《接触网》教案 补充 国外交流电气化铁路接地系统的简介

第一篇：《接触网》教案 补充 国外交流电气化铁路接地系统的简介

国外交流电气化铁路接地系统的简介



在国外交流电气化铁路中，综合接地系统在高速区段得以广泛应用。从国外高速铁路已运营和正在建设的情况来看，国外高速铁路已有近9200km，列车运营速度已达300km/h以上；其中法国、德国和日本三个高速铁路发达国家代表了当今世界各国轮轨高速铁路发展的先进模式，它们的牵引供电技术成熟且可靠，借鉴国外高速铁路发达国家的设计标准和经验是进行我国客运专线建设的重要环节，下面分别对法国、德国和日本高速电气化铁路中的接地系统进行简要介绍。（1）法国

在法国高速电气化铁路的牵引供电系统中，牵引变电所的供电电压采用225kV及以上较高的电压等级，牵引变压器采用单相接线型式，牵引网供电方式多采用2´25kV AT供电方式；综合接地系统在法国高速和常速电气化铁路中均得到了广泛应用，接触网的接地系统普遍采用设综合接地线的直接接地方式。

牵引网的综合接地系统主要由钢轨、保护线（回流线）、接地线、扼流圈、各纵向导体间的等电位连接线和接地极等构成，钢轨作为牵引回流导体和轨道电路的重要组成部分，它的接地次数就不能像供电系统所希望的那样多，因此需设置连续且独立于轨道的接地线，它可按轨道电路允许的间隔连接到轨道上。钢轨、保护线（回流线）、接地线或金属栅栏等的等电位连接一般通过设置完全横向连接来实现，为了保证断轨检查，在同一轨道电路或几个不同的轨道电路上，两个连续完全横向连接间的距离一般应大于或等于1000m。

为改善接地和屏蔽效果，一般在通信电缆槽下敷设一根（下行侧）或两根（下行和上行侧）贯通接地线，接地线的截面为35～95mm2裸铅包铜线；等电位连接线一般由多根70mm2绝缘铜芯电缆构成。

在距离较长的桥隧区段，由于接地线不能真正埋入地下，因此在设计时应考虑使接地线0V的参考值尽可能低。首先应实现桥面（钢结构桥梁或结构钢筋焊接）和隧道（防水层和隧道壁）的电气连续性；其次在桥隧两端以及每100m处应实现综合地线与桥墩接地体或隧道接地体的连接。除了在线路上通常见到的设备外，在桥梁和隧道中还能发现金属栅栏和扶手等，这些设备应实现电气连续并对每段终端进行电气连接或在每段终端安装横向导体与综合地线相连接，另外这些设备的两端以及每100m处需与综合地线相连接。（2）德国

在德国高速电气化铁路的牵引供电系统中，牵引供电制式虽然采用了15kV、16 Hz、带回流线的直接供电方式、同相及双边供电系统并自建专用发电系统的特殊模式，但回流线的绝缘方式仍采用了综合接地系统和直接接地方式。在交流电气化铁路牵引供电系统中，一方面要考虑可靠的牵引回流和接触电压防护，另一方面要采取措施减少电磁干扰；交流牵引的回流导体通常连接在各类强弱电接地装置上（如接触网柱基础和建筑基础等接地位置），因此牵引回流通过回流导体及其连接的接地装置和大地流回牵引变电所。接地装置一般采用尽可能小的接地电阻值，这可通过大面积地网和单个接地极的互相连接来实现；在接地装置中应优先选择焊接，因为夹接时的电阻有可能由于节点处的腐蚀而提高。

牵引网的综合接地系统主要由钢轨、回流线、接地带、接触网支柱基础（接地极）、S棒连接（IB）、各纵向导体的等电位连接线和接地端子等构成。在德国高速铁路牵引供电系统中的每根接触网支柱基础都设置了接地极，它通过单独的基础钢筋连接到接地端子上，支柱基础的接地电阻一般不大于10Ω，它建立了牵引系统地并用于雷电防护。从牵引供电系统的角度来看，钢轨作为一部分牵引电流返回牵引变电所的导体；从信号系统的角度来看，钢轨作为列车运行控制系统中进行信息传输的轨道电路的一部分；因此为了保证回流畅通和接地效果以及轨道电路的可靠运行，电气化铁路上的钢轨均需进行纵向和横向的电气连接。德国铁路的信号系统与其它国家不同，它普遍采用音频轨道电路（FTGS）和双轨绝缘线路，一条线路上的两根钢轨被分别定义为接地轨（ER，位于线路外侧）和绝缘轨（IR），综合接地系统中导体的接地和连接只允许在接地带、接地轨或IB中点上实现。在地面区段，支柱基础接地极的间距一般为50m，支柱基础接地极与无碴轨道中接地带的等电位连接线的间距一般为100m且为单端接地，而且为保证轨道电路的功能，无碴轨道中的接地带通过0.5m宽的中断区按100m的间距实现了间断；支柱基础接地极与IB中点、上行接地轨（或IB中点）与下行接地轨（或IB中点）、上行接地端子和下行接地端子和线路轨道上接地轨与绝缘轨的等电位连接线的间距一般为300～600m。支柱基础接地极提供了沿线回流回路的接地，它们被连接到回流线和接地带上。

在高架区段，利用桥梁桩基础形成沿线的附加接地体，为了利用它们的接地效果，每段桥梁、人行便道、桥梁护栏和整体道床中的接地带与桥梁基础接地极进行电气连接。桥梁基础接地极及其横向连接的间距一般为50m，桥梁基础接地极的接地电阻一般为0.2Ω；在每根支柱处，它与桥梁接地带和回流线等进行电气连接；桥梁接地带与接地轨（或IB中点）和人行便道下接地带与接地轨（或IB中点）的等电位连接线的间距一般为300～600m；其它等电位连接线的间距同上述地面区段。在隧道区段，隧道结构段的长度通常为20m，利用隧道衬砌钢筋形成沿线的附加接地体，在隧道衬砌中的两根纵向钢筋以100m的间距与横向扁钢进行电气连接后形成环形接地极和接地母线，隧道环形接地极的接地电阻一般为0.1Ω。在每个隧道结构段中设置回流线支持结构和人行便道接地带，在每个接触网支持结构处，它与隧道接地带和回流线进行电气连接；隧道接地极与接地轨（或IB中点）和人行便道下接地带与接地轨（或IB中点）的等电位连接线的间距一般为300～600m；其它等电位连接线的间距同上述地面区段。

总之，接地轨、回流线和支柱基础接地极在地面区段构成了主要的接地装置，在其它区段与此相连接的是车站、站台、变电所、整体道床接地带、桥梁桩基础接地极和隧道环形接地极等。

（3）日本

在日本高速电气化铁路的牵引供电系统中，牵引变电所的供电电压采用154kV及275kV较高的电压等级，牵引变压器采用三相¾二相平衡接线型式（Scott接线和Wood Bridge接线），牵引网供电方式采用AT供电方式；关于接触网的保护接地方式，日本在AT供电方式以前一直采用双重绝缘加放电器的方式来实现接触网绝缘子的闪络保护接地，但由于接触网结构复杂和放电器不如直接接地更加直接和可靠，在近年修建的新干线接触网中部分取消了双重绝缘，并改为直接接地方式。

牵引网的保护装置主要包括放电器（避雷器）、接地线和接地极等，牵引网接地系统的主要目的包括防雷、防电击、防腐蚀、减少电磁感应电压及静电感应电压和设置参考电位等，接地类型主要包括工作接地、器具外壳接地、避雷针接地和避雷器接地等。电气设备保护接地的种类包括A、B、C和D四种情况，它们的接地电阻值和适用范围如表3-3所示。为抑制高速电气化铁路区段的钢轨电位，在部分车站设置了钢轨电位抑制装置、钢轨分散接地和上下行轨道间的等电位连接线。

第二篇：《接触网》教案 补充 中国电气化铁路史上的第一

中国电气化铁路史上的第一

在中国第一条按时速２００公里标准电气化改造的干线铁路——浙赣电气化铁路全线开通运营之际，铁路建设专家除了向记者详细介绍浙赣铁路有关的建设情况外，还介绍了中国铁路史上其他几条「名列第一」的电气化铁路。

据新华社南昌９月１５日电，中国第一条干线电气化铁路——宝成铁路。这条电气化铁路的宝鸡至凤州段於１９６１年８月正式投入使用，区段长度９１公里。它的建成使用，迈出了中国铁路牵引动力改革的新步伐，揭开了中国电气化铁路建设的序幕。凤州至成都间的电气化工程於１９７５年建成交付运营。

中国第一条双线电气化铁路——石太铁路。由石家庄至太原的石太铁路，全长２７５公里，电气化改造工程於１９７８年３月开工，１９８２年建成通车。其改造特点是第一次与线路站场改造、大修工程同时进行。担负著全国著名的西山、阳泉、汾西三大矿务局煤炭外运任务的石太铁路，在实行电气化改造后，运输能力迅速提高。

中国第一条一次建成的开行重载列车的双线电气化铁路——大秦铁路。全长６５２公里的大秦（大同至秦皇岛）铁路，是山西、陕西、内蒙古西部煤炭外运的主要通道，当时设计最大列车重量为１万吨，年运量达亿吨。其设计采用了较高水平的技术和先进设备，其中属国内攻关的５１项，国外引进的３５项。它建成后的巨大运量，充分显示了电力牵引的优越性。

中国电气化铁路的发展，走过了由山区到平原、由次要线路到干线、由单线到双线的道路。由於它具有运输能力大、能耗少、无污染等特点，因而在铁路运输中有著重要地位和作用。

根据「十一五」规划，５年内中国铁路将建设新线１７０００公里；既有线增建二线８０００公里，既有线电气化改造１５０００公里。

中国是当今世界上电气化铁路建设名列前茅的国家。铁路建设方面的专家告诉记者，从上个世纪６０年代初第一条电气化铁路建成通车至２００５年底，在中国７．５万公里铁路营业里程中，电气化线路达２万公里。今年以来，京沪铁路、胶济铁路电气化改造又相继完成并通车运营。

第三篇：《接触网》教案补充电力机车知识

电力机车知识 电力机车的特点

电力机车是从接触网获取电能，用牵引电动机驱动的机车。这里叙述的电力机车仅指用于铁路干线的一般客货运电力机车，且以交直传动电力机车为主。

电力机车具有一系列特点:

(1)可广泛利用多种一次能源

如可以由热力、水力、天然气甚至于地热、原子能、太阳能等转换而来，只要有相应的发电站，便可以利用相应的能量。

(2)功率大

由于在电力机车上没有产生能量的装置，也没有燃料储备，因而在同样的机车重量下，其功率要比自给式机车大。机车按单位重量所具有的功率称为机车的比功率，这是衡量机车技术水平的一个标志。目前电力机车的比功率一般达到40-60kW/t。

(3)速度高

由于电力机车功率大，因而可以获得较高的速度。目前，一般客运电力机车运行速度已达160-200km/h，货运电力机车也达到120-140km/h。随着新型机车的不断出现，电力牵引的高速动车运行速度已达到300-400km/h。

(4)效率高

电力机车本身的效率为80%-85%o但考虑到整个电力牵引系统，其平均效率则不是固定的，它与供电系统的电能来源有关，在由水力发电站供电的情况下，电力牵引的效率可达到60%-70%。

(5)过载能力强

机车在起动、牵引重载列车和通过困难区段时，具有一定的过载能力是十分重要的。对于非自给的电力机车，其能量是来自较强大的供电系统，因此机车的过载能力仅受牵引电机的限制，而牵引电机的过载能力是较高的。

(6)运输成本低

电力机车检修工作量小，维修周期长，每两次大修之间运行公里数为蒸汽机车和内燃机车的2倍。由于电力机车运输能力的增加，足以补偿电气化初期投资，所以铁道电气化长远经济效益好。

(7)司机劳动条件好，无烟气排放污染

电力机车不冒烟，不排废气，通过长大隧道时，乘务人员和旅客可免受烟气之苫，从而也为广大旅客创造清洁的旅行条件。此外，电力机车可以将接触网电能转供列车使用而不影响牵引功率，不用装设车下柴油发电机组，也不用发电车，提高列车的舒适度和经济性。

(8)不受外界条件限制在山区和高寒地区电力机车功率发挥更好。电力机车的分类

1、按机车轴数分

四轴车。轴式为B0-B0;

六轴车。轴式为C0-C0、B0-B0-B0;

八轴车。轴式为2(B0-B0);

十二轴车。轴式为2(C0-C0)、2(B0-B0-B0)。

轴式 “B”表示一个转向架有2根轴;轴式 “C”表示一个转向架有3根轴;脚号“0”表示每个轴有一台牵引电机;“-”表示转向架之间是通过车体传递牵引力。

2、按用途分

(1)客运电力机车。用来牵引各种速度等级的客运列车，其特点是速度较高，所需牵引力较小。

(2)货运电力机车。用来牵引货物列车，其特点是载荷大，牵引力大，但速度较低。

(3)客货通用电力机车。尤其是近年来新型电力机车中，其恒功运行速度范围大，可适用牵引客运列车，也可适用牵引货运列车。

3、按轮对驱动型式分

(1)个别驱动电力机车 指每一轮对是由单独的一台牵引电动机驱动的电力机车。

(2)组合驱动电力机车 指几个轮对用机械方式互相连接成组，共同由一台牵引电动机驱动的电力机车。

现代电力机车大都采用个别驱动方式，而很少再采用组合驱动。

4、按电流制分类

在铁道干线电力牵引中，电力机车主要按照供电电流制分为直流制电力机车、交流制电力机车和多流制电力机车。

·直流制电力机车

即直流电力机车，它是由直流电网供电，采用直流牵引电机驱动的电力机车。它是发展最早的电力机车，·其接触网电压通常为1·5kV和3kV直流电压。直流电力机车采用的直流牵引电动机结构简单、控制方便、易于维修、运用比较可靠。但由于接触网屯压不高而使送电距离受到限制，变屯所数目增加，尤其不适于机车向大功率方向发展。其调速方法多采用调节起动电阻和改变电机连接方式，但能耗大并有一定冲击。目前，已大量使用晶闸管进行斩波调速，以实现无级调速而成为直流电力机车的发展方向。在意大利、西班牙、波兰、俄罗斯、日本、法国仍有相当数量的直流电力机车在运营。

·交流制电力机车

又可分为单相低频(25Hz或16 2/3Hz)电力机车和单相工频(50Hz)电力机车。

(1)单相低频电力机车

它是在单相交流低频供电网下采用单相交流整流子电动机驱动的电力机车。低频是为了有利于单相交流整流子电动机的整流，其接触网电压可提高到II-15kV，便接触网简化，变电所数目减少，适应大功率牵引的要求。但因为供电频率与工业用电不同，需专门发电厂或在工业系统和铁道系统之间设置复杂的变频设备。等到单相工频制出现之后，单相工频电力机车的原理和电路应用到了单相低频电力机车中，两种机车除供电频率不同外，其间无大的区别。单相低频电力机车在早期发展电气化的国家中延用至今，在西德、瑞士、瑞典、挪威等仍在盛行，并占有一定比重。

(2)单相工频电力机车

它是单相交流工频供电网下采用的直(脉)流或交流牵引电动机驱动的电力机车。

单相工频交流制自20世纪50年代开始发展而成为当今世界铁道电气化最先进的供电制。其接触网电压高达20kV或25kV，而且与工业系统频率相同。在这种电流制下工作的单相工频电力机车，又可分为交直传动电力机车和交流传动电力机车。

..交直传动电力机车

是由接触网引人单相工频交流电经机车内的变流装置供给直(脉)流牵引电动机来驱动的机车。伴随着半导体器件的发展，交直传动电力机车先后有整流(引燃管或半导体二极管)电力机车和目前最广泛应用的相控(晶闸管)电力机车。

..交流传动电力机车

是由接触网引人单相工频交流电经机车内的变流装置供给交流(同步或异步)牵引电动机来驱动的机车。与之相应的为同步牵引电动机电力机车和异步牵引电动机电力机车。交流传动电力机车的发展是起源于20世纪70年代。它的发展同样与新型功率半导体器件的层出不穷和微机控制技术的进步而密切相关，从快速晶闸管到GTO、IGBT(IPM)、IGCT，使1979年出现的E120型异步交流传动电力机车之后，又相继出现的同步型或异步型交流传动电力机车，充分展示了交流传动电力机车的优越性。当前，由交直交电压型变流装置和鼠笼式异步牵引电动机构成的交流传动系统已成为世界电力机车电传动技术的主流，这就是通常我们称之为交直交电力机车。

·多流制电力机车

这种机车可以同时适用直流制、交流制在不同的频率、不同电压下工作。这是由于有些国家或相邻国家联运时存在着不同电力牵引供电网形成的，以西欧国家居多。电力机车的构成

电力机车由机械部分(包括车体和转向架)、电气部分和空气管路系统构成。车体是电力机车的骨架，是由钢板和压型梁组焊成的复杂的空间结构，电力机车大部分机械及电气设备都安装在车体内，它也是机车乘务员的工作场所。转向架是由牵引电机把电能转变成机械能，便电力机车沿轨道走行的机械装置。它的上部支持着车体，它的下部轮对与铁路轨道接触。电气部分包括机车主电路、辅助电路和控制电路形成的全部电气设备，在机车上占的比重最大，除安装在转向架中的牵引电机之外，其余均安装在车顶、车内、车下和司机室内。空气管路系统主要执行机车空气制动功能，由空气压缩机、气阀柜、制动机和管路等组成。我国电力机车的型号

我国电气化铁路借鉴国外的成功经验，从一开始就采用国际先进的单相交流工频 25kV的单一供电制式，并从一开始就来用交直传动的电力机车。直到目前为止，我国干线用电力机车仍以交直传动电力机车为主，其型号用 “韶山”命名，代号为 “SS”，全名表示为:

ss

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机车派生系列号，A、B、C、D

机车序号，1-9...机车代号

我国第一台交流传动电力机车原型车代号为 “AC4000”，其中 “AC”表示交流传动，“4000了”表示机车功率

交流传动电力机车的研制

到20世纪90年代，交流传动电力机车在西欧和日本等发达国家已被广泛应用于铁路牵引。我国应在试制成功第一台交流传动原型车AC4000型电力机车基础上，一方面要自主开发和创新，另一方面积极引进和借鉴国外先进技术，尽快研制出符合我国国情的各种不同功率级和各种不同用途的交流传动的电力机车。

(1)自主开发新型交流传动电力机车

当前，我国应加紧研制开发国产化新型交流传动电力机车，见下表。该型机车应选择以轮周功率1200kW为基准，采用 GTO、IGBT(IPM)等新型半导体功率器件和自主开发的交直交传动系统。此外还要注重其机车主要零部件标准化、简统化、模块化，以便于远期交流电·力机车的派生。

自主开发新型交流传动电力机车推荐表

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用途

轴式

机车轮周功率/kW 最高运行速度/ km/h

----------------------

客货运 B0-B0

4800

140-200

货运 C0-C0

7200

120

货运

2(B0-B0)

9600

120

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(2)合资开发新型交流传动电力机车

为了推动我国交流传动电力机车技术的发展，加快缩短与国外交流传动电力机车的差距，目前国内采取整车合资生产、整机引进的方式。株洲西门子牵引设备有限公司即将为宝成线提供8轴64OOkW交流传动货运电力机车，引进整机技术的4800kW最高速度为 200km/h交流传动客运电力机车(DJ1型)，己试制成功，将对我国交流传动电力机车技术的发展起到一定的促进作用。

新型电力机车的关键技术

新型电力机车研制应紧跟世界先进水平，研究高性能的交直交传动系统，同时从综合技术、高新技术出发，提高电力机车整体设计、工艺水平，研制开发出多种国产化的新型的电力机车。其关键技术应包括:

(1)新型功率器件的应用

积极跟踪世界先进水平开展GTO、IGBT(IPM)、IGCT应用技术的研究，为国产交直交传动电力机车主变流器的开发奠定基础。

(2)水冷技术

综合国内外变流器冷媒应用的经验，开展主变流器水冷技术的研究及工程化。

(3)主变流器控制系统

·32位微机控制

应选择先进的高速32位浮点运算的 CPU为核心，建立模块化、标准化的硬件电路，采用先进的PCB设计方法和制造工艺，以满足通用要求和系统可靠性要求。

·网侧变流器控制技术

保证网侧功率因数接近1或等于1，保证低谐波电流。

·电机侧变流器控制技术

开发高性能的异步牵引电动机的控制策略，如矢量控制技术和直接转矩控制技术。

·粘着技术

开发蠕滑率控制技术和粘着技术，以获得机车在各种运行条件下的最佳粘着利用率。

(4)大功率异步牵引电动机

改进绝缘系统，提高电机的可靠性，提高电机的经济指标，降低单位功率的重量。

(5)无摇枕转向架及径向转向架

合理选择一系、二系悬挂参数，同时设计性能良好的全悬挂转向架，以提高机车转向架的动力性能、运行稳定性和曲线通过能力，并降低轮轨磨耗，同时提高机车粘着利用。

(6)车体轻量化及模块化设计

积极研究车体轻量化结构。采用高强度结构材料和铝合金材料，以减轻车体重量。采用模块化设计来适应多种车型的研制开发。

(7)采用独立风道通风系统，以及按人机工程学设计的司机室。

第四篇：_动车论坛_《接触网》教案-补充-机车交路和机车运转制

机车交路和机车运转制

机车交路或称机车牵引区段，是指机车担当运输任务的固定周转区段，即机车从机务段所在站到折返段所在站之间往返运行的线路区段。机车交路是组织机车运用工作，确定机务段的设施和配置、机车类型分配、机车运用指标的重要依据。

机车交路按用途，可分为担当旅客列车牵引任务的客运机车交路和担当货物列车牵引任务的货运机车交路；按乘务组工作时间，可分为一般机车交路和长交路。对于长交路，在机车乘务组采用换乘的乘务制度条件下，机牢交路按方向又可分为直线形交路（或称双向交路）和多边形交路（或称多向交路）。

机车在交路上进行列车作业的组织方式称为机车运转制，它主要可有循环运转制、半循环运转制、肩回式运转制和环形运转制之分。因而，机车交路按机车运转制分，又可分为循环运转制交路、半循环运转制交路、肩回式运转制交路和环形运转制交路。

确定机车交路，实际上也就是确定机务段及其折返段的位置，其主要依据为：

（1）运输的需要，即区段的行车量和列车密度；

（2）提高机车运用效率方面的考虑；

（3）乘务员工作时间和机车周转的安排；

（4）机车的技术性能。

由于蒸汽机车运行速度较低，以及受机车煤、水储量的限制，其交路一般较短。内燃机车和电力机车因整备作业简便，运行速度高，续行距离长，机车交路可大大延长，甚至可达数千公里。加拿大蒙特利尔至温哥华的机车交路长达4691 km，我国铁路长沙至广州的客运机车交路也已达726 km。延长机车交路可以减少机务段数量，提高机车运用效率，从而可节省建设投资、降低运营管理费用，有明显的经济效益。确定机车交路长度是一个涉及诸多因素的技术经济问题。在实际工作中，可按机车乘务员一次连续工作时间标准计算：

L1=0.5(t标准-∑t准备)v机旅

L2=(t标准-∑t`准备)v机旅

式中 L1----一般机车交路的机车交路长度，km；

L2--“长交路”的机车交路长度，km；

v机旅--牵引区段机车平均旅行速度，km／h

t标准--机车乘务员一次连续工作时间标准，h

∑t准备--机车乘务组在机务段和折返段及其所在站工作时间，即由本段接班至列车出发，以及由列车到达至交班完了，再加上乘务组在拆返段由列车到达交班完了至牵引列车出发时止的工作时间，h

∑t`准备--机车乘务组在机务段和折返段及其所在站工作时间，即由本段接斑至列车出发，以及在折返段由列车到达至开始休息的工作时间，h。

在长交路区段，当机车乘务组采用中途换乘的乘务制度时，确保机车进入配属段进行机车预检及各种计划修理的机车交路最大长度Lmax。，则可按如下公式计算：

对于直线型交路 Lmax=0.5*T机检*S机=12*T机检*V直

对于多边型交路 Lmax=T机检*S机=24*T机检*V直

式中 T机检--机车两次预检作业之间的工作时间标准，h

S机--机车日车公里；

V直--列车运行平均直达速度，km/h