轉(zhuǎn)自鐵道知識(shí)局 

高速鐵路“四電”系統(tǒng)是指高速鐵路的通信、信號(hào)、電力、電氣化4個(gè)子系統(tǒng)，它們是實(shí)現(xiàn)高速鐵路速度及能力目標(biāo)值、確保離速列車安全可靠運(yùn)行的核心系統(tǒng)。本期推送給讀者們帶來(lái)高速鐵路四電系統(tǒng)的概述，因?yàn)檫@里主要涉及電務(wù)、供電專業(yè)，內(nèi)容較多，僅供讀者有個(gè)直觀認(rèn)識(shí)。

 

01

通信系統(tǒng)

通信指的是高鐵運(yùn)輸生產(chǎn)和建設(shè)中，利用各種通信方式進(jìn)行各種信息傳送和處理的技術(shù)與設(shè)備。在鐵路交通的整體通信系統(tǒng)中，通信技術(shù)除了要為閉路電視、公務(wù)電話、調(diào)度電話、通信廣播、無(wú)線調(diào)度等系統(tǒng)提供語(yǔ)音、圖像、數(shù)據(jù)，同時(shí)也為列車自動(dòng)監(jiān)控、防災(zāi)報(bào)警、機(jī)電設(shè)備監(jiān)控、電力監(jiān)控、門禁、自動(dòng)售檢票等系統(tǒng)提供了傳輸通道。此外，鐵路通信系統(tǒng)的存在，也為其他系統(tǒng)的連接構(gòu)筑了通信橋梁。通信傳輸系統(tǒng)能夠發(fā)送信息、解碼信息、傳遞信息等，其對(duì)于鐵路交通體系的發(fā)展十分重要。

鐵路通信按照傳輸方式分為有線通信和無(wú)線通信，這其中無(wú)線通信采用的是2G網(wǎng)絡(luò)即GSM-R，有線通信是采用光纜進(jìn)行傳輸?shù)摹．?dāng)然，不管是無(wú)線還是有線，都會(huì)涉及電話。

國(guó)際鐵路聯(lián)盟表示，GSM-R不會(huì)過(guò)渡到3G而是直接過(guò)渡到“準(zhǔn)4G”的LTE-R。我國(guó)鐵路目前只有很少一部分線路采用4G，例如朔州到黃驊港的朔黃鐵路。目前已經(jīng)開通的京張鐵路已經(jīng)采用5G網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行通信。隨著中國(guó)鐵路的高速發(fā)展，特別是即將實(shí)現(xiàn)的高鐵網(wǎng)八縱八橫，相信在不遠(yuǎn)的未來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò)肯定會(huì)代替GSM-R作為主流通信網(wǎng)絡(luò)。

02

信號(hào)系統(tǒng)

信號(hào)子系統(tǒng)是鐵路上信號(hào)顯示、聯(lián)鎖、閉塞設(shè)備的總稱，是為確保列車運(yùn)行的安全而設(shè)立的。主要介紹高鐵列控系統(tǒng)(Chinese Train Control System，CTCS)和計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)。

• 高鐵列控系統(tǒng)

在時(shí)速300~350km/h的高鐵客運(yùn)專線上必須采用CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)，例如2011年開通的京滬高鐵、2019年開通的京張高鐵以及開通不久的京沈高鐵等。在配備C3的系統(tǒng)中，必須配有C2系統(tǒng)作為備用系統(tǒng)，當(dāng)C3故障時(shí)降級(jí)到C2模式運(yùn)行，速度不得超過(guò)250km/h。目前，我國(guó)正在研制CTCS-4級(jí)列控系統(tǒng)，該系統(tǒng)是完全基于無(wú)線傳輸信息的列車運(yùn)行控制系統(tǒng)。地面可取消軌道電路，由無(wú)線閉塞中心和列控車載設(shè)備共同完成列車定位和完整性檢查，實(shí)現(xiàn)虛擬閉塞或移動(dòng)閉塞。在CTCS-3級(jí)列控系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)的傳輸都是通過(guò)鐵路通信光纜和GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)的。

• 計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)

世界上最早的高速鐵路是1964年開通的新干線，聯(lián)鎖系統(tǒng)是采用繼電聯(lián)鎖6502電氣集中。隨著高速鐵路的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖系統(tǒng)開始逐漸取代6502電氣集中。計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖是用微型計(jì)算機(jī)對(duì)車站值班人員的操作命令與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際狀態(tài)的表示信息進(jìn)行邏輯運(yùn)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)機(jī)、道岔及進(jìn)路進(jìn)行集中控制和聯(lián)鎖的車站聯(lián)鎖設(shè)備。

目前，在國(guó)內(nèi)城軌和鐵路上應(yīng)用較多的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖廠家有鐵科院、交大微聯(lián)、通號(hào)院以及卡斯柯公司。正在使用的設(shè)備有雙機(jī)熱備、三取二以及二乘二取二，但雙機(jī)熱備和三取二已經(jīng)基本被淘汰，新建線路基本都采用安全性、可靠性更好的二乘二取二的計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖設(shè)備。這里需要說(shuō)明的是，鐵路使用雙機(jī)熱備和二乘二取二，只有城軌使用三取二。

• 工作過(guò)程

根據(jù)行車計(jì)劃，行車指揮中心自動(dòng)生成列車進(jìn)路序列，計(jì)算機(jī)聯(lián)鎖根據(jù)該序列排列車站列車進(jìn)路，并將進(jìn)路信息通過(guò)信號(hào)安全數(shù)據(jù)網(wǎng)發(fā)送給無(wú)線閉塞中心和列控中心，由無(wú)線閉塞中心和列控中心運(yùn)算生成行車許可后，分別通過(guò)GSM-R無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和ZPW-2000軌道電路，即應(yīng)答器發(fā)送給車載設(shè)備，根據(jù)收到的行車許可，車載設(shè)備生成目標(biāo)-距離連續(xù)速度模式曲線監(jiān)控列車安全運(yùn)行，無(wú)線閉塞中心發(fā)送的行車許可最遠(yuǎn)可達(dá)32km，為列車高速安全運(yùn)行提供了保障。

03

電力系統(tǒng)

電力系統(tǒng)指的是集生產(chǎn)、輸送、分配消費(fèi)電能的發(fā)電機(jī)、變壓器、電力線路、各種用電設(shè)備聯(lián)系在一起組成的統(tǒng)一體。電力工程是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中最重要的基礎(chǔ)能源產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)代社會(huì)的生產(chǎn)活動(dòng)幾乎都離不開電能的幫助。因此，電力工程對(duì)促進(jìn)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步起到了重要作用。在我國(guó)，無(wú)論是高鐵還是普速鐵路幾乎都是采用牽引供電方式來(lái)為火車提供動(dòng)能，而牽引供電離不開電力系統(tǒng)的電力輸出。電力系統(tǒng)中的基礎(chǔ)知識(shí)點(diǎn)主要包括高壓輸電線路、變電所和配電所等。

• 高壓輸電線路

發(fā)電廠發(fā)出的電，一般要送到較遠(yuǎn)的地方供人們使用。根據(jù)歐姆定律，電能在傳送過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生較大的損耗，為了降低損耗，通常采用高壓輸電線的方式來(lái)傳送電能。一般稱220kV以下的輸電電壓叫作高壓輸電，330kV~765kV的輸電電壓叫作超高壓輸電，1000kV以上的輸電電壓叫作特高壓輸電。當(dāng)電輸送到用電的地方后，通過(guò)變電所、配電所將電壓降低下來(lái)再進(jìn)行各種生產(chǎn)活動(dòng)。

高壓輸電線路分為架空輸電線路、電纜輸電線路。架空輸電線路:采用輸電桿塔將導(dǎo)線和地線懸掛在空中，使導(dǎo)線和導(dǎo)線之間、導(dǎo)線和地線之間、導(dǎo)線和桿塔之間、導(dǎo)線和地面障礙物之間保持一定的安全距離，完成輸電任務(wù)。電纜輸電線路：將電纜埋設(shè)在地下，不占空間，但施工和維護(hù)不方便，多用在城市和跨江河線路中。

 

• 變電所

變電所就是改變電壓的場(chǎng)所，是電力系統(tǒng)中對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場(chǎng)所。在一定意義上，變電站和變電所是一個(gè)概念。在發(fā)電廠內(nèi)的變電站是升壓變電站，其作用是將發(fā)電機(jī)發(fā)出的電能升壓后饋送到高壓電網(wǎng)中。

• 配電所

配電所就是對(duì)電能進(jìn)行接收、分配、控制與保護(hù)。地方配電所不具備變壓的功能，但鐵路的配電所具有變壓的功能，變壓比為10:0.4。

04

電氣化系統(tǒng)

電氣化系統(tǒng)也叫牽引供電系統(tǒng)。拖動(dòng)車輛運(yùn)輸所需電能的供電方式。作用是將地方電力系統(tǒng)的電源220kV(110kV)引入鐵路牽引供電系統(tǒng)的牽引變電所，通過(guò)牽引變壓器變壓為適合鐵路電力機(jī)車運(yùn)行的27.5kV電壓，向電力機(jī)車提供連續(xù)電能。牽引供電系統(tǒng)主要由牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、軌道和回流線組成。在鐵路系統(tǒng)中，牽引變電所是指將發(fā)電廠經(jīng)電力傳輸線送來(lái)的電能變換成適合機(jī)車車輛所需的電壓，并分送到接觸網(wǎng)的場(chǎng)所。功能是將三相的110kV(或220kV)高壓交流電變換為兩個(gè)單相的27.5kV的交流電，然后向鐵路上、下行兩個(gè)方向的接觸網(wǎng)(額定電壓為25kV)供電。

• 牽引變電所分類

按高壓輸電線的引入方式分類，主要有“T”接線(又稱分支接線)和“橋”接線。按牽引變壓器的聯(lián)結(jié)形式分類，有單相聯(lián)結(jié)(又稱簡(jiǎn)單單相聯(lián)結(jié)，或純單相聯(lián)結(jié))、單相Vv聯(lián)結(jié)、三相Vv聯(lián)結(jié)、三相YNd11聯(lián)結(jié)和三相不等容量YNd11聯(lián)結(jié)、三相YNd11d1十字交叉聯(lián)結(jié)、斯科特聯(lián)結(jié)等。按承擔(dān)供電臂的供電任務(wù)分類，有集中供電方式和分散供電方式。

• 接觸網(wǎng)

接觸網(wǎng)是在電氣化鐵道中，沿鋼軌上空“之”字形架設(shè)的，供受電弓取流的高壓輸電線。接觸網(wǎng)是鐵路電氣化工程的主構(gòu)架，是沿鐵路線上空架設(shè)的向電力機(jī)車供電的特殊形式的輸電線路。其由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱與基礎(chǔ)幾部分組成。接觸網(wǎng)大多以接觸懸掛的類型來(lái)區(qū)分。本文中的接觸懸掛的分類指的是對(duì)接觸網(wǎng)的每個(gè)錨段而言的。接觸懸掛的種類較多，一般根據(jù)其結(jié)構(gòu)的不同分成簡(jiǎn)單接觸懸掛和鏈形接觸懸掛兩大類。

• 供電方式

在高速鐵路上，采用自耦變壓器供電方式(Auto Transformer，AT)；在普速鐵路上采用帶回流線的直接供電方式(DN)。

AT供電方式

DN供電方式

• 工作過(guò)程

發(fā)電廠生產(chǎn)出的電能往往在一兩千伏左右，為了降低運(yùn)輸過(guò)程中的電能損耗，采用高壓運(yùn)輸?shù)姆椒āＪ紫龋姀S產(chǎn)生的電能在附近的變電站進(jìn)行升壓，然后通過(guò)高壓輸電線路送到牽引變電所(此時(shí)電壓為220kV或者110kV)，為了提高安全性和可靠性，送給牽引變電所的是兩路電，每路都是A，B，C三相組成。牽引變電所只提取其中的AB或者AC相并進(jìn)行降壓處理，變成27.5kV的電壓通過(guò)饋電線送到接觸網(wǎng)上。機(jī)車上的受電弓接收到該電壓后使機(jī)車運(yùn)行，流經(jīng)機(jī)車后的電流走到鋼軌上后，絕大部分通過(guò)吸上線走到回流線，最終回到牽引變電所。小部分通過(guò)大地回到牽引變電所。

高速鐵路的“四電”系統(tǒng)是一個(gè)復(fù)雜、集成的系統(tǒng)，對(duì)“四電”的掌握和理解應(yīng)在充分熟悉4部分基礎(chǔ)內(nèi)容的基礎(chǔ)上，再進(jìn)一步深入挖掘相互之間的聯(lián)系和工作原理。本期推送希望給讀者帶來(lái)四電系統(tǒng)的概念性認(rèn)識(shí)，有什么不懂或者想了解的，可以給我們私信留言。也歡迎老鐵們及時(shí)私信指出我們文章中的錯(cuò)誤！

本文部分內(nèi)容來(lái)源：《高速鐵路“四電”系統(tǒng)原理與概述》，作者孔繁軍。