高铁供电基本知识教案.doc

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《铁总兼职师资培训第八期》
教案

单 位：成铁局贵阳职培基地
教师姓名： 翁妍菁
编写时间： 2015年10月26日

健康的重要（总计20分钟）
授课时间
2015年10月26上午
授课课时
20分钟
累计课时

授课班级

授课章节（课题）
一、健康的重要

教学目的要求：
要求学员：1.了解健康的概念
2.增强健康意识

教学重难点：
重点：传统健康概念与现代健康的不同
难点：如何建立个人的健康规划
教学类型：课堂讲授
教学参考书

教学过程（附后页）：
课后小结：
通过使用设备图片演示，运用启发式、提问式的教学方法，使学生对健康的话题引起共鸣，通过思考引起健康问题因素，明白健康的重要，努力设计好个人的健康规划。

布置作业：
在我们的工作环境、工作过程中有哪些因素损害我们的健康？

教学过程及教学手段
教学活动
一、 设疑提问，导入课程主题（3分钟）（提问法）

导入：
思考：人生最重要的是什么？

二、 传统健康与现代健康的区别（5分钟）（讲授法）
“健康不仅是躯体没有疾病，还要具备心理健康、社会适应良好和有道德” （国际卫生组织）

三、 举例说明健康的重要（5分钟）（案例法）
1、 富人没有健康是白忙一生
2、 穷人没有健康是雪上加霜
3、 美国哈比博士的健康论
4、 全球健康调查数据
5%---- 真正的健康 人群
20%---- 患有疾病，需要看病的人群
75%---- 亚健康人群

四、 思考：哪些因素引起健康问题（3分钟）（提问法）
1、 环境
2、 生活方式
3、 工作环境与过程
4、 压力

五、 结束：
赫拉克里特：生命因健康而美丽
建议：做好个人健康规划

供电臂
电力系统
牵引
变电所
牵引
变电所
牵引
变电所
牵引
变电所

牵引负荷为一级负荷，牵引变电所有两路独立的电源进线。
供电臂（供电分区）：牵引变电所馈线到接触网末端的供电电路。
各牵引变电所间循环换相，使各供电臂电压不同相。
电分相：电分相绝缘装置串接在分区所或变电所出口的接触网中，将不同的供电分区分开，避免不同电压或不同相位的两相邻供电分区相互连通而形成短路。
分区所：增加供电的灵活性，在两个牵引变电所的分区中间设分区所。分相绝缘装置并联断路器或隔离开关实现牵引网不同运行方式（单边供电、双边供电、越区供电）。

（1）单边供电

电力系统
牵引
变电所
牵引
变电所
牵引
变电所
牵引
变电所

单边供电：分区所内与分相绝缘装置并联断路器或隔离开关打开，机车/动车取流来自一个牵引变电所。

（2）双边供电
电力系统
牵引
变电所
牵引
变电所
牵引
变电所
牵引
变电所

双边供电：分区所与分相绝缘装置并联断路器或隔离开关合上，机车/动车取流来自两个牵引变电所。

（3）越区供电

电力系统
牵引
变电所
牵引
变电所
牵引
变电所
牵引
变电所

越区供电：非正常供电方式。当某一牵引变电所因故障不能正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经开关设备由相邻牵引变电所进行临时供电。

2.高速铁路牵引供电系统供电方式
2.1直接供电方式（TR）

27.5kV

结构简单，投资最少，维护费用低。
直接供电方式的钢轨电位高；对弱电系统的电磁干扰较大。

2.2带回流线的直接供电方式(TRNF)

I
I
I
I
27.5kV

回流线与接触网同杆架设，两组导线之间有互感，钢轨电流部分由回流线回流。

供电臂
距离增长
外部电源
投资减小
分相数
量减小
变电所的
数量减少
有利于列车高速运行

2.3 AT(自耦变压器)供电方式
n
n
I/2

自耦变压器

自耦变压器

自耦变压器
I
I/2
I/2
25kV
2×27.5
kV
接触网
钢轨
负馈线
牵引
变电所
27.5kV

自耦变压器器两端绕组匝数相等；负馈线与接触线同杆架设。
减少对通信线的干扰，降低通信线路迁改费用；钢轨电位降低。

世界主要高速铁路国家电铁供电方式

1996年
日 本
山阳新干线
300km/h
AT
1983年
法 国
TGV东南线
300km/h
AT+直供
1990年
法 国
TGV大西洋线
300km/h
AT
1994年
法 国
TGV北方线
300km/h
AT
2001年
法 国
TGV地中海线
350km/h
AT
2003年
韩 国
汉城——釜山
300km/h
AT
2004年
西班牙
马德里——巴塞罗那
350km/h
AT
2004年
意大利
都灵——佛罗伦萨
300km/h
AT
2008年
意大利
罗马——那不勒斯
300km/h
AT

3.高速铁路牵引供电系统主要设备结构

3.1牵引变电所及主要设备

牵引变电所：
从公用电力系统接受电能，通过变压器将电能从三相110kV或220kV变换成单相27.5kV（对AT系统为2×27.5kV），并向铁路上、下行两个方向的牵引网供电。
牵引变电所主要设备：
牵引变压器（有多种接线方式）
断路器（SF6、真空、少油、油断路器），隔离开关
避雷器、避雷针
电压互感器、电流互感器
控制、保护、测量、计量、监视和电源设备
无功补偿装置、调压装置

为减少牵引供电系统对电力系统电能质量的影响，高速铁路普遍采用大容量、高电压的电源为牵引变电所供电。普遍选用交-直-交型机车（动车组）。
高速铁路多采用AT供电方式。
高速铁路开关设备采用GIS组合电器是大趋势。

3.2接触网主要设备结构
3.2.1支柱与基础

站场：硬横梁+吊桩
两根支柱顶上安装金属钢梁，金属钢梁下悬挂绝缘子通过绝缘子悬挂或通过吊住连接腕臂悬挂承力索，下部固定绳连接定位器。

为了减少接触网支柱基础施工对路基的稳定性影响，客运专线接触网支柱基础一般采用机械钻孔灌注桩基础。
侧面限界不小于3100mm，以满足开行高速列车和线路大型机械养护要求。

京津城际：基础为站后专业施工，路基段不连续且基础数量少，受机械设备等因素制约，仍采用人工开挖基坑。

3.2支持装置与定位装置

京石客专铝合金腕臂及定位装置：
铝合金腕臂定位系统：腕臂管及腕臂连接件、承力索支撑线夹、腕臂支撑及其连接件、定位管、定位环、定位器均采用高强度铝合金材料。防腐性能好、重量轻、比强度高,外观美化，安装简便，便于施工，无需维护。

3.3接触悬挂
高速接触网悬挂方式主要有三种，即复链、简链、弹链。国外经验表明，三种悬挂方式均能满足时速300km/h以上高速运营要求。
复链型悬挂（主要代表国家为日本）的性能最为优越，接触网弹性最为均匀，接触线的动态抬升量也最小，最适合于高速运行。但因增加了一根辅助乘力索，结构变得较复杂，施工及运营维护不方便，事故抢修难度大。
弹性链形悬挂（主要代表国家为德国）因在悬挂点处增加了一根弹性吊索，可改善接触网的弹性不均匀性，但接触网动态抬升量较大，导线容易产生疲劳，且弹性吊索安装、调整工作量大，事故抢修难度也较大。
简单链形悬挂（主要代表国家为法国）弹性不均匀度较大，动态接触力标准偏差较弹链和复链大，但能够满足高速弓网受流要求，接触网可达到预期的使用寿命（250万弓架次以上），且国内具有丰富的设计、施工及运营经验，更适合我国国情。

接触线

从国外高速客运专线接触线的使用情况来看，主要以铜锡和铜镁合金线为主。铜锡和铜镁线均能满足高速铁路高抗拉强度的要求，在导电性方面，0.2%含量的上述合金线有80%左右的导电率，而0.5%含量的上述导线则只有60%左右的导电率。目前铜锡、铜镁合金线已经实现了国产化，但因铜镁合金线制造工艺复杂，国产化难度相对较大。
京津城际采用了德国进口的120mm2铜镁合金线，镁含量为0.5%，导电率仅为62%，导线使用张力为27kN。
武广、郑西客专同时采用了进口和国产的150mm2铜镁合金线，镁含量为0.5%，导电率为62%，导线使用张力分别为30kN、28.5kN。

导线高度
在满足建筑限界的情况下，接触线的悬挂高度应尽量低，以减小空气动力对弓网受流质量的影响。国外高速铁路接触线高度如下：
日本：5000mm
法国：5080mm
德国：5300mm
京津城际、武广客专、郑西客专接触线悬挂点高度为5300mm，最低点不小于5150mm。

结构高度
结构高度大小主要取决于允许的最短吊弦长度。对于两端都有吊弦线夹的整体式吊弦来说，吊弦长度越短，其呈现的刚度越大，对弓网受流越不利。根据国外经验，对于高速而言，最短吊弦长度不宜小于800mm，与之对应的接触网结构高度不宜小于1400mm。国外高速铁路接触网结构高度如下：
法国：1400mm（简链）
德国：1600mm或1800mm（弹链）
日本：950mm（简链）或1500mm（复链）
京津城际的结构高度一般为1600mm，跨线建筑下最小结构高度1100mm，最短吊弦>500mm。

吊弦结构形式

3.4补偿装置

目前国内应用的棘轮补偿装置从制动形式上分为两种：圆周棘齿制动和圆周侧面棘齿制动（如下图所示）

这种棘轮补偿装置在断线后轮体下落，轮体圆周侧面棘齿与V型开口的制动板接触实现制动。为了保证断线迅速制动及制动的可靠性在轮体圆周侧面平均分布了180个棘齿（圆周棘齿圆周分部有36个棘齿），制动板的V型开口也与轮体的断面相同，轮体下落时完全保证了迅速、可靠的制动（断面图如下所示）。

3.5锚段关节
三跨和五跨关节在中部过渡，跨中两支接触线相对于悬挂点高出50mm；四跨关节在定位点过渡，两支悬挂在中心柱外侧第一吊弦之间形成一等高过渡段，非支从第一吊弦电点开始抬升，中心柱定位一般按不受力设计。
各国的运营经验表明，只要锚段关节安装调整得当，无论三跨、四跨、五跨，均可取得满意的受流效果。五跨关节内侧两转换柱处非支接触线抬高量一般为150mm，因处于受电弓动态包络线内，故仍需采用定位器，且该定位器需要特殊设计，特别是五跨绝缘关节的转换柱处。相对而言，四跨关节的安装调整较为容易，无需采用特殊定位器，且安全性较好。
京津城际采用了五跨关节形式。

四跨绝缘锚段关节：

五跨绝缘锚段关节：

3.6无交线岔
两支无交线岔：这种线岔形式适合于与正线相连的车站到发线道岔。

受电弓通过无交叉线岔的情形：

锚段关节式无交叉线岔，适用于受电弓工作宽度较小和机车需要高速通过的情况：

无交线岔优点：
无论正线还是侧线高速行车，受电弓的转换过渡都非常平缓，并可保证行车安全。
无交线岔缺点：
接触网的布置相对复杂，施工调整比较麻烦。

3.7电分相
电分相是为了适应电力机车或动车组高速运行的需要而实现地面过电分相自动转换的一种装置。
自动过分相一般分为两种方式：
车上自动过分相（空段方式）
地面自动过分相（切换区段方式）

锚段关节式电分相(7跨式 )

防止受电弓短接不同相位的接触网，多弓用或不用高压母线连接时，L<D1

自动过分相方式1： 车上自动过分相
在空段位置，列车断电滑行通过。
列车在到达空段之前，接收来自切换用地面装置的信息，使得车载断路器断开，在通过空段之后，通过地面装置的信息闭合断路器，成为可牵引状态。
这种方式将受到线路坡度等地形条件的限制。

自动过分相方式2： 地面自动过分相
在日本的新干线中，为了确保高速运行，采用了无需断电滑行而实现牵引运行的切换区段方式。
在异相区段位置，当列车全部进入中间区段、并且进入电源切换用轨道线路后，驶入侧的切换断路器断开，驶出侧接通，切换电源。
这种方式不受线路坡度等地形条件以及车辆种类的限制。
由于高速铁路列车运行速度高，制动距离比较长，牵引电流和牵引功率比较大，一旦发生弓网事故，除受电弓产生会产生毁灭性结果外，接触网也会造成大面积损坏。因此，对接触网的可靠性（特别是接触网零部件和关键设备结构）提出了更高的要求。

三、课堂小结（3分钟）（讲解、提问法）
结合学生听课情况，对本节课的教学过程进行小结，指正学生应注意的学习重点和难点，提醒同学回去复习的内容。

四、课后作业（1分钟）（讲解法）
学生以课程最后以提问形式完成作业，当堂解答，作业题见前面。

五、开拓思维，同时提出新的问题（1分钟）（激趣法）
提出思考题，让学生产生继续探究、学习的愿望。

提出问题，在思考的过程中找出主题

从图示展开介绍现代健康概念的四个方面

通过大量图片的展示来说明健康的重要

用轻松的图片引出严肃的话题

通过残疾孩子《千手观音》的表演结束内容。

此时学生应该注意听教师对牵引供电系统主要结构的讲解，因为此处是重点知识，同时也应积极回答相应的问题，进行认真的思考。

重点，学生认真听讲

与单边供电方式对比，加深理解

以变电所故障为例引导学生思考、讨论，推出越区供电方式。分析越区供电特点。

重点：要求学生必须掌握牵引供电原理。

重点：要求学生掌握带回流线的直接供电方式结构特点，以及相对于直接供电方式的优越性

重点难点：要求学生掌握带回流线的直接供电方式结构特点，以及相对于带回流线的直接供电方式的优越性。

高速铁路普遍采用AT供电方式

分别讲解牵引变电所主要设备的功能，对带负荷操作隔离开关做视频演示，扩展接触网防雷内容。说明动车组无功补偿方式。

通过分布式牵引变电所展示牵引变电所整体布局和主要设备。

牵引变压器

断路器

避雷针

牵引变电所室内部分

GIS开关柜

京津城际铁路AT所GIS开关柜

施工中的贵阳北高铁枢纽变电所

软横跨，与硬横跨作对比，加深学员印象。

支持装置
定位装置

定位器

日本接触网结构高度较小，主要是其采用了乘力索端午吊弦线夹的绝缘式吊弦。

无鸡心环式整体吊弦。

带鸡心环式整体吊弦。

绝缘吊弦。

难点：结合锚段关节立面图和平面图讲解其结构和功能。

结合图例讲述无交线岔优越性及两支无交线岔不足，并与有交线岔作对比。

重点讲解无交线岔优点

图中：
1关节和5关节为四跨非绝缘锚段关节，
2 关节和4关节为五跨非绝缘锚段关节(相邻2支悬挂各形成一个锚段关节)。

幻灯片演示车上自动过分相基本过程

普速铁路机车过分相过程

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