2004年12月December 2004增刊JOURNAL OF RAIL WAY ENGINEERING SOCIETYSupplement文章編號(hào):1006- -2106(2004)00 -0174- -04客運(yùn)專(zhuān)線電氣化的技術(shù)特點(diǎn)曹東白*姜春林丁為民蘇鵬程李漢卿李高翎(中鐵電氣化勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津300250)提要:為適應(yīng)客運(yùn)專(zhuān)線列車(chē)負(fù)荷大、密度大、速度高以及大運(yùn)量旅客運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn),牽引供電系統(tǒng)的牽引供電方式、外部電源電壓、牽引變壓器接線;變電所的設(shè)備集成化、無(wú)人值班、安全監(jiān)控、接觸網(wǎng)的馬網(wǎng)關(guān)系懸掛方式、接觸線線材選擇、綜合接地等技術(shù)問(wèn)題與既有線路有不同的解決方案。關(guān)鍵詞:客運(yùn)專(zhuān)線;電氣化;特點(diǎn)中圖分類(lèi)號(hào): U224文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A易產(chǎn)生電弧等方面存在嚴(yán)懲不足,從1972年山陽(yáng)新干線開(kāi)始采1客運(yùn)專(zhuān)線列車(chē)負(fù)荷的特點(diǎn).用AT供電方式。目前日本所有新干線均采用AT方式,東海道世界各國(guó)的客運(yùn)專(zhuān)線,無(wú)一例外地采用了電力牽引的方式，新干線也于80年代改造為AT方式?？瓦\(yùn)專(zhuān)線列車(chē)有動(dòng)力分散型(電動(dòng)車(chē)組)和動(dòng)力集中型(機(jī)車(chē)牽表1各國(guó)代表性高速列車(chē)特性(300 km/h以上) .引)兩種。參數(shù)|載重[ 電機(jī)|額定功率|噸功率|營(yíng)業(yè)速度國(guó)名客運(yùn)專(zhuān)線是鐵路客運(yùn)大動(dòng)脈,其突出特點(diǎn)是列車(chē)速度高、密車(chē)型(kW){kW)(kW/) (km/h)度大,列車(chē)功率大。目前,列車(chē)最高運(yùn)營(yíng)速度e達(dá)300-350 km/h,JR-500日本700 285x6418240 26.1300伴隨速度的提高,列車(chē)功率也顯著增加(見(jiàn)圖1)。列車(chē)功率最大TGV-A法國(guó)4791100x8 8800 18.4已達(dá)1 800kW左右(各國(guó)高速列車(chē)電氣參數(shù)見(jiàn)表1),列車(chē)電流TGV-R法國(guó)4161100x8 880021.2最大達(dá)900A以上(見(jiàn)圖2)。Eurostar法國(guó)816 1020x12 12200| 15.0列車(chē)密度大也是客運(yùn)專(zhuān)線的特點(diǎn)之一，目前最小列車(chē)運(yùn)行AVE西班牙4211 100x8 8800| 20.9間原已達(dá)3nin以?xún)?nèi)。ETRS0O意大利635|1 100x8 8800 13.540TCV-Korea法韓7741 100>x12 13200 17.1多300r 250AGV法國(guó)359 I 600x12| 7200| 20.1350，200德國(guó)400500x16800020330100◆Fe+160ICF3- 350E德國(guó)400 500x16 8 8002228.18.6設(shè)計(jì)用車(chē)型中國(guó)800 | 330x4815840| 19.8單位重量牽引功率(kW/1)圖1牽引功率和列車(chē)速度關(guān)系 曲線2.1.2法國(guó)1982年,法國(guó)第一條高速鐵路一-TCV 東南線建成,全線2牽引供電方式采用直供和AT混合供電方式(8 個(gè)直供變電所、2個(gè)AT變電所),采用AT方式主要是節(jié)省外部電源費(fèi)用。2.1 國(guó)外高速鐵路牽引供電方式從1990年TGV大西洋線開(kāi)始,所有高速鐵路采用AT方式。2.1.1日本2.1.3德國(guó)日本由于國(guó)土狹窄，電氣化鐵路常常與通信線路處子同一德國(guó)高速鐵路采用15kV,16 2/3HZ 供電,鐵路有自營(yíng)的走廊,因此在第一條高速鐵路一東海 道新干線(1964年)采用專(zhuān)用單相16 2/3 HZ的發(fā)電廠,給牽引變電所供電,也有部分了BT方式。但由于BT方式在供電能力和BT變壓器處電分段采用公共電力系統(tǒng),經(jīng)電氣化鐵路的變頻站供給牽引網(wǎng)。供電方增刊.曹東白等:客運(yùn)專(zhuān)線電氣化的技術(shù)特點(diǎn)1752.4高速鐵路AT牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展含900c 800白從1972年日本山陽(yáng)新干線通車(chē),AT方式首次工程應(yīng)用電話7006000以來(lái),AT供電技術(shù)有了很大的進(jìn)步,AT供電系統(tǒng)8趨簡(jiǎn)單。S002.4.1 牽引變電所饋線電壓400300日本AT方式牽引變電所饋線電壓為55kV,變電所需設(shè)200SwV本引力AT,同時(shí)饋線設(shè)備均為55 kV電壓等級(jí)。100以法國(guó)為代表的AT方式牽引變電所饋線電壓采用2x275kV,700 1500 250 300 35kmn/h變電所取消AT,同時(shí)饋線設(shè)備均為2x27.5kV,降低了電壓等圜2高速列車(chē)牽引特性曲線級(jí)，簡(jiǎn)化了牽引變電所的接線和設(shè)備。式采用直供方式,全線同相,沒(méi)有接觸網(wǎng)電分相，且牽引變電所2.4.2關(guān)于輔 助分區(qū)所(SSP)間牽引側(cè)實(shí)行雙邊供電。日本在AT牽引網(wǎng)設(shè)有饋電臂分段用SSP,主要目的是減少事故情況下饋電臂停電范圍,但增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性,而法國(guó)等2.2. AT 方式簡(jiǎn)介國(guó)家不設(shè)SSP。AT供電方式牽引變電所供電電壓為2x27.5kV,比直接供2.4.3自耦變 壓器(AT)設(shè)置密度電方式供電電壓高一倍,因此AT供電方式也稱(chēng)作2x27.5kV供日本最初的AT區(qū)段,規(guī)定AT的間隔為10km,主要是從電方式。防干擾角度考慮,但隨著通信線路的光纜化,日本最近建成的東AT供電方式牽引網(wǎng)由AT(自耦變壓器)接觸線、正饋線、北新干線延伸線盛岡-八戶段,AT間隔已增加到15km,法國(guó).鋼軌和保護(hù)線構(gòu)成(見(jiàn)圖3)。正饋線和接觸線構(gòu)成牽引網(wǎng)平衡AT 區(qū)段AT間隔也在15km左右,我國(guó)大秦、京秦線AT最大間回路,AT將2x27kV電壓轉(zhuǎn)換成27.5kV向列車(chē)供電。隙達(dá)19 km。與直接供電方式相比AT方式牽引網(wǎng)增設(shè)了AT,并在接觸2.4.4接觸網(wǎng)接地保護(hù) 方式網(wǎng)方面增加了正饋線和保護(hù)線。日本在AT區(qū)段以前一直采用雙重絕緣加放電器實(shí)現(xiàn)接觸網(wǎng)絕緣子閃絡(luò)保護(hù)接地，但由于接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜和放電器不如直接接地更直接可靠,近幾年修建的新干線(如上野新干線和九|變。Tr州新干線)均取消雙重絕緣,改為直接接地方式,歐洲各國(guó)的高電速鐵路接觸網(wǎng)也采用直接接地。所AT3牽引變電所牽21.58;R3.1牽引變壓器 接線引27.68前F高速鐵路牽引變壓器接線主要有單相、V型、斯考特和伍德網(wǎng)布里奇等四種。目前歐洲國(guó)家多用單相接線,其優(yōu)點(diǎn)是變電所接線簡(jiǎn)單,變Tr.主變壓器; AT.自耦變壓器;T.接觸懸桂; R.鋼軌;F正饋線電所處接觸網(wǎng)可不設(shè)電分相,有利于商速列車(chē)的運(yùn)行;但對(duì)電力圖3 AT 供電方式示意圍系統(tǒng)的負(fù)序影響較大。V型接線目前在國(guó)外個(gè)別變電所中采用，主要是考慮負(fù)序2.3 AT 方式和直供方式的一般性比較影響。AT供電方式供電電壓高,因此供電能力強(qiáng),牽引變電所的斯考特和伍德布里奇接線均為平衡接線(見(jiàn)圖4),主要在間距大，可減少接觸網(wǎng)電分相和電力系統(tǒng)投資。在電磁兼容方日本采用。日本對(duì)負(fù)序影響有較嚴(yán)格的限制,采用上述接線可以面，由于AT供電方式是平衡回路,因此對(duì)通信線的危險(xiǎn)影響和符合電力系統(tǒng)的要求，但對(duì)于前兩種接線而言，變電所接線復(fù)雜音影響具有較好的屏蔽作用。雜,且需要配置55 kV設(shè)備和AT。直接供電方式牽引網(wǎng)系統(tǒng)簡(jiǎn)單，能適應(yīng)目前一般既有電氣3.2外部電源供電電壓化鐵路牽引供電的需要，在電磁兼容方面防干擾效果不如AT國(guó)外客運(yùn)專(zhuān)線外部電源供電電壓為154.225275和400kV。在具體應(yīng)用上,我國(guó)除幾條運(yùn)煤和重載線路(如京秦線、大客運(yùn)專(zhuān)線AT方式牽引變電所的容量與既有鐵路直供方式秦線、神朔線、侯月線)和個(gè)別繁忙干線(京廣線鄭武段)采用AT引變電所相比有大幅的增加，達(dá)50~75 MVA;同時(shí)為了減少接觸方式外,其余電氣化鐵路均采用直接供電方式。對(duì)于高速鐵路，網(wǎng)電分 相,牽引變壓器采用單相接線是有效措施之一。對(duì)于大容國(guó)外以采用AT方式為主。因此AT方式適用于客速專(zhuān)線.重載量的單相負(fù)荷，電力系統(tǒng)只有采用高壓或超壓供電才能承受單鐵路和繁忙的干線鐵路。直接供電方式適用于包括繁忙干線在相牽引負(fù)荷的影響,目前110kV供電已不能滿足需要,因此采用176鐵道工程學(xué)報(bào)2004年12月對(duì)于客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)，要求列車(chē)運(yùn)行速度和C之比(稱(chēng)為L(zhǎng)u_0-可WiIr_無(wú)量綱速度β)在0.7-0.75以下。 當(dāng)列車(chē)速度越接近C，即β越大時(shí)，弓網(wǎng)的振動(dòng)越劇烈。表2是國(guó)外幾條高速鐵路接觸網(wǎng)的12波動(dòng)傳播速度和無(wú)量綱速度。座44kV表2國(guó)外高速鐵路接觸網(wǎng)相關(guān)參數(shù)W63~154kV (法國(guó)地西班牙馬德里I德國(guó)法蘭志福2線別中海線-塞維利亞線-科隆線Iu,M座44k設(shè)計(jì)時(shí)速(km/h)350330接觸線波動(dòng)IW_傳播速度493553572(a)斯科達(dá)結(jié)線C(km/h)Sit. Tr。上W.B無(wú)量綱速度β.710.630.58接觸線型號(hào)| CuMg 150(0.2)CuMg 150(0.5) CuMg 120(0.5)| CuSn 150(0.2)B應(yīng)V接觸線張力kN)31.5為了提高波動(dòng)傳播速度,除了盡量采用較細(xì)的接觸線外,主A座要是加大接觸線的張力，這就對(duì)接觸線的材質(zhì)提出了更高的要220kV60kV求。目前用于高速接觸線的線材主要有日本采用的銅包鋼(CS)線，日本、法國(guó)采用的錫銅線(CuSn)和德國(guó)、法國(guó)、西班牙采用的鎂銅線(CuMg) ,有關(guān)錫銅和鎂銅線的主要技術(shù)數(shù)據(jù)見(jiàn)表3。(b)伍德布里奇結(jié)線表3歐洲高速接觸網(wǎng)常用銅合金接觸線的主要技術(shù)數(shù)據(jù)圖4日本國(guó)鐵AT變電所主變壓器結(jié)線型式JCuSn150CuMg150CuMg150CuMg1203.3 饋線設(shè)備(0.2)(0.5)直徑(mm)14.8傳統(tǒng)的AT牽引變電所饋線設(shè)備由斷路器、隔離開(kāi)關(guān)、避雷器等單體設(shè)備組成，戶外布置，日本在個(gè)別變電所分區(qū)所采用GIS。線密度(nm)1.3341.067隨著35 kV電壓等級(jí)的戶內(nèi)開(kāi)關(guān)柜，特別是GIS開(kāi)關(guān)柜技20C時(shí)直流電阻(0/km)| 0.1650.1541.910.239術(shù)的日臻成熟和AT牽引變電所饋線電壓由55kV改進(jìn)為2x電阻率(x10- 80m)2.3952.242.278 2.27827.5kV,戶內(nèi)CIS開(kāi)關(guān)柜型式的饋線設(shè)備已在國(guó)外采用(如西線膨脹系數(shù)(x10-6/C)| 1717班牙馬德里一塞維利亞線), 牽引變電所因此更加小型、簡(jiǎn)單和綜合拉斷力(kN)61.168.457便于維護(hù)?？估瓘?qiáng)度(N/mm)4204704903.4 二次設(shè)備允許工作應(yīng)力(N/mm)197220230主要配備基于保護(hù)、控制、監(jiān)視、測(cè)量為主要功能的全所自動(dòng)化允許工作張力(kN)29.633.127.6使用張力(kN)25系統(tǒng)基于無(wú)人值班和安全防火的安全監(jiān)控系統(tǒng)和與全線綜合調(diào)度運(yùn)營(yíng)速度V(km/h)系統(tǒng)接口的牽引供電調(diào)度系統(tǒng)。波動(dòng)傳播速度C(km/h) 4935734接觸網(wǎng)β值(=V/C)0.710.61安全系數(shù)(磨耗面積為1.921.701.664.1 弓網(wǎng)受流系統(tǒng)20% ,張力增量按29%考慮)列車(chē)在運(yùn)行過(guò)程中通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)獲得電能，弓網(wǎng)之間的接觸質(zhì)量直接影響受流質(zhì)量。弓網(wǎng)受流系統(tǒng)是高速鐵路應(yīng)4.1.2接觸網(wǎng)應(yīng)解央的重要問(wèn)題一吊弦布置解決的重要課題之一。吊弦布置直接影響整體的弓網(wǎng)動(dòng)態(tài)接觸力，并對(duì)以下因素41.1接觸網(wǎng)應(yīng)解決的根本問(wèn)題一波 動(dòng)傳播速度產(chǎn)生影響:客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)首先要提高接觸線的波動(dòng)傳播速度。(1)硬點(diǎn)。影響局部點(diǎn)的最大最小按能力,可減少與接觸線受電馬抬升力引起接觸網(wǎng)的振動(dòng).該點(diǎn)振動(dòng)的傳播速度即稱(chēng)相連的零部件質(zhì)量和采用其它輔助措施(如在懸掛點(diǎn)增加彈性作波動(dòng)傳播速度(C)。C與接觸線張力T和線密度p的關(guān)系如下:吊素等);增刊曹東白等:客運(yùn)專(zhuān)線電氣化的技術(shù)特點(diǎn)177(3)施工、維修、搶修。力爭(zhēng)簡(jiǎn)單、高效;其它國(guó)家均采用簡(jiǎn)單或彈性鏈型懸掛。(4)使用壽命:4.2.2三種懸掛 方式對(duì)高速的適應(yīng)性(5)造價(jià)。日、法、德三國(guó)專(zhuān)家都認(rèn)為,對(duì)于高速接觸網(wǎng),只要接觸線的4.1.2受電馬張力有足夠大，采用任何- -種懸掛方式均能滿足高速弓網(wǎng)系統(tǒng)高速列車(chē)受電弓為取得良好的受流效果，在低速一元弓和對(duì)受流質(zhì)量的要求，事實(shí)上目前三種懸掛方式在各國(guó)均有300二元弓的基礎(chǔ)上,發(fā)展為目前的三元弓,即在二元弓的基礎(chǔ)上進(jìn)km/h及以上良好運(yùn)行的實(shí)績(jī)。-步把弓頭分為滑板和滑板座，其間設(shè)支撐彈簧使受電弓成為4.2.3 3 種懸掛方式的比較三質(zhì)點(diǎn)，例如德國(guó)生產(chǎn)的DSA- 350和法國(guó)生產(chǎn)的CPU受電弓復(fù)鏈型懸掛過(guò)于復(fù)雜.除日本以外,其他國(guó)家很少采用。車(chē)。簡(jiǎn)單鏈型懸掛結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,便于施工,維護(hù)和搶修,使用壽命高速受電弓不僅要求弓頭質(zhì)量小，同時(shí)要有良好的追隨特可以達(dá)到了期的目標(biāo)。性和空氣動(dòng)力特性,其參數(shù)應(yīng)與接觸網(wǎng)參數(shù)相匹配,這樣叮以使彈性鏈型懸掛比簡(jiǎn)單鏈型懸掛彈性均勻度好，接觸線壽命弓網(wǎng)系統(tǒng)受流質(zhì)量獲得事半功倍的效果?？梢赃_(dá)到予期目標(biāo)。結(jié)構(gòu)上比簡(jiǎn)單鏈型懸掛多彈性吊索,施工、4.13弓網(wǎng)系統(tǒng)受流質(zhì)量評(píng)價(jià)維護(hù)和搶修較復(fù)雜。各國(guó)高速鐵路對(duì)弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流質(zhì)量均有自己的評(píng)價(jià)標(biāo)4.3客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)主要參數(shù)準(zhǔn)，表4是去年歐洲鐵路聯(lián)盟為即將形成的歐洲高速鐵路網(wǎng)制定的馬網(wǎng)受流標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)內(nèi)客運(yùn)專(zhuān)線簡(jiǎn)單鏈型懸掛接觸網(wǎng)主要參數(shù)(供參考):最高運(yùn)行速度:350 km/h;表4歐洲高速鐵路弓網(wǎng)受流質(zhì)量的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)接觸線類(lèi)型:CuSn150(0.2)或CuMg150(0.2);評(píng)價(jià)項(xiàng)目評(píng)價(jià)項(xiàng)日接觸線張力:25 kN;300 km/h| 300 km/h承力索類(lèi)型:THJ]120;平均接觸力Fm(N)160190承力索張力:20kN;接觸力最大標(biāo)準(zhǔn)偏差σ0.3xFm接觸線高度:5300mm;離線率(%)0.14結(jié)構(gòu)高度:1600 mm; .≥2定位器允許拾升量與最大拾升量之比值跨距長(zhǎng);60m;錨段長(zhǎng):2x700 m;4.2接觸網(wǎng)懸掛方式側(cè)面限界:3 650 m。4.2.1國(guó)外高速接觸網(wǎng)懸掛方式發(fā)展?fàn)顩r日本從東海道新干線開(kāi)始一直采用復(fù)鏈型懸掛，直到19974.4客運(yùn)專(zhuān) 線接觸網(wǎng)檢測(cè)年,在新建的上野新干線開(kāi)始采用簡(jiǎn)單鏈型懸掛,最近開(kāi)通的東客運(yùn)專(zhuān)線接觸網(wǎng)的檢測(cè)除需要和普速接觸網(wǎng)-樣測(cè)試靜態(tài)北新干線延伸線盛岡一八戶段(2002, 12)和在建的九州新干線也參數(shù)外,必須測(cè)試列車(chē)高速運(yùn)行狀態(tài)下的受流性能。采用簡(jiǎn)單鏈型懸掛。關(guān)于測(cè)試項(xiàng)目,各國(guó)家不盡相同。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn),須測(cè)動(dòng)態(tài)法國(guó)第-一條TGV高速線一-東南線采用彈 性鏈型懸掛,而接觸力(或離線率)和接觸線的拍升量。以后修建的TGV線.包括最近開(kāi)通的地中海線均采用簡(jiǎn)單鏈型測(cè)試分車(chē).上和地面，車(chē)上測(cè)試包括綜合電氣軌道測(cè)試車(chē)和懸掛。運(yùn)行列車(chē)跟蹤測(cè)試，主要測(cè)接觸力或離線率。地面測(cè)試主要是接德國(guó)高速線全部采用彈性鏈型懸掛。觸線敏感點(diǎn)的抬升量,包括跨中、懸掛點(diǎn)，錨段關(guān)節(jié)和線岔等。TECHNICAL CHARACTERISTICS OF PASSENGER DEDICATED LINEELECTRIFIED RAILWAYCAO Dong bai, JANG Cun tin, DING Wei- min, SU Peng cheng, LI Han-qing,LI Gao-lingElctnification Survey and Design Institute of Chinese RailwayAbstract: With increment of train load ,density and speed on Passenger. Dedicated Line, the diferent solution is required to the feedingsysterof ectrified railway ,such as voltage of outside power, contact wire of traction substation , equipment integration for substation,unattended , safety control , relationship between pantograph and catenary ,suspension, materials of overthead contact wire and earthing.Key words: Passenger Dedicated Line; electrification; features