电气化铁道论文范文

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1. 煤炭企业电气化铁路管理及维护存在的问题

1.1电气化铁路接触网应急抢修装备配置不完善

我国铁路在2007年实施第六次大面积提速之后,有线部分地段铁路的最高运行速度达到了250km/h , 要求电气化铁路接触网的运行质量、可靠性以及作业安全防护都要得到保证, 然而却没有相应提高接触网应急抢修装备配置的水平。落后的车梯和简单的工具、机具仍在一些区段的接触网工区使用，进行接触网的检修和抢修工作。第六次大面积提速区段线路采取了封闭措施, 但是仍然要依靠汽车和车梯等简单的工具进行接触网的抢修工作, 当接触网故障时,不能使抢修人员、工具、机具快速到达抢修现场, 严重延误了抢修时间。免费论文。

大同煤矿集团下的电气化铁路，采用了接触网，接触网的供电和接触网的维护至关重要，电气化铁路接触网应急抢修装备配置不完善与电气化铁路快速发展的需要是不相适应的。免费论文。

1.2存在多种电能质量问题

1.2.1牵引负荷的波动性和冲击性强

目前，煤炭企业电气化铁路的牵引负荷在时间和空间上的分布非常不均匀，具有很强的冲击性和波动性，这使得电气化铁路电能质量综合治理非常困难。牵引负荷与多种因素有关，比如线路情况、牵引重量、机车类型及操纵、机车速度、运行图等。

我国电气化铁路牵引变电站的最大容量和高速客运专线牵引变电站远期规划容量分别达到80MVA和120MVA，而且由于电气化铁路建设时考虑到高达100%的过载容量，因此峰值负荷可以达到160-240MVA。这么大的集中负荷会在电网较薄弱的地区对该地区的供电系统造成巨大的冲击，甚至导致电压波动和闪变等问题的产生。

1.2.2三相严重不平衡

由于电力机车是单相负荷的，因此将其接入三相对称的电网中将在牵引变压器系统侧产生负序电流。该负序电流幅值较大，它的大小取决于牵引变压器的连接方式及牵引负荷。如果牵引变电站采用单相接线变压器，其牵引负荷等于牵引负荷电流的0.144倍，牵引负荷在电力系统中引起的负序电流与正序电流是相等的；如果牵引变电站采用单相V/V接线变压器，在两个方向的牵引负荷相等的情况下，其牵引负荷在电力系统中引起的负序电流是正序电流的一半，在两侧牵引负荷不相等的情况下，两侧负荷电流之差的绝对值与负序电流成正比。

这样严重的负序电流将在旋转电机中产生负序磁场，造成负序同步转矩在发电机中产生，并能够导致附加震动，同时引起电动机中产生制动转矩，影响出力。电力变压器容量利用率会由于三相不对称负荷而下降，同时变压器能量损耗会增加，铁芯磁路也会发热。此外，负序电流也会对继电保护和自动装置的负序参量启动原件造成一定的干扰，导致它们频繁发生失误。免费论文。

1.2.3功率因数较低

在电力机车的不同工况下，牵引网电压的变化幅度大，进而引起牵引负荷电流相位角的变化幅度较大，从而导致平均功率因数偏低。在机车处于再生制动工况的情况下，机车电流就会反馈牵引网，引起电流相位角滞后120°到130°；同理，在机车处于其他工况的情况下，相位角和功率因数也会发生变化。

因此，大量的无功电流就会通过电力机车向电网注入，使得发电装置的效率以及输电设备的输送能力降低，线损增加，导致牵引供电臂电压的下降，威胁电气化铁路的煤炭运输安全。

2.煤炭企业电气化铁路管理及维护的方法

2.1提高电气化铁路接触网应急抢修装备水平

2.1.1配置抢修列车

为了使大型故障的抢修更加及时有效, 在枢纽地区或大型区段站附近，应该设置抢修基地, 做好抢修车辆的配置，配置一些抢修列车。对接触网抢修列车分组，每组都包括放线车、综合作业车、平板车和轨道吊车。其中，在80km/h以上区段, 为了和较高速度接触网运行质量的要求相适应，放线车必须具有恒张力放线功能。,为了和邻线有货物列车也能抢修其上部接触网的需要相适应，综合作业车必须具备全方位的作业功能。一般来说，抢修列车的抢修半径为200km。为了保证在作业车无法及时到达故障现场的情况下,人员和机具能先行到达，应该在每个接触网工区配置1台平板车、1辆电力抢险工程车、2台接触网作业车。为了方便供电线等高空设备检修和抢修，在铁路枢纽接触网工区，应有1台带高空作业吊篮的高空作业车。抢修时间直接受到轨道车辆运行速度的影响, 要配置好抢修列车，提高抢修时间。

2.1.2依靠计算机技术，配置好辅助抢修设备

为了和管内接触网抢修通信需要相适应,接触网工区所在地不仅要配置作业用防护电话，而且应该配置基地通信台。抢修车辆应该配置车载通信台。通过计算机网络技术的使用, 推广和应用牵引供电抢修辅助决策系统, 该系统集设备运行、技术资料、检修、运行环境、抢修资源管理及故障定位、快速查找、抢修过程视频监控、信息传递、抢修预案等功能于一体，方便故障抢修决策和故障原因分析处理,使得接触网应急抢修装备水平和煤炭企业电气化铁路管理维护水平不断提高。

2.2采用动态补偿方案

目前，两类动态补偿装置静止动态无功补偿装置（SVC）和静止无功补偿器（STATCOM）已在日本、法国、英国、澳大利亚等国的大量工程中得到实际应用。

SVC装置的基本原理是利用晶闸管能够实现电感的连续可调，它实现无功补偿是通过无源器件储能的方式，可以实现对波动性负荷进行快速、连续地补偿，并可以利用无源滤波器滤除系统中的高次谐波。

STATCOM装置是由大功率自关断电力电子器件构成的，它实现动态补偿的目标是通过将变流器经过电抗器并联在电网上，并对其交流侧输出电压的相位与幅值进行适当调节，或直接控制其交流侧电流。相对于SVC，STATCOM具有许多优点，包括响应速度高、运行范围大、工作效率高、谐波含量低、负荷适应性好、占地面积小等。STATCOM具有双向无功补偿及相间有功转移的能力，因此，它对负序电流和无功电流的补偿效果更显著，更适合用于电气化铁路电能质量综合治理领域。

实践证明，基于STATCOM的牵引变电站综合补偿技术是解决电气化铁路电能质量问题的理想途径。

3. 结束语

根据几十年来我国电气化铁路的运行经验, 结合大同煤矿集团下的电气化铁路的实际情况，要做好煤炭企业电气化铁路管理及维护工作，为煤炭企业电气化铁路的发展做出贡献。

参考文献：

[1]刘永红. 铁路电力牵引供电接触网技术体系及主要技术标准的探讨[J]. 铁道机车车辆, 2009,(01) .

[2]汤文斌,刘和云,李会杰,郭华. 模拟大气环境下电气化铁路接触网覆冰实验研究[J]. 华东电力, 2009,(02)

[3]班瑞平,张宝奇. 提高电气化铁路接触网应急抢修水平的思考和建议[J]. 铁道机车车辆, 2009,(01) .

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1.接触网主要故障分析

1.1空间结构尺寸方面故障

接触网不仅要保障向电力机车提供的电流质量良好，而且还要保证在规定的空间几何位置上接触悬挂能牢固地接触，保证受电弓从接触线上取流能平滑并且质量良好。由于机车受电弓有限的宽度和愈来愈快的运行速度，一旦接触网的技术参数发生变化或接触悬挂上零件脱落的情况发生，就会给电力机车或电动车的运行带来很大障碍，严重的情况下还会造成弓网故障。受当时条件限制，建设初期标准偏低的接触网已经不能很好适应当今铁路发展形势，导线质量不一，时常发生断线状况，疲劳耗损较为严重。

1.2绝缘方面故障

绝缘是接触网这一特殊的高压供电设备的重要技术指标之一，接触网不同于地方的供电线，距离机车近且悬挂高度较低，常常遭到环境和混合牵引的机车的污染，具有相当大的绝缘难度。根据绝缘介质来划分，接触网的绝缘主要包括绝缘体绝缘和空气间隙绝缘两种，接触网的正常运行会受到任何一方面放电的影响。鉴于我国设计方面和特殊的自然环境的原因，整个故障占比例较高的就是绝缘方面的故障，其影响范围也较广，应该得到较为严肃认真的对待。

1.3电气联结方面故障

因事先难以发现并且具有严重的危害性，电气烧伤故障作为铁路电气化接触网设备的一类故障，已引起供电运营检修部门的高度重视。由于接触网设备主要在力与电的双重作用下工作，所以接触网故障的主体由机械故障和电气烧伤故障构成。由于接触网运行时间长久和不断增加的牵引运能，越来越突出设备的电气烧伤现象已得到检修部门的关注。供电运营单位为确保供电安全的一个重要任务就是预防和防治接触网设备发生电气烧伤故障。

2.接触网可靠性发展状况

“受流质量、安全可靠、景观设计”是接触网需要解决的三大问题，可靠性列在其中。高速铁路由于具有系统本身结构复杂、设备繁多、任务繁重等特点，一旦出现事故，波及范围及社会政治经济影响都很大，研究接触网的一项重要课题就是研究其供电可靠性。高速铁路的供电可靠性也因高速客运专线铁路的大规模兴建而倍受关注。可靠性工作受到国外的电气公司与各种国际机构（如IEC、IEEE等）的高度重视，专职的可靠性工程师在一些著名的电气公司或可靠性管理部门非常常见。不管有些产品有无规定可靠性指标，公司内部都会开展可靠性研究工作，国外各公司间竞争的一个非常重要的手段就是产品可靠性的高低。国外也有着活跃的可靠性学术交流，目前国际上已将传统的可靠性评估扩展为RAMS评估。该项评估包括对系统可靠性（reliability）、可用性（availability）、可维护性（maintenance）和安全性（safety）的全面评估。现在有关铁道的RAMS国际标准已由最早的EN50126：1999上升为IEC62278：2002。有许多涉及到可靠性的国际学术会议，例如，IEEE霍姆接触会议（每年召开一次）、国际可靠性物理学会议（每年召开一次）、国际电接触会议（每年召开一次）、国际可靠性与维修性会议（每年召开一次）等等。

可靠性理论在我国只有30年的引进历史。我国于1976年了第一个可靠性行业标准《可靠性名词术语》。第一个可靠性国家标准于1979年。80年代，我国在IEc/Tc56有关标准和美国军工标准作为参照下，制定了一批可靠性标准，基本完成了可靠性基础标准配套工作。90年代以来，产品的可靠性工作受到机械工业系统的高度重视，产品的可靠性标准（包括可靠性试验方法）和质量标准中的可靠性指标已经得到普遍使用。1990年，机械电子工业部在《加强机电产品设计工作的规定》第二十四条作出明确规定：新产品鉴定定性时，必须有可靠性试验报告和设计资料。在铁道方面，制定了（113/T1335―1996）《铁道车辆强度设计及试验鉴定规范》。进入21世纪后，（G1150068-2001）《建筑结构可靠度设计统一标准》在建筑领域正式形成。将可靠性原理方法与供电系统科学结合，电气化铁道的供电可靠性评估采用最科学经济的方法充分发挥电气供电设备的潜力，保证铁路运行所需的连续不断电力。

3.接触网可靠性分析的方法

人们根据可靠性分析结果对系统进行评价，发现了许多可靠性分析方法。确定性方法和概率性方法是计算可靠性方法的两大类。概率性方法按照所使用的数学工具又可以分为：解析法和模拟法。确定性方法可用于在预期故障发生的情况下研究系统可靠性水平。以前常用的系统N-1或N-K安全性检验，就是评价确定性可靠性的常用方法。此方法具有考察的状态数有限、能详细而精确的描述每个考察状态的优点。缺点是在于这些状态表的生成受技术人员的经验的决定，有可能漏掉状态，而且状态的严重程度也可能不能察觉的随时间变动。对系统的安全性进行粗略估计可以采用确定性方法的计算结果，改进薄弱环节，但它只能进行一些故障阶数较少的故障类型的事故后果的预想，而且不能预测事故发生的可能性具体有多大。近年来，概率性分析方法已逐渐取代确定性可靠性评估方法。

根据零部件故障和修复的统计值，概率性方法可以计算出系统和节点的运行参数变化区间和风险指标，从而对系统的可靠性作出较为全面和客观的评价。概率性可靠性评价方法分为解析法和模拟法两种。解析法对零部件或系统的寿命过程进行合理的理想化，并将这一寿命过程用数学模型描述，如用指数分布等。再通过运算来求解，得出可靠性指标。网络法、状态空间法和故障树分析法是解析法的常用方法。

在系统设计过程中，通过对系统各组成部分的潜在的故障模式分析，对系统功能的影响分析，按严酷程度对每一个潜在故障模式进行归类类，总结出可采取的预防措施来促进系统可靠性的提高。

4.结语

随着列车不断提速以及电气化铁道运营范围的不断扩大，对接触网可靠性有着越来越高的要求。因此，分析我国的接触网系统故障情况并探讨如何提高接触网系统可靠性显得极为重要。

【参考文献】

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中图分类号U224 文献标识码A 文章编号1674-6708(2010)26-0112-02

0 引言

近几十年来,随着国民经济的突飞猛进和工业基础设施的完善,我国的电气化铁路发展迅猛,铁路线总里程不断加长,列车载重量不断增加,铁路牵引变压器需求数量随之越来越多,需求容量也越来越大。我们知道,电气铁路的27.5kV(BT制)或55kV(AT制)的单相牵引电网是通过牵引变电所从常规三相电网获取电能的,牵引变电所的主要作用便是将110kV或220kV三相交流电变换成27.5kV或55kV单相交流电,并供电给电牵引网和电力机车。根据供电方式和具体要求的不同,牵引变压所采用的牵引变压器种类也不同,主要有:单相牵引变压器,V/V接线变压器,普通三个绕组对称的三相变压器,三相―两相平衡牵引变压器。本文拟从接线原理、负序和零序影响、容量利用率等方面对两种特殊接线形式的牵引变压器加以总结和评述,以期对电气化铁路牵引供电系统的研究有所帮助。

1 Le Blanc结线变压器

1.1 接线原理分析

Le Blanc变压器绕组结构如图所示,其初级绕组与普通三相变压器绕组相同,基于电气化铁道的不同要求,它们可以为型或Y型,本文仅分析 型,以防由于不平衡负荷产生的谐波(主要是三次谐波)进入系统。在二次侧有5个将三相电源转化为两相电源的非对称绕组,其接线如图1所示。

1.2 负序和零序影响

二次侧各绕组的变比如下

当k=1时,由接线原理图和绕组匝数关系可得电流关系式:

根据对称分量法,电压平衡关系得一次侧各相的正负零序电流:

当Iα=Iβ时,原方三相线电流完全对称,无负序电流存在,故该接线也具有将两相对称负荷转换为原方三相对称负荷的能力[1]。

1.3 优缺点分析

1)其料利用率稍高,最关键的是其制造工艺要求上容易实现;

2)与斯科特变压器相比,中性点也是不接地,低压侧两相输出依然没有电的联系;

3)在具有相等容量的情况下,和平衡变压器相比,体积小、价格低[2]。

2 阻抗匹配牵引变压器

2.1 接线原理分析

阻抗匹配平衡变压器的接线如图2所示。高压侧采用星型接线,每相绕组匝数为W1 ;低压侧采用三角形接线,每相绕组匝数为W2 ,并且还在ab绕组的两端各接一个外延绕组,其匝数为W= 0.336 W2,这样可使两供电臂的电压Uα和Uβ形成90°的相位差。

副边绕组三角形结线结构即在非接地相增设两个外移绕组 。内三角形接线的一角c与轨道,接地网连接。 两端分别接到牵引侧两相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂牵引网供电。

2.2 负序和零序电流

根据阻抗匹配平衡变压器的结构,并且变比k=W1/W2=1可得一二次侧电流关系:

由上式知,变压器高压侧没有零序电流,并且当低压侧电流和负荷阻抗角越接近时,高压侧电流不对称度就会越小,当低压侧两供电臂上的负荷阻抗完全相等时,高压侧三相电流完全对称。在同样的牵引负荷作用下,新型的阻抗匹配平衡变压器注人电网的负序电流比普通的Y/-11接线的变压器要小[3]。

2.3 优缺点分析

1)显著的减少电力牵引负荷注入电网的负序电流[4-5];

2)平衡绕组与a(或b,c)绕组的匝数比和阻抗匹配系数两个方面,必须予以考虑.当阻抗匹配系数相匹配时,无论副边负荷电流大小是否相等,原边三相电流平衡,即无零序电流。当副边负荷电流对称时,原边三相电流对称,没有负序电流对电力系统的影响,原边三相制的视在功率完全转化为副边二相制的视在功率,变压器容量可全部利用;

3)原边仍为YN结线,有中性点引出,降低了对变压器绝缘的要求,减少了投资[6],与高压中性点接地电力系统匹配方便。副边仍有结线绕组,三次谐波电流可以流通,使主磁通和电势波形有较好的正旋度;

4)次边两相不对称负荷时,原边三相电流依然具有较好的对称性[6]。对接触网的供电可实现两边供电;

5)设计计算及制造工艺复杂,造价较高。无论从设计上还是制造工艺上来讲,要得到预先确定的某一阻抗匹配系数都是相当困难的,因此在设计上和制造工艺上的难度是不言而喻的;

6)分相绝缘器两端承受的电压为55kV ,绝缘要求高。

3 结论

在对电气化铁路供用电的研究领域里,电力机车作为大功率单相负荷,其运行对三相电网造成的诸多不良影响,一直都是电力方面的研究人员努力解决的问题,而作为电网和牵引网的交叉点的牵引变压器,便是一个不容忽视的研究课题。本文综述了国内单相交流供电环境下两种特殊接线形式的牵引变压器接线、电气原理、及其优缺点。这些研究丰富了电铁研究领域的理论内容,不仅对研究电铁对三相电网的稳定性影响有重要意义,也可为其他大功率单相交流负荷的具体工程的设计和规划提供依据,具有一定的理论意义和工程价值。

参考文献

[1]欧阳帆.基于平衡变压器三相-单相接线供电方式研究[D]. 湖南大学博士学位论文,2008.

[2]丁明,沈军.列波兰变压器功率差动保护的探究[J].合肥 工业大学学报:自然科学版,2000,23(5):636-641.

[3]周勇,王绪雄,刘中元.阻抗匹配平衡变压器的负序电流 [J].郑州大学学报:工学版,2002,23(4):43-45.

[4]林海雪.电力系统的三相不平衡[M].北京:中国电力出版 社,1998.

[5]孙树勤,林海雪.干扰性负荷的供电[M].北京:中国电力 出版社,1996.

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0 引 言

根据铁路中长期发展规划：“十一五”期间建成7000公里高速客运专线，到2020年左右，我国将建成线路长度约1.2万km的高速铁路，而“十一五”期间建成7000公里高速客运专线。按未来15年高速铁路将建设2万公里计算，将有约一万公里高速铁路区段处在多雷区、雷电活动特殊强烈地区，而截至目前，雷电事件，已给铁路客运系统造成多起安全故障[1]。

以“723”甬温线事故为例，2011年7月23日19时30分左右，雷击温州南站沿线铁路牵引供电接触网或附近大地，通过大地的阻性耦合或空间感性耦合在信号电缆上产生浪涌电压，在多次雷击浪涌电压和直流电流共同作用下，LKD2-T1型列控中心设备采集驱动单元采集电路电源回路中的保险管熔断[2]。同时，雷击也造成轨道电路与列控中心信号传输的CAN总线阻抗下降，导致5829AG轨道电路与列控中心之间出现通信故障，雷击是造成此次事故的首要原因。

根据事故所在区域雷击数据进行的统计分析[2]，7月23日19时27分至19时34分，温州南站至永嘉站、温州南站至瓯海站铁路沿线走廊内的雷电活动异常强烈，雷击地闪次数超过340次，每次雷击包含多次回击过程，幅值超过100千安的雷击共出现11次。

在高速铁路发达的欧洲中部地区每100公里接触网在1年时间内才可能遭受1次雷击[3]。基于这样的雷击概率数据，德国采用的方法是在雷电较多的地段安装避雷器，而在其它雷电较少的区段，一般不考虑安装避雷器等防雷装置。而与德国相比，日本的地理环境、气象环境完全不同，因此对电气化接触网的保护措施也截然不同。日本根据雷击频度及线路重要程度，将防雷等级划分为A、B、C三级区域。A级区域雷害严重且线路重要，全线接触网都架设避雷线，同时在牵引变电所出口、接触网隔离开关、电缆接头连接处、架空避雷线接地线终端等重要部位设置避雷器；B级区域雷害较重且线路重要，对部分特别地段的接触网架设避雷线，同时在与A级区域相同的重要位置安装避雷器；对于C级区域，一般只在一些重要位置安置避雷器[3]。

对于雷电的形成来分析，我国很多地区（比如西南地区、东南沿海地区）有类似于日本的地理和气象环境，但铁路接触网的防雷保护却没有吸取日本高铁的经验，反而机械地学习了德国经验，所以在高速铁路刚发展的几年内，不可避免的由于雷电影响而造成多起事故，给人们的生产、生活带来了深刻的负面影响。

因此电气化铁路接触网的防雷避雷形势十分严峻，避雷器作为电力系统中常规的避雷防雷装置，将会在铁路接触网系统中得到普遍的应用，而其状态性能的好坏也将直接关系到整个牵引系统防雷工作的成败，因此对电气化接触网避雷器性能状态监测的研究势在必行！

避雷器性能优劣检测原理与监测方法仍然沿用电力系统中的常用的研究方法。但铁路牵引系统与电力系统相比具有负荷移动、方式多变等特点，加之接触网与电网不同的拓扑结构，导致对接触网用避雷器进行状态性能检测的时候面临谐波电流复杂、频繁操作过电压等诸多新的问题。

1 铁路接触网特性分析

本课题所针对的避雷器运行的背景环境是牵引供电系统，它是指三相电力系统接受电能向单相交流电气化铁道行驶的列车输送电能的电气网络，主要构成部分如图1所示。牵引变电所控制及变换电能，转换接触网与电力系统之间的电压，接触网则负责向列车供给电能，我国干线电气化铁道的供电制式是工频单相交流制，接触网的额定电压是25kv[4]。

图1 牵引供电系统结构图

负荷的特殊性决定了接触网的特征不同于一般三相输配电网络，主要原因有以下几点：

1、 电力机车是大功率单相负荷。

2、 电力机车是移动性负荷，由于电气化铁道线路的条件多变，机车在行进过程中阻力也不断的变化，频繁地在起动、加速、惰行、制动等工况之间转换，机车负荷的剧烈波动容易造成接触网电压异常波动，容易带来操作过电压影响。

3、 电力机车是非线性负荷，我国大量采用的交直流型电力机车，主电路一般都为相控整流电路，网侧电流含有较大谐波成分，且含所有奇数次谐波，包括3次及3的倍数次[4]。

本文主要针对接触网用避雷器的工作条件及背景环境，其他的有关牵引供电系统及接触网的内容不作为研究的对象，而能够给避雷器性能状态带来危害的谐波电流和电压波动也是本文分析的重点之一。

1.1 接触网谐波特性分析

在避雷器性能检测过程中，阻性电流值因其能够很好的反映避雷器的状态性能常用来判断避雷器性能优劣的重要依据。但是在谐波污染严重的情况下，阻性电流中就含有较大分量的谐波含量[5]，严重的影响了性能分析的精确性[6]。而在电气化铁路系统中，电力机车多采用PWM控制电路，容易给接触网带来严重的谐波污染[7]，谐波在接触网传播的过程中，当接触网参数与机车匹配时会发生谐振和严重的谐波放大[8]。根据CRH2动车组的模型仿真分析[9]，当机车在运行工况之间切换时，对应的输出功率会发生变化，由于基波与各谐波电流的变化不同步，导致不同输出功率下谐波电流含量的变化较大。由谐振引起的电压畸变，会进一步使机车谐波电流增大，形成了一个类似于正反馈的相互激励过程，导致接触网形成谐振过电压，烧损避雷器等设备 [10]。

因此，在避雷器性能监测分析的过程中，谐波含量的检测对避雷器工作状态的分析具有重要的作用[11]。基于场强法的谐波检测方法在笔者的论文[12]中已经具体阐述实现并已成功运用到本系统中。

1.2接触网电压波动分析

电气化铁路牵引负荷表现为移动且运行工况切换频繁的特点，是一种十分典型的日波动负荷，符合短时冲击的特点。接触网的电压波动与线路条件、机车类型、运行工况、机车速度、牵引重量等因素有关，且这些影响因素具有随机的特点。根据数据统计，接触网电压波动范围最大可达30%，同时电压峰值最高达到460V，波峰系数达到1.92，电压峰值的大范围变化对设备的安全构成了较大的隐患[13]，这其中也包含避雷器。因此在对避雷器性能在线监测的过程中，频繁的操作过电压将是一个值得深究的问题。

为此，在本系统中额外添加了避雷器运行过电压监测功能，设定运行过电压的阈值，并记录下运行过电压的时间和次数，有助于对避雷器性能状态和故障原因的研究分析。

2 氧化锌避雷器在线监测系统的结构设计

氧化锌避雷器在线监测系统主要由传感器、监测点装置、数据采集节点及上位机数据管理平台组成，其结构设计如图2所示，分别利用感应式电压传感器和电流互感器采集避雷器运行的电压信号和电流信号，每只避雷器有其固定的监测点装置，采集处理监测到的状态数据；一只数据采集节点可以处理多个监测点装置的监测数据，利用RS485实现多个数据采集节点与上位机之间的数据通信。

主控PC向下位机数据采集节点发出索要数据的控制指令后，节点根据接收的指令要求再向监测点装置索要当前的监测数据，监测点装置在收到指令后就按要求将监测数据回传给数据采集节点，节点确定收到监测数据之后，再将这些数据有次序的回传给主控PC，上下位机之间采用ModBus通信协议，并通过CRC校验，以保证数据传输的准确性。

图2 避雷器在线监测系统的结构设计

2.1 监测点电路结构设计

避雷器性能在线监测点主要完成避雷器运行电压及泄漏电流的采集、计算及其信号处理和组网通信等功能。整体结构由电流采集模块、电压采集模块、90E36信号处理模块，单片机控制模块、电源模块、RS485通信模块、雷击计数模块及LCD显示模块组成，其结构设计框图如图3所示。

图 3 监测点电路结构设计框图

2.2 RS485串行组网通信结构设计

在数据通信、计算机网络应用中，RS485是一种常用的串口通信标准，它是在RS232标准基础上发展起来的一种平衡传输标准，能够克服RS232通信距离短，速度低等缺点，其最高传输速率达到10Mbit/s，最远传输距离可达1200m；具备多点、双向通信功能，即可允许同一条总线上连接多达32个数据节点，而且节点驱动能力强、冲突保护特性好。由于RS485标准对接口要求的特殊性，用户亦可建立自己需要的通信协议。因此，本系统采用RS485标准组网通信，如图4所示，其中N≤32。

图4 RS485组网通信框图

3 结 论

在高速铁路刚发展的几年内，就因雷电影响造成多起列车停车晚点事故，给人们的生产、生活带来了深刻的负面影响，铁路系统的防雷避雷研究已经成为一个研究的热点课题。传统的避雷器的故障监测研究只针对于电力系统的应用背景，铁路牵引系统具有负荷移动、运行方式多变而造成的谐波电流复杂、频繁操作过电压等特点，而谐波电流和操作过电压都会严重的影响着避雷器性能状态。因此针对接触网系统的特殊性，本文提出了氧化锌避雷器性能在线监测的实现方法，并设计了在线监测点的硬件装置、数据采集节点及主控PC数据管理平台。经测试，本监测系统具备对避雷器阻性泄漏电流和相位差值进行精确检测，数据传输流畅，同时具有实时数据图形化显示，历史数据查询等功能。系统运行试验验证了理论分析和设计的正确性，为其它电气设备实时监测研究提供了重要的理论基础和实际的指导意义。

参考文献

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篇5

中图分类号：TM92文献标识码： A

1.前言

随着我国大规模铁路建设的发展，众多的新建或改建的铁路客站采用“上进下出”的旅客进出站方式，越来越多的旅客天桥建设需要跨越电气化铁路进行施工，如采用天桥原位拼装的常规施工方法，需要要点在施工影响范围内上跨铁路设置防护棚架，拼装完成后再进行要点拆除防护棚架，期间需要多次进行停电及封锁运营线路，对于营业线尤其是繁忙干线铁路运输秩序及运营安全影响极大，尤其在拼装过程中高空坠落物及电焊焊渣等对营业线运营安全隐患非常大。本文以津秦客运专线秦皇岛站改旅客天桥工程施工为例，论述采取何种施工技术能够避免上述问题的产生。

2.工程概况

2.1 论文标题

新建津秦铁路客运专线引入秦皇岛火车站，引起新建秦皇岛站1-15.4m进站天桥工程，旅客天桥上部结构为15.8×6.55m（净宽×净高）钢桁梁，下部结构为钢管柱通过预埋螺栓与多桩承台连接组成。全桥由北天桥（跨越大秦车场）和南天桥（跨越高速场及普速场）组成, 全桥长为195.12m。

其中北天桥自北向南依次跨越津山外绕上下行线、23道、大秦空重车线、柳江地方铁路及秦东上下联线，全长为57.57m。天桥钢管柱直径0.8米，壁厚25mm，钢管柱内灌注C40微膨胀混凝土，钢管柱基础分别位于23道北侧、大秦重车线北侧和新建京哈下行线南侧。第一跨上跨23道、津山外绕上下行线共计20.5米重量62.4t，采用1台300吨和1台350吨汽车吊配合吊装。第二跨上跨既有大秦空重车线且跨度过大，分段施工，施工期间设置临时墩，跨越大秦线部分长度16.1m，重量50t，采用1台300吨和1台350吨汽车吊双机抬梁吊装。

3.施工方案

3.1 施工准备

根据新建天桥位置，联系铁路局相关工务、电务、供电、通信、车务等设备单位，共同对施工影响范围内的接触网杆、承力索、硬横梁、正馈线、回流线等地上铁路设备及通信、信号电缆等地下铁路设备进行现场勘察。明确铁路设备位置及防护或改移方案。根据现场调查确定的改移和防护方案，向铁路管理部门申报施工计划申请，在铁路天窗点内实施天桥范围内的铁路正馈线降低、正馈线和承力索设置绝缘护套施工。同时结合技术人员现场测量既有铁路设备位置、天桥结构、既有线影响范围、吊车作业回转半径范围确认天桥分节长度、临时墩位置、计算确认吊车站位，为下一步施工创造条件。

3.2临时墩施工

3.2.1临时墩柱梁联接形式

根据天桥主梁分节情况需要在第二跨第一节架设主梁前设置设置2个临时墩，临时墩采用直径0.8米钢管柱，壁厚16mm，立柱基础选择钢筋混凝土扩大基础。

施工过程中为了减少天窗封闭点时间临时墩与主梁采用螺栓联接。为了不损害箱形主梁的主体结构分别在临时墩顶和对应的框架梁下底焊两块1.2m*1m*10mm的钢板并在钢板左右两侧打螺栓孔。

临时墩具置设置考虑距离既有线的安全距离和错开主梁下弦杆的位置，方便主梁与临时墩的螺栓连接。梁柱联接位置，下弦杆箱梁内需要设置加劲板（间距0.2米，设置不少于4块，按照柱中心布置）。

3.2.2临时墩检算

立柱的刚度计算

r=0.35*（78.4+80）/2=27.72cm

λ=1800/27.72=64.9＜[λ]=150

临界应力检算

φ=0.63，A=19895mm2，[σ]=170MPa

[N]=0.63×19895×170=2130kN

N=624/2=312kN

3.2.3钢管柱基础及灌砂施工

钢管柱内灌注细砂，并注水密实。柱脚预埋螺栓（8个M36 材质Q345）见下图。钢管柱顶端焊接钢板与主梁焊接的钢板通过螺栓连接，底部通过预埋螺栓与钢管柱的法兰盘连接。同时利用14mm槽钢在钢管柱高度方向，每个4米柱两侧各焊接一道横撑（横撑间设置交叉水平斜撑、两柱间设置竖向交叉斜撑）增强两个钢管柱的稳定性。

3.2.4临时墩拆除施工

天桥施工完毕后将临时墩拆除，在拆除前先将临时墩与天桥分离连接钢板切割断，用钢丝绳将临时墩顶部捆绑在天桥上，然后用气割将临时墩钢管从中间位置切断10cm，然后用10吨手动葫芦将下部临时墩吊起放倒，上部同样用10吨手动葫芦将上部临时墩钢管缓慢落在地面上，整个拆除过程完成。

3.3吊车站位处地基处理施工

确定吊车站位后，选取吊装时最不利工况：汽车吊的其中一个支腿悬空，另三个支腿组成一个平面的情况，进行受力分析，根据铁路相关部门要求，按照1.4倍安全系数选取合适吨位吊车。由于跨越铁路营业线一般跨度较大，故预拼段段旅客天桥自重较大吊装通常采用300吨以上大吨位吊车，吊车站位范围需对地基承载力要求较高需要特殊处理。根据吊车最不利受力工况检算支腿受力结果，对相应吊车支腿站位进行地基处理，换填碎石土分层碾压密实，经承载力试验检测要满足吊车支腿受力检算值要求对地基承载力要求。同时支腿位置平铺一层木枕（不少于10根，长度均为2.3米），上铺吊车1.5m*1.5m铁垫板，确保吊车吊装作业安全。

3.4点前试吊

吊车必须提前一天到场，在不影响铁路设备范围进行试吊作业，试吊直接利用现场预拼好的主梁，然后进行主梁移位，移至要点时吊装要求位置。在吊装之前首先要检算旅客天桥主梁结构吊点布置位置及确定吊点结构形式并检算满足吊装作业安全系数要求。

在主梁上设置4个吊耳，吊耳采用Q345的钢板进行制作，吊耳焊接到主梁上。检算吊耳受力，每个吊耳受力180KN，吊耳采用Q345的钢板允许抗剪强度为170N/mm2,吊耳截面积如图检算为：

吊耳面积：A=180KN/170N/mm2=1060mm2＜70mm×25mm=1750，按照吊耳形状图设置有不少于1.65倍的安全系数，即取吊环钢板厚度25mm，内圆100mm穿钢丝绳， 板宽不少于70mm。

在试吊过程按照规范要求，制定检查表格逐条检查各部情况：包括主梁挠度、吊车运转、钢丝绳、吊耳受力、吊车站位处基底等的受力情况并进行详细测量观察做好记录，确认各部位使用状况满足吊装规范要求，方可确认具备进行要点吊装条件。

3.5点内吊装

3.5.1 吊车现场作业工况

跨越营业线段旅客天桥重50吨，采用1台300吨汽车吊和1台350吨汽车吊配合吊装作业。350t汽车吊，加配重107t，作业半径20.5m，出臂41m，钢丝绳与垂直线的夹角为40°，允许起吊重量为39吨，安全系数为1.56，满足吊装要求。300t汽车吊，加配重87.5t，作业半径17m，出臂35.7m，钢丝绳与垂直线的夹角为40°，允许起吊重量为39吨，安全系数为1.56，满足吊装要求。

图5吊耳细部图

3.5.2架设旅客天桥主梁施工

根据现场情况，钢桁梁在吊车作业半径内完成整体拼装，然后对营业线要点，利用350t汽车吊和300t汽车吊配合进行吊装。通过计算吊点设在距梁端部3.3m位置，钢丝绳采用直径52mm，卡环采用25T级。吊装前在墩柱上、梁底标示好梁轴线方便准确对位，确保两台吊车的间距及位置，保证钢结构主梁可以在两台吊车主臂间通过。

3.6点外合拢施工

将旅客天桥合理分节后将主梁合拢位置置于铁路营业线外侧，采用常规方式搭设满通红脚手架即可完成旅客天桥钢梁合拢。

4材料设备

表1机具设备表

5质量控制措施

（1）在吊耳制作加工与焊接过程中严格把关，设置专人盯控、对于焊缝逐条进行检测确保焊接质量满足规范要求。

（2）做好吊车支腿位置地基换填施工质量控制，利用20t振动碾进行分层碾压，并对碾压土层进行承载力检测，直至满足承载力要求。

（3）试吊期间专人测量主梁变形情况，检查吊点检算结果是否满足旅客天桥挠度要求，如不满足立即停止试吊，根据现场实测数据调整吊点位置，确保旅客天桥安装质量满足规范要求。

（4）旅客天桥主梁钢结构采用二氧化碳保护焊，焊缝等级一级，构件焊接完毕后均采用声波检测，确保每条焊缝质量符合规范要求。

6 安全措施

（1）汽车吊进场后，在吊装作业前，按照施工作业半径和起吊重量进行试吊作业，防止在吊装过程中出现意外。

（2）为防止吊装钢丝绳吊装过程中出现断丝现象，专人对钢丝绳进行检查，并准备1套备用钢丝绳。

（3）吊车作业时，细小物体的掉落，如铁块，焊条，木头块等等。方案：保证人员的远离。当吊车要吊装梁体时，工作人员立即清理施工现场人员远离。

（4）吊车作业时防止掉落大块物体，一旦砸断接触网立即通知供电段及有关部门进行抢修。桥下作业范围内，接触网绝缘套管贯通，防止触电。若砸到其他物品，注意抢修。对桥下电务（信号，通信）设备进行加盖木箱及木板防护罩处理。

（5）起重机在带电线路附近工作时，应与其保持安全距离，在最大回转范围内，允许与输电线路的最近距离，雨雾天气时安全距离应加大至5米以上。

（6）在吊装前要对施工现场进行安全防护，设置防护栏，防止行人或过往机动车辆进入。

（7）在安装完毕后，防止感应电放电发生事故，桥上金属结构进行临时接地，防止出现触电事故。

（8）高空作业人员应配带工具袋，工具应放在工具袋中不得放在钢梁或易失落的地方，所有手动工具(如手锤、扳手、撬棍等)应穿上绳子套在安全带或手腕上，防止失落伤及他人。

（9）吊装时应架设风速仪，风力超过6级或雷雨时应禁止吊装，夜间不进行吊装作业，构件不得悬空过夜，特殊情况时应报主管领导批准，并采取可靠的安全防范措施。

（10）跨既有线钢桁梁梁施工，在既有线上方进行作业，主梁要点吊装完成后，进行后期施工前要设置防落物网，防止落物影响既有线行车安全。

7结束语

该上跨电气化铁路进行旅客天桥施工技术采用了设置临时墩、点外预制场分节拼装跨铁路节段减少吊装重量、封锁点内一次整体吊装减少铁路要点次数、两台吊车双机抬梁协同吊装的方法进行施工，最大程度降低了对铁路营业线运输的影响，同时保证了旅客天桥安装质量，吊装前旅客天桥即形成封闭确保旅客天桥后续装修施工不再需要进行要点施工，有效节约了工期，为津秦客专秦皇岛站改控制性工程津山外绕线开通创造了条件受到了相关铁路局、建设单位等的一致好评。本施工技术对于今后涉及邻近或跨越电气化铁路进行吊装施工工程会有很好的借鉴意义。

参考文献

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中图分类号：U226 文献标识码：A

在电力机车的运行过程中，受电弓在接触悬挂下高速滑动运行，从动力学角度，表现出弓网接触压力的作用和受电弓滑板产生横向振动的动态响应，如图1表示。

图1 系统信号分析框图

目前国内外广泛采用弓网接触压力直接测试方法。但在高速运行时，测量信号容易受到弓网接触振动造成的电磁火花的干扰；附加的压力传感器，增加了滑板重量，改变了滑板的外形，使受电弓的稳定性和安全性受到影响。

本论文提出的测试方法（图2），是在车顶并排对称安装多个激光测距传感器，通过测试受电弓滑板底部横向振动位移，从而，计算弓网接触压力、拉出值、弓网冲击（硬点）和接触线高度等动态参数。

图2 受电弓滑板响应测试模型

1 弓网接触响应测试原理

滑板在弓网接触运行中的振动，可近似认为是两端固支的滑板弹性梁的横向弯曲振动、两端弹性支撑的滑板刚梁上下传动和平面转动的复合运动。滑板弯曲振动模态则可以用欧拉-伯努利梁求解。图2中表示作用在滑板梁的第个节点的弓网接触激振力，其作用的不同位置示意接触线拉出值的变化。表示放置于车顶平面对准受电弓滑板底部第个高速激光传感器的位移测量值，其动态响应关系用传递函数可表示成如下矩阵形式：

（1）

（1）式中可通过单位冲击响应的数字计算得到，于是，根据卷积原理，弓网接触压力可表示如下：

（2）

由各激光传感器测试的离散位移信号，可实时得到弓网冲击加速度，导线高度和拉出值，表示如下：

（3）

（4）

（5）

上式中为车顶传感器的基准高度，为激光传感器的个数，为激光传感器的分布序号，表示各激光传感器几何位置对称加权系数。

2 滑板梁的动力学分析

将图2的模型分解为一个两端固定支撑的受电弓弹性滑板梁和一个两端等刚度弹性支撑的受电弓刚性滑板梁。先分别求出各自的动态响应，然后在静平衡位置的轴上的同一点对横向响应位移进行叠加。

2.1 受电弓滑板刚梁在平面内的振动

设支撑弹簧刚度为，滑板刚梁长度为、线密度为、质量为、质心为，滑板刚梁绕质心的转动惯量为，取质心的横向位移及滑板刚体绕质心的角位移作为广义坐标（），对滑板进行受力分析，建立受迫振动微分方程如下：

（6）

（7）

令，由此求得刚梁横向振动的固有频率和刚梁绕质心转动的固有频率为：

（8）

（9）

采用Duhamel积分法求解（6）式和（7）式，由图3知当弓网接触力在处作用时，滑板刚体处由横向振动和绕质心转动产生的复合横向振动位移可表示如下：

（10）

2.2 受电弓滑板弹性梁弯曲振动振型函数

以两端固定支撑的滑板弹性梁在横截面对称平面内的横向位移作为广义坐标，并设梁的线密度为，抗弯刚度为EI，受力分析如图4所示。根据达朗贝尔原理和力矩平衡原理可得到滑板梁横向振动的四阶齐次偏微分方程：

（11）

对（11）式用分离变量法求解并应用克雷诺夫函数可得滑板梁固有频率的计算公式和横向弯曲振动振型函数：

（12）

（13）

为计算方便，振动滑板梁的计算参数取值如表1所示。

由此求得1阶模态的固有频率为94.5Hz，2阶模态的固有频率为258Hz，3阶模态的固有频率为505Hz，4阶模态的固有频率为829Hz。

（13）式中可以是任意常数。只要将各阶固有频率对应的的值代入该式，即可求得滑板弹性梁横向弯曲振动的各阶相应的主振型。

2.3 受电弓滑板弹性梁动力冲击响应 （见图5）

在滑板梁的处，假设有一弓网接触压力作用，自由振动运动方程可得到：

（14）

滑板均匀弹性梁的振型函数为式（13），将主振型正则化，利用其正交性特点，可得：

（15）

设各阶固有频率为，主振型为，1，2，3，….则弹性梁动力响应可用模态叠加（坐标变换）表示为：

（16）

利用主振型正交性质，由杜哈美（Duhamel）积分法求解得：

（17）

将式（17）代入式（16），可得滑板弹性梁原广义坐标的响应：

（18）

3 用数字计算方法求响应矩阵和传递函数矩阵

为了求式（1）中的传递函数矩阵[]，必须先求下式（19）中的响应矩阵[]。

（19）

传递函数矩阵[]和响应矩阵[]的关系为：

（20）

基于系统响应分析数字计算步骤如下：

（1）如图2所示，先假设在滑板上从左到右第一个确定的输入节点上作用一个确定的弓网冲击接触力，通过式（10）和式（18），分别计算各激光传感器对应位置的位移响应值、、…、。通过下式：

（21）

即可计算出。

（2）其它矩阵元素的计算方法同上，即通过下式可计算得到。

（22）

（3）由式（20）计算[]。

（4）由式（1）和式（2）计算。

（5）由式（3）、式（4）、式（5）分别计算接触网几何参数和动力学参数。

4 响应测试系统仿真

对图2所示的响应测试模型进行仿真，假设对称配置5个激光测距传感器，测试受电弓滑板底部-0.4m，-0.2m，0m，0.2m，0.4m 等5个点的位移，如图6所示，取2.5，取1720Nm2，取0.8m，取2500 N/m 。

假设依次在受电弓滑板上-0.4m，-0.2m，0m，0.2m，0.4m的地方垂直向下施加110N的弓网接触压力，通过式（10）和式（18），分别计算各激光传感器对应位置的位移响应值、、…、。通过式（21）计算，可得到响应关系矩阵式（23）。

由上式D矩阵求逆，可得到传递函数矩阵如式（24）。

如果还是用150N的弓网接触压力，在-0.4m和-0.2m，的地方垂直向下施加，并由此得到，再将代入式（2），反过来求得接触力为150N；如果还是用110N的弓网接触压力，在-0.25m的地方垂直向下施加，并由此得到，再将代入式（2），反过来求得接触力为98.77N，误差为10%，该误差主要由激光传感器的配置位置造成。

如果用150N的弓网接触压力在受电弓滑板上-0.4m 处垂直向下施加，如图7（a）所示，传感器各点位移响应如图6（a）所示；在-0.2m、0m、0.2m、0.4m处施加，力的作用图（图7（b）-（e））与位移响应图（图6（b）-（e））一一对应。

由此可见，采用传递函数计算方法的仿真与实际情况基本相符。

结语

基于系统响应原理测试高速铁路接触网动态参数的方法，其重要意义在于将测试传感器完全从受电弓滑板上撤离下来，这是高速铁路接触网车载动态测试追求的目标。如果采用图象处理和激光雷达等非接触式检测方式，由于其扫描周期和处理时间的限制，使得该方法从原理上无法实现对弓网高频动态特性的测试。在实际应用中，作者认为必须在实验室直接测试数据，然后对数据进行回归分析，校正核实计算模型。

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篇7

Abstract: This paper analyzes the technical requirements of high speed flow when the pantograph on catenary wire fork, combined with Zhengxi high-speed rail, analyzed the pantograph contact net group of cross line turnout design parameters, through the daily operation and repair work specific situation discussed the three groups showed no cross fork, main control points check measurement method, operation and maintenance technology.

Key words: high-speed rail; catenary; no cross crossing design; maintenance;

中图分类号：TM922.5文献标识码：A 文章编号：

1.前言

无交叉线岔可保证机车从正线高速通过，所以它的设计与运营维护是保证接触网高速运行的重要条件。本论文以徐兰客运专线郑西线为例，探讨三组无交叉线岔设计与维护过程的关键点：

徐兰客运专线郑西线是我国一条全线设计时速350Km/h的国产电气化客运专线。为确保动车组从正线上高速通过道岔时,受电弓在任何情况下均不与侧线的接触线相接触,动车组从侧线进入正线或从正线进入侧线时,受电弓能从侧线与正线接触线之间实现平稳过渡,不发生刮弓现象,在郑西线的站场侧线与正线相连的60kg/m钢轨1/41号高速单开道岔(简称41号道岔)采用三支无交叉线岔。经铁道部网检车和综合检测车现场检测,三支无交叉线岔符合高铁设计要求。 研究三支无交叉线岔的运营维护，对掌握高铁运行安全有着重要意义。

2.高速弓网受流对三支无交叉线岔的技术要求

2.1空间几何参数

2.1.1线岔的导高

动车组通过三支无交叉线岔时，受电弓始终保持与线岔的两支接触，这就对线岔处的三支导线的导高提出一个新的要求，始终要保持两支导线的平顺性，这才能保证列车高速通过时弓网的正常取流。

2.1.2线岔的拉出值

在三支无交叉线岔处,因要考虑到受电弓的有效工作宽度和受电弓在线岔处的水平晃动量等因素,所以对三支无交叉线岔每一点处每一支的拉出值的大小都有一个新的要求,防止受电弓通过线岔时导致因拉出值的不合适引起钻弓/打弓故障的发生

2.2 弓网动态接触力

弓网动态接触力一般按一个跨距为分析单位，分析参数有：最大值、最小值、平均值和标准偏差。各参数评判标准为：

最大值：Fmax=Fm+3ó（N）；

最小值：Fmin=20（N）；

平均值：Fm≤0.00097V2+70(N)；

标准偏差：ó≤0.3*Fm（N）

在双弓最小间距为160m的运行条件下,修正后的弓网间平均接触压力应低于图1的规定,最小接触压力应为正值,最大接触压力应低于300N,接触力标准偏差应不大于0.3Fm。因此线岔处的接触压力也要满足此条件。

图1 平均接触压力与速度关系曲线图

2.3抬升量

线岔悬挂点处接触线的抬升应符合EN50119（2001）的规定。正常运行时，最大跨距悬挂点处接触线计算和验证的抬升量不大于100mm；悬挂点处定位器自由抬升的设计范围至少应为计算抬升值的2倍。

综上所述，高速弓网受流系统对线岔的技术要求特别高，不仅从接触网的基本技术参数如导高拉出值等方面来评价弓网受流，还从接触力、抬升量等方面对高速铁路的线岔的技术提出了更高的要求。

3.郑西高铁受电弓与41号道岔结特征

3.1受电弓的基本技术参数

受电弓动态包络线：直线段左右摆动量250mm、上下晃动量200mm；

受电弓弓头宽度：1950mm；

受电弓工作宽度：1450mm；

受电弓工作范围：4950-5500mm;

滑板的最小宽度：1030mm；

滑板数量：2个；

滑板材质：碳；

受电弓静态接触压力：70±10N。

图2 受电弓机构示意图

3.2 41号道岔的结构特征

41号道岔用于中间站跨区间无缝线路的连接。 道岔采用43.090m长的60B40钢轨制造，全长L=140.599m,前端长度a=56.319m,后端长度b =84.280m。为弹性可弯接轨，接轨接端为插接式。

4. 三支无交叉线岔的布置原理

三支无交叉线岔为2条正线间的渡线道岔采用锚段关节式线岔图的接触网布置图。图3中，渡线电分段采用了四跨绝缘锚段关节形式（3#关节），以避免分段绝缘器产生的硬点影响。1#关节和5#关节为四跨非绝缘锚段关节，2#关节和5#关节为五跨非绝缘锚段关节（相邻2支悬挂各形成一个锚段关节）。图中编号②接触悬挂相对于另一正线而言为侧线支接触悬挂，编号③接触悬挂相对于另一正线而言所起作用与编号①作用相同，从B柱到C柱的区域为正线和侧线的转换区域（五跨关节的转换跨）。

图3 三支无交叉线岔平面布置图

当动车组在正线上运行时，受电弓不与编号③接触线接触，但在1#关节和2#关节处与编号②接触线存在转换过渡关系；当列车由正线驶入侧线时，受电弓首先在1#关节处由编号①接触线过渡到编号②接触线，然后再2#关节处（B柱到C柱之间）由编号②接触线过渡到编号③接触线，经过C柱以后完全驶离道岔进入侧线运行；当列车由侧线驶入正线时，受电弓首先在2#关节处（C柱到B柱之间）由编号③接触线过渡到编号②接触线，经过A柱以后在1#关节处再由编号②接触线过渡到编号①接触线，进而完全转入正线运行。

4.1三支无交叉线岔的始触区。由于三支无交叉线岔的重点是“三点”和始触区，它采用辅线、渡线及正线三线无交叉布置的方式，所以在始触区600-1050mm的区域内接触线不得安装任何线夹,包括定位线夹、吊弦线夹、电连接线夹等，交叉吊弦安装在550-600之间，但同时 “三点”的技术参数要满足要求，动车受电弓才可以平稳的从正线过渡到侧线，侧线过渡到正线。

4.2三支无交叉线岔“三点”的确定。无交叉线岔有两个关键定位点和一个等高点。平面布置时,应使侧线接触线和正线线路中心的距离大于两接触线间的距离。以郑西线的1/41号高速单开道岔, UIC 608 Annex 4a受电弓为例,如图3 弓头总宽度1950mm，弓头工作区为1450mm，受电弓最外端尺寸的半宽为725mm,水平摆动量为250mm(考虑350km/h速度),升高后的加宽为125mm。所以受电弓在侧线侧最外端可触及到的尺寸限界为:725+250+125=1100(mm)。郑西线三支无交叉线岔考虑到整个渡线及辅线的长度及道岔布置的对称性,单边采用两根道岔定位柱和两组硬横梁定位,如图4其中其中A点定位处正线拉出值50mm, 辅线居中,渡线拉出值350mm；B点为两内轨间距为800mm属于等高点，正线相对于侧线的拉出值满足1100mm，侧线相对于正线拉出值满足1100mm C点定位处正线拉出值350mm,辅线居中，渡线拉出值为350mm。，因而动车从正线高速通过岔区时,与区间接触网一样正常受流,不会触及侧线接触线,而与侧线接触悬挂无关。

图4 三支无交叉线岔“三点”平面示意图

由上面的分析可知,在受电弓由正线通过时,可以保证侧线接触线与正线线路中心间的距离始终大于受电弓的工作宽度之半加上受电弓的横向摆动量,因而正线高速行车时,受电弓滑板不可能接触到侧线接触线,从而保证了正线高速行车时的绝对安全性,并且在道岔处不存在相对硬点。

4.2.1动车由正线进入侧线线岔时。当机车从正线进入侧线时,在两轨间距为800mm的等高点处。因侧线线路中心相对于正线线路中心拉出值要满足1100mm受电弓滑板不可能接触到正线接触线上，受电弓滑过等高点后，侧线接触线比正线接触线高度又以4/1000坡度开始降低。因而,受电弓可以顺利过渡到侧线接触悬挂上。

4.2.2动车由侧线进入正线线岔时。当机车由侧线进入正线时, 在两轨间距为800mm的等高点处。因正线线路中心相对于侧线线路中心拉出值要满足1100mm受电弓滑板不可能接触到侧线接触线上，受电弓滑过等高点后,受电弓逐渐滑离侧线接触线,同时,侧线接触线高度又以4/1000坡度开始抬高,过等高点后,侧线接触线比正线接触线要高,所以受电弓能够顺利的过渡到正线接触线上。这时,受电弓将逐步脱离侧线接触悬挂而平滑地过渡到正线接触悬挂。

5. 三支无交叉线岔维护调整技术

5.1测量线岔。为掌握线岔技术参数及线岔变化情况，对三支无交叉线岔每季度进行测量一次，根据天气的变化适当增加测量次数。每次对始触区、交叉吊弦、“三点”的技术参数进行测量，如有不满足情况，对此处的导高及拉出值进行调整。

5.2拉出值的调整。如图4 等高点处的拉出值要满足1105mm，调整位置在等高点两侧的关键点，只要A点定位处正线拉出值50mm, 辅线居中,渡线拉出值350mm；B点处正线相对侧线线路中心为1100mm，渡线相对正线线路中心为1100mm；C点定位处正线拉出值350mm,辅线居中，渡线拉出值为350mm。正线拉出值允许偏差±10mm，侧线拉出值允许偏差±20mm。

5.3导高的调整。三支无交叉线岔侧线导线高度的调整应从等高点按着4/1000的坡度向两边顺坡。

5.4吊弦的检调。根据导高的调整预配吊弦的长度，以满足此处接触线的高度。

5.5继续测量线岔。对线岔各点的数据进行测量一遍，看始触区、交叉吊弦、“三点”的数据是否满足设计要求，不合适再次进行调整。

6.结论

本文通过高速取流时受电弓对接触网线岔的技术要求，分析了三支无交叉线岔设计的设计原理和维护的主要方法。在维护的过程中要特别注重对三支无交叉线岔拉出值的调整以及三支无交叉线岔导高平顺性调整的方法，对于高铁日常维护及确保高铁运行安全有着重要的参考价值。

参考文献：

〔1〕王章刊.浅谈接触网无交叉线岔调整.西安：西铁科技，2009（4）

〔2〕王作祥.客运专线影响接触网运行的几个关键环节.北京：电气化铁道，2007（1）

〔3〕于万聚.高速电气化铁路接触网.西南交通大学出版社，2003

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（一）生态环境

地球上的生命群落由于其物种的物候、时空分布及适应习性的不同，在地球生物圈某一地域形成了各具特性的自然生态系统。自然生态系统连同其所处地域、时空统称生态环境。

1.自然生态系统。论文百事通生态系统可分为自然生态系统和人工生态系统。未被人类干扰的海洋、森林、草原、湿地、荒漠等生态环境为自然生态环境。自然生态环境是相对的“自给自足”的生态环境。该环境中不同的原生物种种群分工有序、和谐相处、相互制约以实现系统的长期生存与发展。

2.人工生态环境。人工生态环境是以人类为优势种群，并按照人类自己的意志对某一选定地域进行改造以大幅度提高其生产力和消费水平的生态环境。该环境生产与消费平衡的维持需要相关的其它生态系统大量的物质资源、信息资源的投入，它的运行处于超负荷状态。因此，人工生态环境的稳定性与自我调控能力低于自然生态环境，它的平衡与稳定是脆弱的。

（二）城市生态环境

城市生态环境是由城市城区及其郊区的自然生态系统、经济生态系统和社会生态系统三部分构成：

1.自然生态系统是人类生存的基本物质环境；

2.经济生态系统是城市生态环境中生产力的主要体现；

3.社会生态系统体现了城市生态系统中消费层面。

二、城市轨道交通对城市自然生态系统的影响

城市轨道交通是一种存在已久的公共交通方式。近几十年来，在我国曾一度受到冷落。实践证明，在高新技术迅速发展、人们环保意识迅速提高的今天，城市轨道交通以全新的面貌成为都市交通圈中公共交通骨干系统，是促进城市可持续发展的21世纪的“绿色交通”系统。城市轨道交通系统由城市（郊区）铁路、地下铁路、轻轨铁路组成。其中轻轨铁路又含多种类型:轻轨电车、自动导轨电车、单轨电车、磁悬浮列车等。

1．城市轨道交通系统可节约大量的土地资源。据报道，全欧铁路用地占欧洲总面积的0.03%;而公路用地却占到1.3%，为铁路用地的43.3倍。西欧高速铁路用地只相当于同等运量的公路用地量的40%。由于城市轨道交通与高速铁路相比速度低、编组小、防护距离小，用地率小于高速铁路。

2．城市轨道交通可节约大量的能源。以2020年我国国民经济发展预测值估算，铁路运量每增加1个百分点，将少占用333.4km2的土地资源，同时减少能耗2Mt标准煤。据东日本铁路公司统计，该公司完成了客运总量的30%，却只消耗了总能耗的7%。铁路与其它交通系统的综合能耗比为1：5：7。

图1为几种主要交通工具的单位能源消耗示意图。铁路交通的单位能源消耗量相当于公共汽车单位能耗的57.8%，节约能源42.2%。城市轨道交通由于车体轻、路况好，单位能耗要低于一般铁路。按一般铁路能耗计，由图1可知，城市轨道交通单位能耗比公共汽车节约能耗79千卡，比私用汽车节约509千卡。据此可算出，2000年北京市因地铁完成城市公交客运量的15%（5.58亿人次），可节约燃料油17.63万吨，以现价计折合人民币5亿元左右。

图1：几种主要交通工具的单位能源消耗

3．城市轨道交通缓解了城区大气环境质量的恶化。由于城市轨道交通系统是电力牵引，因此，可以在城市城区实现大气污染物的零排放，有利于城区大气环境质量的改善。虽然轨道交通在城区实现了零排放，但为城区轨道交通提供电力及发电燃料的相关区域却承受着为城市供电带来的环境污染和生态资源的破坏所产生的后果。但由于上述地区一般位于郊区或边远地区，环境容量一般较大，自净能力较强，只要治理防护措施到位，可大大降低对自然生态环境的影响。而且，轨道交通单位能耗仅相当于城市公路公交的57.8%，因此发电站所排放的大气污染物也明显减少。

4．城市轨道交通对市区声环境的影响。城市交通噪声是市区声环境的主要污染源。据调查，大城市交通高峰地带噪声明显超过70dB，有些地带甚至超过80dB。交通噪声已明显干扰了部分居民的工作与生活。由于轨道交通的特点（市中心区在地下、运行速度适中、车流密度低、昼间运行夜间停运等），该系统的运行噪声（Leq）比公路交通干道噪声低5dB～10dB左右。城市轨道交通的高架区段通过噪声敏感区时一般均设声屏障。因此，轨道交通对城区声环境的影响明显低于公路干道交通。

城市轨道交通分流了城市公交客运，一定程度上可以缓解公路公交因客流的快速增长而产生的日益加重的城市声环境污染。

5．城市轨道交通的实施减少了水土流失、涵养补给了城市地下水资源。城市轨道交通地面段路基具有良好的渗水性。而由于轨道交通的建设而少占用的大片土地（>9.8km2～17.9km2

）可用于规划建设轨道交通系统两侧的绿色走廊，（下转第31页）（上接第29页）既美化了环境，改善了城区气候和空气质量，同时蓄留涵养了地下水。若按北京常年平均降水量的1/2补给地下水，则北京市城区每年将有2.94×106m3～5.37×106m3的降水免于水土流失而补给地下水。这对于规划面积为1040km2的城区来说是一笔不少的水资源。而公路的硬表面无渗透性，降水几乎全部形成了地表泾流而造成水资源的流失。从这个意义上来分析，没有渗透性的硬化地面己成为另一种意义上的“荒漠”化，而轨道交通系统则较好地解决了这个问题。

6.城市轨道交通系统可以缓解城区热污染。汽车尾气散热、排放的CO2以及公路硬表面吸放热是造成城市热污染、产生城市热岛效应的主要因素。据研究测试，昆明城市热岛效应最大值为27℃。由于北京市光辐射强度高于昆明，且城区远大于昆明，其热岛效应即热污染则更为严重。2000年，北京市因地铁分流城市公交客运量而节约燃料油减少城区温室效应气体CO2约13.22万吨（吨油CO2排放系数为0.75）。

7.轨道交通减轻了视觉光污染。城市轨道交通轨道路基及两侧绿化带的光漫反射，减轻驾驶员和乘客乘座公共汽车而由公路路面光反射产生的强烈的视觉光污染，改善了工作条件和出行质量。

8.城市轨道交通产生新的环境影响——电磁环境影响。由于城市轨道交通是电力牵引，因此，该系统在运行时会产生电磁脉冲干扰，对线路两侧一定范围内的电磁敏感设施和居民电视的收看产生一定影响。

经研究测试分析，电气化铁道对线路两侧20m以外的电视收看基本无影响，可以保证正常收看。沿线的电磁敏感设施在勘测设计阶段将按国家有关法规、标准进行防护处理而不会受到影响。

城市轨道交通由于电压等级低（为1.5千伏，而电气化铁道为27.5千伏）、电流强度小，产生的电磁干扰信号低于电气化铁道。所以，只要按有关法规对工程进行环境影响评价并实施有效的防护治理措施，城市轨道交通将不会对线路两侧的电磁环境产生明显影响。新晨

三、结语

发达的城市交通体系是大都市不可缺少的基础性设施。城市轨道交通系统严密的组织运行、快速、安全、舒适的特性，尤其是该系统的高效率、低能耗、低污染的综合优势证明城市轨道交通是在国民经济快速发展过程中带来的日趋恶化的交通拥堵和生态环境的破坏影响时而以新面貌出现的“绿色交通”系统。城市轨道交通系统的发展将明显促进城市经济的快速发展和生态环境的改善，实现城市经济效益、社会效益、生态环境效益三者的统一。城市轨道交通系统是城市突发自然灾害及事件应变的应急抢险和城市生态环境运行修复的骨干运输系统。城市轨道交通系统是21世纪建设生态城市、实现城市可持续发展的“绿色交通”系统。

【参考文献】

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1.引言

客运专线大多采用AT供电方式，牵引变压器的一次侧采用220kV，二次侧2×27.5kV（AT）电压，牵引变压器的接线方式为单相接线，接触网的额定电压25kV，短时（5min）最高允许电压29kV，最低工作电压20kV，非正常情况下为19kV；牵引变电所设有两台互为备用的（2×27.5kV）的单相牵引变压器；27.5kV侧的设备采用户内布置方式，母线采用电动隔离开关分段；馈线采用100%备用方式。

由于客运专线列车运行速度快、效率高、牵引负荷大、供电臂中负荷突变率高，因此为了保证高速客运专线牵引供电系统高效、可靠、安全地运行，牵引网需要配置新型保护装置。

2.馈线保护的配置

依据AT供电方式牵引供电系统的牵引网特性，AT所和分区所分别都并联于其中，为了实现继电保护的可靠性、灵敏性、选择性、速动性（简称四性）的要求，馈线保护配置如下：低电压启动过电流保护、I段阻抗保护和自动重合闸保护。

所采用的保护配置原理：

（1）低电压启动过电流保护。用于切除过电流故障，对于不对称的短路故障，由于需要取用故障电流，因此，过电流元件应装设于电源侧，电压元件可由牵引变压器的低压侧取得。如果同时满足电流大于整定值、时限大于动作时限时，继电器就会动作。

（2）I段阻抗保护。也叫距离保护。距离保护是反应故障点至保护安装点之间距离（阻抗），并根据距离远近来确定动作时间的一种保护装置。通过阻抗继电器来完成施加于继电器上的电压Uk和电流Ik的比值测量，根据比值大小来判断故障点的远近，并根据故障点的远近来确定动作时间。通常把这一比值叫着阻抗继电器的测量阻抗，可以表示为Zk=Uk/Ik，其中：Zk为测量阻抗，Uk为测量电压，Ik为测量电流。当短路点至保护安装处近时，测量阻抗小，动作时间短；当短路点距保护安装处远时，测量阻抗大，保护时间长，从而保证了有选择性的切除故障。

I段阻抗保护为瞬时动作，为了保证选择性，保护区不能超出供电线路的长度，也就是只有测量阻抗小于该段线路阻抗时才动作。动作的可靠系数为0.8～0.85。

为实现接触网任何位置发生短路故障时，变电所的出口断路器都能瞬时动作，即实现I段阻抗保护，则需将整定阻抗设为供电线路全长的1.5倍整定。

（3）自动重合闸保护。当断路器跳开后，按需要自动投入的一种自动装置，当控制开关位置与断路器位置不对应时，启动。可以大大提高供电的可靠性，纠正断路器的误跳闸。

3.AT所和分区所的进线保护配置

AT所和分区所两者采用的进线保护配置完全相同。根据AT牵引供电系统中AT所的位置及断路器的设置，为了满足进线保护的四性要求并与馈线保护相配合，AT所进线保护配置如下：失压保护和检有压重合闸保护。

保护配置原理：

（1）失压保护。当接触网停电或由于某种原因使接触网的电压降低过多时，即欠压，一般为0.4UN时，小母线处的断路器会跳开，把AT所和分区所自动从接触网上切除，从而缩小了停电范围。

（2）检有压重合闸。当断路器跳闸后，根据断路器的整定时限检测电压，当检测到的电压达到整定值时，一般为0.85UN，则断路器重合闸。如果电压没有达到这一整定值，则断路器不进行重合闸。

4.AT变压器的保护配置

AT所和分区所的AT变压器采用的保护配置完全相同。根据变压器常出现的故障及AT牵引供电系统中AT所的作用和断路器的设置，并与馈线保护及进线保护相配合，AT所和分区所的变压器保护配置设置如下：差动保护、过电流保护、碰壳保护、瓦斯保护、通风和过热保护。

保护配置原理：

（1）差动保护。能反映变压器内部相间短路故障、高压侧单相接地短路及匝间层间短路故障，差动保护是输入的两端TA电流矢量差，当两端TA电流矢量差达到设定的动作值时启动动作元件。差动保护是保护两端电流互感器之间的故障（即保护范围在输入的两端TA之间的设备上）正常情况流进的电流和流出的电流在保护内大小相等，方向相反，相位相同，两者刚好抵消，差动电流等于零；故障时两端电流向故障点流，在保护内电流叠加，差动电流大于零。驱动保护出口继电器动作，跳开两侧的断路器，使故障设备断开电源。

在变压器励磁涌流中含有大量的2次谐波分量（一般约占基波分量的40%以上），利用差电流中2次谐波所占的比率K2作为制动系数，来鉴别变压器空载合闸时的励磁涌流，只有同时满足K2值小于D（D为2次谐波制动系数）和比率差动其他判据时才允许保护动作。

（2）过电流保护。由电流继电器，时间继电器和信号继电器组成。电流继电器接在电流互感器的二次绕组上，组成测量元件用来判断通过的电流是否超过整定值，时间继电器通过设定延时时限来防止变压器空载合闸时保护的误动作。

正常运行时，过流保护回路的电流继电器和时间继电器的辅助接点都是断开的，当被保护区故障或短路引起电流过大时，电流继电器线圈启动，闭合其辅助接点接通时间继电器的线圈，经过预定的延时，时间继电器的常开接点闭合，接通断路器的分闸线圈回路，断路器的操动机构动作，断路器自动分闸，切除故障线路，同时启动信号继电器，发出断路器跳闸的预告告警信号，提醒工作人员进行维修。

（3）碰壳保护。也叫接地保护。将正常情况下不带电，而在绝缘材料损坏后或其他情况下可能带电的电器金属部分用导线与接地体可靠连接起来的一种保护接线方式。

把所有的一次电缆都穿过窗口TA，正常时TA相当于一个零序，流过不平衡电流，当变压器绕组发生接地或碰壳时，流过的电流是接地电流或碰壳电流，不再是不平衡电流，保护装置会动作，否则不动作。

（4）瓦斯保护。瓦斯保护是变压器的主要保护，它可以反映油箱内的一切故障。包括：油箱内的多相短路、绕组匝间短路、绕组与铁芯或与外壳间的短路、铁芯故障、油面下降或漏油、分接开关接触不良或导线焊接不良等。瓦斯保护动作迅速、灵敏可靠而且结构简单。但是它不能反映油箱外部电路（如引出线上）的故障，所以不能作为保护变压器内部故障的唯一保护装置。另外，瓦斯保护也易在一些外界因素（如地震）的干扰下误动作，对此必须采取相应的措施。

重瓦斯：设有相应开关输入量输入端子，以便通过该装置发送本地及中央信号，保护根据该开关量信号进行判定，动作时，发出跳闸或告警信号。轻瓦斯：设有相应开关输入量输入端子，以便通过该装置发送本地及中央信号，保护根据该开关量信号进行判定，动作时，发出告警信号。

（5）通风和过热保护。设有相应开关输入量输入端子，以便通过该装置发送本地及中央信号，保护根据该开关量信号进行判定，动作时，发出告警信号或启动通风装置。

5.结束语

针对客运专线采用AT牵引供电方式其负荷电流值大、功率因数高及谐波含量相对少的特点，本文提出的保护配置方案理论上是可以保证牵引网各个保护之间的相互配合，同时满足保护的四性要求。为完善AT牵引网的保护配置方案，还需要进行大量仿真和实验验证，并能与其它形式牵引变压器的保护互相配合，以便该保护方案能够应用于工程实践当中。

参考文献

[1]谭秀炳.铁路电力与牵引供电系统几点保护[M].成都：西南交通大学出版社，2007.

[2]谭秀炳，等.交流电气化铁道牵引供电系统[M].西南交通大学出版社，2007.

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一、研究问题的提出

1.内外现状及发展趋势

随着自治区经济发展和区内铁路企业的建设，市场对专业型技能人才也提出了新的、更高层次的要求。在众多工程类课程中，制图课是一门工程技术语言，是一门既有系统理论，又有较强实践性的技术基础课，其主要任务是培养学生具有一定的识图能力、空间想象和思维能力，为后续专业课的学习打下基础。

2.研究目的和意义

基于培养目标、培养规格、培养模式、教学理念的改变，笔者学校以就业为导向，以职业能力为本，在制图课程内容中积极融入职业能力并将内容排序，重新整体设计，以更好地满足于专业的需求。为努力创建国家级职业教育改革发展示范校打下坚实基础。

二、研究方法

1.调查研究

赴北疆铁路、乌鲁木齐铁路局机务段，对机械制图的要求进行调研。

2.学习相关专业知识

我们认识到，进一步熟知各专业特点，了解其总体布置、结构组成、工作原理和传动路线是深入研究的重点。需要花费足够的时间查阅专业课程、请教专业老师、收集相关资料、改变教学理念，强调制图课程结构的整体设计。

3.文献查阅

利用共享资源及网络资源搜索、学习相关专业知识。

三、研究过程

1.总体思路

专业认知（产品、任务或图样）制图分类（机械制图和铁道供电制图）学习单元（制图基础、规定和要求）组织教学（学生主体，教师引导）综合评价（学生模仿和实践能力）修订总结（撰写材料或主题论文）

2.研究进度

第一阶段：根据现有学校的现状，围绕专业技能，做好专业分类的工作。

第二阶段：围绕真实载体，以专业应用为本，确定理论教学的“度”，制定制图分类模块。

第三阶段：制定铁道供电专业、内燃检修专业和电力机车专业的教学目标和实施性大纲，分析专业特点，以易难+单综任务递进，安排教学内容。

第四阶段：注重教师的导向作用，狠抓课堂教学组织，遇到问题及时解决。

第五阶段：学生可仿真性地综合运用相关操作和理论知识来完成考试任务，做到学用结合，摸索新的考试和评价方法。

第六阶段：撰写研究报告、总结材料或主题论文。

3.研究的主要特色

围绕专业技能，重构制图过程教学。教师以专业能力为本，设计一个实际任务项目，组织学生围绕该项目开展学习，使学习任务具体化，学生可仿真性地综合运用各种相关理论和操作知识来完成任务，使教学做到学用结合，直接服务于专业，从而提高学生的综合职业能力。

4.在研究中重点解决的几个问题

（1）重构制图教学内容。本着“突出应用，服务于专业”的教学指导思想，强调制图课程结构的整体性，以典型产品或图样为载体开展学习，缩短制图与专业课的距离，压缩了学时，提高了效率。例如课程设计的任务是给出一个装配体的各零件图及装配示意图，要求学生弄清各零件间的装配、连接关系，根据各零件的结构形状和它们间的装配、连接关系，并安装配图视图表达要求，确定视图表达方案，完成装配图的识读。

（2）对教学方法进行了改革。由学科知识结果的复制传授变成理论适度、专业技能培养的过程传授；由教师讲、学生听变成注重行动导向的教学。遵循“学生为主体、教师为辅助”的原则设计教学活动，以“学”为中心。

案例式教学。其过程就是利用适时的、适度的提问引出案例，组织学生思考、讨论、自我总结，最后教师讲评、总结，最终完成教学的过程。应侧重于引导学生。教师搜集一些铁道供电专业和机车检修专业的典型零件和装配体的图纸，让同学研究原理和装配关系，然后再讲解加工工艺、尺寸标注和表达方法，使学生能看懂图样。

讲练结合式教学。讲课贯彻“少而精”的原则，注意精讲多练，讲练结合，这种将教、学、练融为一体的教学模式特别适合于机械制图课程。课堂上，教师讲清基本概念、基本理论与画图方法之后，就布置学生进行实践训练，这样课堂气氛活跃，目的明确，学生学习积极性高。这种教学方法适合于大部分机械制图的教学内容。

错误提示式教学。传统的讲授法是教师利用教具如挂图、模型等边讲边演示，通过口头语言，向学生传授知识，培养学生能力的方法。错误提示式教学就是教师在讲到同学经常犯的错误时，把以往学生作业中的同类错误展示给学生，并做出提示，如剖视图、标准件的规定画法等。

讨论式教学。在教师的指导下，由全班或小组围绕一个学习问题通过发表各自意见或看法，共同研讨，相互启发，集思广益地进行学习。例如在讲机件表达方法、零部件测绘等内容时，首先分成几个小组，一个小组一个模型，经讨论后，每个小组提出自己的意见并讲出理由，最后教师进行评议，选出最好的表达方法。

（3）对学生评价方法的设计。在考核方式上，应以专业为导向，向多样化方向发展，着重考核传统方法“考不出”的能力，提倡多元化的制图考核评价方法，重视过程综合考核，如闭卷、开卷、现场实操、阶段测验、上交作业、教与学讨论或几种方式综合运用的考核方法。同时，考核评价提供多次考试机会，可分类分项进行考试，变终结性考试为过程性考核。

四、研究成果

1.对传统的制图课程内容重新排序

打破课程自身的系统性和连续性，以专业能力为导向，重构内燃检修专业、电力检修专业和铁道供电专业制图课程内容。如下所示为铁道供电专业制图重新设计的内容。

项目一：电气化铁道供电系统认知

项目二：图形练习

项目三：铁道供电基础构件视图

项目四：铁道供电基础机件的表达方法

项目五：标准件与常用件

项目六：铁道供电装置装配图

项目七：牵引变电所屋内配电装置

项目八：计算机绘图

2.创新之处

围绕铁道供电专业、内燃检修专业和电力检修专业技能，跳过传统机械制图课程在内容上由“点”讲到“线”，讲到“面”，讲到“体”，讲到“通用专业零件图”，讲到“通用专业装配图”的过程；总结出应识读的专业图样或零件，并以此作为教学内容的引入，启发学生去分析去讨论。遇到学生不懂的知识点时，教师再进行有针对性的讲解，重构了制图过程教学，使制图教学更贴近专业和

实际。

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中图分类号:U285文献标识码:A文章编号:1009-2374 (2010)18-0124-03

铁路无线列车调度通信系统是铁路行车指挥系统的重要组成部分,在保障行车安全、提高运输效率方面发挥着重要作用,其通信质量的好坏直接关系到铁路的行车安全。无线列调通信中,由于地形影响,导致机车与车站问的无线信号衰减太大,使机车与车站间无法有效通信,这种区域称为盲区,或弱场区。在无线列调系统工程设计中,应根据实际情况科学合理地选用弱场区覆盖方案,保证良好的场强覆盖,以满足列车调度的高可靠性要求。

一、福厦铁路介绍

福厦铁路作为《中长期铁路网规划》的重点建设项目,是我国铁路“十五”规划“八纵八横”路网主骨架之一,也是我省第一条高速铁路。福厦铁路北起福州,经福清、莆田、泉州、晋江,到达厦门,全长273km。

福厦铁路是福建省第一条城际间快速客货运通道,具有速度快、高密度、大能力、安全、舒适、节省运费等优势,将有效改善沿线地区交通和投资环境,更加充分发挥区域优势、港口优势和开放优势,加快海峡西岸经济区建设。

二、铁路GSM-R系统

铁路GSM-R(GSM for Railway)系统是一种基于目前世界最成熟、最通用的公共无线通信系统GSM平台上的、专门为满足铁路应用而开发的数字式的无线通信系统,针对铁路通信列车调度、列车控制、支持高速列车等特点,为铁路运营提供定制的附加功能的一种经济高效的综合无线通信系统。从集群通信的角度来看,GSM-R是一种数字式的集群系统,能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修组通信等语音通信功能。GSM-R能满足列车运行速度为0～500km/h的无线通信要求,安全性好。GSM-R可作为信号及列控系统的良好传输平台,正在试验中的ETCS欧洲列车控制系统 (也称FZB)和另一种用于160km以下的低成本的列车控制系统 (FFB),都是将GSM-R作为传输平台。

GSM-R中文全称为铁路移动通信系统标准,是一种专门为铁路设计的专业无线数字通信系统,是中国首次从欧洲引进的移动通信铁路专用系统,它除了能提供无线列调、编组调车通信、应急通信、养护维修通信等语音通信功能外,还能够满足列车运行速度每小时500km的无线通信要求。

GSM网络优化解决的主要问题有:信道拥塞率高、呼叫成功率低;越区切换失败率高,掉话严重;通话质量低、有串音;移动台占用话音信道后呼叫释放、出现振铃后无通话、移动台接通后单边通话;设备完好率较低;中继电路的配置与实际话务不相符、电路群的每线话务量差别较大等。

三、场强覆盖方式

一般地说,GSM-R网络的场强覆盖是在沿铁路轨道方向安装定向天线,形成沿路轨大椭圆形小区,但在话务量较大而速度要求较低的编组站内采用扇形小区覆盖,而在人口密度不高的低速路段和轨道交织处一般是无CTCS (ChineseTrain Control System)系统的农村地区采用全向小区覆盖。铁路带状的特点.决定了铁路场强覆盖采用线状覆盖方式。

场强覆盖往往和具体的地理位置分布相关,根据具体的地理环境和基站的实际情况可以进行许多方面调整。改善下行链路的信号覆盖,可以采用提高基站的发射功率、增加天线的挂高、调整天线的水平角或垂直角和安装直放站等措施。一般来说,上述各种方法需综合使用,才能达到满意的覆盖。当某些基站或小区信号强度提高时,还应综合考虑其他问题,尤其是相邻小区的同邻频干扰问题。若上行链路的接收信号不是很好,可以考虑在基站的天线塔上安放塔顶放大器或降低馈线和跳线的损耗,以增强天线的接收信号强度。

四、弱场补强方案

根据GSM-R应用环境的特点,一般地,对于山体阻挡及路堑等弱场强区,可采用增加光纤直放站的解决方案:对于隧道弱场强区,可采用增加光纤直放站、漏缆+天线的解决方案;对于特大桥隧,可采用光纤直放站及漏缆+天线的组合解决方案:对开阔地域,既可采用基站,也可采用无线直放站或光纤直放站的解决方案。目前,对弱场处理的方案较多,既可采用单独方案解决,也可采用组合方案解决。目前解决区间弱场区主要有以下方式:(1)布放中继器及架设漏泄电缆;(2)布放无线中继台设备;(3)布放光直放站设备;(4)感应通信方式“400M+400k”。

(一)布放中继器及架设漏泄电缆方式

场强覆盖系统采用异频双工、半双工方式解决铁路隧道内弱场覆盖的技术是目前最常用的解决方案之一。系统由洞口中继器、洞内中继器、漏泄电缆及其相应配件组成。当隧道长度超过漏泄电缆的最大限制长度时,必须在隧道内设置洞内中继器,以放大漏缆传输信号。因此,组网时根据隧道长度和所用漏泄电缆性能的不同,有中小型隧道和长大隧道两种方案:前者,在隧道口设置洞口中继器,隧道内壁挂漏泄电缆;后者,在隧道口设置洞口中继器,隧道内设置一个或多个洞内中继器,隧道内壁挂漏泄电缆。洞口中继器通过天线接收到来自车站台的信号后,传送到漏泄电缆,完成隧道内的场强覆盖。隧道内的移动台发射的信号波由漏缆和中继器通过天线发送给车站台。本方案场强覆盖效果好,易于控制,技术成熟。但漏泄电缆造价较高,维修困难,只能应用于收发异频的系统。

系统由I型中继器(洞口中继器)、Ⅱ型中继器(洞内中继器)、漏泄电缆及其配件组成。系统采用漏泄电缆外泄信号的方式实现弱场区的覆盖。I型中继器一般设置在离车站较近的地方,以保证车站电台的射频信号电平能够启动I型中继器进入工作状态;射频信号经I型中继器放大之后由漏泄电缆外泄,达到覆盖弱场区的目的;当弱场区长度超过漏泄电缆的最大长度时,必须设置Ⅱ型中继器,以放大漏泄电缆的传输信号。I型中继器通过天线与车站电台传递无线射频信号。当I型中继器接收到来自车站电台的下行信号时,将信号传送到漏泄电缆,经过信号外泄完成弱场区的场强覆盖;弱场区的移动电台发射的电波由漏泄电缆和中继器通过天线发送给车站电台。

由于弱场区地形的不同,中继器、漏缆可以有多种组合方式。(1)I型中继器(1台)+漏缆;(2)I型中继器(1台)+Ⅱ型中继器+漏缆;(3)I型中继器(多台)+Ⅱ型中继器+漏缆。

当弱场区地形比较多变时,比如经过一段山丘或隧道之后,有1km左右的开阔可视地段,接着又是隧道或者山丘,Ⅱ型中继器通过天线发出的射频信号覆盖开阔地段,同时,此射频信号开启下一个I型中继器。这种组合节省漏缆,降低了投资成本。工程中同一个半区间中继器的数量不易过多,最多不超过8个。

漏泄电缆过长,末端就会出现弱场;漏泄电缆过短,则会增加投资成本。所以,工程设计中应该权衡上下行信号的链路平衡,合理取定漏泄电缆的长度。

漏缆长度理论值计算公式为:

d=(Pt-L1-L2-Δ-ΔL-Vmin-M-S1)/S2(单位:km)

其中:

Pt――发射功率;

Ll――中继器馈线损耗;

L2――机车天线馈线损耗;

Δ――各种接头损耗,A=3dB;

ΔL――避雷器插入损耗,AL=0.3dB;

Vmin――机车最小可用电平(或中继器输入电平);

M――设计储备量,M=6.5dB;

S1――漏缆耦合损耗;

S2――漏缆传输损耗(单位:dB/km)。

(二)布放无线中继台设备方式

系统由一个或多个区间互控中继台配合适当的天线,通过4芯(或2芯)电缆通道与相应车站台构成链状网。区间互控中继台供电可通过4芯电缆中的2芯(或同一2芯电缆通道)由相应的车站台远供,也可由本地供电。每个车站台单方向最多可控制15个互控中继台,最长距离不超过20km。

互控中继台无线信道采用异频单/双工方式。当车站台发起呼叫机车台的下行呼叫时,通过4芯(或2芯)电缆通道将信号传输到其连接的所有区间互控中继台(从距车站台最近的互控中继台起编号为1～n)上,并一起发射呼叫信息;位于互控中继台覆盖范围内的机车台在所接收到的无线信号中选择最强的信号作为接收呼叫,并为应答车站台发起上行呼叫,设其中第1TI(1

(三)布放光直放站设备方式

系统由光直放站近端机(光近端机)、光直放站远端机(光远端机)、光纤和网管设备等组成。光近端机应设置在车站内距离车站电台较近的位置,通过射频耦合器与车站电台进行射频信号传递;通过光纤和光远端机连接;通过RS232、RS422或音频四线接口与网管设备连接。下行方向,车站电台发射的信号经耦合器进入光近端机进行电光转换,通过光纤传送至光远端机,光远端机把接收到的光信号转换为射频信号后通过天线发往移动台;上行方向,光远端机把移动台发射的无线射频信号转换为光信号,通过光纤传送至光近端机,光近端机对信号进行光电转换后,通过耦合器将射频信号馈入车站电台。直放站网管是为监测光纤直放站设备而开发的网管系统,能够提供光近端机、光远端机和模块等的故障报警,以及对直放站的相关参数进行设置。网管终端一般设置在无线检修所或者无线检修工区。

光直放站设备组网比较简单,其方式为:(1)一拖一方式,即一个光近端机连接一个光远端机;(2)一拖多方式,即一个光近端机连接多个光远端机。此时光近端机与光远端机之间可以星型连接,也可以共线连接。

(四)布放感应通信方式“400M+400k”

系统由“400M+400k”感应电台及过相装置构成。组网时设置车站台、机车台和手持台,并在接触网分相处设置过相装置。“400M+400k”感应电台是400MHz频段和400kHz频段合为一体的电台,两频段同时发射、同时接收,按二路话音输出方式工作。如果其中一路话音输出不能满足话音质量指标要求,将自动关闭。400kHz号的传输方式是利用波导感应原理,将400kHz信号感应到电力接触网导线上,利用接触网做波导线传输信号,它在区间内通信覆盖率达100%。在平原地区以及车站的多股道无电区,以400MH频段为主,利用两频段传输之间的互补,形成“400M+400k”的合体电台。

其优点是工程造价比漏缆方式低,适用于多路堑、多隧道的山区电气化铁路,但必须依靠电气化铁路的接触网设备才能进行传输,有一定的局限性。天线不易小型化,产品选择余地小。该方式一直没有大范围使用。

随着无线通信技术的不断发展,将会有更先进的技术用于解决无线列调的弱场区场强覆盖。但是,任何相关技术应用于实际工程时都有优劣之分,不管选择哪种方案解决弱场区问题,都应综合考虑线路地形、技术、经济等具体因素并进行比较,以选用适合工程的最佳解决方案。

参考文献

[1]胡东源.GSM-R/CTCS在中国铁路的应用与发展战略[J].中国铁路,2003,(2).

[2]钱立新.我国铁路机车车辆现代化的关键技术[C].推进铁路新跨越加快经济大发展――中国科协2004年学术年会铁道分会场论文集,2004.

[3]胡晓辉,周兴社,党建武.基于GSM-R/CTCS的列车控制系统形式化描述和建模[J].计算机工程与设计,2006,(1).

篇12

一、电能质量指标

电能质量的定义：导致用户设备故障或不能正常工作的电压、电流或频率偏差。这个定义简单明晰，概括了电能质量问题的成因和后果。随着基于计算机系统的控制设备与电子装置的广泛应用，电力系统中用电负荷结构发生改变，即变频装置、电弧炉炼钢、电气化铁道等非线性、冲击性负荷造成对电能质量的污染与破坏，而电能作为商品，人们会对电能质量提出更高的要求，电能质量已逐渐成为全社会共同关注的问题，有关电能质量的问题已经成为电工领域的前沿性课题，有必要对其相关指标与改善措施作讨论和分析。

电能质量指标是电能质量各个方面的具体描述，不同的指标有不同的定义，参考IEC标准、从电磁现象及相互作用和影响角度考虑给出的引起干扰的基本现象分类如下：

(1)低频传导现象：谐波、间谐波、电压波动、电压与电流不平衡，电压暂降与短时断电，电网频率变化，低频感应电压，交流网络中的直流；(2)低频辐射现象：磁场、电场；(3)高频传导现象：感应连续波电压与电流，单向瞬态、振荡瞬态；(4)高频辐射现象：磁场、电场、电磁场(连续波、瞬态)；(5)静电放电现象。

对于以上电力系统中的电磁现象，稳态现象可以利用幅值、频率、频谱、调制、缺口深度和面积来描述，非稳态现象可利用上升率、幅值、相位移、持续时间、频谱、频率、发生率、能量强度等描述。

保障电能质量既是电力企业的责任，供电企业应保证供给用户的供电质量符合国家标准；同时也是用户(拥有干扰性负荷)应尽的义务，即用户用电不得危害供电；安全用电；对各种电能质量问题应采取有效的措施加以抑制。

电能质量指标国内外大多取95％概率值作为衡量依据，并需指明监测点，这些指标特点也对用电设备性能提出了相应的要求。即电气设备不仅应能在规定的标准值之内正常运行，而且应具备承受短时超标运行的能力。

二、电能质量标准

综合新颁布的电磁兼容国家标准和发达国家的相关标准，中低压电能质量标准分5大类13个指标。

(1)频率偏差：包括在互联电网和孤立电网中的两种；

(2)电压幅值：慢速电压变化(即电压偏差)；快速电压变化(电压波动和闪变)；电压暂降(是由于系统故障或干扰造成用户电压短时间(10ms～lmin)内下降到90％的额定值以下，然后又恢复到正常水平，会使用户的次品率增大或生产停顿)；短时断电(又称电压中断，是由于系统故障跳闸后造成用户电压完全丧失(3min，电压中断使用户生产停顿，甚至混乱)；长时断电；暂时工频过电压；瞬态过电压；

(3)电压不平衡；

(4)电压波形：谐波电压；间谐波电压；(由较大的波动或冲击性非线性负荷引起，如大功率的交一交变频，间谐波的频率不是工频的整数倍，但其危害等同于整数次谐波)。

(5)信号电压(在电力传输线上的高频信号，用于通信和控制)

三、电能质量污染的治理

1、治理的基础性工作

首先要掌握供电网络运行状态，对电能质量开展实时监测，以掌握其动态；第二是分析诊断其变化，即在详细分析电能质量数据的基础上，利用仿真软件对电网结构的固有谐振特性进行计算与分析，排除虚假的谐波干扰；第三是开展系统的合理设计和改造，变电站的设计和投运以及新的电力用户投运之前都要进行谐波源负荷及电能质量要求等方面的技术咨询，线路网络改造和建设也要结合运行负荷的特点和措施，以降低线损，降低设备损失事故，最后才是开展滤波装置或无功补偿装置的研制、调试和现场测试，以了解治理后的效果，并总结经验。

2、SVC装置

近些年来发展起来的SVC装置是一种快速调节无功功率的装置，已成功地用于电力、冶金、采矿和电气化铁道等冲击性负荷的补偿，它可使所需无功功率作随机调整，从而保持在非线性、冲击性负荷连接点的系统电压水平的恒定。

Qi＝QD+QL-Qc(2)

式(2)中Qi、QD、QL、Qc分别为：系统公共连接点的无功功率、负荷所需的无功功率、可调(可控)电抗器吸收的无功功率、电容器补偿装置发出的无功功率，单位均为kvar。

当负荷产生冲击无功QD时，将引起

Qi＝QD+QL+Qc(3)

其中Qc=0，欲保持QC不变，即Qi＝0，则QD＝-QL，即SVC装置中感性无功功率随冲击负荷无功功率作随机调整，此时电压水平能保持恒定不变。SVC由可控支路和固定(或可变)电容器支路并联而成，主要有四种型式：

(1)可控硅阀控制空芯电抗器型(称TCR型)SVC，它用可控硅阀控制线性电抗器实现快速连续的无功功率调节，它具有反应时间快(5～20ms)、运行可靠、无级补偿、分相调节，能平衡有功，适用范围广，价格便宜等优点。TCR装置还能实现分相控制，有较好的抑制不对称负荷的能力，因而在电弧炉系统中采用最广泛，但这种装置采用了先进的电子和光导纤维技术，对维护人员要专门培训提高维护水平。

(2)可控硅阀控制高阻抗变压器型(TCT型)，优点与TCR型差不多，但高阻抗变压器制造复杂，谐波分量也略大一些。由于有油，要求一级防火，只宜布置在一层平面或户外，容量在30Mvar以上时价格较贵，不能得到广泛采用。

(3)可控硅开关控制电容器型(TSC)：分相调节、直接补偿、装置本身不产生谐波，损耗小，但是它是有级调节，综合价格比较高。

(4)自饱和电抗器型(SSR型)：维护较简单，运行可靠，过载能力强，响应速度快，降低闪变效果好，但其噪音大，原材料消耗大，补偿不对称电炉负荷自身产生较大谐波电流，无平衡有功负荷的能力。

3、无源滤波装置

该装置由电容器、电抗器，有时还包括电阻器等无源元件组成，以对某次谐波或其以上次谐波形成低阻抗通路，以达到抑制高次谐波的作用；由于SVC的调节范围要由感性区扩大到容性区，所以滤波器与动态控制的电抗器一起并联，这样既满足无功补偿、改善功率因数，又能消除高次谐波的影响。

4、有源滤波器

虽然无源滤波器具有投资少、效率高、结构简单及维护方便等优点，在现阶段广泛用于配电网中，但由于滤波器特性受系统参数影响大，只能消除特定的几次谐波，而对某些次谐波会产生放大作用，甚至谐振现象等因素，随着电力电子技术的发展，人们将滤波研究方向逐步转向有源滤波器(ActivePowerFliter，缩写为APF)。

APF即利用可控的功率半导体器件向电网注入与谐波源电流幅值相等、相位相反的电流，使电源的总谐波电流为零，达到实时补偿谐波电流的目的。它与无源滤波器相比，有以下特点：

a.不仅能补偿各次谐波，还可抑制闪变，补偿无功，有一机多能的特点，在性价比上较为合理；

b.滤波特性不受系统阻抗等的影响，可消除与系统阻抗发生谐振的危险；