时，模拟操作2课时。6.1城市轨道交通供电系统1.供电系统概述2.供电系统的组成(1)发电厂发电厂将其他形式的能源转换为电能。1)火电厂。2)水电厂。3)核电厂。水力发电站三峡水电站三峡水电站长江三峡水电站的有关资料：三峡水电站又称三峡工程、三峡大坝，处于重庆市和湖北省宜昌市之间的长江干流上，具体位于宜昌市上游不远处的三斗坪。它是世界上规模最大的水电站，也是中国有史以来所建设的最大型的工程项目。三峡水电站的功能有航运、发电、种植等等。三峡水电站1992年获全国人民代表大会批准，1994年正式动工兴建，2003年开始蓄水发电，于2009年全部完工。长江三峡水电站的有关资料：三峡水电站大坝高程185米，蓄水高程175米，水库长600多公里，安装32台单机容量为70万千瓦的水电机组，现为全世界最大的水力发电站。三峡电站初期规划是26台70万千瓦的机组，即总装机容量为1820万千瓦，年发电量847亿度，后又在右岸大坝“白石尖”山体内建设地下电站，建6台70万千瓦的水轮发电机，再加上三峡电站自身的两台5万千瓦的电源电站，总装机容量达到了2250万千瓦，年发电量约1000亿度（5倍于葛洲坝，10倍于大亚湾核电，约占全国年发电总量的3%，水力发电的20%）。火力发电站原子能发电站（核电站）原子能发电站太阳能发电站秦山核电站秦山核电站大亚湾核电站切尔诺贝利核电站事故发生后的切尔诺贝利核电站切尔诺贝利核电站事故简介1986年4月26日，世界上最严重的核事故在苏联切尔诺贝利核电站发生。乌克兰基辅市以北130公里的切尔诺贝利核电站放射性物质泄漏，污染了欧洲的大部分地区。此事故列为核事故的第七级（顶级）。切尔诺贝利核电站是前苏联最大的核电站，共有4台机组。4月，在按计划对第4机组进行停机检查时，由于电站人员多次违反操作规程，导致反应堆能量增加。26日凌晨，反应堆熔化燃烧，引起爆炸，冲破保护壳，厂房起火，放射性物质源源泄出。用水和化学剂灭火，瞬间即被蒸发，消防员的靴子陷没在熔化的沥青中。1、2、3号机组暂停运转，电站周围30公里宣布为危险区，撤走居民。事故发生时当场死亡2人，遭辐射受伤204人。5月8日，反应堆停止燃烧，温度仍高达300℃；当地辐射强度最高为每小时15毫伦琴，基辅市为0.2毫伦琴，而正常值允许量是0.01毫伦琴。瑞典检测到放射性尘埃，超过正常数的100倍。西方各国赶忙从基辅地区撤出各自的侨民和游客，拒绝接受白俄罗斯和乌克兰的进口食品。原苏联官方4个月后公布，共死亡31人，主要是抢险人员，其中包括一名少将；得放射病203人；从危险区撤出13.5万人。1992年乌克兰官方公布，已有7000多人死亡于本事故的核污染。日本福岛核电站日本福岛核电站日本福岛核电站事故简介2011年3月11日，日本发生9.0级地震，导致东京电力公司下属的福岛核电站1、2、3号机组紧急停运。但仍有余热产生。在后续事故过程当中，因地震导致其失去场外交流电源，因海啸导致其内部应急交流电源（柴油发电机组）失效，从而导致反应堆冷却系统的功能全部丧失并引发事故。水轮机中的叶轮金沙江向家坝水电站1号机组安装2011年11月12日，世界单机容量最大（容量达80万千瓦）的水轮发电机组——金沙江向家坝水电站1号机组转子顺利吊装就位，转子直径18.97米，总重2100吨。水轮机吊装现场发电机转子吊装现场6.1城市轨道交通供电系统ZW.tif(2)电力网和电网电压电力网简称电网，由输电线路、配电线路和变电所组成。(3)变电所变电所除具有变换电压的作用外，还具有集中电能、分配电能、控制电能以及调整电压的作用。1)枢纽变电所。2)地区变电所。3)用户变电所。(4)一次供电网络一次供电网络是指直接向牵引变电所供电的地区变电所(或发电厂)及高压输电线路。6.1城市轨道交通供电系统(5)牵引变电所牵引变电所的作用是降压，并将三相电源转换成两个单相电源，然后通过馈电线分别供电给牵引变电所两侧的接触网。1)桥接线方式。图6-1牵引变电所的引入线方式2)双T接线方式。3)单母线分段方式。6.1城市轨道交通供电系统(6)牵引网牵引网是由馈电线、接触网、钢轨和回流线组成的双导线供电系统。ZW.tif1)单线区段的供电。①单边供电：即接触网的每个分段由牵引变电所从一边供应电能。每个牵引变电所的两个臂供两个接触网区段，相邻两个变电所之间的两段接触网相互绝缘。但为了在必要时实行越区供电，在接触网分界点设有柱上隔离开关，且照惯例，此两段接触网供同相电()。6.1城市轨道交通供电系统图6-2单线区段单边供电方式②双边供电：当相邻两牵引变电所之间的两段接触网用分区亭中的断路器连接，并从两变电所同时供电，这种供电方式称单线双边供电。分区亭的作用是缩小接触网故障停电范围和检修时的停电范围。6.1城市轨道交通供电系统2)复线区段的供电。图6-3复线区段的供电方式①单边末端并联供电：由于复线区段牵引变电所同一侧的上、下行接触网均供同相电，故可在接触网供电分段的末端用分区亭中的断路器连接起来，形成单边末端并联供电()。6.1城市轨道交通供电系统图6-4复线单边末端并联供电②单边全并联供电：单边全并联供电是近年来采用的一项新技术。单边全并联供电是在每个车站利用柱上负荷开关将上、下行接触网并联，形成并联网络。并联负荷开关可以自动投切，也可以经设于车站的远动终端RTU由电力调度控制(见图6-5)。6.1城市轨道交通供电系统图6-5复线单边全并联供电(7)分区亭为了增加供电的灵活性，提高运行的可靠性，在两个相邻牵引变电所供电的接触网区段通常加设分区亭。1)可以使相邻两供电区段实行并联供电或分开供电，也可使复线区段的上、下行实行并联或分开供电。2)相邻牵引变电所发生故障而不能继续供电时，可以闭合分区亭内的断路器由非故障牵引变电所实行越区供电。6.1城市轨道交通供电系统(8)开闭所电气化铁道的枢钮站场(如编组站、客站和机车整备线等)均由接触网供电。3.供电制式(1)直流制直流制是世界上早期电气化铁道普遍采用的方式。(2)低频单相交流制为了克服直流制的缺点，在20世纪初，西欧一些国家采用了低频单相交流制，并使该技术得到了较大的发展。(3)三相交流制在牵引电流制的发展过程中，个别国家(如瑞士、法国等)还采用了3.6kV的三相交流制，电力机车牵引电动机采用三相交流异步电动机。(4)工频单相交流制工频单相交流制是电气化铁道发展中的一项先进的供电制式，该技术最早出现在匈牙利，电压为16kV。1)工频单相交流制的主要优点如下：6.1城市轨道交通供电系统①牵引供电系统结构简单。牵引变电所从电力系统获得电能并经过电压变换后，直接供给牵引网，不需要在变电所设置整流和变频设备，变电所结构大为简化。②牵引供电电压增高，既可保证大功率机车的供电，提高机车的牵引定数和运行速度，又可使变电所之间的距离延长，导线截面积减少，建设投资和运营费用显著降低。③交流电力机车的粘着性能和牵引性能良好。通过机车上变压器的调压，牵引电动机可以在全并联状态下工作，牵引电动机并联运转可以防止轮对空转的恶性发展，从而提高了运用粘着系数。④和直流制比较，交流制的地中电流对地下金属的腐蚀作用小，一般可不设专门的防护装置。2)工频单相交流制存在的主要问题如下：6.1城市轨道交通供电系统①单相牵引负荷将会在电力系统中形成负序电流，当电力系统容量较小时，负序电流的影响尤为突出。②电力牵引负荷是感性负荷，功率因数低，特别是采用相控整流后，牵引电流变为非正弦波，出现较大的谐波电流，将使功率因数更低。③牵引网中的单相工频电流将对沿线通信线路造成较大的电磁干扰。4.外部供电方式(1)环形供电环形供电即电力系统将牵引变电所联成环形网。6.1城市轨道交通供电系统图6-6外部供电方式——环形供电(2)双侧供电双侧供电即电源来自电力系统的两个地区变电所，给铁路供电的输电线是联络这两个地区变电所的线路。6.1城市轨道交通供电系统图6-7外部供电方式——双侧供电(3)单侧供电单侧供电即由一个地区变电所给数个牵引变电所供电。6.1城市轨道交通供电系统图6-8外部供电方式——单侧供电(4)放射式供电当各牵引变电所离开电源差不多等距并且比单侧供电更经济时，可采用放射供电方式(见图6-9)。6.1城市轨道交通供电系统图6-9外部供电方式——放射式供电电力牵引系统electrictractionsystem：1、电力牵引供电系统electrictractionsupplysystem—保证实现电力牵引方式且能够安全可靠的、不间断工作的电力供应系统（1）牵引变电所tractionsubstation（2）牵引网tractionnetwork①馈电线feederline②接触网overheadcontactline③钢轨及回流线rail,negativefeeder2、电力机车electriclocomotive交流电力牵引系统概述G电力系统(发电厂）输电线牵引变电所电力机车接触网馈电线回流线钢轨、地3、电力牵引系统组成原理图电力牵引系统直流牵引供电系统概述Ⓘ基本结构发电厂升压变压器升压变压器输电线路接触网馈线回流线走行轨道主降压变电站直流牵引变电所发电厂G电力系统(发电厂）输电线直流牵引变电所接触网馈电线回流线电动车辆走行轨主（降压）变电站电力地铁或者表示为：电力系统与电力牵引供电系统一、构成1.电力系统—是一个包括发电厂、输电(线)、变电、配电、用电装置的完整工作系统。发电机升压变压器降压变压器输电线路用户发电厂配电系统GTMTML接触网馈线27.5kV回流线牵引变电所钢轨110kV专用高压输电线路(牵引)供电系统电气化铁道供电系统2、电力牵引供电系统的组成部分与作用（1）牵引变电所:把电力系统供应的电能变换成适合电力机车牵引要求的电能。（2）馈电线:连接牵引变电所和接触网的导线。它将牵引变电所变换后的电能送到接触网。（3）接触网:是一种悬挂在轨道上方，沿轨道铺设的和铁路钢轨保持一定高度，牵引电能就由接触网进入电动车组，从而驱动牵引电动机使列车运行。（4）轨道:在非电牵引情形下只作为列车的导轨。在电力牵引时，轨道除仍具有导轨功能外，还需要完成导通回流的任务。因此，电力牵引的轨道，需要具有良好的导电性能。（5）回流线:是连接轨道和牵引变电所的导线。通过回流线把轨道中的回路电流导入牵引变电所的主变压器。•牵引网:通常将接触网、馈电线、钢轨回路(包括大地)和回流线称为牵引网。牵引变电所和牵引网构成牵引供电系统。专用高压输电线路和牵引供电系统称为电气铁路供电系统。3、牵引供电系统的其他供电设备（1）、开闭所—sub-feederswitchingpost：指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所。位置：设在车站、货场附近、电力机务段、枢纽站等大宗负荷处。作用：将供电臂分段，事故时缩小事故范围，提高供电的可靠性、灵活性；减少变电所的复杂性；不改变电压大小，只扩大馈线回路数，相当于配电所。（2）、分区亭（SP，分区所）—sectionpost：设置于两个牵引变电所的中间，可使两相邻的接触网供电区段实现并联或单独工作。位置：设在两个牵引变电所中间，增加供电的灵活性、可靠性作用：分相；越区供电；缩小事故的范围（3）、自耦变压器站（AT所）—autotransformerpost二、牵引变电所一次侧的供电方式(1)单边供电：电能由一个方向送来1C2C3C1A1B2B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无语寒冰冰
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