1、西南交通大学电气工程学院 2012.11.14.成都4318,高铁牵引供电的接口问题,主讲人,董昭德,各子系统之间、系统与外部环境之间在包括系统设计、装备制造、施工、运行维护等在内的工作界面上的搭接关系和为实现系统既定性能指标而在不同子系统的设施、设备之间的参数、结构和功能配合关系。,1 接口概述,高铁牵引供电的接口问题,接口问题既是技术问题，也是管理问题，是在技术工作基础上的管理问题。有宏观问题，也有微观问题。有务虚，也有务实。,1.1 接口定义,自成体系、相互关联物理性接口和逻辑性接口并存整体性和系统性兼备。为确保技术体系的完整性和各子系统之间紧密衔接，必须依据系统工程理论、加强系统设计、
2、强化系统集成，统一协调监管。,1.2 接口特点,1 接口概述,高铁牵引供电的接口问题,(2) 管理程序,1.3 接口的管理,(1) 管理内容识别接口提出分界要求控制接口程序,(3) 管理特点从工程开始到工程寿命结束均处于活跃的运行状态，工程前期处于最活跃时期。,(4) 接口管理要求边界清晰 关系完整任务明确 避免不当,1 接口概述,高铁牵引供电的接口问题,2 高铁系统及主要接口概述,高铁牵引供电的接口问题,2.1 高铁系统,供电方式、变压器容量 牵引变电所分布密度,列车最高运行速度、列车编组、最小追踪间隔,最大通过能力,高铁牵引供电的接口问题,2高铁系统及主要接口概述,牵引变电专业应配合通信专
3、业完成牵引变电所、开闭所、分区所、自藕变压器所等通信设备房屋等接口设计。,牵引变电专业应配合房屋建筑专业完成牵引变电所、开闭所、分区所、自祸变压器所等的设备房屋、场坪、通所公路、设备基础支架、电缆夹层、沟槽管洞等的接口设计。,牵引变电专业应向通信专业提供供电调度系统通道设计要求，包括通道的结构构成，主备通道的配置方式，信息传输通道的接口形式、带宽和通道的性能要求等,2.2 高铁接口的分类,内部接口 外部接口,内部主要接口：通信与工务； 运调与工务；供电与工务； 工务与动车；通信与运调；通信与供电；通信与动车；运调与供电；运调与客服；供电与动车； 客服与工务,高铁牵引供电的接口问题,重点关注：接
4、触网与桥隧接口，牵引网与轨道电路接口,大耦合系统下的弓网受流,2.2 接口的分类,内部接口 外部接口,外部主要接口供电与电网；客服与银行；客服与网络；磁共享与防护,高铁牵引供电的接口问题,工务工程接口 涉及线路、路基、桥梁、隧道、轨道、供电等专业，重点问题是：路基与桥梁的过渡、路基与隧道的过渡，线下基础与轨道结构的衔接，桥隧与接触网设施的配合，与电力设施的配合。桥与网、网与轨、轨与车、车(弓)与网,高铁牵引供电的接口问题,2 高铁系统及主要接口概述,供电工程接口牵引供电系统：供电、变电、接触网及SCADA子系统，为高速铁路列车运行提供稳定、安全的牵引电流电力供电系统：外部电源及线路、总降压变电
5、所或配电所、配电线路、终端变电所、低压配电系统负责向高速铁路所有用电设备供电。,高铁牵引供电的接口问题,2 高铁系统及主要接口概述,重点关注：供电与电网配合，供电与线路的配合，供电与电务的配合,通号工程(通信和信号) 通信系统：调度、会议电视、救援指挥、视频、动力环境监控、电源和同步时钟分配等子系统，以传输及接入、数据网、GSM-R专用移动通信等子系统为基础，实现列控信息、话音、数据、图像等的传输。,高铁牵引供电的接口问题,高速铁路通信系统的应用,信号系统：调度集中、列车运行控制、车站联锁子系统组成。主要功能包括列车进路及调车进路的控制、列车运行状况集中监控、列车运行计划调整、临时限速设置等。
6、确保列车运行安全、正点、效率的关键技术设备。,2高铁系统及主要接口概述,动车组,速度与列车牵引功率的关系,列车所需牵引功率,高铁牵引供电的接口问题,2高铁系统及主要接口概述,重点关注 功率需求、弓网配合、电能质量,运营调度高速铁路运营调度指挥系统涉及运输组织、机车车辆、通信信号、供电、安全监控、维护救援、旅客服务等多个方面。 涵盖运输计划管理、列车运行管理、动车管理、综合维修管理、车站作业管理、供电调度、安全监控及系统运行维护等功能。,高铁牵引供电的接口问题,2高铁系统及主要接口概述,旅客服务主要功能是处理与旅客服务相关的事件，主要包括发售车票、信息采集、信息服务、信息发布、日常投诉处理、紧急
7、救助、旅客疏散、旅客赔付等工作；此外还有统计分析功能，为管理层提供决策依据。旅客服务系统由订/售票系统、自动检票系统、旅客信息服务系统、决策支持系统等构成。,高铁牵引供电的接口问题,客运服务系统组成图,2高铁系统及主要接口概述,高铁牵引供电的接口问题,客服系统体系架构示意图,2高铁系统及主要接口概述,防灾安全系统应充分考虑风、雨、雪、雷电、地震、火灾和异物侵限等致灾因素的影响，构建包括灾害预警系统、防灾以及救援系统在内的高速铁路防灾安全体系。 防灾安全监控系统自动采集、处理、分析铁路沿线风速、风向、雨量、雪深、地震、轨温、落物等监测信息，实现集中监控、预警等功能。火灾自动报警系统一般由火灾探测
8、报警系统、消防联动控制系统、可燃气体探测报警系统和电气监控系统构成，监视高速铁路火灾灾情并进行消防设备的联动控制，为高速铁路防火救灾工作提供自动化监测与联动控制。设备监控系统是对高速铁路工程中环控通风、给排水、照明、可控导向、自动扶梯及电梯等设备及系统进行集中监视、控制和管理的系统，也是发生灾害时的联动控制系统。接触网专业应配合防灾安全监控专业完成防灾减灾措施、防灾监控设施与接触网 的接口设计；,高铁牵引供电的接口问题,2高铁系统及主要接口概述,防灾安全系统研究重点：隧道内列车火灾事故的预防、发现及消防、救援技术的研究； 隧道病害的监测、诊断及评定、整治技术的研究。火灾对策技术：车辆的难燃化、
9、隧道内防灾设施及设置基准。采用难燃性材料；设置传感器及自动灭火装置；改善发热器性能等。 如在隧道内设置列车和洞口最近车站的无线联络设备；改善列车前后的无线联络设备；整修隧道内的步行路线及配置灭火装置等。,高铁牵引供电的接口问题,2高铁系统及主要接口概述,防灾安全列车火灾发生时的管理体制。隧道内外、列车内的火灾检知技术和检知、报警、通讯联络体系。避难、通风、排烟系统。单独设置服务坑道的方式。 如英法海峡隧道、青函隧道都是沿隧道全长设置服务坑道，综合利用于避难、通风、排烟及维修养护等。 分设 2 个单线隧道。一般高速铁路都是双线。因此可以分设 2 座单线隧道，上下行线则以间隔数百米的联络通道连接。
10、,高铁牵引供电的接口问题,2高铁系统及主要接口概述,防灾安全高速铁路隧道维修养护：最重要的是要采取各种手段及时地发现变异，推定变异发生的原因，正确地评价结构的健全度，以便选择合理的维修养护措施。运营实践证实：在良好施工质量前提下，隧道结构物具有良好的耐久性和健全度。在运营一段时间后( 10 15 年左右)，隧道会出现各种变异，如衬砌开裂、渗漏水、底鼓等，严重时会影响列车的安全运行。,高铁牵引供电的接口问题,2高铁系统及主要接口概述,检测维护系统原则是“精检慎修”，固定监测和移动检测相结合，对轨道、接触网、通信信号等实施不间断和定期综合检测。根据检测结果，分析基础设施对高速列车运行性能的影响，预
11、测基础设施损伤规律，指导养护维修。接触网专业应与综合维修专业确定综合维修机构的设置、维修天窗的设置、利用方式等接口设计。,高铁牵引供电的接口问题,2高铁系统及主要接口概述,日、法、德高速铁路固定设施、设备综合维修技术体系比较,与房建的接口房建给牵引变电提供所亭的进场条件、提供变电需要的各种沟、槽、管、洞和预埋件的预留以及特殊墙体设计的配合。牵引供电与房建对所内工作及生活设施、低压供电、照明和暖通系统的设计配合。 与站前的接口站前提供牵引变电需要的馈电、控制和回流电缆的电缆槽、入孔和过轨预留等。 与电力的接口电力给牵引变电提供 10kv 所用电的外电源，10kv 环网柜到所内变压器之间的 10k
12、V 电力电缆和电缆头的分工；,牵引变电的内外部接口,高铁牵引供电的接口问题,2高铁系统及主要接口概述,与通信的接口牵引变电提供通信设备所需的空间和电源；通信为牵引变电提供站控系统的通信通道和网络时钟系统以及所亭内的调度电话和市话通信。 与接触网的接口上桥馈电电缆与接触网开关的连接，接触网开关控制电缆的连接以及电源的预留，回流电缆的连接以及柱上避雷器的型号选择和确定。 与信号的接口确定扼流变压器的位置里程，计算回流电缆载流量，连接扼流变压器的端子、母排预留，以便进行回流电缆的连接，以及牵引变电与信号平行电缆的感应电压计算和评估。 与远动（ SCADA ）的接口远动系统盘柜在牵引变电设备房内的放置
13、空间预留和电源预留，数据交换清单、物理连接分工。,牵引变电的内外部接口,高铁牵引供电的接口问题,与站前专业接口桥上接触网支柱及拉线基础预留，施工进度和质量，接触网供电电缆上桥孔预留、牵引变电所亭的房建预留、路基地段接触网基础施工配合等。 与信号专业接口接触网与信号专业接口配合主要是沿线扼流变的位置里程的确定 与轨道接口轨道参数的达标时间及稳定程度，是接触网施工进度和施工质量的关键影响因素,接触网内外部接口,高铁牵引供电的接口问题,与车站雨棚结构的接口车站内的接触网布置，尤其是雨棚内的接触网安装方式，考虑到美观化设计，必须与雨棚结构统筹考虑。 与动车组的接口(弓网接口)高速条件下的弓网受流性能，
14、是通过接触网与受电弓在高速运行条件下的良好匹配实现的。不仅接触网要进行高速检测和精调，受电弓也必须在相关试验的基础上进行空气动力学调整并经过实际运行验证。 与环境接口空间、气候、电磁,接触网内外部接口,高铁牵引供电的接口问题,与桥梁、路基专业的接口桥梁上的电力电缆沟槽及路基段的预留的电力管道由桥梁、路基专业负责。 与房建专业的接口电力专业向房建专业提沟槽管道的需求，房建专业根据需求进行房屋内的电缆、电线预留沟槽管道设计及施工。房屋建筑电气由房建施工单位进行施工。 与变电的接口电力专业给变电专业提供 10kV 所用电的外电源， 10kV 电源接引至所用变开关上口；变电专业提供 10 kV 电力专
15、业环网柜开关操作电源(220V低压交流电源)。,电力子系统内外部接口,高铁牵引供电的接口问题,与信号专业的接口信号专业向电力专业提供用电需求，电力专业根据所提需求进行设计，向信号专业设备提供 2 路 380v 稳定电源至信号用电设备开关。 与通信专业的接口通信专业向电力专业提供用电需求，电力专业根据所提需求进行设计，电力专业将 2 路 380V 电源提供至通信专业动力配电箱的下口。 与 SCADA 专业的接口SCADA 向电力提出用电需求， RTU 安装位置及空间要求，电力专业设计方需将用电需求及 RTU 安装需要纳人自己的设计方案内；电力专业的综自、FTU厂家与远动一起进行技术细节沟通及工作
16、界面划分。,电力子系统内外部接口,高铁牵引供电的接口问题,内部接口与电力、牵引变电专业主要接口：各种单线图、供电系统示意图、 I /O点表、 RTU安装位置、电源、通信规约、物理接口类型等的澄清；与视频监控的接口主要为SCADA 向视频监控开放归档服务器和相关数据，使其可根据所需从归档服务器提取重要的报警信息。 外部接口提供多台外部接口服务器，满足铁道部或路局信息系统接入。,远动内外部接口,高铁牵引供电的接口问题,课间休息！,高铁牵引供电的接口问题,3.1 考虑要素牵引负荷的特点及其对电力系统的影响牵引供电系统与电力系统的相互要求降低影响的措施，方法和标准,3 牵引供电与电网的接口问题,高铁牵
17、引供电的接口问题,牵引供电应向国家电力部门提供牵引负荷、牵引变压器安装容量、年用电量等资料，以便电力部门完成牵引变电所接人系统方案。国家电力部门应提供铁路部门归算至牵引变电所一次侧的系统短路容量等接口资料，以便完成保护整定计算。,3.2 牵引负荷的特点 非线性、不对称性、波动性。,3 牵引供电与电网的接口问题,单相负荷与三相电源之间电气结构的差异性决定了牵引供电系统拓扑结构的三相不对称性，无论是交直型机车还是交直交型机车，都将不可避免地产生负序电流。电气化铁路负荷为两相或单相不对称的谐波负荷，产生的谐波电流经牵引变压器的变换后注人电力系统的谐波电流为三相不平衡谐波。三相不平衡谐波电流经分解后，
18、除基波正序电流是由系统向电气化铁路外，所有谐波电流以及基波负序电流均由电气化铁路产生后注人系统，使电网电压波形发生畸变并且造成电网三相电压不平衡。,高铁牵引供电的接口问题,谐波特性 交直型：3次谐波丰富，最高达18% 22%； 交直交：3 次谐波占2.5% 左右；17、19、29、31、33、35 次约为基波的0.20.3%；27 次谐波为 0.4% 。 一般电力负荷：5、7、11、13、17、19；衰减慢， 5次 19%，17 次还达3.5%,3.3 牵引负荷对电力系统的影响,3 牵引供电与电网的接口问题,交流传动高速列车的出现会使谐波问题大为缓解，但高次谐波和负序问题却会因牵引功率增大而变
19、得更为突出。牵引负荷随着运输组织方案、供电臂内列车的数量和每一列车的运行状态随机波动，牵引变电所高峰小时负荷可能达到 160MVA ，具有明显的短时集中负荷特征，这也是造成电网电压波动的主要原因之一。电气化铁路线路条件多变，行进过程中会由于线路坡度、弯道半径、气象条件等因素使得列车所遇到的阻力不断变化，机车将频繁地在启动、加速、惰行、制动等工况间转换，这将导致牵引负荷的大小在时间上表现出不均衡的特性。在节假日、铁路故障后恢复行车等特殊情况下，也会出现列车紧密追踪的情况。变化剧烈的大功率牵引负荷在电网薄弱时容易引起较大的电压偏差，造成电压波动，对电网及牵引供电系统本身都会造成不良影响，也应引起足
20、够的重视。电气化铁路负荷注人电网的谐波电流和负序电流可能会影响电力系统的安全稳定运行，对电力系统发电、输电、配电、用电各环节的电力设备将产生影响。,高铁牵引供电的接口问题,3.4 电力系统对牵引负荷的要求,3 牵引供电与电网的接口问题,牵引负荷运行所产生的谐波、负序和电压波动都应满足国家标准的要求。 根据 电力法 “谁污染谁治理”的原则，应采取相应的治理措施， 新建电气化铁路牵引变电所应采用三相接人方式，并根据电网条件和牵引负荷的情况进行评估比较，按照有效减少注人电网负序电流的原则，合理选择牵引变压器的型式，优先采用平衡牵引变压器。 牵引站应采取轮流换相方式接人系统，以减小负序电流。电气化铁路
21、负荷作为重要用户，应配备自备应急电源以保证电力系统断电时的用电需求。,高铁牵引供电的接口问题,(1)需要较高系统供电能力以国产高速动车组CRH3为例，在350km/h 速度下，8辆编组时，动车总功率为8800kw。加之高速铁路的行车密度大，因此要求电力牵引供电系统应具备更大的供电能力，即必须对牵引变压器容量、牵引网的电流传输能力进行大幅度地提高与加强。 (2) 需要较强的越区供电能力由于高速铁路的重要性以及正点率、动车组本身特点的需求，电力牵引供电系统应具备应对各种异常条件下的供电能力。在出现某牵引变电所解列退出运行的情况下，需通过相邻牵引变电所进行越区供电。对于高速铁路而言，此项功能较之传统
22、的电气化铁道供电系统显得更为重要。,3.5 牵引负荷对电力系统的要求,高铁牵引供电的接口问题,(3) 需要采用较高等级的外电系统由于高速铁路电力牵引供电系统对外电系统的可靠性、系统短路容量要求高，目前高速铁路电力牵引供电系统的受电电压等级均采用220 kV。,各国工频单相交流25KV高速电气化铁路毫无例外的均采用了超高压供电。日本新干线 , 牵引变电所的受电电压采用 275kV 他们认为采用超高压和采用 70kV 输电网相比 , 电源电压变动和不平衡承受能力都高 , 更能保证机车稳定的高速运行 , 从经济角度看也更有利 。法国大部分变电所的进线电压为 225kV。德国因牵引网电压采用15kv,
23、 因此变电所进线电压采用 110kV 。,高铁牵引供电的接口问题,为什么高速电气化铁路需采用超高压供电？ (1) 考虑限制输电网送电能力的主要因素 导线发热 电压损耗 功率和能量损失 稳定性破坏。(谐波和负序),高速运行时 负荷大 波动性大,(2) 考虑额定电压等级相适应的输送功率,高铁牵引供电的接口问题,(3) 考虑负序承受能力 110kV 级短路容量为 8002500MVA, 而 220kV 级短路容量一般在 20004000MVA, 当然随着系统发电容量的增大 , 其短路容量还会增大。所以采用 220kV 电压向电铁供电会有更大的负序承受能力。,为什么高速电气化铁路需采用超高压供电？,高
24、铁牵引供电的接口问题,优点：省去了电阻制动的车载电阻等设施,可减少轴重,使车辆轻型化,降低轮轨磨耗; 可防止连续长大下坡限速制动引起轴瓦发热、损坏，节省能源。缺点： 会给变电所馈线保护带来困难; 引起采用平衡变压器的区段电源电压的不平衡问题扩大化。,3.6 再生制动的问题,高铁牵引供电的接口问题,对馈线保护的影响既有电气化铁道馈线保护为四边形距离继电器, 保护范围靠分别整定负荷阻抗和馈线阻抗确定, 有较强的躲负荷能力及灵活的系统保护配合功能。但四边形保护在 AT 区段负馈线断线、接触网经大过渡电阻接地时, 故障阻抗有时会大于整定阻抗保护拒动。这类故障有一定概率, 危害也较大.1989 年大秦线
25、曾发生两起, 故障发生数十分钟, 扩大至一定程度后保护才动作, 造成了很大危害.,3.6 再生制动的问题,高铁牵引供电的接口问题,对馈线保护的影响电力机车和动车组混跑问题, 动车组功率因数在0.9以上, 有牵引和再生制动两个工况；电力机车功率因数在 0.8左右, 仅牵有引工况。不同工况,不同功率因数, 不同机车电流的各种组合, 使馈线的功率因数在-0.9+1.0之间变动，负荷阻抗不再仅分布在第 I 相限, 而是在 I 、I I相限内随机出现。负荷可能从右方 , 右上方、上方 , 甚至左侧进入保护范围引起保护误动。,3.6 再生制动的问题,高铁牵引供电的接口问题,对馈线保护的影响动车组1000
26、次以下高次谐波含量比电力机车小得多, 馈线的谐波电流含量将随运行工况的不同组合在很大范围内变动。在很多情况下, 负荷电流很大, 而谐波含量很低。但继电器是靠2次谐波闭锁、3次谐波制动来提高保护的动作特性的。这无疑使继电器的保护性能变坏, 保护范围与动作灵敏度兼顾变得更困难, 甚至不可能。新的保护继电器及保护方式出现是势在必行的。,3.6 再生制动的问题,高铁牵引供电的接口问题,功率因素与谐波动车组车电源侧功率因数接近于1 ，无需设无功补偿装置；谐波频谱加宽，谐波含量相对降低，但单车功率大，谐波含量绝对值不可小视；低高次谐波少(3 次谐波占2.5% 左右,电力机车在18%左右)；高高次谐波丰富
27、,17、19、29、31、33、35 次约为基波的0.20.3%,27 次谐波为 0.4% 。高次谐波增大的范围恰在音频频带内, 对有线通信带来不利影响该范围内的谐波容易引发牵引供电回路的谐振。,3.6 再生制动的问题,高铁牵引供电的接口问题,牵引供电 (电气计算),轮轨关系 (动车组/线路),电磁兼容,供电 (短路电路),通信信号 (电缆走线,接线柜,信号,远动.),动车组限界 (动态限界),动车组供电 （弓网、自动过分相）,线路道岔,土建工程 (隧道,高架桥,桥梁,声屏障),道路作业 (路基,地面类型),通信信号 (接地和电气连接),4 接触网的主要接口,接触网专业,工务专业,设计并确认接
28、触网预留基础、拉线锚环及设备安装螺栓等预埋件,提供线路平面图、立面图及设计资料,士建要求,高铁牵引供电的接口问题,举相应的一些案例!,配合桥梁专业完成桥支柱基础、下锚拉线基础预留、桥梁综合接地设置与预埋、跨线建筑物净空要求、接触网特殊桥支柱、沟槽管洞预留的接口设计。 配合隧道专业完成隧道内接触网安装预埋件及其布置、隧道内综合接地设置与预留、隧道内锚段关节及关节洞、下锚洞设置与预留、隧道内接触网设备安装洞预留、沟槽管洞预留的接口设计。,高铁牵引供电的接口问题,配合地基、线路、结构专业完成接触网预留基础对路基的影响、预留基础位置尺寸与电缆沟槽间的关系配合、接触网预留基础及其平面布置、沟槽管洞预留、
29、综合接地在路基上设置与预埋的接口设计。配合站场、房屋建筑专业完成接触网立柱对线间距要求、预留基础及其平面布置、站台雨棚合架、雨棚及高架站房的综合接地设置与预埋、反向行车时接触网对车站八字渡线、单渡线设置的要求等接口设计。配合沿线桥梁、路基、跨线构筑物、无柞轨道、站房、站台、雨棚、接触网预留基础等建筑物，完成闪络保护等电位的接口设计。配合综合接地专业，完成电力牵引供电接地纳人综合接地的接口设计。 结构专业应负责完成接触网特殊硬横梁、吊柱、支柱设计要求、跨线建筑物下安装预埋件、接触网支柱基础、拉线基础等的接口设计。在各相关专业的接口设计中，应明确本专业控制误差要求，便于接口专业施工采用合理的施工工
30、艺。,接触网与工务的接口,直接关系接触网所有几何参数均是以线路中心线和轨平面所组成的直角坐标系为参照的！线路平面（直线，曲线，缓和曲线）影响接触网的张力、跨距、拉出值、线岔和锚段关节布置；线路纵断面（平道、坡道、竖曲线）影响导高、坡度、坡度变化率、吊弦长度、分相位置路基、桥梁、隧道影响接触网支柱及其基础类型,高铁牵引供电的接口问题,接触网与工务的接口,间接关系（动态）接触网所有几何参数均是以线路中心线和轨平面所组成的直角坐标系为参照的！线路平面（直线，曲线，缓和曲线）不平顺度影响弓网振动；线路纵断面（平道、坡道、竖曲线）影响受电弓冲击路基、桥梁、隧道影响受电弓动态特性桥振动与接触网振动之间的特
31、殊关系，特殊情况下的支柱稳定性,硬点？,高铁牵引供电的接口问题,接触网与工务(路基)的接口,路基宽13.8m（13.6m），线间距5m，路肩宽度1.4m，线路中心至接触网杆净距3.1m（3.0m），轨道高度0.89m(0.756m无挡肩板式）。接触网杆基础、电缆沟槽、声屏障基础、电缆上上桥路径与路基/桥隧同步施工。,高铁牵引供电的接口问题,接触网与工务(路基)的接口,路基宽13.8m（13.6m），线间距5m，路肩宽度1.4m，线路中心至接触网杆净距3.1m（3.0m），轨道高度0.89m(0.756m无挡肩板式）。接触网杆基础、电缆沟槽、声屏障基础、电缆上上桥路径与路基/桥隧同步施工。,高铁
32、牵引供电的接口问题,路堤地段电缆槽、接触网、声屏障、线间集水井综合接地的横断面图,接触网与工务(路基)的接口,路基宽13.8m（13.6m），线间距5m，路肩宽度1.4m，线路中心至接触网杆净距3.1m（3.0m），轨道高度0.89m(0.756m无挡肩板式）。接触网杆基础、电缆沟槽、声屏障基础、电缆上上桥路径与路基/桥隧同步施工。,高铁牵引供电的接口问题,接触网与工务(路基)的接口,严格控制路基工后沉降变形量，确保线路满足安全、高速、舒适性要求。 1.无碴轨道路基工后沉降变形量一般不大于15mm，长度大于20m的区段，其工后沉降变形量不大于30mm，且轨道铺设后满足轨道竖曲线半径要求；过渡段
33、交界处的差异沉降量小于5mm，弯折角不大于1。支柱侧面限界 2.有碴轨道路基工后沉降变形量不大于5cm ，路桥等过渡段工后沉降变形量不大于3cm，初年沉降速率小于2cm/y。,高铁牵引供电的接口问题,接触网与工务(桥)的接口,京沪高速铁路南京大胜关长江大桥,6线铁路桥：双线350km/h高速铁路、双线普通铁路和双线城市轻轨 主桥采用多跨连续梁桁拱结构，三片主桁 主桥跨径为1081923363361921081272m。,工程方面: 预留接触网支柱基础、电缆沟槽、声屏障基础、电缆上桥路径。 理论方面: 应充分考虑桥振动与接触网振动之间的内在关系,振源:地震,高速运行的列车,风振,高铁牵引供电的接
34、口问题,振动对接触压力的影响明显在高速运行下，任何一点外部的不平顺都会造成列车的振动，这种振动的振级与列车速度成正比。振动同样将使弓网动态接触压力与静态接触压力产生较大的偏差，造成动态接触压力上下波动，弓网离线，加剧受电弓滑板和接触线网的磨耗 。,接触网与工务接口,桥梁及建筑物除了满足静态荷载（强度）的条件外，还必须满足高速列车动力学的特性要求。严控“变形”，以满足高速运行时出现的高频振动要求。根据研究：各种微小的不平顺所引起的列车振动，都将导致乘座不舒适，使司机工作能力明显降低。甚至恶化轨道状态，引发轮轨轴的断裂。因此，保持轨道持续稳定的高平顺性，是高速铁路土木工程最基本的要求。但是，轨道的
35、高平顺性又是路基、桥梁、轨道变形的综合表现，要求轨道高平顺性，必须从控制上述工程变形着手。,路基变形会引起列车振动和改变弓网几何关系；线路平面应有较大的曲线半径和适当长度的缓和曲线、夹直线；线路纵断面应有较大的竖曲线半径和适当长度的缓和竖曲线；控制路基工程变形。设计、施工都要将重点放在控制路基变形：工后沉降、不均匀沉降及路基顶面的初始不平顺。京沪高速铁路设计暂规规定，工后沉降10cm，台尾过渡段5cm（地基固结度达到9095%）。这是从路基竣工算起至1520年内的沉降总和，初期沉降值23cm/年。,振动的影响,接触网与工务接口,桥梁的挠度，梁端转角，扭转变形，结构自振频率，应力徐变和不均匀温差
36、引起的结构变形等参数必须与高速列车的动态作用力相耦合。,京沪高速铁路南京大胜关长江大桥,接触网与工务接口,桥振动与接触网振动之间的特殊关系,线间距受列车会车时空气压力波的影响，应适当加大； 由于洞口空气阻力、瞬变压力、洞口微气压波等的影响，应加大隧道断面积，改善洞及辅助结构的设置等。 微气压波将造成人耳不适！,除考虑空气流对接触网备的影响外,还应预留和布置综合接地系统各种电缆或导体的布置空间当两车相遇时，最初的风压力使列车相互排斥，接近列车尾部时又相互吸引，相互排斥或相互吸引的风压力近似等于双方向列车相对速度的平方成正比。,接触网与工务(隧道)接口,流固耦合,充分体现车站建筑的功能性、系统性、
37、先进性、文化性、经济性。系统考虑车场、站房建筑、广场、轨道交通及其他公共交通。,正线与到发线连接，连接两正线的渡线均采用18号道岔 与联络线连接的道岔采用侧向允许通过速度220km/h或160km/h的道岔 到发线有效长为700m（随控制系统精度提高优化设计） 接触网支柱的形状与色彩应与站场环境相协调 支柱尽量合并到站场建筑物的立柱中去.但要注意机电安全问题,站场建筑与接触网,接触网与工务的接口,北京南站,站场建筑物与接触网之间的安全关系,高铁牵引供电的接口问题,课间休息！,高铁牵引供电的接口问题,在接触网设计工作和运营维护工作中，绝大部分内容与气象条件密切相关！,5 接触网的环境接口,线索弛
38、度； 线索张力； 悬挂弹性； 空间位置； 绝缘强度； 载流能力； 磨耗关系。,温度、 湿度、 冰雪、 大风、 大雾、 污染、 雷电、 地震。,（2）气候环境,（1）空间环境,电力线； 通讯线； 涵隧； 桥梁； 动物； 古迹。,高铁牵引供电的接口问题,重点：防冰和舞动,气候三要素对接触网的不良作用,温度对接触网的影响,高铁牵引供电的接口问题,温度对接触线抗拉强度的影响,气候三要素对接触网的不良作用,高铁牵引供电的接口问题,接触网在隧道内的计算温度取值曲线,气候三要素对接触网的不良作用,高铁牵引供电的接口问题,覆冰的破坏作用与预防,（a）垂直荷载; （b）水平荷载; （c）纵向荷载; （d）振动荷
39、载; （e）不同期脱冰或不均匀覆冰事故; （f）绝缘子串冰闪事故; （g）导线覆冰舞动事故.,气候三要素对接触网的不良作用,高铁牵引供电的接口问题,舞动将引起导线张力的巨大变化，这是舞动造成机械破坏的主要原因。舞动时线索张力变化的最大值约为2倍的导线静态张力， 从提高线路机械强度的角度进行防舞设计，主要应视舞动强度适当提高杆塔、金具、绝 缘子等的设计安全系数，并从提高金具耐磨性及螺栓防松性方面进行综合设计，提高线路的抗舞动能力。防舞措施必须建立在综合技术经济分析 比较的基础上，且考虑弓网受流求。网的弹性和网的振动频谱。,悬挂舞动的破坏作用与预护,临界电流法防冰,设计风速的确定原则 广泛调研、详
40、实资料、客观科学； 接触网线索和设备必须能够承受所在区域50年一遇的特大强风，在此风速作用下，接触网线索和设备不会被破坏，大风过后，能在最短时间内恢复正常工作状态。 按照建筑结构荷载规范(GB 50009-2001)规定，基本结构风速应为当地空旷平坦地面上10m高度处10min平均的风速观测数据，经概率统计出的50年一遇的最大风速值，高速接触网一般按50m/s取值。 在一定风速作用下，接触线不会因风的作用脱离受电弓滑板的有效工作范围。 基本运行风速是保证电气化铁路运输不被中断的最高风速，是确定接触网最大允许跨距和跨中风偏的主要理论依据之一，是弓网受流处及其附近的实际风速，不需要进行各类系数的调
41、整。高速接触网的一般按35m/S取值。 在隧道内，当行车速度等于或者大于140km/h时，必须按基本结构设计风速设计和校验隧道内接触网结构和设备的机械强度。,高铁牵引供电的接口问题,风的概念：最大风速、结构风速、运行风速、降速风速、停轮风速,（3）电磁环境（中国）,复线直供加回流，距轨面1.2m时的理论值和实测值,高铁牵引供电的接口问题,5 接触网的环境接口, 钢轨中的不平衡牵引回流、瞬间脉冲电流及谐波电流； 牵引网系统的感性、容性藕合对传输电缆的干扰； 沿线及站场固定电气电子设备(自动闭塞设备、 调度集中设备、计轴设备、联锁设备、电源设备、信号监测系统等)受电力系统的放射、耦合、回流地电位等
42、的影响； 机车信号等受电力机车强电设备的电、磁、电磁放射源的影响。,电气化铁路的主要电磁干扰源,高铁牵引供电的接口问题,电气化铁路的主要电磁干扰源,高铁牵引供电的接口问题,电磁干扰主要防护方法,电磁干扰与负荷电流的大小，供电方式、机车类型、弓网关系等方面有关， 可采取以下配合措施，减少电磁干扰。 （1）采用适当的供电方式 （2）改善弓网性能 （3）抑制高次谐波放大,高铁牵引供电的接口问题,金属导线的危险电压允许标准主要取决于危险电压可能产生的通过人体的电流及其作用时间，这取决于人体阻抗、外加电压和皮肤干燥程度等。,人体总阻抗与外加电压的关系,危险影响标准,危险电压的允许标准：,国际电工委员会标
43、准规定，接触线短路条件下感应电压的最大限值为430V，接触网正常状态下为60V；德国DVGW/VDE规定长期为65V，短期为500V。,充分考虑人可能触及的导电体的接触电压、轨道电位，其值符合下表的安全要求,接触电压、轨道电位容许值(部2007年47号文),危险影响标准(电压),轨道电路的基本原理,作用 (a) 监督列车是否占用轨道 (b) 传递行车信息,6 接触网与轨道电路的接口,轨道电路概述,应与信号专业配合确定接触网关节位置对信号机设置的要求、电分相布置的接受信号设备及列控信息配置、钢轨回流连接设置的接口设计。应配合通信等专业完成漏缆与接触网合架的接口设计；应结合精测网设置情况完成精测设
44、备与接触网合架的接口设计。,电化区段的轨道电路应能防护连续的或断续的不平衡牵引电流的干扰!,工频交流连续式轨道电路,(1)组成：送电端(BG1-50型轨道变压器和R-2.2/220变阻器)、受电端(BG4中续变压器和JZXC-480轨道续电器)、钢轨、钢轨绝缘、钢轨引线、钢轨接续线,(2)工作原理：无车时交流电由送电端经钢轨达到受电端，轨道续电器闭合轨道空闲；有车时交流轨道电路被轮对短接，交流电无法到达受电端，轨道续电器失电断开，轨道被占用。,(3) 优缺点结构简单；道碴电阻适应性差；极限传输长度短；灵敏度低；防雷电性能差；雨天“红光带”,接触网与信号的接口,25Hz相敏轨道电路,(1) 组成
45、，如左图所示。 (2) 工作原理当轨道线圈和局部线圈电源满足规定的相位和频率时，GJ闭合，表示轨道电路空闲；当有车时，GJ断开；当相位和频率不合符要求时，GJ也断开。 (3) 优缺点只能检测轨道空闲、不能传输其它信息。,适用于牵引电流不大于800A，不平衡电流小于60A的交流电气化轨道。,接触网与信号的接口,25Hz相敏轨道电路-扼流变压器,(4) 扼流变的工作原理扼流变的对牵引电流阻抗很小，而对信号电流阻抗很大，沿铁轨流通的牵引电流在轨道绝缘处通过扼流变的上下部线圈，再通过其中心线流向另一扼流变的中心线和上下部线圈，然后流向相邻的钢轨中去。,由于牵引轨中的牵引电流大小相等，扼流变的上下部线圈
46、匝数相同，上下线圈产生的磁通量相等，但方向相反，总磁通为零。对信号设备无影响。但当两轨牵引电流不平衡时，会影响，需加防护设备。,接触网与信号的接口,产生不平衡电流的原因(1) 曲线区段,外轨长而内轨短, 两根钢轨的轨阻抗不相等。(2) 钢轨接头电阻是由塞钉连接线、轨端焊接线、连接夹板组成的并联电阻,每个钢轨接头电阻不可能完全一致，由各个钢轨接头电阻组成的整个长钢轨阻抗与另一侧的钢轨阻抗就存在差异。(3) 扼流变压器牵引线圈中性点两边的线圈阻抗不可能绝对相等,两侧的钢轨引接线电阻也可能有微小的差异，形成扼流变压器中性点两边的阻抗不相等；而牵引回流要经过多个扼流变压器的中性点后才能回归到牵引变电所
47、，两根钢轨由此而形成的阻抗是不一致的。(4) 轨道电路的对地漏泄不平衡,原因为： 接触网支柱、桥栏杆等的地线直接接到轨道电路的一侧钢轨上(普速),形成两根钢轨对地漏泄导纳不相等。 东西方向的铁路，路基南面受阳光直射，雨过天晴后道床状态干湿不同，回春季节背阴部分的路基解冻较晚。 线路一侧敷设有长的金属管路或各种带金属护套的屏蔽电缆。,高速铁路轨道电路,中国高速铁路广泛使用的是ZPW-2000系列电气绝缘轨道电路，它是在吸收法国UM71轨道电路优点基础上自行研发的。UM2000的电气隔离原理和载频与UM71相同，但增加了补偿调谐单元DB，如上图所示。DB平时对轨道起补偿作用，当通用调谐单元BU故障
48、时起备用作用，增加了系统的安全性和可靠性。,ZPW-2000无绝缘轨道电路系统构成图,高铁牵引供电的接口问题,高速铁路轨道电路,ZPW-2000A电气绝缘节 长 29m ，由调谐单元（BA ) 、空芯线圈(SVA)及 29m 钢轨组成。,高铁牵引供电的接口问题,高速铁路轨道电路,电气绝缘节,对f2而言， L1Cl 构成“零阻抗”；对f1而言， L2C2 构成“零阻抗”；当构成“零阻抗”的元件故障时，均会造成“零阻抗”值的升高，降低两相邻轨道电路信号间的隔离性能，构成信号的越界传输。对f1而言， L1Cl 与LV构成“极阻抗”；对f2而言， L2C2 C3与LV构成“极阻抗” ；当构成“极阻抗”
49、的元件故障时，均会破坏并联谐振电路工作，造成“极阻抗”值的降低，造成送端轨面、受端轨面、室内电压降低，。,高铁牵引供电的接口问题,高速铁路轨道电路,中国高速铁路广泛使用的是ZPW-2000系列电气绝缘轨道电路，它是在吸收法国UM71轨道电路优点基础上自行研发的。UM2000的电气隔离原理和载频与UM71相同，但增加了补偿调谐单元DB，如上图所示。DB平时对轨道起补偿作用，当通用调谐单元BU故障时起备用作用，增加了系统的安全性和可靠性。,高铁牵引供电的接口问题,轨道电气绝缘节电路,(1)组成：由两个谐振单元(BA)构成，相邻轨道电路的载频不同，BA型号也不同。BA1型由L1和C1构成，BA2型由
50、L2，C2，C0构成。,(2)工作原理电气绝缘是通过谐振实现的，载频确定后选择两BA的参数，使本区段的调谐单元对相邻区段的频率呈串联谐振，移频信号被短路；而对本区段的频率呈容抗，与26m钢轨和SVA的电感配合发生并联谐振，移频信号被接收。,SVA用于平衡两轨间的不平衡电流，还参加调谐区工作，保障维修安全；补偿电容消除钢轨感性，保证轨道电路的传输距离。,高速铁路采用的轨道电路,高速铁路轨道电路,空芯线圈 SVA的构成与技术指标结构特点： 由直径 1 . 53 、 19 股电磁线绕制，截面为 35 mm2。铜线敷有耐高温的玻璃丝包。 SVA 设有中心线，每半个线圈可通过 100A 电流。在 100A 不平衡电流或 200A 中点流出牵引电流情况下可以长期工作。在 500 A 4 min 的不平衡电流下（或中心点通过 1000A 平衡电流下, SVA 均可正常工作。,
