四电集成(2)
  时间:2015-08-20  点击量:   
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高速铁路是一个体量巨大,内部结构极其复杂的超大型工程系统,包括桥梁、隧道、路基、轨道、机车车辆以及通信、信号、牵引供电、电力供电、客运服务、调度指挥、防灾监控等众多子系统。按照惯例,通信、信号、牵引供电和电力供电系统称为站后“四电”工程,其中的高速接触网技术和列控技术是保证高速列车平稳受流和运行安全的关键技术,是高速铁路技术体系中的核心技术之一。“四电集成”主要是通过原始创新、集成创新和引进消化、吸收、再创新,解决四电系统集成技术方案、关键技术及接口技术等难题,提供高速铁路“四电集成技术” 的平台搭建。
铁四院在高速电气化系统各个技术领域完成了自主研发,独立掌握了全系统研发成果,多项主体技术的研究成果处于国内领先、世界先进水平。定型了具有国际先进水平的新一代高速铁路接触网SiFCAT350标准体系;在高速电气化、电力设计技术和大型建筑物的智能化设计领域,实现了既有线双列重联双弓250km/h运营,客货共线简链双列重联双弓250km/h运营及试验294.2km/h的纪录,高速客专双列重联双弓350km/h运营及试验394.2(416.6)km/h的世界纪录;实现铁路电气化、电力系统无人值班的调度监控系统稳定运行,大空间智能化照明、太阳能系统接入等技术领域的突破。高速电气化、电力技术及智能设计水平已经达到国内领先、国际一流。下面以武广客专为例,系统介绍铁四院接触网和牵引供电专业的专业优势及创新成果。
高速铁路对牵引供电系统的要求极为严格,主要体现在:(1)系统可用性、可靠性及安全性要求高;(2)高速双弓动态取流性能要求高;(3)牵引网供电电压质量要求高;(4)列车负载率高、取电时间长;(5)短时集中负荷特征明显;(6)越区供电能力要求高;(7)准点率要求高。
基于高速铁路牵引供电系统特点和难点,铁四院通过一系列的软件研发、关键技术攻关以及设计手段革新最终确定科学合理的标准体系及技术集成,使牵引供电系统及电力供电设计达到先进、稳定、可靠、经济的最优化,并结合工程实践验证了设计的合理性和准确性。将验证成功的技术成果和应用说明总结、提炼纳入我国的《高速铁路设计规范》等国家标准和部分国际标准,有关设计方案、图纸成为其他高速铁路设计参照的样板。
1、建立牵引供电系统全功能计算仿真软件开发应用集成及仿真设计评估体系,与开通后实测的运营动车组参数、运行工况吻合度高达95%
首次引进、开发、配套了用于高速铁路牵引供电系统设计的系列应用软件,精确计算和系统仿真了牵引供电系统的牵引网供电能力、动车组电气参数运用实时工况、牵引回流钢轨大地系统整个电气回路中三大部分的全功能的关联计算、集成评估,提前4年完成了武广高铁最优化的系统方案的定型设计,为最终保证武广客专的动车组高速、安全、可靠、经济地运行供电提供了技术保障。标志着我国350km/h高速牵引供电系统设计和评估过程在顶层目标、设计和施工等层面均能自主准确地完成。

 
武广铁路客专牵引供电电力供电系统获得铁道部2010年优秀工程设计一等奖
2、代表当今世界最高水平的新型高速接触网的研发和系统创新,成为“中国速度”的国际名片之一,为动车组装备上贴地飞行的翅膀,核心技术作为标杆在中国高铁中广泛应用推广
高速动车的高稳定、高安全运行,离不开弓网动态关系和接触网参数高精确的保证,为满足350km/h高速双弓的安全运行,通过动力学仿真研发定型了张力体系为21kN+30kN和23+28.5kN、弹性链型悬挂高速接触网系统,于2009年创造了动车组重联双弓运行394.2km/h的世界纪录,高速弓网动态性能和安全指标通过半年的实车试验和工程验收,证明均达到国际领先水平。
首次提出并应用的强度性能、耐磨性能好的150mm2截面镁铜合金接触线、最大结构设计风速50m/s、隧道内49m/s风速和脉动强度、采用极限状态法计算接触网系统荷载、试验段创新完成的工艺预配研究和对比试验等工艺技术、综合接地系统中的牵引回流接地技术、新型H型钢柱、无砟轨道接触网支柱侧面限界、18#道岔无交分定位、41#及以上高速道岔的三线辅助关节式定位、高速6跨电分相关节等多项创造性解决措施与方案,已成为中国高速铁路工程技术标准。

 
乐昌到韶关段接触网

 
咸宁北站正线18#道岔无交叉式定位方式

 
轻盈简洁的H型钢支柱

 
铁四院工程师与外国专家一起现场调试接触网
3、研发牵引供变电系统设备方案的关键技术并通过工程应用,强健了“动力心脏”,填补了多项 “国际空白”
首次明确了27.5kV专用电缆的接地方式应采用单点接地,并为加强维修管理的可用性,首次提出应设电缆监测装置。牵引网故障测距方法创新采用了 “AT中性点吸上电流比”法和电抗法两种方式,从而达到快速查找故障目的,提高维护管理水平。
对不同地区牵引变电所采取不同的接线方式,以提高高铁运营舒适性,减少电能损耗,重点对单相牵引变压器 27.5kV侧主接线型式进行了专题研究和探讨,从而使牵引变电所27.5kV接线型式统一化、标准化,同时节省占地面积及工程投资。
长沙南、广州南牵引变电所与广州南220/10kV铁路电力变电站合建,不仅共用两路220kV进线电源,而且共用进线设备和所用电源设备,节省了220kV电源投资、设备投资、建设用地和生产房屋,同时牵引变电所和电力变(配)电所的主变压器可按照各自的运行方式运行,互不影响。

 广州南牵引变电所220kV电源进线架空转电缆安装图

 
广州南牵引变电所牵引变压器、电力变压器布置图

 武广客运专线李家段牵引变电所一次送电成功

4、突破性构建了高速铁路电力供电系统主要技术标准,成为同类工程的示范
首次提出10kV电力贯通线电缆金属护层采用线路一端单点直接接地,另一端采用电缆护层电压限制器的设计方案,有效限制了电缆金属屏蔽层中的感应电压;提出经调压器供电的全电缆贯通线路采用中性点经低电阻接地方式的设计原则,既保证供电安全可靠性,又减少了对通信信号线的电磁干扰。
通过研究优化了电力电缆与通信信号电缆之间平行间距,突破了电力电缆与通信信号电缆之间最小平行间距0.5m的规定,为路基、桥梁、隧道段综合电缆槽的设计提供技术支持,节省大量工程投资。
电力工程技术标准高,供电方案经济合理,实现了重要的电力线路入地、电力设备进屋、电力供电全过程监控、主要电力设备免维护、变配电所无人值班的要求,技术设备装备水平达到国际国内一流。武汉站、广州南站屋顶设置太阳能光伏发电系统,站房照明大量采用绿色节能光源,充分体现了节能降耗的基本国策。

 
武广客专沿线10kV配电所气体绝缘开关柜

 
沿线箱式变电站

 
广州南站站房设计获铁道部2012年优秀工程设计一等奖,图为广州南站高架候车中央通廊照明

 

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