高速铁路牵引供电系统

高速铁路牵引供电系统（精选9篇）

高速铁路牵引供电系统 篇1

一、关于京沪高速及客运专线技术方面

（1）高速铁路牵引供电系统技术方案及关键设备研究；

（2）高速铁路弓网关系、受流技术及综合检测与装备技术研究；

（3）高速接触网零部件、高强度铜合金接触线及重点供变电设备的研发技术；

（4）350km/h高速铁路接触网悬挂方式、安装、调整、检测技术；

（5）高速铁路系统总集成与综合试验技术研究；

（6）高速铁路牵引供电系统与高速动车组匹配技术研究；

（7）高速铁路供电系统过分相技术研究；

（8）高速铁路综合检测技术及技术标准体系和技术管理体系；

（9）客运专线牵引供电系统维修技术研究；

（10）客运专线牵引供电方式、电能质量研究；

（11）客运专线牵引供电系统电磁兼容研究；

（12）300公里以上客运专线电气化施工组织、施工工艺、施工机具研究；

（13）客运专线变电站自动化系统与安全监控系统、信息管理系统等的接口研究；

（14）客运专线监控设备系统集成及综合自动化新技术研究。

2．关于土建及工民建方面

（1）不同地基，不同土质条件的路基、地基基础设计、施工与填料改良技术；

（2）路桥、路涵，无碴、有碴轨道等不同结构物间过渡段方案与施工技术；

（3）既有桥梁检测评估、修补加固及拆除重建成套技术研究；

（4）高性能混凝土技术研究；

（5）养护维修体制、维修方案与管理技术研究；

（6）钢柱与混凝土柱连接节点构造研究；

（7）新型模板施工技术。

3．关于城市轨道交通方面

（1）城市轨道交通牵引供电设备系统设计、施工技术的研究；

（2）城市轨道交通悬挂另部件国产化、复合轨及配件的研究；

（3）城市轨道交通各类电压等级的牵引供电网络构成技术；

（4）城市轨道交通三轨、单轨、刚性及柔性悬挂接触网受流技术研究；

（5）城市轨道交通牵引供电设备集成化、监控设备综合自动化研究；

4．关于通信及信息技术方面

（1）客运专线通信信号系统总体方案、技术标准、关键设备及系统集成；

（2）通信信号设备抗大牵引电流干扰技术、综合防雷技术及电磁兼容技术；

（3）客运专线GSM—R应用技术及专业通信技术；

（4）客运专线通信信号系统监测、检测及综合接地技术；

（5）高可靠、高安全专用计算机技术及控制系统数据安全传输网络技术；

（6）客运专线通信信号系统抗干扰技术研究。

5．关于既有铁路的维护管理方面

（1）提速区段牵引供电安全设备应用及管理技术；

（2）电气化铁路牵引供电系统高安全、高可靠的维修管理技术；

（3）电气化铁路检测系统和信息管理系统的维管及相关技术研究；

（4）电气化铁路维管系统的责任成本、体制建设、管理模式的研究。

6．关于节能环保方面

（1）铁路减振、降噪工程措施及新技术；

（2）环保节能相关技术的研究。

7．其他方面

（1）工程施工管理及各阶段接合部系统优化等相关问题的研究；

（2）电气化施工机械、新型施工机具及检测设备的研制;

（3）企业信息化、工程管理信息化建设的研究；

（4）施工工艺的推广应用及施工安全管理体系研究;

高速铁路牵引供电系统 篇2

关键词：高速铁路,牵引供电,功率补偿

1 引言

目前电气化铁路牵引供电系统通过将外部三相110~220 k V电源转换成两相27.5 k V对机车进行单相供电, 即电压通过牵引变压器进行ABC-ab (αβ) 转换。在每个区间列车只能从一个供电臂获得单相电能, 因此电气化铁路并不是一个平衡负荷, 为了减少这种不平衡负荷对电网带来的不利影响, 采用固定无功补偿、SVC、相序轮换等措施, 具有一定效果, 但不能完全抵消不平衡负荷影响[1~5]。新近研制的用于铁路的综合电能质量控制系统 (RUPQC) 是一种三相-两相电网谐波及功率柔性补偿装备, 可以实时调节供电系统补偿功率, 从而完全消除不平衡现象。

2 拓扑结构

RUPQC是2009年国家科技支撑计划“中国高速列车关键技术研究及装备研制”项目研究内容之一, 所研制的RUPQC系统原理图如图1所示。

牵引变电站进线为110 k V, 出线为27.5 k V, 牵引变压器采用V/V接线。两牵引供电臂分别接有1.6 Mvar的固定补偿电容。补偿装置接于牵引变压器低压侧的2个供电臂上, 采用单相背靠背结构, 每相容量为4 MV·A (额定电流为72.7 A) , 由分裂变压器降至550 V, 由24个功率单元 (H桥) 在交流侧并联、直流侧串联形成。其中每级功率单元额定电流约为300 A, 直流侧电压为900 V。该拓扑可以通过转移两供电臂有功功率, 补偿无功功率, 并发出相应的谐波, 从而能够对高速铁路中的负序和谐波电流进行综合治理, 并具备电压波动和闪变抑制能力。

3 补偿控制策略

3.1 补偿原理

以a (α) 相供电臂有机车负载, 而b (β) 相供电臂无机车负载为例来分析装置补偿能力。为了便于分析, 假设牵引变压器变比为1。

如图2所示, UA, UB, UC为牵引变压器原边三相电压, Ua, Ub为牵引变压器副边两桥臂电压, 其相角相差60°。补偿前, 只有a桥臂有有功负载, 首先通过RUPQC转移一半的有功电流到b桥臂, 此时两桥臂电流的幅值相等, 相角相差60°, 不平衡度由原来的100%变为50%。在此基础上, 在a桥臂补偿一定的容性无功电流I′Ca使电流超前该桥臂电压30°, 而在b桥臂补偿一定的感性无功电流I′Cb使电流滞后该桥臂电压30°, 这样补偿之后得到的两桥臂电流Ia″, Ib″分别与IA, IB重合, 相角相差120°, 由此可以得到原边C相电流为IC, 此时原边三相电流完全对称负序电流为0并且原边三相功率因数都为1, 达到了负序补偿的目的。再根据检测到的机车负载谐波电流, 分别向相应的供电臂注入幅值相等相位相反的电流即可补偿谐波。

3.2 控制策略

假定补偿装置能够实现负序和无功的完全补偿, 则对于V/V接线的牵引变压器, 若a相和b相的负载有功和无功功率分别为Pα, Pβ和Qα, Qβ, 则装置的补偿功率应为

补偿装置控制系统框图如图3所示。

4 仿真结果

根据系统原理图进行PSCAD仿真, 假定110 k V侧电力系统的短路容量为800 MV·A, 牵引变压器容量为32 MV·A, 漏抗为10%。24个单相变压器并联等效一个24分裂变压器, 其中每个单相变压器容量为84 k V·A, 变比27.5 k V/500 V, 漏抗为10%。各H桥采用三电平控制方式, 载波频率为3 000 Hz, 各H桥载波之间相移7.5°。负载用电流源代替, 设定0.1 s时补偿装置投入充电, 0.15 s限流电阻旁路, 0.2 s开始补偿。仿真步长为10μs, 时间为1 s。装置的系统侧功率、负序电流和牵引侧有功功率的仿真结果如下。

4.1 两相均发出2 Mvar的无功功率

考虑到两桥臂电压均有1.6 Mvar的固定补偿, 故设定两相负载均为3.6 Mvar的纯无功负载。

图4中系统侧无功功率及基波负序电流在补偿后降为零, 表明系统侧的无功功率均由补偿装置进行了补偿。

4.2 两相间传递有功功率

为了实现完全补偿, 在传递有功功率的同时还需传递无功功率。两相间传递功率的方式一样。设定β相负载电流幅值为0.12 k A, 相位为30.19°, α相负载电流幅值为0.058 18 k A, 相位为90°。在此工况下, 补偿装置每相总的输出功率为2 MV·A。

图5中系统侧无功及负序电流得到了补偿, 并且α-β两相有功功率经过传递后输出相等, 实现了平衡。

理论分析及仿真实验表明, RUPQC能够实现有功和无功的双向流动, 并保持各直流电容电压的平衡。在使用适当的补偿控制策略后, 可有效地对电气化铁路产生的无功功率和负序电流进行补偿。

5 RUPQC装置试验

该装置采用集装箱标准设计, 占地小, 施工及使用方便灵活。接入试验27.5 k V电网系统。功率单元的开关频率为3 k Hz, 因此实际设备波形的畸变率较小。

5.1 有功功率传递

进行了0~100%功率传递试验。图6a为有功传递为50%时, 发出有功功率一侧的电网电压与电流波形, 由于网侧电压过高, 因此测试点的网侧电压为经过PT后至模拟板的电压, 其相位与实际的电网电压同相。实际的电流有效值为36.4 A, 网侧额定电流为72.7 A, 其相位基本一致。图6b为吸收有功功率侧的电网电压与电流 (电流有效值为36.8 A, 其相位相差180°) 。

5.2 无功功率测试

图7a为系统给定容性无功功率为额定的50%时, 网侧电压与电流, 此时电流超前电压90°, 电流有效值为37.1 A。图7b为系统给定感性无功功率为额定的50%时, 网侧电压与电流, 此时电流滞后电压90°, 其电流有效值为36.9 A。

5.3 谐波测试

图8所示分别为5次, 7次谐波给定时网侧电压与电流, 为防止影响电网, 因此在实际测试中所发出的补偿谐波幅值较小, 其幅值为额定电流的5%。

6 结论

RUPQC是新一代基于大功率全控型电力电子器件的动态无功补偿装置, 理论研究及试验表明对电铁电能质量进行治理具备如下优点:1) 不需要电抗器等, 直接利用VSC变流器进行有功交换与无功补偿, 而且无论有功无功均能进行双向调节, 充分适应电铁负荷变化大的特点, 不采用电抗器也使装置的运行损耗大大降低, 节省大量电能;2) 相对于SVC, 响应速度更快, 响应速度可达5 ms, 动态调节能力强、负荷率适应性好、工作效率高、输出谐波含量小, 可以实现有功、无功功率的4象限控制, 可在对变电所两供电臂无功动态补偿的同时, 调节两供电臂的有功潮流, 实现其负荷的动态平衡;3) 可通过有功控制, 实现2个变压器向1个供电臂供电, 提高供电变压器的效率, 扩展现有变电站运能;4) 布置紧凑, 占地面积小, 仅为SVC的1/3~1/2。该装置目前要获得普及, 主要面临建设成本问题, 但随着硬件成本下降, 该问题有望得到解决。

参考文献

[1]韩智玲.浅析电力机车对牵引网电能质量的影响[J].电气传动, 2010, 40 (4) :41-43.

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[3]曾灿林, 罗安, 马伏军, 等.新型高速铁路电能质量补偿系统及参数设计[J].电网技术, 2011, 35 (10) :64-69.

[4]盘宏斌, 罗安, 涂春鸣, 等.并联型高电能质量调节装置的研制[J].电网技术, 2009, 33 (1) :11-16.

高速铁路牵引供电系统 篇3

关键词：高速铁路；牵引供电；接触网；雷电防护；交通运输 文献标识码：A

中图分类号：TM922 文章编号：1009-2374（2016）13-0104-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.050

高速铁路目前在国内已经逐渐向各个地区普及，由于高速铁路面对的安全要求更高，因此需要牵引供电系统能够正常运行。在遇到雷雨天气时，该系统要能够对雷电进行防护，以免列车的供电被迫中断，给人们的生命安全带来威胁。对于高速铁路牵引供电接触网的雷电防护的研究对保证人们的安全具有十分重要的作用。

1 高速铁路牵引供电系统雷电防护缺陷

1.1 直击雷的防护问题

高速铁路牵引供电系统在电压等级上来说相当于电力系统的35kV，所以在对接触网防雷进行设计时，需参考35kV输电线路及普速铁路接触网的规范，在整个接触网防雷线中没有架设避雷线，需对关键的设备加设避雷器。高架桥是高速铁路的主要结构，高架桥接触网在对地高度上相当于110kV架空线路，因为没有避雷线的保护，使得直击雷很容易危害到接触网。直击雷一般会从三个地方入侵：一是对承力索进行雷击，当雷电入侵后，这时腕臂绝缘子会发生闪络；二是对正馈线进行雷击，入侵之后会导致悬式绝缘子发生闪络；三是对保护线进行雷击，这时就会引起两种绝缘子发生闪络。

1.2 冲击接地电阻问题

高速铁路和普速铁路相比具有很多特点，例如高铁的牵引电流比普速要大，钢轨泄漏电阻较大。以客运专线为例，与钢轨电位相比，常速既有线路的要求更低，所以高铁沿线的维护人员在工作中很容易发生触电事故，并且绝缘的老化速度很快，这就影响了高速铁路牵引供电系统的正常运行。鉴于此，现在在高速铁路中采取综合接地方式，在部分的地段需要打接地极，并且接地电阻的要求很严格。但在实际的高铁中，当遇到雷击，受到雷电流的冲击，在有限的部分发生泄流，引起接地电阻超过正常值，这就导致绝缘子发生闪络现象。

1.3 不同地区雷电防护要求的差异性问题

在不同的地区，雷电和土壤参数也会不同，在高速铁路的建设过程中，具有跨度大的特点，线路也比较长，在高速铁路的一条沿线上，一般会有多种雷电及土壤参数，而不同参数的雷电危害程度也不一样，所以雷电防护就需要进行针对性的设计。但在实际高铁雷电防护设计中，却没有将这种差异性考虑进去，使得雷电防护的措施不够完善，雷电的防护作用无法完全发挥

出来。

2 高速铁路牵引供电接触网雷电防护

要避免雷电对高速铁路正常运行的影响，防止引起安全隐患，牵引供电接触网雷电防护是十分重要的举措，与国外相比，国内的牵引供电接触网雷电防护还是存在一定差距的，在一些方面还没有比较成熟的技术，因此需要遵照基本原则和方法防止安全事故发生。

2.1 分析和计算接触网

按照国内外接触网受到雷击方式的分析和计算，总结出下面的结论：若接触网所处的地区在一年内的平均雷电日较多，那么遭受雷击的频度也就更大，通常来说每平方公里大地一年的遭受雷击次数是随着年平均雷电日数的增加而增加的。按照国际大电网会议推荐的计算：承力索距离轨面平均高度为7米，接触网的侧面限界为3米，利用下面的公式计算出单线接触网遭受雷击次数，即N=0.122×Td（年平均雷电日数）×1.3，复线接触网遭受雷击次数的计算公式则为N=O.244×Td×1.3。当遭受雷击时，接触网产生过电压，当接触网支柱受到雷击时，雷电流会沿着支柱侵入地面，与此同时在支柱上会有冲击过电压产生，过电压的值和支柱的冲击接地电阻、雷电流幅值与支柱等值电感相关联，它们的关系是非线性正比关系。另外，雷电通道产生的电磁场变化会使得和雷电流极性相反的感应电压产生，而且感应电压的值随着雷电流的平均值和接触网导线的高度增加而增大。冲击过电压以及感应过电压的叠加值的大小同接触网支柱的接地电阻相关联，叠加值的大小与接地电阻呈现正比的关系，也就是说当接触网支柱的接地电阻增大，那么引起闪络的雷电流幅值以及绝缘子闪络概率就会相应

增加。

2.2 接触网的安装

目前的高速铁路的供电方式通常采用的是AT，图1所示的是AF线和PW线安装位置，这时PW线安装在AF线的下方位置。在这种安装形式下，接触网线路直接落雷的闪络概率采取电气几何模型和先导发展模型来计算，计算的条件为：因为自然雷中90%为负极性，直击雷过电压为负极性，在计算过程中采用绝缘子U50%为闪络判据；根据雷暴日为20d与40d两种情况来计算（U50为绝缘子50%雷电冲击放电电压）。表1为接触网绝缘子正负极性标准雷电冲击50%的放电电压。雷击闪络次数和线路的暴露宽度与地闪密度有关。线路的引雷面积（线路双侧乘以2）等于线路总的暴露宽度乘以线路长度，年雷击闪络次数则为线路的引雷面积与地闪密度相乘，当线路的长度为100千米时，可计算出线路的百公里年闪络次数。

提高现有PW线的安装位置并作避雷线。如图2所示，假设PW线在AF线上方1.5米处，桥梁的高度分别为10米和15米，抬高PW线在AF线上方的保护配置，可大大减少AF线和T线直接落雷的次数。提高PW线的位置之后可以屏蔽掉AF线和T线，大为减少AF线和T线直接落雷（绕击）的次数，但当PW线落雷的雷电流幅值比较高的时候，会引起AF线与T线绝缘子反击闪络，且AF线与T线绝缘子还是可能出现雷电感应闪络。

3 接触网防雷原则

一是根据高速铁路客运专线以及客、货混线线路不同的供电方式，有针对性地制定防雷原则及措施；二是根据区间和站场的不同特点对接触网防雷措施进行确定；三是将实际跳闸统计数据与雷区划分结合起来；四是将站场接触网和站房等防雷措施结合起来；五是充分发挥避雷针和避雷线等不同接闪器的优势，并将其结合起来；六是根据不同的地理和气候等自然条件，对防雷设施的密度和强度进行设计，在保证安全的基础上兼顾效益。

下面提出六点防雷建议：一是在多雷雨地段、较为空旷的地段、高架桥梁段需加强雷电的防范；二是在架设绝缘避雷针和避雷线时，需要依据当地区域接触网所受的雷电强度及跳闸数据等实际情况，对避雷器的安密度进行合理调节，同时与放电间隙相结合，预防雷击；三是在区间接触网的顶端架设避雷线，避雷针数量依照雷电日数来确定；四是根据计算对避雷针和避雷线的有效防雷范围予以保证；五是对于支柱两侧的高压带电部分，采取柱顶布置来预防雷击，减少直击雷对接触网高压部分的放电量；六是通过架设避雷线的绝缘以及避雷针的单独接地，来达到减少支柱直击雷与反击雷对接触网高压部分的放电量的效果。

4 结语

综上所述，在高速铁路的防雷电方面，我国做得还不足，与国外先进国家的防雷措施相比还具有很多需要努力的地方。因此，为了保障高速铁路供电系统的正常运行，保证人员安全，就需要相关的工作人员不断增加相关的雷电防护知识，以便熟练地掌握高速铁路牵引供电接触网雷电的防护措施。在经济的快速发展下，高铁为人们的出行提供了越来越大的便利，满足了人们快捷、舒适的出行要求，同时人们对于铁路安全也提出了更高的要求，所以我们要不断吸取国外先进的技术，采用更为有效的雷电防护措施，避免铁路供电系统遭受雷击从而中断。相信在今后，我国高速铁路牵引供电接触网雷电防护会越来越好。

参考文献

[1] 康佳.刍议高速铁路牵引供电接触网雷电防护措施

[J].科技与创新，2014，（14）.

[2] 王永生.高速铁路牵引供电接触网雷电防护[J].城市

建筑，2015，（6）.

[3] 边凯，陈维江，王立天，等.高速铁路牵引供电接触

网雷电防护[J].中国电机工程学报，2013，（10）.

[4] 肖潮.高速鐵路牵引供电系接触网雷电防护措施探析

[J].科技视界，2015，（17）.

作者简介：汪德耀（1987-），男，南宁铁路局柳州供电段助理工程师，研究方向：技术方面。

高速铁路信号系统 篇4

近年来,我国高速铁路建设取得了迅猛发展,截至2011年底,高速铁路营业里程达7 531 km(不包括台湾地区),在建高速铁路1万多千米,已成为世界高速铁路运营速度最高,运营里程最长、在建规模最大的国家.铁路信号系统是为了保证铁路运输安全而诞生和发展的,它的第一使命是保证行车安全,没有铁路信号,就没有铁路运输的安全.随着列车运行速度的提高,完全靠人工望、人工驾驶列车已经不能保证行车安全了,当列车提速到200km/h时,紧急制动距离将达到2 km(常用制动距离超过3 km),因此,国际上普遍认为当列车速度大于时速160 km时,必须装备列车运行控制系统(简称列控系统),以实现对列车间隔和速度的自动控制,提高运输效率,保证行车安全.要实现列车自动控制,需要解决许多关键技术问题,例如:车-地之间大容量、实时和可靠信息传输,列车定位,列车精确、安全控制等,需要车载设备、轨旁设备、车站控制、调度指挥、通信传输等系统良好的配合才能实现,以现代列车运行控制技术为核心的信号系统可以称为现代铁路信号系统.高速铁路装备了列控系统后,提高了列车运行速度和行车密度,同时对中国铁路信号技术还具有积极的促进作用,但由于发展速度太快,设备、标准、管理与养护都免不了存在一些缺陷和不足.本文作者简要阐述了中国列车运行控制系统为我国铁路发展所产生的促进作用,也对现有系统存在的若干问题进行了分析,在分析的基础上,针对今后中国列车运行控制系统的建设提出了改进建议.中国列车控制系统（CTCS）

2003年,铁道部参照欧洲列车运行控制系统(ETCS)相关技术[3],根据中国高速铁路建设需求制定了5中国列车运行控制系统(CTCS)技术规范总则(暂行)6,以分级的形式满足不同线路运输需求.CTCS系统由车载子系统和地面子系统组成.地面子系统包括:应答器、轨道电路、无线通信网络(GSM-R)、列控中心(TCC)/无线闭塞中心(RBC).车载子系统包括:CTCS车载设备、无线系统车载模块等.CTCS依次分CTCS-0~CTCS-4共5个等级, 以满足不同线路速度需求.CTCS0级为既有线的现状;CTCS1级为面向160 km/h以下的区段;CTCS2级为面向干线提速区段和200~250 km/h高速铁路;CTCS3级为面向300~350 km/h及以上客运专线和高速铁路;CTCS4级为面向未来的列控系统.TCS-2级列控系统[5]是基于轨道电路和点式应答器传输列车运行许可信息,并采用目标-距离模式监控列车安全运行的控制系统.地面一般设置通过信号机,是一种点-连式列车运行控制系统.在CTCS-2级列控系统中,用轨道电路实现列车占用及完整性检查,并连续向车载设备传送空闲闭塞分区数量等信息.用应答器向车载设备传输定位、线路参数、进路参数、临时限速等信息.列控中心具有轨道电路编码、应答器报文储存和调用、区间信号机点灯控制、站间安全信息传输等功能.同时,列控中心根据轨道电路、进路状态及临时限速等信息,产生行车许可,并通过轨道电路及有源应答器将行车许可传递给列控车载设备.列控车载设备根据地面设备提供的信号动态信息、线路参数、临时限速等信息,结合动车组参数,按照目标-距离模式生成控制速度,监控列车安全运行.CTCS-3级的列控系统[6]是基于无线通信网GSM-R传输列控信息并采用轨道电路检查列车占用的连续式控制系统.CTCS-3级列控系统采取目标距离控制模式和准移动闭塞方式,地面可不设通过信号机,司机凭车载信号行车,同时具有CTCS-2级功能.CTCS-3级列控系统地面设备包括:无线闭塞中心、列控中心、轨道电路、点式应答器、GSM-R通信接口设备等.车载设备包括:车载安全计算机、GSM-R无线通信单元、轨道电路信息接收单元、应答器信息接收模块、列车接口单元等.在CTCS-3级列控系统中,无线闭塞中心根据轨道电路、联锁进路等信息生成行车许可,并通过

现代高速铁路列车控制系统的应用 篇5

列车运行控制系统（以下简称CTCS系统）作为新知识、新技术，还没有被我们所认识，尤其是CTCS系统与工、电部门的联系我们还知知甚少，通过这次CTCS系统论文的编写有了一定的了解。也给我们在铁路未来的施工中指明了方向。

第一章

CTCS系统的概要 第一节

相关术语介绍 1、1、1相关名词术语 1、1、1、1名词术语

允许速度：列车运行过程中允许达到的最高安全速度。目标速度：列车运行前方目标点允许的最高速度。目标距离：列车前端至运行前方目标点的距离。

目标距离模式曲线：以目标速度、目标距离、线路条件、列车特性为基础生成的保证列车安全运行的一次制动模式曲线。1、1、1、2缩写语

ATP（Automatic Train Protection），列车超速防护。CTC（Centralized Traffic Control）,调度集中。

高速铁路牵引供电系统 篇6

1.1高速铁路引入牵引供电系统

电力牵引是一种新型的铁路牵引动力的形式。在城市交通运输中,电力牵引是使用最为广泛的牵引方式,将电能转换为机械能以驱动列车的前进,高速铁路动车组和城市轨道交通车辆的运行形式就是以电力牵引为主。根据牵引供电的标准不同,分为单相交流电和单相直流电。高速铁路的电气化系统在中国大多使用直流牵引系统,用于电力牵引系统的主要是在城市轨道交通运输系统中。

1.2电力牵引特性

(1)牵引电机本身没有燃料的消耗,可以使用再生能源,电力牵引供电系统与大容量电气系统对接,电能总量是有保证的。

(2)电力机车动车组的启动加速系统具有承载能力强等特点,可满足所有的现代交通运输工具快速运行所需要的运输动力。

(3)造成的空气污染和环境(噪声)影响比较小,有利于改善交通区域的环境条件。

(4)电力牵引供电系统的工作效率较高,远远超越著名的蒸汽机车牵引动力系统,比后来的内燃机机车牵引系统还要优异,是个独特的发展阶段。

(5)高铁信息技术广泛应用微电子技术,电力机车进行实时就可以检测故障,可以实现驾驶自动化,对于电力系统进行监测和远程控制,电力牵引系统更有利于实现信息的自动化,从而大大提高了工作效率。有利于长铁路电气化的发展,推动了运输业的发展。

1.3牵引供电变电牵引系统

电力牵引供电系统主要包括电力系统和变压器,通过这些结构来控制开关电流(或转换的交流电频率),提供电力负荷电流机车式(交流或直流)电源,并对机车提供足够的牵引力,所有形式的传输功率分配频率的单相交流电牵引系统都是来自于变电站单相供电网络,通过电源线连接轨道电路和回线等等,目的都是为了使电能有效可靠的服务于电力机车。我国牵引电力系统的标准额定电压为25k V,额定50赫兹。电源回路经过牵引站、电源线的电力机车接触轨道返回牵引供电变压器。

2接触网供电系统简介

2.1高速铁路的供电接触网系统

接触网的形式主要应用于铁路轨道控制系统,沿着高空安装高压电弧电流收集线来进行传输。接触网与主框架通过电气化工程架构,沿铁路电力机车供电网络进行电力传输。接触网主要由悬挂支撑装置和定位装置等组成,多个柱部分和接触主要包括以下内容:

(1)基本单元,如水泥柱、钢柱等基础的支撑结构;

(2)基于元件的安装结构,主要是网络元件的连接导线和接触的基础部分;

(3)接触网导线,这部分的功能主要是传输电力;

(4)其他辅助部件,包括额外的回归线,悬挂,接触网通过地面与轨道回流线组成的牵引网。

2.2接触网电压水平和频率这多相交流电的25KV电力系统

2.3接触网络的供电方式

2.3.1单边供电

供电部分每只从一个牵引站获得能量,从相邻的独立供电臂上以相对灵活的方式,在没有接触线故障情况下的完成牵引工作,如果电源区出现故障,则他的影响规模比较小,这是对变电站供电一种保护装置,它相对简单,应用也更加广泛。

2.3.2双边供电电源系统

每个区域的同时从两个牵引变电站获得能量,它能够有效提高接触网电压,减少功率损耗。但出于对设备、开关、电源和分区亭的保护,出现问题后影响的范围可能更大一些,使用范围比较狭窄。

2.3.3大范围的越区供电

当一个牵引站供电系统正常工作时,万一出现电源故障,通过分离单元、开关设备和相邻车的供电臂连接,实现牵引变压器的电源临时保护措施。越区供电的主要特点是主变压器大负荷工作,安全性和供电质量方面还不尽如人意,因此只在很短的时间为供应区服务,是运输方面供电系统的临时代替措施。

2.3.4电源并联后供电

双并联供电臂侧的下行线,通过开关器件(或电连接线)并行供电,可以提高并联供电电压,但是电源线接触臂的末端容易发生事故,此时的影响范围广,操作不够灵活。在我国应用比较广泛,可以考虑优先采用电源分离的工作模式。

2.4接触网络的特点和供电要求

电接触网络系统内的牵引变电站可以直接为高铁运输系统提供重要的动力,因此接触网络的质量和运行状态直接影响了电气化铁路的运输能力。由于接触网是露天安装的,电路上的负载和电力机车沿接触线的变化比较复杂,所以我们对接触网的供电系统提出以下要求:

(1)在高速运行和恶劣的气候条件,能保证正常的电力机车电流收集线接触臂的弹性、稳定性和足够坚固的机械结构。

(2)接触网设备和零件有互换性和足够的耐磨、耐腐蚀,延长设备的使用寿命。

(3)要求接触网对地绝缘,保证安全性和可靠性。

(4)设备结构尽量简单,便于施工,有利于操作和维修,在出现事故的情况下方便维修和快速恢复供电。

(5)尽可能降低成本,特别是要节约有色金属和钢铁的使用量。

3结束语

我国高速电气化铁路的发展速度很快,通过对电力牵引供电系统的了解认识,更深刻的理解接触网对我国高铁的应用,协调了牵引供电系统可能对临近线路接触网的影响。减少接触网的弊端,使得我国高铁在未来能够飞速的发展。

参考文献

[1]林炯.HX_N5型机车交流牵引电机电枢铁芯轴摆超差原因分析与改进[J].中国铁路,2016(05).

[2]张明杰,曾祥东.接触网牵引电机故障诊断技术研究[J].中国新技术新产品,2016(02).

[3]何翠微,钱纪富,骆方林.内燃机车高速柴油发电机组联接形式及振动分析[J].铁道机车车辆,2015(06).

[4]李广.窄轨内燃机车异步牵引电机技术探讨[J].铁道机车与动车,2016(03).

高速铁路牵引供电系统 篇7

关键词：牵引系统 受电弓 RAM分析

中图分类号：U26 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2015）06（a）-0082-01

牵引系统作为高速铁路的“心脏”和“血管”，负责为电力机车和客运专线动车组提供可靠持续的电力。列车牵引运行是将电能转换成机械能，在其运行时，受电弓将接触网单相工频交流电，经过相关的高压电气设备传输给牵引变压器，牵引变压器降压输出单相交流电共给牵引变流器，脉冲整流器将单相交流电变换成直流电，经中间直流电路的直流电输出给牵引逆变器，牵引逆变器输出电压/频率可调的三相交流电源驱动牵引电动机，牵引电动机的转矩和转速通过齿轮变速箱传递给轮对驱动列车运行[1]。

为了提高牵引系统受电弓运行的可靠性水平，不但要对各个子系统的主要故障模式进行定性分析和建立起相应的可靠度计算模型，找到可靠性指标偏低的故障频发环节，还要研究它一旦发生故障是否在较短的时间内经过维修恢复到正常运行状态的维修性，因此该文把受电弓的可靠性和维修性作为研究重点。

1 RAM分析

RAM即系统可靠性（Reliability）、可用性（Availability）、可维修性（Maintainability）的缩写。RAM分析即对上述三个方面的全面分析。RAM的工作是以RAM的理论和方法分析产品的可靠性、可用性、维修性，提出设计改进的措施和方法，提高产品的RAM水平，进而提高产品质量。RAM分析方法主要包括可靠性建模、RAM指标分配和预计、故障模式、影响及危害性分析（FMECA）、故障树分析、故障报告分析和纠正措施系统、RAM验证等[2]。

2 牵引系统可靠性现状

牵引系统的可靠性是整个高速列车可靠性的重点，是在综合考虑了其自身的参数和结构特点后的研究方法。其自身具有以下特点：（1）牵引负荷不断变化，要研究它的等效电路和阻抗难度大；（2）影响沿线的通讯信号；（3）牵引供电系统的负荷有不间断、高密度的特点；（4）对实际故障记录与故障参数的记录不完善、不精确。

牵引系统可靠性的研究始于2004年，Sergo Sagareli发表了一篇有关牵引供电系统可靠性的论文，首次在国际上提出了牵引系统可靠性的概念，并建议建立一个可靠性委员会之类的机构，用来完善铁路系统的可靠性标准。目前，我国已经对牵引供电系统可靠性的问题做了一定的研究，但没有形成一定的理论体系[3]。

3 牵引系统受电弓故障

受电弓是从接触线获得电能的部件，列车运行时压缩空气通过车的各阀进入受电弓升弓装置气囊，升起受电弓，使受电弓滑板与接触线接触；降弓时，排出升弓装置气囊内压缩空气，使受电弓落下。

受电弓故障目前最为集中的是两方面的内容：（1）受电弓不能升弓；（2）受电弓拉弧。a

引起受电弓不能升弓的原因有以下几个方面：（1）气囊组装故障（A1）；（2）控制系统故障（A2）；（3）控制气源的压力小于0.3MPa（A3）；（4）截止塞门未打开（X1）；（5）钢丝绳断裂（X1）；（6）气囊破裂（X1）；（7）连版卡死（X1）；（8）气路堵塞（X1）；（9）阀体故障（X1）；（10）管路严重泄漏（X1）。

引起受电弓拉弧的原因有以下几个方面：（1）静态压力减小（A1）；（2）碳条破损（X1）；（3）阀体故障（X2）；（4）管路泄漏（X3）。

4 故障树（FTA）分析

故障树分析指用来表明产品那些组成部分的故障或外界事件或它们的组合将导致产品发生一种给定故障的逻辑图。根据章节3中受电弓故障原因分析，建立如下两个故障树逻辑分析过程：（1）顶事件为：受电弓不升弓；中间事件：A1，A2，A3；底时间为：X1，X2，X3，X4，X5，X6，X7。引起顶事件发生的逻辑关系为：X1，X2，A1，A2至少有一个发生时，则顶事件发生；引起A1事件发生的逻辑关系为：X3，X4，至少有一个发生时，则A1发生；引起A2事件发生的逻辑关系为：X5，A3，至少有一个发生时，则A2发生；引起A3事件发生的逻辑关系为：X6，X7，至少有一个发生时，则A1发生。2）顶事件为：受电弓拉弧；中间事件：A1；底时间为：X1，X2，X3，X4。引起顶事件发生的逻辑关系为：X1，A1至少有一个发生时，则顶事件发生；引起A1事件发生的逻辑关系为：X2，A2，至少有一个发生时，则A1发生；引起A2事件发生的逻辑关系为：X3，X4，至少有一个发生时，则A2发生。

根据故障树中的分析，受电弓在设计阶段已针对诱发顶层故障的各底层事件，通过优化和改进，增加冗余设计，细化操作方法和明确维护检查周期等手段，降低了各底层事件的故障率，提高了产品的可靠性。

5 故障模式影响及危害性分析（FMECA）

故障模式影响及危害性分析（FMECA）是分析系统中每一产品所有可能产生的故障模式及对系统造成的所有可能影响，并按照每一个故障模式的严重程度及其发生概率予以分类的一种归纳分析方法[3]。即从产品设计、生产和产品使用角度发现各种缺陷与薄弱环节，从而提高产品的可靠性水平。FMECA的结果以FMECA报告形式提供。报告内容分以下几点：（1）分析受电弓的故障模式，即受电弓不能升弓和受电弓拉弧；（2）产生原因：即章节3中的原因；（3）影响的部位：产生故障的部位；（4）故障影响：分为局部影响，高一层影响和最终影响；（5）降低故障影响采取的措施：即分析产生故障的原因，并逐条找出对应的解决措施；（6）预计采取所有措施后取得的效果：即分析原因，找出问题，提出解决方法，验证，得出解决方法是否有用。

6 结语

近年来，随着高速电气化铁路的快速发展，对牵引系统受电弓的可靠性要求越来越高。该文以故障树（FTA）分析法和故障模式影响及危害性分析（FMECA）法这两种可靠性分析方法进行分析，从而找出受电弓中的缺陷和薄弱环节，知道设计师制定和实施各种改进措施，提高整个受电弓系统的可靠性。

参考文献

[1]陆廷孝，郑鹏洲，何国伟.可靠性设计与分析[M].北京：国防工业出版社，1997.

[2]王超.机械可靠性设计[M].北京：冶金工业出版社，1992.

高速铁路牵引供电系统 篇8

本文中设计的超声波断轨检测系统整体结构框图如图所示。

断轨检测系统包含两大部分，左侧虚线框内部分是长距离断轨实时监测系统，右侧虚线框内部分是钢轨焊缝探伤系统，下面分别对两个系统进行简要介绍。

1.长距离断轨实时监测系统

超声波在单一介质中有着良好的传播特性，钢轨是具有良好声导管特性的传播介质，这些因素构成了长距离断轨实时监测系统的物理基础。当超声波在钢轨内传播时，钢轨边界对超声波产生反复不断的反射传导，这样就会形成由横波、纵波、表面波等各种形式组合在一起的超声导波，与传统的近距离超声检测的方法相比，超声导波检测频率相对较低，这样可以增大超声导波的传输距离。长距离钢轨断轨实时监测系统分为发射站和接收站两个部分，发射站内有专用的发射器，通过发射器向固定在钢轨轨腰上的超声波探头发射高压脉冲信号，高压脉冲信号通过探头内的压电陶瓷转换为功率较高的超声导波信号，超声导波信号经过钢轨长距离的传输，在接收站由超声波探头接收到，接收站内有专用接收器，对接收到的超声波信号进行滤波放大等处理，通过幅值比较或其他处理手段，分析在给定的时间以内是否接收到了发射站发射的预先设定好发射频率的超声波信号，以此来判断接收站与发射站之问钢轨是否有断轨现象发生。

长距离断轨实时监测系统通常布设在整根钢轨上，超声波传播的路径应当避免经过焊缝或复杂的轨道路况，以免超声波信号的损失过大，影响探测准度。长距离断轨实时监测系统具有很多的优点，比如该方法采用超声波作为检测信号，超声波是一种机械波，因此不受牵引回流与钢轨电气参数的影响，在较长隧道、南方山区潮湿积水等地区可以代替轨道电路进行断轨检测。该设备原理比较简单，安装和维护方便，设备的功耗成本较低，且可探测距离长，探测范围能达到1~2 公里，可以实现在线的实时监测，如果有断轨现象发生，系统就会通过接收站接收到报警信号，并通过GPRS无线网络将报警信号发送到正在行驶的列车驾驶室，列车员会根据实际情况采取相应的措施，避免交通事故的发生。该探测系统缺点明显，只能探测到钢轨出现比较大的缺陷的情况，如钢轨已经完全断裂，或者钢轨损伤非常严重，对于钢轨的内部核伤该检测系统无法检测出来，而且不能精确定位断轨发生的位置。对高速行驶的列车来说，小的裂缝对其可能就是致命的伤害，所以仅仅有该系统是不够的。

2．钢轨焊缝探伤系统

钢轨焊缝探伤系统总体结构如图右侧虚线框内所示，与其他断轨检测的方法相比，钢轨焊缝探伤系统最大的优势在于可以对钢轨焊缝进行实时在线监测，从缺陷产生的时刻起就能通过采集到的超声波信号的变化来分析缺陷的变化，除此之外，钢轨焊缝探伤系统还能实现缺陷的定位，通过GPRS发送的数据就可以确定产生缺陷的精确位置。与长距离断轨实时监测系统相比，钢轨焊缝探伤系统需要较高的超声频率，高频率的超声波有利于发现更小的缺陷，对钢轨焊缝的探伤更加精准，基于超声波的绕射和衍射原理，超声波探伤的灵敏度约为半波长，所以频率越高，灵敏度越高，分辨率越好。高频率的超声波声束指向性好，能量集中，利于接收端的换能器接收到超声信号，但是探测频率不能过高，随着频率的提高，衰减也会急剧的增加，信号太弱，容易被噪声湮没，不利于探测。本系统中所用的超声信号的中心频率在2．5MHz左右。长距离断轨检测系统能够进行大范围的断轨检测。焊缝容易产生裂纹和内部核伤，当焊缝内部产生缺陷并受到较大拉力作用时，就容易发生断裂，钢轨焊缝探伤系统针对焊缝处易发生断轨的特点，对钢轨焊缝进行实时监测。两个系统相互配合、互补不足，达到最佳的断轨检测方式。

二、钢轨焊缝探伤系统方案

钢轨焊缝探伤法的工作原理

焊缝探伤系统是一种基于超声波的衍射原理进行检测的无损探伤法。这种探测方法不同于传统探伤方式，利用反射波的幅值来测定缺陷的大小和位置，而是有赖于超声波与缺陷部位的相互作用进行缺陷探测的。超声波在钢轨内传播，当遇到钢轨内部的缺陷时，会发生相互作用，作用的结果是产生衍射波，只要能检出衍射波就能确定缺陷的存在。这种探伤方法通常采用穿透能力较强的纵波斜探头，这样超声波与缺陷的相互作用更加强烈，衍射后得到的信号更容易被接收探头接收。图为钢轨焊缝探伤法的工作原理图。

在轨腰表面对称放置两个频率、尺寸、角度都相同的超声波探头，一个用来发送超声波信号，一个用来接收超声波信号，两个探头之问的距离由轨腰的厚度、探头发出的声束角度、超声波信号的频率所决定。发射探头将超声波信号从轨腰表面入射到轨腰内部被检焊缝的断面，信号在轨腰内部传播。在没有缺陷的位置，接收探头会接收到沿轨面传播的侧向波，该波的声速与探头发送的纵波声速相同，除此之外，接收探头还能接收到来自轨腰底面的反射纵波。当有缺陷存在时，在侧向波和底面回波之间，接收探头还会接收到来自缺陷的顶端和底端的衍射波。如上图所示，而且他们的传播路径不同，导致到达接收探头的时间不同，这样将利于将先后到达接收探头的侧向波、缺陷波、底面回波很好的区分开来。钢轨焊缝探伤法典型波形如下图所示。

发射探头发出超声波信号以后，首先到达接收探头的信号为沿着轨腰表面传播的侧面波，如轨腰内部有缺陷，则接下来到达的是缺陷顶端产生的衍射波，形成负向的信号波，同理在缺陷底端也会产生衍射波，形成正向信号波。最后接收到的是轨腰底面产生的信号较强的底面回波。在接收到的波形中，侧向波起着参考基准的作用，因为它沿着表面传播，所以信号幅度与两探头的间距有关，将两个斜探头相对放置，调节探头的间距，观察侧向波信号的幅度随着两探头间距的变化情况，可知当两探头间距增加时，信号的强度呈下降趋势。缺陷顶波和底波的强弱将直接影响到缺陷检测的灵敏度，超声波入射和接收的角度是影响衍射波强度的主要因素，因此可以通过调整入射和接收的角度来增加衍射波的强度。缺陷中间处的夹角为中夹角，通过观察发现，虽然缺陷深度不同，但衍射波信号均在中央角为一定值附近信号最强，而且上端和下端衍射波的传播特性相同。通过钢轨焊缝探伤法采集得到的信号数据可以采用小波分析法进行处理，与傅里叶变换相比小波变换是空间(时间)和频域的局部变换，能有效地从信号中提取信息。通过伸缩和平移等运算，能够对函数或信号进行多尺度细化分析，因此将小波分析理论应用于超声波信号处理方法当中，既能在时域上观察波形的变化，又能精确分析缺陷回波和杂波的频率成分。

高速铁路牵引供电系统 篇9

【中文摘要】目前,中国铁路已全面进入“高铁时代”。随着高速列车的大量开行、新技术、新设备的大量投入使用,高速铁路人才队伍建设工作已显得尤为重要。动车组司机作为高速铁路人才队伍中的骨干力量,其整体素质和能力的提高对于高速铁路运行安全至关重

要。然而,受铁路传统用人体制的限制,当前动车组司机评价、选拔、培训等方面的管理机制还很不健全,难以适应未来高速铁路发展对动车组司机队伍素质的要求。因此,研究如何建立一套系统科学的高速铁路动车组司机人才开发体系,从既有机车司机中开发高速铁路动车组司机人才,成为当前迫切需要解决的课题。本文通过对高速铁路动车组司机人才开发的现状分析,总结出动车组司机人才在人员结构、选拔和培训的方式等方面存在的问题和原因,最后提出了动车组司机人才资源开发的对策,即：优化机务运用系统人才资源配置；建立动车组司机人才评价体系、选拔体系、培训体系和保障体系,并通过构建动车组司机人才资源开发管理系统实现了动车组司机人才评价、选拔、培训、考评的计算机信息网络化管理。本文是在我国全面建设和发展高速铁路的背景下,针对高速铁路动车组司机人才开发的研究,通过建立系统科学的高速铁路动车组司机人才开发体系,优化和改进当前动车组司机人才开发方式,有效地解决了当前动车组司机人才开发中存在的问题,为我国高速铁路动车组司机人才开发研究提供了有力的理论依据。此外,本文的研究方法具有一定的铁路企业特色和实

践操作性,对于高速铁路其他专业人才开发具有一定的借鉴和参考作用。

【英文摘要】Nowadays Chinese Railway has entered the

“High-speed railway age.” With a large number of new

high-speed trains driving, a large number of new technology and new equipment put into use, high-speed railway human resources construction has become particularly important.EMU drivers is the backbone of high-speed railway, the improvement of overall quality and capabilities is essential for the safe operation of high-speed railway.However, because of the the restrictions of traditional employment system, the current management

mechanism of EMU drivers’evaluation, selection and training, is still not strong, it is difficult to adapt to the

requirements of EMU drivers quality for future high-speed railway development.Therefore, studying how to build a

systematic and scientific high-speed railway EMU drivers human resources development system, develop high-speed railway EMU drivers from the current locomotive drivers, become an urgent subject which need to resolve.Through the current status analysis of high-speed railway EMU drivers human resources development, conclude the issues and reasons of the aspect of EMU drivers human resources structure, selection and training,and finally propose EMU drivers human resources development strategy:optimize locomotive operation system human resources allocation;establish EMU drivers human resources evaluation system, selection system, training system and support system, and through constructing EMU drivers human resources

development management system, implement computer information network management of EMU drivers human resources evaluation, selection, training, and assessment.This article is in the background of comprehensive construction and development

high-speed railway in China, point against high-speed railway EMU drivers human resources development research, through establishing systematic and scientific high-speed railway EMU drivers human resources development system, optimize and improve current EMU drivers human resources development

methods, effectively resolve the issues in current EMU drivers human resources development, provide a strong theoretical basis for Chinese high-speed railway EMU drivers human

resources research.In addition, the research methods have railway companies characteristics and practical operation, has certain reference for high-speed railway other professional human resources development.【关键词】高速铁路 动车组 人才开发

【英文关键词】High-speed RailwayEMUHuman Resources Development

【目录】高速铁路动车组司机人才开发研究

6-7Abstract7第一章 绪论10-1

41.2 研究内容与方法

1.2.2 研究方法

12-14

12-141.3.1 研究思第二章 文献

2.1.1 人才

2.1.3 人才

2.2 国内摘要1.1 论文研究的背景和意义10-1111-1211-12路121.2.1 研究内容111.3 论文研究思路和框架1.3.2 论文结构和基本框架综述14-22142.1 相关概念界定14-152.1.2 高速铁路动车组司机人才14-152.1.4 动车组司机人才开发1

515-22资源开发15外研究现状及启示

现状15-16

16-18

18-2

2因22-362.2.1 国内铁路人力资源管理研究2.2.2 铁路发达国家人才资源管理经验2.2.3 国内外高速铁路司机相关研究及启示第三章 高速铁路动车组司机人才开发现状、问题及成3.1 机务运用系统简介22-273.1.1 机务运用系统发展现状22-23

233.1.2 机务运用系统管理组织机构3.1.4 高速3.1.3 全路机车乘务员总体概况23-25

铁路动车组司机人才选拔培训现状25-27

组司机人才队伍结构分析27-31

28-29

析30-313.2 高速铁路动车3.2.1 年龄结构分析3.2.3 技术等级分3.2.2 文化程度分析29-303.3 高速铁路动车组司机人才开发存在的问题

31-343.3.1 人员结构不合理31-323.3.2 培训方式滞后于高铁发展32-33

33-34

34-36

34-353.3.3 动车组司机人才流失严重3.4 高速铁路动车组司机人才开发存在问题的成因3.4.1 动车组司机人才选拔机制不科学3.4.2 动车组司机人才培训机制不健全3.4.3 动车组司机人才激励机制不完善35-36

4.1 第四章 高速铁路动车组司机人才开发体系的建立36-57

优化动车组司机人才资源配置36-37

才评价体系37-42

义37-38

38-394.2 建立动车组司机人4.2.1 建立动车组司机人才评价体系的意4.2.2 建立动车组司机人才评价体系的总体思路4.2.3 动车组司机岗位要求和工作环境分析4.2.4 建立动车组司机胜任素质模型39-424.3 建立动车组司机人才选拔体系42-48

选拔工作的重要意义

机制43-48

48-5142-434.3.1 动车组司机人才4.3.2 建立动车组司机人才选拔4.4 建立动车组司机人才培训体系4.4.1 成立培训组织机构494.4.2 动车组司机人才培训体系49-51

51-54

51-524.5 建立动车组司机人才保障体系4.5.1 建立动车组司机跟踪分析机制4.5.2 创新动车组司机激励机制52-544.5.3 建立科学的竞争淘汰机制54

理系统54-57