2004年12月December 2004增刊JOURNAL OF RAIL WAY ENGINEERING SOCIETYSupplement文章編號:1006- -2106(2004)00 -0174- -04客運專線電氣化的技術(shù)特點曹東白*姜春林丁為民蘇鵬程李漢卿李高翎(中鐵電氣化勘測設(shè)計研究院，天津300250)提要:為適應(yīng)客運專線列車負(fù)荷大、密度大、速度高以及大運量旅客運輸?shù)奶攸c,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)問題與既有線路有不同的解決方案。關(guān)鍵詞:客運專線;電氣化;特點中圖分類號: U224文獻標(biāo)識碼:A易產(chǎn)生電弧等方面存在嚴(yán)懲不足,從1972年山陽新干線開始采1客運專線列車負(fù)荷的特點.用AT供電方式。目前日本所有新干線均采用AT方式,東海道世界各國的客運專線,無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\專線列車有動力分散型(電動車組)和動力集中型(機車牽表1各國代表性高速列車特性(300 km/h以上) .引)兩種。參數(shù)|載重[ 電機|額定功率|噸功率|營業(yè)速度國名客運專線是鐵路客運大動脈,其突出特點是列車速度高、密車型(kW){kW)(kW/) (km/h)度大,列車功率大。目前,列車最高運營速度e達(dá)300-350 km/h,JR-500日本700 285x6418240 26.1300伴隨速度的提高,列車功率也顯著增加(見圖1)。列車功率最大TGV-A法國4791100x8 8800 18.4已達(dá)1 800kW左右(各國高速列車電氣參數(shù)見表1),列車電流TGV-R法國4161100x8 880021.2最大達(dá)900A以上(見圖2)。Eurostar法國816 1020x12 12200| 15.0列車密度大也是客運專線的特點之一，目前最小列車運行AVE西班牙4211 100x8 8800| 20.9間原已達(dá)3nin以內(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359 I 600x12| 7200| 20.1350，200德國400500x16800020330100◆Fe+160ICF3- 350E德國400 500x16 8 8002228.18.6設(shè)計用車型中國800 | 330x4815840| 19.8單位重量牽引功率(kW/1)圖1牽引功率和列車速度關(guān)系 曲線2.1.2法國1982年,法國第一條高速鐵路一-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 個直供變電所、2個AT變電所),采用AT方式主要是節(jié)省外部電源費用。2.1 國外高速鐵路牽引供電方式從1990年TGV大西洋線開始,所有高速鐵路采用AT方式。2.1.1日本2.1.3德國日本由于國土狹窄，電氣化鐵路常常與通信線路處子同一德國高速鐵路采用15kV,16 2/3HZ 供電,鐵路有自營的走廊,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:客運專線電氣化的技術(shù)特點1752.4高速鐵路AT牽引供電系統(tǒng)的發(fā)展含900c 800白從1972年日本山陽新干線通車,AT方式首次工程應(yīng)用電話7006000以來,AT供電技術(shù)有了很大的進步,AT供電系統(tǒng)8趨簡單。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,同時饋線設(shè)備均為55 kV電壓等級。100以法國為代表的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,同時饋線設(shè)備均為2x27.5kV,降低了電壓等圜2高速列車牽引特性曲線級，簡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,而法國等2.2. AT 方式簡介國家不設(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.鋼軌和保護線構(gòu)成(見圖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 方式網(wǎng)方面增加了正饋線和保護線。日本在AT區(qū)段以前一直采用雙重絕緣加放電器實現(xiàn)接觸網(wǎng)絕緣子閃絡(luò)保護接地，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。目前歐洲國家多用單相接線,其優(yōu)點是變電所接線簡單,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,有利于商速列車的運行;但對電力圖3 AT 供電方式示意圍系統(tǒng)的負(fù)序影響較大。V型接線目前在國外個別變電所中采用，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,牽引變電所的斯考特和伍德布里奇接線均為平衡接線(見圖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,因此對通信線的危險影響和符合電力系統(tǒng)的要求，但對于前兩種接線而言，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國外客運專線外部電源供電電壓為154.225275和400kV。在具體應(yīng)用上,我國除幾條運煤和重載線路(如京秦線、大客運專線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。對于大容國外以采用AT方式為主。因此AT方式適用于客速專線.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2004年12月對于客運專線接觸網(wǎng)，要求列車運行速度和C之比(稱為Lu_0-可WiIr_無量綱速度β)在0.7-0.75以下。 當(dāng)列車速度越接近C，即β越大時，弓網(wǎng)的振動越劇烈。表2是國外幾條高速鐵路接觸網(wǎng)的12波動傳播速度和無量綱速度。座44kV表2國外高速鐵路接觸網(wǎng)相關(guān)參數(shù)W63~154kV (法國地西班牙馬德里I德國法蘭志福2線別中海線-塞維利亞線-科隆線Iu,M座44k設(shè)計時速(km/h)350330接觸線波動IW_傳播速度493553572(a)斯科達(dá)結(jié)線C(km/h)Sit. Tr。上W.B無量綱速度β.710.630.58接觸線型號| 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、法國采用的錫銅線(CuSn)和德國、法國、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、隔離開關(guān)、避雷器等單體設(shè)備組成，戶外布置，日本在個別變電所分區(qū)所采用GIS。線密度(nm)1.3341.067隨著35 kV電壓等級的戶內(nèi)開關(guān)柜，特別是GIS開關(guān)柜技20C時直流電阻(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改進為2x電阻率(x10- 80m)2.3952.242.278 2.27827.5kV,戶內(nèi)CIS開關(guān)柜型式的饋線設(shè)備已在國外采用(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、簡單和綜合拉斷力(kN)61.168.457便于維護。抗拉強度(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、控制、監(jiān)視、測量為主要功能的全所自動化允許工作張力(kN)29.633.127.6使用張力(kN)25系統(tǒng)基于無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)度運營速度V(km/h)系統(tǒng)接口的牽引供電調(diào)度系統(tǒng)。波動傳播速度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)列車在運行過程中通過受電弓從接觸網(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)動態(tài)接觸力，并對以下因素41.1接觸網(wǎng)應(yīng)解決的根本問題一波 動傳播速度產(chǎn)生影響:客運專線接觸網(wǎng)首先要提高接觸線的波動傳播速度。(1)硬點。影響局部點的最大最小按能力,可減少與接觸線受電馬抬升力引起接觸網(wǎng)的振動.該點振動的傳播速度即稱相連的零部件質(zhì)量和采用其它輔助措施(如在懸掛點增加彈性作波動傳播速度(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:客運專線電氣化的技術(shù)特點177(3)施工、維修、搶修。力爭簡單、高效;其它國家均采用簡單或彈性鏈型懸掛。(4)使用壽命:4.2.2三種懸掛 方式對高速的適應(yīng)性(5)造價。日、法、德三國專家都認(rèn)為,對于高速接觸網(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)高速列車受電弓為取得良好的受流效果，在低速一元弓和對受流質(zhì)量的要求，事實上目前三種懸掛方式在各國均有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km/h及以上良好運行的實績。-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，例如德國生產(chǎn)的DSA- 350和法國生產(chǎn)的CPU受電弓復(fù)鏈型懸掛過于復(fù)雜.除日本以外,其他國家很少采用。車。簡單鏈型懸掛結(jié)構(gòu)簡單,便于施工,維護和搶修,使用壽命高速受電弓不僅要求弓頭質(zhì)量小，同時要有良好的追隨特可以達(dá)到了期的目標(biāo)。性和空氣動力特性,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)量評價維護和搶修較復(fù)雜。各國高速鐵路對弓網(wǎng)系統(tǒng)的受流質(zhì)量均有自己的評價標(biāo)4.3客運專線接觸網(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)。國內(nèi)客運專線簡單鏈型懸掛接觸網(wǎng)主要參數(shù)(供參考):最高運行速度:350 km/h;表4歐洲高速鐵路弓網(wǎng)受流質(zhì)量的評價標(biāo)準(zhǔn)接觸線類型:CuSn150(0.2)或CuMg150(0.2);評價項目評價項日接觸線張力:25 kN;300 km/h| 300 km/h承力索類型: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;60m;錨段長:2x700 m;4.2接觸網(wǎng)懸掛方式側(cè)面限界:3 650 m。4.2.1國外高速接觸網(wǎng)懸掛方式發(fā)展?fàn)顩r日本從東海道新干線開始一直采用復(fù)鏈型懸掛，直到19974.4客運專 線接觸網(wǎng)檢測年,在新建的上野新干線開始采用簡單鏈型懸掛,最近開通的東客運專線接觸網(wǎng)的檢測除需要和普速接觸網(wǎng)-樣測試靜態(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,必須測試列車高速運行狀態(tài)下的受流性能。采用簡單鏈型懸掛。關(guān)于測試項目,各國家不盡相同。根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn),須測動態(tài)法國第-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.包括最近開通的地中海線均采用簡單鏈型測試分車.上和地面，車上測試包括綜合電氣軌道測試車和懸掛。運行列車跟蹤測試，主要測接觸力或離線率。地面測試主要是接德國高速線全部采用彈性鏈型懸掛。觸線敏感點的抬升量,包括跨中、懸掛點，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