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          四電集成(2)
            時間:2015-08-20  點擊量:   
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          高速鐵路是一個體量巨大,內部結構極其復雜的超大型工程系統,包括橋梁、隧道、路基、軌道、機車車輛以及通信、信號、牽引供電、電力供電、客運服務、調度指揮、防災監控等眾多子系統。按照慣例,通信、信號、牽引供電和電力供電系統稱為站后“四電”工程,其中的高速接觸網技術和列控技術是保證高速列車平穩受流和運行安全的關鍵技術,是高速鐵路技術體系中的核心技術之一。“四電集成”主要是通過原始創新、集成創新和引進消化、吸收、再創新,解決四電系統集成技術方案、關鍵技術及接口技術等難題,提供高速鐵路“四電集成技術” 的平臺搭建。
          鐵四院在高速電氣化系統各個技術領域完成了自主研發,獨立掌握了全系統研發成果,多項主體技術的研究成果處于國內領先、世界先進水平。定型了具有國際先進水平的新一代高速鐵路接觸網SiFCAT350標準體系;在高速電氣化、電力設計技術和大型建筑物的智能化設計領域,實現了既有線雙列重聯雙弓250km/h運營,客貨共線簡鏈雙列重聯雙弓250km/h運營及試驗294.2km/h的紀錄,高速客專雙列重聯雙弓350km/h運營及試驗394.2(416.6)km/h的世界紀錄;實現鐵路電氣化、電力系統無人值班的調度監控系統穩定運行,大空間智能化照明、太陽能系統接入等技術領域的突破。高速電氣化、電力技術及智能設計水平已經達到國內領先、國際一流。下面以武廣客專為例,系統介紹鐵四院接觸網和牽引供電專業的專業優勢及創新成果。
          高速鐵路對牽引供電系統的要求極為嚴格,主要體現在:(1)系統可用性、可靠性及安全性要求高;(2)高速雙弓動態取流性能要求高;(3)牽引網供電電壓質量要求高;(4)列車負載率高、取電時間長;(5)短時集中負荷特征明顯;(6)越區供電能力要求高;(7)準點率要求高。
          基于高速鐵路牽引供電系統特點和難點,鐵四院通過一系列的軟件研發、關鍵技術攻關以及設計手段革新最終確定科學合理的標準體系及技術集成,使牽引供電系統及電力供電設計達到先進、穩定、可靠、經濟的最優化,并結合工程實踐驗證了設計的合理性和準確性。將驗證成功的技術成果和應用說明總結、提煉納入我國的《高速鐵路設計規范》等國家標準和部分國際標準,有關設計方案、圖紙成為其他高速鐵路設計參照的樣板。
          1、建立牽引供電系統全功能計算仿真軟件開發應用集成及仿真設計評估體系,與開通后實測的運營動車組參數、運行工況吻合度高達95%
          首次引進、開發、配套了用于高速鐵路牽引供電系統設計的系列應用軟件,精確計算和系統仿真了牽引供電系統的牽引網供電能力、動車組電氣參數運用實時工況、牽引回流鋼軌大地系統整個電氣回路中三大部分的全功能的關聯計算、集成評估,提前4年完成了武廣高鐵最優化的系統方案的定型設計,為最終保證武廣客專的動車組高速、安全、可靠、經濟地運行供電提供了技術保障。標志著我國350km/h高速牽引供電系統設計和評估過程在頂層目標、設計和施工等層面均能自主準確地完成。

           
          武廣鐵路客專牽引供電電力供電系統獲得鐵道部2010年優秀工程設計一等獎
          2、代表當今世界最高水平的新型高速接觸網的研發和系統創新,成為“中國速度”的國際名片之一,為動車組裝備上貼地飛行的翅膀,核心技術作為標桿在中國高鐵中廣泛應用推廣
          高速動車的高穩定、高安全運行,離不開弓網動態關系和接觸網參數高精確的保證,為滿足350km/h高速雙弓的安全運行,通過動力學仿真研發定型了張力體系為21kN+30kN和23+28.5kN、彈性鏈型懸掛高速接觸網系統,于2009年創造了動車組重聯雙弓運行394.2km/h的世界紀錄,高速弓網動態性能和安全指標通過半年的實車試驗和工程驗收,證明均達到國際領先水平。
          首次提出并應用的強度性能、耐磨性能好的150mm2截面鎂銅合金接觸線、最大結構設計風速50m/s、隧道內49m/s風速和脈動強度、采用極限狀態法計算接觸網系統荷載、試驗段創新完成的工藝預配研究和對比試驗等工藝技術、綜合接地系統中的牽引回流接地技術、新型H型鋼柱、無砟軌道接觸網支柱側面限界、18#道岔無交分定位、41#及以上高速道岔的三線輔助關節式定位、高速6跨電分相關節等多項創造性解決措施與方案,已成為中國高速鐵路工程技術標準。

           
          樂昌到韶關段接觸網

           
          咸寧北站正線18#道岔無交叉式定位方式

           
          輕盈簡潔的H型鋼支柱

           
          鐵四院工程師與外國專家一起現場調試接觸網
          3、研發牽引供變電系統設備方案的關鍵技術并通過工程應用,強健了“動力心臟”,填補了多項 “國際空白”
          首次明確了27.5kV專用電纜的接地方式應采用單點接地,并為加強維修管理的可用性,首次提出應設電纜監測裝置。牽引網故障測距方法創新采用了 “AT中性點吸上電流比”法和電抗法兩種方式,從而達到快速查找故障目的,提高維護管理水平。
          對不同地區牽引變電所采取不同的接線方式,以提高高鐵運營舒適性,減少電能損耗,重點對單相牽引變壓器 27.5kV側主接線型式進行了專題研究和探討,從而使牽引變電所27.5kV接線型式統一化、標準化,同時節省占地面積及工程投資。
          長沙南、廣州南牽引變電所與廣州南220/10kV鐵路電力變電站合建,不僅共用兩路220kV進線電源,而且共用進線設備和所用電源設備,節省了220kV電源投資、設備投資、建設用地和生產房屋,同時牽引變電所和電力變(配)電所的主變壓器可按照各自的運行方式運行,互不影響。

           廣州南牽引變電所220kV電源進線架空轉電纜安裝圖

           
          廣州南牽引變電所牽引變壓器、電力變壓器布置圖

           武廣客運專線李家段牽引變電所一次送電成功

          4、突破性構建了高速鐵路電力供電系統主要技術標準,成為同類工程的示范
          首次提出10kV電力貫通線電纜金屬護層采用線路一端單點直接接地,另一端采用電纜護層電壓限制器的設計方案,有效限制了電纜金屬屏蔽層中的感應電壓;提出經調壓器供電的全電纜貫通線路采用中性點經低電阻接地方式的設計原則,既保證供電安全可靠性,又減少了對通信信號線的電磁干擾。
          通過研究優化了電力電纜與通信信號電纜之間平行間距,突破了電力電纜與通信信號電纜之間最小平行間距0.5m的規定,為路基、橋梁、隧道段綜合電纜槽的設計提供技術支持,節省大量工程投資。
          電力工程技術標準高,供電方案經濟合理,實現了重要的電力線路入地、電力設備進屋、電力供電全過程監控、主要電力設備免維護、變配電所無人值班的要求,技術設備裝備水平達到國際國內一流。武漢站、廣州南站屋頂設置太陽能光伏發電系統,站房照明大量采用綠色節能光源,充分體現了節能降耗的基本國策。

           
          武廣客專沿線10kV配電所氣體絕緣開關柜

           
          沿線箱式變電站

           
          廣州南站站房設計獲鐵道部2012年優秀工程設計一等獎,圖為廣州南站高架候車中央通廊照明

           

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