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高铁供电系统及电力驱动

第一篇：高铁供电系统及电力驱动高铁供电系统及电力驱动摘要：首先对高铁发展进行了概述，介绍了高铁的定义以及国内外发展历史，之后，对高铁的动力来源以及电能获取方式进行了介绍，并对供电系统中的牵引变电所、架空接触网及弓网系统、列车驱动和变频电机进行了详细阐述，最后，就生活中经常遇到的一些关于高铁的常识进行了科普性介绍。关键词：高铁；牵引变电所；架空接触网；列车驱动与变频电机；高铁常识1.高铁发展概述按照2008年世界高速铁路大会的定义，“高速铁路”必须同时具备三个条件：新建的专用线路、时速250公里动车组列车、专用的列车控制系统。同时具备这三大条件的铁路运营系统才能称之为高铁。运营的高速铁路拥有四大优势：一是速度快。二是安全可靠。三是经济实惠。四是运载量大。1825年，英国人用机动车牵引车列在轨道上行驶，世界铁路就此开始；1829年，英国火车“火箭号”的速度为46.4公里/小时；1935年，德国铁路公司“飞翔的汉堡包”号火车平均速度达到123.8公里/小时；1938年，伦敦东北铁路公司的“野鸭号”火车创下了201.6公里/小时的纪录；20世纪60年代初期，日本建成东京大阪间的东海道新干线，专门行驶旅客列车，其时最高行车速度达到每小时210公里。而对于我国，2006~2007年，中国铁路系统掌握了既有线提速200~250公里每小时的成套技术。动车组运营速度已达每小时250公里。2005~2008年，京津城际高速铁路系统解决了制约速度的一系列技术难题，最高运营时速提高至350公里。标志着我国系统掌握了时速350公里的高速铁路成套技术。2008~2011年，武广、郑西、哈大等客运转线持续运营时速350公里。武广客运专线的建设，形成了中国高速铁路体系的标准。京沪高速铁路最高运营时速380公里。我国高铁的型号：最初，在引进技术的基础上中国生产了4个系列的车型：CRH1、CRH2、CRH3、CRH5，其中1系是合资企业BST的，也就是现在生产CRH380D的企业，2系是南车的，3系和5是北车的；目前有CRH380A、CRH380B、CRH380C、CRH380D四款车型。四款车型的命名，是按照下线运营时间顺序先后排列的，谁先研发出来谁就是A，然后一次是B、C、D。2.高铁供电系统及电力驱动高铁是用电力驱动的，与传统内燃机驱动方式相比，电力驱动具有无污染、载客量大、动力/重量比大等优点。因此，世界上大多数高速列车都采用电力驱动方式，即通过铁路沿线的架空高压线电网（我国都采用工频单相2.5千伏电压）对列车供电方式。而安装在列车车顶沿着高压线滑动获取电能的装置叫受电弓。其中，CRH380A采用的是动力分散的电力驱动方式，全列车顶安装了4架受电弓，车下安装了7台变压器，14台变流器，56台电机分别安装在2～15号车厢的28个转向架上。CRH380A能量传递有两种方式：牵引方式和再生制动方式。牵引方式时，列车从架空电网获取电能，再经过多个车厢下安装的变压器、变流器等部件变换后给转向架上安装的电动机。变压器能将从受电弓获取的高电压电能转换成将近2千伏的中电压电能，变流器能将工频单相中压电转换成频率、电压可变的三相电源给三相电动机驱动列车前进。各国高铁基本采用交流电作为高铁列车的牵引网络的电流制式。但是，意大利除外。从电路角度来看，高铁采取AT（自耦变压器）供电方式。高铁能够跑起来，依靠的是牵引供电系统给高速列车提供电力。牵引供电为电力系统的一级负荷，但德国是例外，德国高铁电网有独立于德国国家电网。因此，高铁牵引供电系统包括架空接触网、牵引变电所、回流回路。图1高铁供电系统结构图牵引变电所为架空接触网提供电能。架空接触网的末端是牵引变电站，平均数十千米/座。每个变电站伸出两个供电支，提供不同相的交流电，这就是“供电段”。据此可认为，铁路供电是按照“供电段”来进行划分的。牵引变电所给各供电支提供电能，列车接受供电支的电能以维持运动，不断完成过分相-受流的循环（供电段）的同时向前运行。受电弓与架空接触网合称受电弓-接触网系统，简称弓网系统。架空接触网，是弓网系统的一部分。弓网系统是牵引供电系统中的固定/移动设备结合点。换个通俗的说法，列车运行过程中，牵引系统从变电站一直到接触网都是静止的，而从受电弓部分开始，整个高速列车，都是运动的。如图2可以看到弓网系统的大致结构。列车车顶伸上去的折叠装置，就是受电弓；与受电弓直接接触的那条线，就是接触线，接触线是架空接触网的一部分。高速列车通过受电弓将架空接触线上的电能取回车内。图2高速列车受电弓如图3所示为高铁变频电机及传动系统示意图，PWM变频电机通过弓网系统获取电能，以此驱动列车运转。接触网上的高压交流电，通过变压器降压和四象限整流器转换成直流电，在经过逆变器降至六点转换成可调压调频的交流电，