轨道交通电气工程概论习题答案

轨道交通电气工程概论第一章1、电力工业的主要特点是什么？① 电能的生产、传输、消耗同时完成, 电能不能大量存储；②电力系统的暂态过程非常迅速；③ 除含有直流输电系统的复合电力系统外, 电力系统中的频率是统一的；④电力系统中的事故时有发生,造成供电中断的事故会造成重大损失；⑤电力系统的容量和覆盖的地理X 围越来越大,其特征是：大容量、跨地区和国界、高电压、高度自动化、交直流混合；⑥ 各电力系统的组成要素和运行特点各不相同,它随系统的发展而改变.2、电力系统主要由哪几部份构成,其作用如何？电力系统是由发电厂、变电所、输电线、配电系统与负荷组成的.是由多个发电、输电、变电、配电、用电、控制等子系统构成的电能生产和消费的庞大网络.它的功能是将自然界的一次能源通过发电动力装置〔主要包括锅炉、汽轮机、发机电与电厂辅助生产系统等〕转化成电能,再经输、变电系统与配电系统将电能供应到各负荷中心,通过各种设备再转换成动力、热、光等不同形式的能量,为地区经济和人民生活服务.3、什么是电力系统的一次系统、二次系统？发电厂和变电所的电气设备分为一次设备和二次设备.一次设备〔也称主设备〕是构成电力系统的主体,它是直接生产、输送和分配电能的设备,包括发机电、电力变压器、断路器、隔离开关、电力母线、电力电缆和输电路线等.二次设备是对一次设备进行控制、调节、保护和监测的设备,它包括控制器具、继电保护和自动装置、测量仪表、信号器具等.二次设备通过电压互感器和电流互感器与一次设备取得电的联系.一次设备与其连接的回路称为一次回路.二次设备按照一定的规则连接起来以实现某种技术要求的电气回路称为二次回路. 继电保护和安全自动装置,调度自动化和通信等辅助系统是二次系统.4、火电厂有几类？它们的主要运行特点是什么？请简述其生产流程.用煤、天然气等作为燃料,,只要发电设备正常、燃料充足,就可按其额定装机容量发电；② 火电厂有最小技术出力的限制,负荷太小时可能浮现锅炉燃烧不稳定的现象；③ 火电厂机组起动技术复杂,且需耗费大量的燃料、电能等；④ 火电厂所消耗的燃料和冷却水量相当大.转化为机械能〕；汽轮机带动发机电发电,送电5、核电厂的运行原理是什么？结合日本大地震简述你对核电厂的认识.核电厂主要由反应堆、蒸汽发生器、汽轮机与发机电4 部份组成. 反应堆核心称堆蕊,核燃料U235o 或者Pu235o 放在堆蕊中.堆蕊为中子轰击原子核产生裂变能的中枢,称活性区.反应堆内核裂变所产生的热能使堆蕊温度极高,需用冷却剂加以吸收.冷却剂吸热增温后,经一次回路流到蒸汽发生器,热量传递给二次回路管道中的水,使其变为蒸汽.冷却剂最后用泵抽回反应堆.蒸汽从二次回路进入汽轮机做功,驱动发机电.6、架空输电路线由哪几个主要部份组成,其作用如何？,架设在地面之上.,有足够粗的截面 〔以保持适当的通流密度〕 和较大曲率半径 〔以减小电晕放电〕； 绝缘子串由单个悬式〔或者棒式〕绝缘子串接而成 ,需满足绝缘强度和机械强度的要求.7、变电站〔所〕如何分类的？简述几种典型变电站功能.变电所是联系发电厂和电力用户的中间环节,起电压变换和分配电能作用.,汇集多个电源,连接电力系统的高压和中压, 电压等级 330 kV 以上,负责向区域变电所和中间变电所供电.,使长距离输电路线分段,高压侧以交换潮流为主,起功率交换作用.普通汇集 2~3 路电源, 电压等级 220~330 kV.通过 功率, 降压向当地用户供电,停电将使区域电网解列,110 kV 或者 220 kV--110 kV 或者35 kV. 当该变电所停电时将使该地区的供电中断.：在输电路线的终端 ,直接向电力用户供电 ,高压侧电压普通为110 kV.当全所停电时,只影响该变电所的供电用户.,110 kV 或者 220 kV--27.5 kV 或者 55 kV,用于向 电气化铁路的电力牵引网和电力机车供电,是一种特殊的终端变电所.8、变电所的主要主接线有哪几种形式？有汇流母线和无汇流母线两大类 ,前者包括单母线结线、双母线结线；后者包括单元结线、桥形结线. 9、断路器和隔离开关的主要区别是什么？各有何用途？高压断路器既能切除正常负载,又要能排除短路故障, 同时承担控制和保护双重责任隔离开关不能用来切断负荷电流或者短路电流.隔离开关主要用来将高压配电装置中需要停电的部份与带电部份可靠地隔离 , 以 保证检修工作的安全. ①隔离高压电源,将需检修或者需隔离的电气设备与带电部份可靠地断开,形成明显 断点,确保操作人员和电气设备安全； ②倒闸操作,在双母线接线的配电装置中,可利用隔离开关将设备或者供电线从一组 母线切换到另一组母线；③接通或者断开小电流电路,接或者断开励磁电流不超过 2 A 的空载变压器、电容电流 不超过 5A 的空载路线与互感器和避雷器断路器主要任务是：①在正常情况下开断和关合负载电流,分、合电路；②当电力系统发生故障时,切除故障电路；③配合自动重合闸多次关合或者开断电路.10、电流互感器副边为什么不能开路？电压互感器副边为什么不能短路？隔离开关的作用是①隔离高压电源② 倒闸操作③ 接通或者断开小电流电路；同一个电流互感器的I 是固定的, 由U＝IR 得当副边开路时R 无限大, 电压U 也会无限大,所以当电流互感器开路时容易产生高压电击事；同样的电压互感器里U 是固定的, 由I＝U/R,当电压互感器短路时,会产生大无限大的电流,从而烧毁互感器.第二章1、轨道交通电气化起源于什么年代？世界上第一条真正意义的电气化轨道交通诞生于1879 年.2、电气化铁路运输有何优越性？电气化铁路是以电能作为牵引动力的一种交通运输形式,它具有牵引功率大、能源综合利用率高、劳动生产率高、不污染环境、便于实现自动化控制、能促进沿线地区电力工业发展的特点, 已成为铁路运输现代化的标志.3、电力牵引负荷有何特点？它对电力系统有哪些不利影响？挪移负荷特点影响：电压电流波动剧烈, 电压过低时造成列车启动艰难, 电流波动过大造成保护灵敏度降低.单向负荷特点：不对称,不产生负序分量.直流负荷特点：产生谐波分量.4、什么叫牵引供电系统？它由哪几部份组成？牵引供电系统包括牵引变电所和牵引网两大部份.牵引电力系统：将地方电力系统的电源引入牵引供电系统,通过牵引变压器变压为合适电力机车运行的电压制式, 向电力机车提供连续电能..牵引变电所：由牵引变压器、高压断路器等一次设备和用于监控的二次设备组成,其主要作用是将电力系统送来的三相高压电变换为适合电力机车使用的电能,并降低电力牵引负荷对电力系统的不良影响.牵引网：包括馈电线、接触网、钢轨、回流线、大地回路.馈电线是连接牵引变电所和接触网的电力供给线,多为铜绞线；钢轨在电气化铁路中有三大作用：列车导轨、牵引电流的电气回路、信号系统的信号回路；回流线是连接钢轨和牵引变电所的电连接线,主要为回流提供电气通路.接触网是牵引网的核心,是电气化铁道的主要供电设施,功能是全天候不间断地向电力机车供电.5 、轨道交通有哪些形式,各有什么优缺点？城市轨道交通种类繁多,按用途分城市铁路、市郊铁路、地下铁道、轻轨交通、城市有轨电车、独轨交通、磁悬浮路线、机场联络铁路、新交通系统等.具有节能、省地、运量大、全天候、无污染〔或者少污染〕又安全等特点,属绿色环保交通体系,符合可持续发展的原则,特殊适应于大中城市.优点都差不多, 自行可再发挥.轨道交通包括了地铁、轻轨、空中轨道列车、有轨电车和磁悬浮列车等.,优点：节省土地、减少噪音、减少干扰、节约能源、减少污染特点：〔1〕列车运行使用自动化信号系统〔2〕列车运行使用专用轨道和车站〔3〕列车运行最高时速普通为每小时200 公里〔4〕列车最大编组为 4 节〔5〕轻轨路线单向每小时运量为1~3 万人,运能与轻轨相比较大.它必须有单独的道路；车辆由多节车箱组成,速度与加速都较快；有复杂的信号系统；并需有较高的站台上下客.行驶的道路普通在地面、地下和高架线上.优点：节省土地、减少噪音、减少干扰、节约能源、减少污染.缺点：建造成本高、建设周期长、前期时间长、抗自然灾害能力弱.是一种悬挂式单轨交通系统. 轨道在列车上方, 由钢铁或者水泥立柱支撑在空中. 由于将地面交通移至空中,在无需扩展城市现有公路设施的基础上,可缓解城市交通难题. 由于它设计上的独特性,从而具有造价低、工程快、无污染、占地面积小、可拆卸等优点.它每小时的运输量可达到1 万5 千人次.对于中型城市来说,路面电车是实用廉宜的选择.一公里路面路面电车线所需的投资只是一公里地下铁路的三分一；无需在地下挖掘隧道；相较其他路面交通工具,路面电车更有效减少交通意外的比率；路面电车因为以电力推动关系,车辆不会排放废气,是一种无污染的环保交通工具.缺点：速度慢、噪声大、占用城市街道、舒式度差成本不与公共汽车低,对小型城市来说财政负担颇重；效率比地下铁路低：路面电车的速度普通较地下铁慢,除非路面电车行驶的大部份路段是专用的<主要行驶专用路段的路面电车普通称为轻便铁路>；路面电车每小时可载客约7000 人,但地下铁路每小时载客可达12,000 人.路面电车路轨占用路面,路面交通要为路面电车改道,并让出行车线；需要设置架空电缆.优点总的来说,磁悬浮列车具有高速,低噪音,环保,经济和舒适等特点.缺点：1. 磁悬浮有一大缺点,它的车箱不能变轨,不像轨道列车可以从一条铁轨借助道岔进入另一铁轨.一条轨道只能容纳一列列车往返运行,使用效率越.2. 由于磁悬浮系统是凭借电磁力来进行悬浮,导向和驱动功能的,一旦断电,磁悬浮列车将发生严重的安全事故, 因此断电后磁悬浮的安全保障措施仍然没有得到彻底解决.3. 强磁场对人的健康,生态环境的平衡与电子产品的运行都会产生不良影响.6 、地铁和轻轨有什么区别和联系？__都可以建在地下、地面或者高架上.都选用轨距为1435 毫米的国际标准双轨作低为列车轨道〔增强轨道的稳定性,减少养护和维修的工作量,增大回流断面和减少杂散电流〕.区别：国际标准：A、B、C 三种型号,对应3 米、2.8 米、2.6 米列车宽度.A 型或者B 型列车称地铁,采用5~8 节编组列车；C 型列车称轻轨〔##8 号线除外〕,2~ 4 节编组列车,列车的车型和编组决定了车轴分量和站台长度.我国标准：轴重相对较轻,单方向输送能力在 1 万~3 万人次的轨道交通系统,称轻轨；每小时客运量 3 万~8 万人次的轨道交通系统,称地铁.7 、地铁和轻轨供电系统由哪些部份组成？地铁与轻轨的供电系统分为主变电所、牵引变电系统、变配电系统3 部份.8、请简述磁浮列车的分类与其基本原理.分类：常导吸引型,超导排斥型.原理：磁悬浮列车利用"同名磁极相斥,异名磁极相吸〞的原理,让磁铁具有抗拒地心引力的能力,使车体彻底脱离轨道, 悬浮在距离轨道约 1 厘米处,腾空行驶,创造了近乎"零高度〞空间飞行的奇迹.磁悬浮列车是一种利用磁极吸引力和排斥力的高科技交通工具.简单地说,排斥力使列车悬起来、吸引力让列车开动.吸力悬浮系统：利用机车上的常规电磁铁和导轨上的铁磁轨道相互吸引,把列车吸上来,悬空运行斥力悬浮系统原理:利用电磁感应原理,使车轮和钢轨之间产生排斥力,从而将机车悬空运行.常导型也称常导磁吸型, 以德国高速常导磁浮列车transrapid 为代表,它是利用普通直流电磁铁电磁吸力的原理将列车悬起,悬浮的气隙较小,普通为10 毫米摆布. 常导型高速磁悬浮列车的速度可达每小时400~500 公里,适合于城市间的长距离快速运输.而超导型磁悬浮列车也称超导磁斥型, 以日本MAGLEV 为代表.它是利用超导磁体产生的强磁场,列车运行时与布置在地面上的线圈相互作用,产生电动斥力将列车悬起,悬浮气隙较大,普通为100 毫米摆布,速度可达每小时500 公里以上.这两种磁悬浮列车各有优缺点和不同的经济技术指标,德国青睐前者,集中精力研制常导高速磁悬浮技术;而日本则看好后者,全力投入高速超导磁悬浮技术之中9、目前磁悬浮研究重点是什么？你有什么看法？目前对磁悬浮的研究：1.提高运输能力.车辆载客量,列车编组,行车密度.2.降低造价和成本.全线铺设地面绕组.3.降低能耗.直线机电阻力,导轨涡流阻力等电气阻力.悬浮导向耗能4.运输组织模式的研究.点对点,换乘5.安全制动和降低噪声的研究.6.海上运输,垂直发射等.第三章1、什么是高速铁路？高速铁路是指通过改造原有路线,使营运速率达到每小时200 公里以上,或者专门修筑新的"高速新线〞,使营运速率达到每小时250 公里以上的铁路系统. 高速铁路是指通过改造原有路线〔直线化、轨距标准化〕,使营运速率达到每小时200 公里以上,或者专门修筑新的"高速新线〞,使营运速率达到每小时250 公里以上的铁路系统.高速铁路除了在列车在营运达到速度一定标准外,车辆、路轨、操作都需要配合提升.广义的高速铁路包含使用磁悬浮技术的高速轨道运输系统.2、什么是高速铁路技术体系？高速铁路技术体系指由高速铁路的运输组织、列车控制、轨道结构、牵引供电和动车组等技术结合在一起的,为高效、安全、高速完成铁路运输而形成的一套系统集成技术和标准.3、中国高铁的"四纵四横〞的具体内容是什么？四纵：—## —##—## —## ##—##—##四横：##—## ##—## ##—##—## ##—##—##4、世界高速铁路的格局如何？5 、中国在世界高铁格局中的地位如何？中国高速铁路建设规模之巨,速度之快,远非当今世界任何一个国家可比.线路长度, 中国计划修筑的高速铁路〔客运专线〕总长为12000km,目前世界投入运营高速铁路总长惟独6300km 摆布.在高速动车组的需求量、客流量等方面,其他国家同样是难与中国相提并论. 因此, 中国势必成为世界上一个举足轻重的高速铁路大国, 中、日、韩三国为主的亚洲高速铁路必然会成为全球关注的中心.第四章1、牵引负荷的特性有哪些？牵引供电系统的任务是向电力机车〔动车组〕供电.牵引供电系统的负荷特性,主要取决于电力机车的电气特性、铁路线路条件和运输组织方案等因素.1. 电力机车的电气特性2. 列车的负荷特3 . 铁路运输组织方案4 牵引变电所负荷特性5. 客运专线负荷特性2、简述牵引供电系统的组成与其原理？向电力机车供给牵引用电能的系统.主要由牵引变电所和接触网组成.牵引变电所将电力系统通过高压输电线送来的电能加以降压和变流后输送给接触网, 以供给沿路线行驶的电力机车3、牵引供电系统与其他供电系统的区别有哪些？它们的基本功能和作用是一样的,但系统结构、网络拓扑以与一些具体技术和要求又不尽相同.表现在：1.干扰2.通讯结构3.系统功能与容量4.通讯媒介5.可靠性4、牵引网的供电方式有哪几种,分别有什么样的特点？<1>. 直接供电方式<TR>结构简单,投资至少,维护费用低.在负荷电流较大的情况下,钢轨电位高；对弱电系统的电磁干扰较大.<2> BT<吸流变压器>供电方式电磁兼容性能好,对周围环境影响小.接触网中串接吸流变压器,牵引网阻抗增大,供电臂压降增大,牵引变电所的供电距离缩短.<3> 带回流线的直接供电方式<TRNF>相对直接供电方式,钢轨电位和对通信路线的干扰有所改善.钢轨电位降低；牵引网阻抗降低,供电距离增长；对弱电系统的电磁干扰减小.相对BT 方式,结构简单,投资少,维护费用低；牵引网阻抗减小,供电距离增长.<4> AT<自耦变压器>供电方式AT 供电方式接触网结构复杂,供变电设施较多,运营维护难度较大.5、牵引供电系统的特殊问题有哪些？可采取什么样的措施解决？1〕两相供电时,为求得对电力系统的平衡,变电所采取换相连接,导致27.5 kV 侧接触网电分相浮现.高速和重载运输要求机车受电弓平滑连续受流, 电分相由于机械、电气的弱点,成为速度和牵引力损失的主要原因,最薄弱环节之一.自动过分相装置是解决问题的方法之一,但因电压高、转换动作频繁,使其准确性和可靠度在应用中受到严峻挑战.该技术国内还在研究, 国外存在技术缺陷. 〔2〕高速、重载运输都需要大容量供电,为满足国家标准中电力系统对电气化铁道以负序为突出的电能质量限制指标,原有两相供电方式所使用的补偿技术已无法适应.〔3〕我国高铁可能是高、中速混跑模式,除负序外,无功和谐波仍然存在, 电能质量不能改善,面临高价电费.速度和牵引力损失使高中速列车的速差进一步拉大, 影响整体运能.6、什么是电分相,为什么要采取电分相？换相联接后各供电区段需要用分相绝缘器分隔,称电分相.牵引供电系统电分相环节是制约列车运行速度的瓶颈之一.7、自动过分相有哪几种形式,各有何优缺点？地面开关自动切换方案：性能指标最高,没有供电死区,速度损失最小,与路线条件无关, 日本,法国有成功经验,是未来最有发展前途的技术方案.柱上断电方案：通过分相时,容易因为电感存在产生谐振过电压. 国外铁路以交直交机车为主,过电压现象并不严重,其成功经验我国目前以直流机车为主的现实, 借鉴意义不大.并且,这种方案仍然是对器件式电分相的改良,结构复杂,能够基本解决受电弓的拉弧问题,但是不能彻底解决硬点的问题,这明显与高速铁路发展的总体趋势相悖.车载自动断电过分相方案：相对以上两种具有投资较少,设备可靠性高,检修维护简单,合用速度X 围广的突出优点,是目前最适合我国国情和铁路现实的一种自动过分相方案.8、什么是牵引变电所电气主结线图,并简述其工作过程.AT 牵引变电所主接线AT 牵引供电系统采用的是2×25kV 电压供电, 由正馈线、负馈线和钢轨形成电能的通路,供电能力强,每一个供电臂的供电距离可以达到约50km,合用于高速、重载电气化铁路.供电臂沿线通常每隔10km 设置一座AT 站.AT 牵引变电所普通采用三相-二相变压器,如SCOTT、伍德桥、十字交叉、当量平衡、阻抗匹配等接线的变压器, 由于负荷重,变压器容量较大.除了牵引侧的电压等级,这种牵引变电所总的来说,在主接线上无过多特殊之处.9、什么是同相供电系统？有何优缺点？定义：路线上不同牵引变电所供电的区段接触网电压相位相同,路线上无电分相环节的牵引供电系统.优点：〔1〕各变电所结构和接线彻底相同,一次系统不存在换相联接,牵引侧供电臂电压相同,取销分相绝缘器,适合高铁运行；变电所结构和接线彻底相同, 便于运行维护.〔2〕由于对称补偿装置作用,可以彻底消除系统不平衡,滤除谐波并补偿无功. 使变化剧烈、含有大量谐波、低功率因数的不对称单相牵引负荷,对电力系统而言相当于一个纯阻性的三相对称负荷.〔3〕最大限度提高变压器容量的利用率,常规系统除单相变压器外,其余在实际中容量都不能得到充分利用.YN,d11 接线,容量利用率只能达到76%.基于YN,d11 接的同相牵引供电系统,可达100%.〔4〕供电的灵便性和可靠性提高,根据要求断开或者闭合分段断路器,实现单边或者多边或者贯通式供电,使牵引网电压损失和功率损失降低.第五章1、接触网的作用是什么？接触网是沿铁路线架设的为电力牵引机车提供电源的特殊供电装置,它的用途是将变电所输出的电能通过接触网的接触导线供给沿线运行的电力机车.2、接触网有什么样的特点？〔1〕环境特性；〔2〕备用特性；〔3〕机电特性；〔4〕负荷特性；〔5〕学科特性3、接触网的基本组成有哪些？〔1〕支柱与基础；〔2〕支持装置；〔3〕定位装置；〔4〕接触悬挂；〔5〕供电辅助设施；接触悬挂：主要包括承力索、吊弦、接触线与连接它们的零件等支持装置：由腕臂、拉杆〔或者压管〕、定位装置等连接件组成,用来悬吊和支持接触悬挂,并将其负荷传递给支柱或者其他建造物.支柱与基础：支柱与基础用以承受接触悬挂和支持装置的全部负荷,并把接触悬挂固定在规定的位置和高度上.4、城市接触网有哪几种类型,分别有什么样的优缺点？接触网分为架空式接触网和第三轨<接触轨, 以下简称三轨> 式接触网.三轨式接触网仅用于地铁与封闭的城市铁路和轻轨,架空式接触网除此还可用于铁路干线、城市地面和工矿机电车电力牵引路线.刚性架空接触网具有结构紧凑、占用净空小、维护方便的特点,广泛应用于城市轨道交通的地下路线,它有"T 型汇流排+接触线〞和"II 型汇流排＋接触线〞两种形式.T 型汇流排需用汇流排线夹夹持接触线,结构较型汇流排复杂,零件多,单位重量重.II 型汇流排结构紧凑,它通过自身弹性夹持接触线,零件较少,应用较多柔性架空接触网具有较好的弹性,广泛应用于干线电气化铁路和城市轨道交。