【正文】 第 6章 城市軌道交通系統(tǒng)的構成 —— 供電與牽引 第 6章 城市軌道交通系統(tǒng)的構成 —— 供電與牽引 【學習目標】 【教學建議】 城市軌道交通供電系統(tǒng) 城市軌道交通牽引系統(tǒng) 【學習目標】 。 —— 整流裝置的工作原理。 、電力車輛牽引供電系統(tǒng)的組成。 。 【教學建議】 ：在教室和牽引供電模擬實訓室中進行，課后可實地參觀。 ：至少具有接觸網(wǎng)或接觸軌及操作模擬演示軟件 1套，仿真受電弓、受電靴等教具 1套。 ：共 6課時，其中課堂講授 4課時，模擬操作 2課時。 城市軌道交通供電系統(tǒng) (1)發(fā)電廠 發(fā)電廠將其他形式的能源轉(zhuǎn)換為電能。 1)火電廠。 2)水電廠。 3)核電廠。 水力發(fā)電站 三峽水電站 三峽水電站 長江三峽水電站的有關資料： 三峽水電站又稱三峽工程、三峽大壩，處于重慶市和湖北省宜昌市之間的長江干流上，具體位于宜昌市上游不遠處的三斗坪。它是世界上規(guī)模最大的水電站，也是中國有史以來所建設的最大型的工程項目。三峽水電站的功能有航運、發(fā)電、種植等等。三峽水電站 1992年獲全國人民代表大會批準， 1994年正式動工興建， 2023年開始蓄水發(fā)電，于 2023年全部完工。 長江三峽水電站的有關資料： 三峽水電站大壩高程 185米，蓄水高程 175米，水庫長 600多公里，安裝 32臺單機容量為 70萬千瓦的水電機組，現(xiàn)為全世界最大的水力發(fā)電站。三峽電站初期規(guī)劃是 26臺 70萬千瓦的機組，即總裝機容量為 1820萬千瓦，年發(fā)電量 847億度，后又在右岸大壩“白石尖”山體內(nèi)建設地下電站，建 6臺 70萬千瓦的水輪發(fā)電機，再加上三峽電站自身的兩臺 5萬千瓦的電源電站，總裝機容量達到了2250萬千瓦，年發(fā)電量約 1000億度（ 5倍于葛洲壩， 10倍于大亞灣核電，約占全國年發(fā)電總量的3%，水力發(fā)電的 20%）。 火力發(fā)電站 原子能發(fā)電站（核電站） 原子能發(fā)電站 太陽能發(fā)電站 秦山核電站 秦山核電站 大亞灣核電站 切爾諾貝利核電站 事故發(fā)生后的切爾諾貝利核電站 切爾諾貝利核電站事故簡介 1986年 4月 26日，世界上最嚴重的核事故在蘇聯(lián)切爾諾貝利核電站發(fā)生。烏克蘭基輔市以北 130公里的切爾諾貝利核電站放射性物質(zhì)泄漏，污染了歐洲的大部分地區(qū)。此事故列為核事故的第七級（頂級）。切爾諾貝利核電站是前蘇聯(lián)最大的核電站，共有 4臺機組。 4月，在按計劃對第 4機組進行停機檢查時，由于電站人員多次違反操作規(guī)程，導致反應堆能量增加。 26日凌晨，反應堆熔化燃燒，引起爆炸，沖破保護殼，廠房起火，放射性物質(zhì)源源泄出。用水和化學劑滅火，瞬間即被蒸發(fā)，消防員的靴子陷沒在熔化的瀝青中。 3號機組暫停運轉(zhuǎn)，電站周圍 30公里宣布為危險區(qū)，撤走居民。事故發(fā)生時當場死亡2人，遭輻射受傷 204人。 5月 8日，反應堆停止燃燒，溫度仍高達300℃ ；當?shù)剌椛鋸姸茸罡邽槊啃r 15毫倫琴，基輔市為 ，而正常值允許量是 。瑞典檢測到放射性塵埃，超過正常數(shù)的 100倍。西方各國趕忙從基輔地區(qū)撤出各自的僑民和游客，拒絕接受白俄羅斯和烏克蘭的進口食品。原蘇聯(lián)官方 4個月后公布，共死亡31人，主要是搶險人員，其中包括一名少將；得放射病 203人；從危險區(qū)撤出 。 1992年烏克蘭官方公布，已有 7000多人死亡于本事故的核污染。 日本福島核電站 日本福島核電站 日本福島核電站事故簡介 2023年 3月 11日，日本發(fā)生 ，導致東京電力公司下屬的福島核電站 3號機組緊急停運。但仍有余熱產(chǎn)生。在后續(xù)事故過程當中，因地震導致其失去場外交流電源，因海嘯導致其內(nèi)部應急交流電源（柴油發(fā)電機組）失效，從而導致反應堆冷卻系統(tǒng)的功能全部喪失并引發(fā)事故。 水輪機中的葉輪 金沙江向家壩水電站 1號機組安裝 2023年 11月 12日，世界單機容量最大（容量達 80萬千瓦）的水輪發(fā)電機組 —— 金沙江向家壩水電站 1號機組轉(zhuǎn)子順利吊裝就位，轉(zhuǎn)子直徑 ，總重 2100噸。 水輪機吊裝現(xiàn)場 發(fā)電機轉(zhuǎn)子吊裝現(xiàn)場 城市軌道交通供電系統(tǒng) (2)電力網(wǎng)和電網(wǎng)電壓 電力網(wǎng)簡稱電網(wǎng)，由輸電線路、配電線路和變電所組成。 (3)變電所 變電所除具有變換電壓的作用外，還具有集中電能、分配電能、控制電能以及調(diào)整電壓的作用。 1)樞紐變電所。 2)地區(qū)變電所。 3)用戶變電所。 (4)一次供電網(wǎng)絡 一次供電網(wǎng)絡是指直接向牽引變電所供電的地區(qū)變電所 (或發(fā)電廠 )及高壓輸電線路。 城市軌道交通供電系統(tǒng) (5)牽引變電所 牽引變電所的作用是降壓，并將三相電源轉(zhuǎn)換成兩個單相電源，然后通過饋電線分別供電給牽引變電所兩側(cè)的接觸網(wǎng)。 1)橋接線方式。 圖 61 牽引變電所的引入線方式 2)雙 T接線方式。 3)單母線分段方式。 城市軌道交通供電系統(tǒng) (6)牽引網(wǎng) 牽引網(wǎng)是由饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌和回流線組成的雙導線供電系統(tǒng)。 1)單線區(qū)段的供電。 ① 單邊供電：即接觸網(wǎng)的每個分段由牽引變電所從一邊供應電能。每個牽引變電所的兩個臂供兩個接觸網(wǎng)區(qū)段，相鄰兩個變電所之間的兩段接觸網(wǎng)相互絕緣。但為了在必要時實行越區(qū)供電，在接觸網(wǎng)分界點設有柱上隔離開關，且照慣例，此兩段接觸網(wǎng)供同相電 ()。 城市軌道交通供電系統(tǒng) 圖 62 單線區(qū)段單邊供電方式 ② 雙邊供電：當相鄰兩牽引變電所之間的兩段接觸網(wǎng)用分區(qū)亭中的斷路器連接，并從兩變電所同時供電，這種供電方式稱單線雙邊供電。分區(qū)亭的作用是縮小接觸網(wǎng)故障停電范圍和檢修時的停電范圍。 城市軌道交通供電系統(tǒng) 2)復線區(qū)段的供電。 圖 63 復線區(qū)段的供電方式 ① 單邊末端并聯(lián)供電：由于復線區(qū)段牽引變電所同一側(cè)的上、下行接觸網(wǎng)均供同相電，故可在接觸網(wǎng)供電分段的末端用分區(qū)亭中的斷路器連接起來，形成單邊末端并聯(lián)供電 ()。 城市軌道交通供電系統(tǒng) 圖 64 復線單邊末端并聯(lián)供電 ② 單邊全并聯(lián)供電：單邊全并聯(lián)供電是近年來采用的一項新技術。單邊全并聯(lián)供電是在每個車站利用柱上負荷開關將上、下行接觸網(wǎng)并聯(lián)，形成并聯(lián)網(wǎng)絡。并聯(lián)負荷開關可以自動投切，也可以經(jīng)設于車站的遠動終端 RTU由電力調(diào)度控制 (見圖 65)。 城市軌道交通供電系統(tǒng) 圖 65 復線單邊全并聯(lián)供電 (7)分區(qū)亭 為了增加供電的靈活性，提高運行的可靠性，在兩個相鄰牽引變電所供電的接觸網(wǎng)區(qū)段通常加設分區(qū)亭。 1)可以使相鄰兩供電區(qū)段實行并聯(lián)供電或分開供電，也可使復線區(qū)段的上、下行實行并聯(lián)或分開供電。 2)相鄰牽引變電所發(fā)生故障而不能繼續(xù)供電時，可以閉合分區(qū)亭內(nèi)的斷路器由非故障牽引變電所實行越區(qū)供電。 城市軌道交通供電系統(tǒng) (8)開閉所 電氣化鐵道的樞鈕站場 (如編組站、客站和機車整備線等 )均由接觸網(wǎng)供電。 (1)直流制 直流制是世界上早期電氣化鐵道普遍采用的方式。 (2)低頻單相交流制 為了克服直流制的缺點，在 20世紀初，西歐一些國家采用了低頻單相交流制，并使該技術得到了較大的發(fā)展。 (3)三相交流制 在牽引電流制的發(fā)展過程中，個別國家 (如瑞士、法國等 )還采用了 ，電力機車牽引電動機采用三相交流異步電動機。 (4)工頻單相交流制 工頻單相交流制是電氣化鐵道發(fā)展中的一項先進的供電制式，該技術最早出現(xiàn)在匈牙利，電壓為 16kV。 1)工頻單相交流制的主要優(yōu)點如下： 城市軌道交通供電系統(tǒng) ① 牽引供電系統(tǒng)結構簡單。牽引變電所從電力系統(tǒng)獲得電能并經(jīng)過電壓變換后，直接供給牽引網(wǎng)，不需要在變電所設置整流和變頻設備，變電所結構大為簡化。 ② 牽引供電電壓增高，既可保證大功率機車的供電，提高機車的牽引定數(shù)和運行速度，又可使變電所之間的距離延長，導線截面積減少，建設投資和運營費用顯著降低。 ③ 交流電力機車的粘著性能和牽引性能良好。通過機車上變壓器的調(diào)壓，牽引電動機可以在全并聯(lián)狀態(tài)下工作，牽引電動機并聯(lián)運轉(zhuǎn)可以防止輪對空轉(zhuǎn)的惡性發(fā)展，從而提高了運用粘著系數(shù)。 ④ 和直流制比較，交流制的地中電流對地下金屬的腐蝕作用小，一般可不設專門的防護裝置。 2)工頻單相交流制存在的主要問題如下： 城市軌道交通供電系統(tǒng) ① 單相牽引負荷將會在電力系統(tǒng)中形成負序電流，當電力系統(tǒng)容量較小時，負序電流的影響尤為突出。 ② 電力牽引負荷是感性負荷，功率因數(shù)低，特別是采用相控整流后，牽引電流變?yōu)榉钦也?，出現(xiàn)較大的諧波電流，將使功率因數(shù)更低。 ③ 牽引網(wǎng)中的單相工頻電流將對沿線通信線路造成較大的電磁干擾。 (1)環(huán)形供電 環(huán)形供電即電力系統(tǒng)將牽引變電所聯(lián)成環(huán)形網(wǎng)。 城市軌道交通供電系統(tǒng) 圖 66 外部供電方式 —— 環(huán)形供電 (2)雙側(cè)供電 雙側(cè)供電即電源來自電力系統(tǒng)的兩個地區(qū)變電所，給鐵路供電的輸電線是聯(lián)絡這兩個地區(qū)變電所的線路。 城市軌道交通供電系統(tǒng) 圖 67 外部供電方式 —— 雙側(cè)供電 (3)單側(cè)供電 單側(cè)供電即由一個地區(qū)變電所給數(shù)個牽引變電所供電。 城市軌道交通供電系統(tǒng) 圖 68 外部供電方式 —— 單側(cè)供電 (4)放射式供電 當各牽引變電所離開電源差不多等距并且比單側(cè)供電更經(jīng)濟時，可采用放射供電方式 (見圖 69)。 城市軌道交通供電系統(tǒng) 圖 69 外部供電方式 —— 放射式供電 電力牽引系統(tǒng) electric traction system ： 電力牽引供電系統(tǒng) electric traction supply system — 保證實現(xiàn)電力牽引方式且能夠安全可靠的、不間斷工作的電力供應系統(tǒng) （ 1）牽引變電所 traction substation （ 2）牽引