电力牵引供电系统

1、第一章第一章 电力牵引供电系统电力牵引供电系统参考教材 曹建猷曹建猷 主编，主编，电气化铁道供电系统电气化铁道供电系统， 中国铁道出版社中国铁道出版社华东交通大学华东交通大学 电气与电子工程学院电气与电子工程学院 程宏波程宏波 要求：掌握要求：掌握 1-1 电力系统术语电力系统术语 电力系统电力系统 Power SystemPower System 生产、输送、分配、消费电能的发电机、生产、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、电力线路、各种用电设备联系在变压器、电力线路、各种用电设备联系在一起组成的统一体。一起组成的统一体。 动力系统与电力系统动力部分：火电站的动力部分：火电站的锅炉、汽轮机

2、锅炉、汽轮机； 水电站的水电站的水库、水轮机水库、水轮机； 热电站的热电站的热力网热力网等。等。动力系统动力系统 （Dynamic System）：）： 电力系统和电力系统和“动力部分动力部分”的总和的总和电力系统单线示意图：电力系统单线示意图：G发电机发电机输电线路输电线路降降 压压变压器变压器发电厂发电厂配电系统配电系统负荷负荷BLB升升 压压变压器变压器F火力发电厂水力发电厂 1-2 电力牵引供电系统制式与基本内容电力牵引供电系统制式与基本内容 1. 电流制与额定电压电流制与额定电压 根据电流形式：根据电流形式： HzHz 25,3216（1）直流制）直流制:主要用于城市轨道交通，额定电

3、压有主要用于城市轨道交通，额定电压有1500V和和750V、3000V或或6000V。（2）交流制）交流制低频单相交流制低频单相交流制:( )目前已不采用，目前已不采用，额定电压额定电压15KV 。工频工频(50HZ)单相交流制单相交流制:主要用于大运量、重载的主要用于大运量、重载的铁路运输，额定电压为铁路运输，额定电压为25kV，广泛采用。，广泛采用。2、电力牵引供电系统主要内容电力牵引供电系统主要内容(一一)电力系统及牵引供电系统概述电力系统及牵引供电系统概述(二二)牵引变电所主变压器的牵引变电所主变压器的结线方式结线方式(三三)供电方式供电方式和供电回路和供电回路(四四)牵引网对通信线路

4、的影响牵引网对通信线路的影响 电力牵引系统电力牵引系统 electric traction system electric traction system ： 1 1、电力牵引供电系统、电力牵引供电系统 electric traction supply systemelectric traction supply system 保证实现电力牵引方式且能够安全可靠的、不间断保证实现电力牵引方式且能够安全可靠的、不间断工作的电力供应系统工作的电力供应系统 （1 1）牵引变电所）牵引变电所 traction substationtraction substation （2 2）牵引网）牵引网 tra

5、ction networktraction network 馈电线馈电线 feeder line feeder line 接触网接触网 overhead contact lineoverhead contact line 钢轨及回流线钢轨及回流线 rail, negative feederrail, negative feeder 2 2、电力机车、电力机车 electric locomotiveelectric locomotive1-3 交流电力牵引系统概述交流电力牵引系统概述G电力系统电力系统( (发电厂）发电厂）输电线输电线牵引变电所牵引变电所电力机车电力机车接触网接触网馈电线馈电线回

6、流线回流线钢轨、地钢轨、地3、电力牵引系统组成原理图、电力牵引系统组成原理图电力牵引系统电力牵引系统1-4直流牵引供电系统概述直流牵引供电系统概述 基本结构基本结构发发电电厂厂升压升压变压器变压器升压升压变压器变压器输电线路输电线路接触网接触网馈线馈线回回流流线线走行轨道走行轨道主降压变电站主降压变电站直流牵引变电所直流牵引变电所发发电电厂厂G电力系统电力系统(发电厂）发电厂）输电线输电线直流牵引变电所直流牵引变电所接触网接触网馈电线馈电线回流线回流线电动车辆电动车辆走行轨走行轨主（降压）变电站主（降压）变电站电力地铁或者表示为：或者表示为： 1-5 电力系统与电力牵引供电系统电力系统与电力牵

7、引供电系统一、构成一、构成1.电力系统电力系统是一个包括发电厂、输电是一个包括发电厂、输电(线线)、变电、配、变电、配电、用电装置的完整工作系统。电、用电装置的完整工作系统。发发电电机机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器输电线路输电线路用户用户发电厂发电厂配电系统配电系统GTMTML接触网接触网馈馈线线2727. .5 5kVkV回回流流线线牵引变电所牵引变电所钢轨钢轨110110kVkV专用高压输电线路专用高压输电线路( (牵引牵引) )供电系统供电系统电电气气化化铁铁道道供供电电系系统统2、电力牵引供电系统的组成部分与作用、电力牵引供电系统的组成部分与作用 （1）牵引变电所）牵引变电

8、所:把电力系统供应的电能变换成适合电把电力系统供应的电能变换成适合电力机车牵引要求的电能。力机车牵引要求的电能。 （2）馈电线）馈电线:连接牵引变电所和接触网的导线。它将牵连接牵引变电所和接触网的导线。它将牵引变电所变换后的电能送到接触网。引变电所变换后的电能送到接触网。 （3）接触网）接触网:是一种悬挂在轨道上方，沿轨道铺设的和是一种悬挂在轨道上方，沿轨道铺设的和铁路钢轨保持一定高度，牵引电能就由接触网进入电动车铁路钢轨保持一定高度，牵引电能就由接触网进入电动车组，从而驱动牵引电动机使列车运行。组，从而驱动牵引电动机使列车运行。 （4）轨道）轨道:在非电牵引情形下只作为列车的导轨。在电在非电

9、牵引情形下只作为列车的导轨。在电力牵引时，轨道除仍具有导轨功能外，还需要完成导通回力牵引时，轨道除仍具有导轨功能外，还需要完成导通回流的任务。因此，电力牵引的轨道，需要具有良好的导电流的任务。因此，电力牵引的轨道，需要具有良好的导电性能。性能。 （5）回流线）回流线: 是连接轨道和牵引变电所的导线。通过回流线把轨是连接轨道和牵引变电所的导线。通过回流线把轨 道中的回路电流导入牵引变电所的主变压器。道中的回路电流导入牵引变电所的主变压器。 牵引网牵引网: 通常将接触网、馈电线、钢轨回路通常将接触网、馈电线、钢轨回路(包括大地包括大地)和回和回 流线称为牵引网。流线称为牵引网。 牵引变电所和牵引网

10、构成牵引变电所和牵引网构成牵引供电系统牵引供电系统 。 专用高压输电线路和牵引供电系统称为专用高压输电线路和牵引供电系统称为电气铁路供电系统电气铁路供电系统 。3、 牵引供电系统的其他供电设备牵引供电系统的其他供电设备（1）、）、开闭所开闭所sub-feeder switching post：指不进行电：指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所。压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所。 位置：位置：设在车站、货场附近、电力机务段、枢纽站等大宗负荷处。设在车站、货场附近、电力机务段、枢纽站等大宗负荷处。 作用：作用：将供电臂分段，事故时缩小事故范围，提高供电的可靠性、将供电臂分段，事故时

11、缩小事故范围，提高供电的可靠性、灵活性；减少变电所的复杂性；不改变电压大小，只扩大馈线回路数，灵活性；减少变电所的复杂性；不改变电压大小，只扩大馈线回路数，相当于配电所。相当于配电所。（2）、）、分区亭分区亭（SP，分区所），分区所）section post：设置于两：设置于两个牵引变电所的中间，可使两相邻的接触网供电区段实现个牵引变电所的中间，可使两相邻的接触网供电区段实现并联或单独工作。并联或单独工作。 位置位置：设在两个牵引变电所中间，增加供电的灵活性、可靠性：设在两个牵引变电所中间，增加供电的灵活性、可靠性 作用作用：分相；越区供电；缩小事故的范围：分相；越区供电；缩小事故的范围（3）

12、、）、自耦变压器站（自耦变压器站（AT所）所）auto transformer post二、牵引变电所一次侧的供电方式二、牵引变电所一次侧的供电方式(1)单边供电：单边供电：电能由一个方向送来电能由一个方向送来1C2C3C1A1B2B2A3A3B110kV35kV(2)两边供电：两边供电：就是牵引变电所的电能由电力系统中就是牵引变电所的电能由电力系统中两个方向的发电厂送来。两个方向的发电厂送来。(3)环形供电：环形供电：若干个发电厂、地方变电所通过高压输电线连若干个发电厂、地方变电所通过高压输电线连接成环形的电力系统，牵引变电所处于环形电力系统的一接成环形的电力系统，牵引变电所处于环形电力系统

13、的一段环路之中。段环路之中。三、牵引供电系统的构成方式三、牵引供电系统的构成方式(1)牵引供电系统向接触网的供电方式牵引供电系统向接触网的供电方式、单线区段、单线区段 一边供电一边供电 两边供电两边供电、双线区段、双线区段 同相一边并联供电同相一边并联供电 同相一边分开供电同相一边分开供电 双边纽结供电双边纽结供电(2)牵引供电系统向电力机车的供电方式牵引供电系统向电力机车的供电方式 直接供电方式直接供电方式(DF) Direct feed 带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式(DN供电方式供电方式) 自耦变压器供电方式自耦变压器供电方式(AT供电方式供电方式) Auto-Transf

14、ormer 吸流变压器供电方式吸流变压器供电方式(BT供电方式供电方式) Booster-Transformer 同轴电力电缆供电方式（同轴电力电缆供电方式（CC） Coaxial cable(3)牵引变电所主变压器的主结线型式牵引变电所主变压器的主结线型式 YN,d11三相接线三相接线广泛应用于广泛应用于DF和和BT方式方式 单相单相V,V接线接线 斯科特斯科特(Scott)广泛应用于广泛应用于AT方式方式 阻抗匹配平衡变压器接线阻抗匹配平衡变压器接线 非阻抗匹配平衡变压器接线非阻抗匹配平衡变压器接线1-6 牵引变电所牵引变电所一、概述一、概述 我国现行的牵引变电所供电方式我国现行的牵引变电

15、所供电方式绝大多数为三相绝大多数为三相-两相制式两相制式。 对于三相对于三相YN,d11或或V,v接线的牵引变电所，次边两接线的牵引变电所，次边两相电压的相别是原边三个相相电压的相别是原边三个相(或线或线)电压三中取二的某种电压三中取二的某种组合；而对于平衡变压器，经变压器的变换，次边形成组合；而对于平衡变压器，经变压器的变换，次边形成大小相等而相位相互垂直的两相电压。大小相等而相位相互垂直的两相电压。 从广义角度上讲，牵引变压器原次边之间除了有电从广义角度上讲，牵引变压器原次边之间除了有电压的变换外，还有电流和阻抗变换，可称为压的变换外，还有电流和阻抗变换，可称为系统变换系统变换。 通过这种

16、变换，可以获得变换到一次侧的牵引变压通过这种变换，可以获得变换到一次侧的牵引变压器、牵引负荷的等值电路模型，或变换到二次侧的电力器、牵引负荷的等值电路模型，或变换到二次侧的电力系统、牵引变压器的等值电路模型。系统、牵引变压器的等值电路模型。 二、三相二、三相YN,d11接线牵引变电所接线牵引变电所 目前在三相牵引变电所中大多采用的是目前在三相牵引变电所中大多采用的是110KV油浸风冷式油浸风冷式变压器，该牵引变压器的接线采用变压器，该牵引变压器的接线采用YN,d11标准联结组。标准联结组。1.原理电路图及展开图原理电路图及展开图a. 原理电路图原理电路图（）（）内符号表示端子号，内符号表示端子

17、号，大写为原边，小写为次边大写为原边，小写为次边其中绕组其中绕组(ax)，(by)为负荷相绕组；为负荷相绕组；绕组绕组(cz)为自由相绕组为自由相绕组b. 展开图展开图 为分析的直观与方便，为分析的直观与方便，更常见使用更常见使用YN,d11接线接线牵引变压器的展开图。牵引变压器的展开图。画展开图有如下约定：画展开图有如下约定： (1)为施工和运行安全起见，为施工和运行安全起见，统一规定次边绕组的统一规定次边绕组的(c)端子接钢轨和地；端子接钢轨和地； (2)原、次边对应绕组相互平行；原、次边对应绕组相互平行； (3)原、次边每相绕组的同名端放在同一侧；原、次边每相绕组的同名端放在同一侧；由此

18、，先画次边，后画原边，可作出展开图。由此，先画次边，后画原边，可作出展开图。 (4)画成画成“ ， ”形式形式如约定次边绕组的如约定次边绕组的(a)端子放在图左边，端子放在图左边，(b)端子放在端子放在图右边，则得展开图图右边，则得展开图(图图1),反之则得展开图反之则得展开图(图图2)图图1 1图图2简单讲就是：简单讲就是： 对于原边：电压对于原边：电压U首端为正尾端为负；电流首端为正尾端为负；电流I首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 对于次边：电压对于次边：电压U首端为正尾端为负；电流首端为正尾端为负；电流I首端流出，尾端流入。首端流出，尾端流入。2.电压、电流相量的电压、电流相量的

19、规格化定向规格化定向 在牵引供电系统分析中，对所有牵引变压器均采用规格化在牵引供电系统分析中，对所有牵引变压器均采用规格化定向。定向。规格化定向的具体含义：规格化定向的具体含义：(1)原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向，即牵引变压器从原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向，即牵引变压器从电力系统吸收电能。电力系统吸收电能。(2)次边绕组电压、电流采用发电机惯例定向，即牵引变压器是次边绕组电压、电流采用发电机惯例定向，即牵引变压器是次边负荷的电源。次边负荷的电源。(3)负荷吸收正功率。负荷吸收正功率。 就某一就某一YN,d11接线牵引变电所而言，规格化定向还应接线牵引变电所而言，规格化定向还应注

20、意以下两条：注意以下两条：(1)原边绕组电压与实际进线电压相别一致；原边绕组电压与实际进线电压相别一致；(2)次边绕组按同名端与原边绕组电压一致；次边绕组按同名端与原边绕组电压一致； 通常，完成电压定向后通常，完成电压定向后(先原边，后次边先原边，后次边)，先标次边先标次边电流，再标原边电流电流，再标原边电流。 这种方法不仅方便于单个变电所的电气分析，也方便这种方法不仅方便于单个变电所的电气分析，也方便多个变电所的相量图和相量分析。多个变电所的相量图和相量分析。下标确定原则：下标确定原则：(1)电流、电压相量的下标表示其实际相别，与绕组端子电流、电压相量的下标表示其实际相别，与绕组端子号无关。

21、号无关。(2)臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致。臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致。AIBICI+AU- -+- -BUCU+- -cIaIbI+- -cU+- -aU+- -bU*Ua*Uc*UbbUa*cUb*aUc*aUc*Ia*Ib36.960*UacbUa*次边电压、电流相量图：次边电压、电流相量图：(以以 为参考相量为参考相量)bcU由图知由图知Ib滞后滞后Ia60度角度角*Ubc(A)(B)(C)(a)(b)(c)*Ia*Ib*31Ib*31Ia*31Ib*32Ia*31Ia*32Ib（1）当只有）当只有Ib流通时，流通时，bc绕组中的电流为绕组中的电流为 ，而

22、而ca与与ab绕组电流为绕组电流为 *32Ib*31Ib（2）当只有）当只有Ia流通时，流通时，ca绕组中的电流为绕组中的电流为 ，而而ca与与ab绕组电流为绕组电流为 *32Ia*31Ia（3）同时流通时，各电）同时流通时，各电流应叠加处理。流应叠加处理。babcbaabbacaIIIIIIIII323131313132(A)(B)(C)(a)(b)(c)*Ia*Ib*31Ib*31Ia*31Ib*32Ia*31Ia*32Ib（3）同时流通时，各绕）同时流通时，各绕组电流应叠加处理。组电流应叠加处理。(A)(B)(C)(a)(b)(c)*Ia*Ib*31Ib*31Ia*31Ib*32Ia*3

23、1Ia*32Ib如如设设变变压压器器变变比比为为k, 则则两两侧侧绕绕组组的的匝匝数数比比k=k/可可以以建建立立一一次次侧侧三三相相电电流流与与牵牵引引侧侧馈馈线线电电流流的的变变换换关关系系式式为：为：*1IcakIA *1IabkIB *1IbckIC *从而得出三相电力系统从而得出三相电力系统的电流不对称的电流不对称给出几个结论：给出几个结论：(当两负荷端口电流大小相等时当两负荷端口电流大小相等时):(1)两负荷相绕组电流相等，等于供电臂负荷电流的两负荷相绕组电流相等，等于供电臂负荷电流的2.65/3；(2)自由相绕组电流是两负荷相绕组电流的自由相绕组电流是两负荷相绕组电流的1/2.6

24、5，即即0.378倍，倍，等于供电臂负荷电流的等于供电臂负荷电流的1/3。(3)两负荷相绕组称为重负荷相绕组两负荷相绕组称为重负荷相绕组(又称臂绕组或接地相绕组又称臂绕组或接地相绕组)，自由相绕组称为轻负荷相绕组自由相绕组称为轻负荷相绕组(又称非接地相绕组又称非接地相绕组)。 YN,d11变压器额定利用率变压器额定利用率 变压器额定利用率变压器额定利用率K定义为：定义为： K=(额定输出容量额定输出容量/额定容量额定容量) * 100% 以归算到负荷端口的等值电路模型为例，以归算到负荷端口的等值电路模型为例，K=75.6% 三、单相牵引变电所三、单相牵引变电所 单相牵引变电所单相牵引变电所纯单

25、相纯单相牵引变电所牵引变电所V,v接线接线牵引变电所牵引变电所 牵引变电所装设两台单相牵引变电所装设两台单相结线牵引变压器，作结线牵引变压器，作V,v接线。接线。 V,v接线牵引变压器接线牵引变压器原边原边接入电力系统的接入电力系统的两个线电压两个线电压。 次边次边各有一端分别接到牵各有一端分别接到牵引侧的两相母线上，各有另引侧的两相母线上，各有另一端与轨道及接地网连接。一端与轨道及接地网连接。1.原、次边电流关系原、次边电流关系bcTBCCbcabTBCABBabTABAbcTBCabTABIKIIIIKIIIIKIIIKIIKI1)(1)(1112. 额定利用率额定利用率当当Iab=Ibc

26、=Ie时，时，额定输出容量：额定输出容量： S=IabUe+IbcUe=2UeIe额定容量：额定容量： S=2UeIe所以，所以，K=100%3. 跨相供电跨相供电 当一台变压器因故停电时，另一台变压器当一台变压器因故停电时，另一台变压器必须跨相供电，即兼供左右两边供电分区的必须跨相供电，即兼供左右两边供电分区的牵引网。牵引网。四、三相四、三相-两相牵引变电所两相牵引变电所1. 概述：概述： 这种牵引变电所中变压器为这种牵引变电所中变压器为三相三相两相平衡变压器两相平衡变压器。 在电力系统中对称和平衡是有区别的：在电力系统中对称和平衡是有区别的： 平衡平衡 “0序序”，即无，即无“0序分量序分

27、量”称为平衡，否则为不称为平衡，否则为不平衡平衡 对称对称 “负序负序”，即无，即无“负序分量负序分量”称为对称，否则为不称为对称，否则为不对称对称 而电气化铁道牵引负荷通过特定接线的牵引变压器不会而电气化铁道牵引负荷通过特定接线的牵引变压器不会在电力系统中产生在电力系统中产生“0序分量序分量”，但通常都会造成负序分量。，但通常都会造成负序分量。因此，从三相系统看，牵引负荷是平衡而不对称的。因此，从三相系统看，牵引负荷是平衡而不对称的。 也正因为这个特点，电气化铁道正常运行时不考虑也正因为这个特点，电气化铁道正常运行时不考虑“0序序”，只，只考虑负序考虑负序，又把对称变压器称为平衡变压器，目的

28、，又把对称变压器称为平衡变压器，目的都是消除或削弱负序。都是消除或削弱负序。由两台单相变压器构成。由两台单相变压器构成。变压器的原边绕组联成倒变压器的原边绕组联成倒T形接入三相电力系统，副边绕组联形接入三相电力系统，副边绕组联成相位差为成相位差为90的的V形，公共端接地和钢轨，两个开口端分别形，公共端接地和钢轨，两个开口端分别接入接触网相邻的两区段，相邻两接触网对地电压相位不同，接入接触网相邻的两区段，相邻两接触网对地电压相位不同，故相邻两接触网区段必须用故相邻两接触网区段必须用分相绝缘器断开分相绝缘器断开。2. Scott变压器结线变压器结线牵引变电所牵引变电所(1)原、次边电压关系及变比关

29、系原、次边电压关系及变比关系(M)座变压器座变压器的绕组原边接入电力系统的绕组原边接入电力系统AB相相(线电压线电压)；(T)座变压器座变压器绕组原边一端接绕组原边一端接(M)座绕座绕组的中点组的中点D，另一端接入，另一端接入C相。相。分析：分析： 以原边相电压以原边相电压 为参为参考相量，则：考相量，则：(T)座原边电压座原边电压 为：为：AU303AABUUCDU12023302315032112021AAAABABABCAADCADACACDCADACDUUUUUUUUUUUUUUU (T)座原边绕组匝数是座原边绕组匝数是(M)座的座的 ，而副边匝数相等，而副边匝数相等( )。 (M)座

30、变压器变比座变压器变比 (T)座变压器变比座变压器变比: 由于由于(M)与与(T)两变压器原边电压的关系对应于等边三角形底边两变压器原边电压的关系对应于等边三角形底边和高的关系，故通常和高的关系，故通常称称M座为底变压器，座为底变压器，T座为高变压器。座为高变压器。232221MKMTKK2323212190239023UKUKUUMABTCD(2)原、次边电流关系原、次边电流关系列写电流和磁势平衡关系式：列写电流和磁势平衡关系式：原边电流：原边电流：若副边两相牵引负荷电流相等时，若副边两相牵引负荷电流相等时，且且M、T两供电臂功率因数相等两供电臂功率因数相等时，时， 以以 为参考相量：为参考

31、相量： 列磁势平衡方程：列磁势平衡方程：0CBAIIII900IIII21212112322IIIIIIICCBA 将将 代入得：代入得：0CBAIII21212112322IIIIIIICCBAMKIIII219009032150323032MCMBMAKIIKIIKII结论：结论： 在在M、T两供电臂负荷电流大小相等、功率因数相等的条件下，两供电臂负荷电流大小相等、功率因数相等的条件下，Scott牵引变压器原边三相电流大小相等，相位互差牵引变压器原边三相电流大小相等，相位互差120，即，即原边原边三相电流对称三相电流对称。(3) Scott变压器容量利用率变压器容量利用率 达到额定输出时，

32、即达到额定输出时，即 ，此时，此时 变压器额定输出容量：变压器额定输出容量： 变压设计容量：变压设计容量： eIIIeMCBAIKIII32eeUIUIUIS2eMMeABMeMeABCDBABAABCCDbUIKUKIUKIKIUUIUIUIUS)321 () 123(32) 123(3232)(2121%8 .92%1003212%100beMSSK (4)Scott结线结线变压器的优缺点变压器的优缺点: 优点优点: 当当M座和座和T座两供电臂电流相等座两供电臂电流相等,且功率因且功率因数相同时数相同时,原边三相电流对称原边三相电流对称; 变压器容量基本能够全部利用变压器容量基本能够全部利

33、用; 可利用逆可利用逆Scott结线结线变压器产生三相对称变压器产生三相对称电压供牵引变电所的自用电电压供牵引变电所的自用电; Scott结线结线变压器的优缺点变压器的优缺点: 缺点缺点: Scott结线结线变压器制造难度大变压器制造难度大,绕组需按全绝缘绕组需按全绝缘设计设计,变压器造价较高变压器造价较高; 变电所主接线复杂变电所主接线复杂,设备较多设备较多,工程投资较大工程投资较大,日日常的维护、检修工作量及费用都相应增加；常的维护、检修工作量及费用都相应增加； Scott结线结线两馈线之间的电压为两馈线之间的电压为38.9KV,即分相即分相绝缘器两端的电压较高绝缘器两端的电压较高,故应适

34、当加强其绝缘故应适当加强其绝缘; Scott结线结线变压器的中性点难以引出变压器的中性点难以引出,且无三角且无三角形绕组回路形绕组回路,电压波形较差电压波形较差;1-7、牵引变电所的高压电器设备一、高压电器一、高压电器 （1）定义：在高压系统中，用来对电路进行开、合操作，切除和隔离事故）定义：在高压系统中，用来对电路进行开、合操作，切除和隔离事故区域，并对运行情况监视、保护及数值测量的量测设备的总称。区域，并对运行情况监视、保护及数值测量的量测设备的总称。 （2）分类（按用途分）分类（按用途分） 开关电器：用来关合和开断电路的电器，包括有断路器（开关电器：用来关合和开断电路的电器，包括有断路器

35、（QF）；隔离）；隔离开关（开关（QS）；熔断器（）；熔断器（FU）；负荷开关（）；负荷开关（FW）。）。 限制电器：用来限制电路中的电压电流的电器，包括电抗器（限制电器：用来限制电路中的电压电流的电器，包括电抗器（L）；）；避雷器（避雷器（F）。）。 变换电器：用来变换电路中的电压电流使之便于检测的电器，包括电变换电器：用来变换电路中的电压电流使之便于检测的电器，包括电流互感器（流互感器（TA）；电压互感器（）；电压互感器（TV）。）。 组合电器：将上述某几种电器，按一定的线路装配成一个整体的电器组合电器：将上述某几种电器，按一定的线路装配成一个整体的电器组合，像组合，像GIS等。等。 （3

36、）对高压电器的要求）对高压电器的要求 首先应该可靠地在规定的工作电压和工作电流下工作即具有足够的绝缘首先应该可靠地在规定的工作电压和工作电流下工作即具有足够的绝缘强度和载流能力；强度和载流能力； 对于用来切断载流电路的开关设备，应具有足够的熄灭电弧的能力；对于用来切断载流电路的开关设备，应具有足够的熄灭电弧的能力； 对于电路运行状态进行监视、测量的电器元件（如对于电路运行状态进行监视、测量的电器元件（如TA、TV）应该有足）应该有足够的精确度；够的精确度； 对电路运行状态进行保护用的对电路运行状态进行保护用的TA、TV除了满足精度还有在高电压和大除了满足精度还有在高电压和大电流作用下不至于饱和

37、。电流作用下不至于饱和。 最后，所有的高压电器应满足运行可靠、工作灵活的要求。最后，所有的高压电器应满足运行可靠、工作灵活的要求。 （4）常见的高压电器图形及文字符号常见的高压电器图形及文字符号一、高压断路器（一、高压断路器（QF） 1、作用：用来在电路正常工作和发生故障（短路）时关、作用：用来在电路正常工作和发生故障（短路）时关合和开断电路（隔断大电流）。合和开断电路（隔断大电流）。 2、分类（根据灭弧介质）：油断路器（多油、分类（根据灭弧介质）：油断路器（多油 、少油断少油断路器路器 ）、）、六氟化硫断路器六氟化硫断路器 、空气断路器、空气断路器、真空断路器真空断路器 3、断路器的构造：开

38、断元件、支撑绝缘件、传动元件、断路器的构造：开断元件、支撑绝缘件、传动元件、操作机构和基座五个部分。操作机构和基座五个部分。 4. 4. 对高压断路器的基本要求对高压断路器的基本要求绝缘应安全可靠；有足够的动稳定性和热稳定性；绝缘应安全可靠；有足够的动稳定性和热稳定性；有足够的开断能力；有足够的开断能力； 动作速度快，熄弧时间短。动作速度快，熄弧时间短。 5、断路器型号、断路器型号二、隔离开关二、隔离开关:一种没有没有灭弧装置的开关电器一种没有没有灭弧装置的开关电器。1、作用：、作用： 隔离电压：隔离电压：隔离开关断开后在电路中可以造成一明显可见的断开点，建立可靠隔离开关断开后在电路中可以造成

39、一明显可见的断开点，建立可靠的绝缘间隙，保证检修人员的安全。的绝缘间隙，保证检修人员的安全。 倒闸操作：倒闸操作：合闸时，先合上隔离开关，后合上断路器；跳闸时，先断开断路器，合闸时，先合上隔离开关，后合上断路器；跳闸时，先断开断路器，后断开隔离开关。后断开隔离开关。 分、合小电流：分、合小电流：可以接通或断开电流较小的回路（如电压互感器、避雷器、空可以接通或断开电流较小的回路（如电压互感器、避雷器、空载母线、励磁电流不超过载母线、励磁电流不超过2A的空载变压器、电容电流不超过的空载变压器、电容电流不超过5A的空载线路的空载线路等）。等）。2、型号表示型号表示： 3、要求：在分闸状态有明显的断口

40、；在合闸状态能、要求：在分闸状态有明显的断口；在合闸状态能可靠的通过正常工作电流和短路故障电流；具有足可靠的通过正常工作电流和短路故障电流；具有足够的短路稳定性；结构应该简单，动作可靠；带有够的短路稳定性；结构应该简单，动作可靠；带有地刀闸的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置。地刀闸的隔离开关应有保证操作顺序的闭锁装置。 4、分类、分类 （1）、按安装地点的不同分为：户内和户外式；）、按安装地点的不同分为：户内和户外式； （2）、按工作相数的不同分为：）、按工作相数的不同分为： 三极联动三极联动 、两极、两极联动、联动、单极联动单极联动三、互感器三、互感器 类型：类型： 1、电流互感器（、电流

41、互感器（TA）（单相、额定电流为）（单相、额定电流为5A）：用来变换电路中）：用来变换电路中的电流，以便供电给测量仪表、继电器或自动装置，并使之与高压电的电流，以便供电给测量仪表、继电器或自动装置，并使之与高压电路隔离。路隔离。 型号型号 2、电压互感器（、电压互感器（TV）（副边）（副边 额定电压额定电压100V）：用来变换电路中）：用来变换电路中的电压，以便供电给测量仪表、继电器或自动装置，并使之与高压电的电压，以便供电给测量仪表、继电器或自动装置，并使之与高压电路隔离。路隔离。 型号型号 3、组合互感器：电流、电压互感器合在一起（可以节省空间本）。、组合互感器：电流、电压互感器合在一起（

42、可以节省空间本）。 4、作用、作用隔离高压电路；准确变换电压和电流；使二次侧标准化。隔离高压电路；准确变换电压和电流；使二次侧标准化。 一、高压熔断器一、高压熔断器u功能：当被保护线路流过短路电流或过负荷电流时，熔体功能：当被保护线路流过短路电流或过负荷电流时，熔体会因自身产生的热量而自行熔断，从而达到切断电路、保护会因自身产生的热量而自行熔断，从而达到切断电路、保护电网和设备的目的。电网和设备的目的。 p高压熔断器的型号高压熔断器的型号四、熔断器四、熔断器1户内式熔断器户内式熔断器 户内式熔断器常用型号有户内式熔断器常用型号有RN1和和RN2两种，两者的外形结构如图所示。其熔管两种，两者的外

43、形结构如图所示。其熔管的内部结构如图所示。的内部结构如图所示。图图5-24 RN1 、RN2型高压熔断器型高压熔断器1瓷熔管瓷熔管 2金属管帽金属管帽 3弹性触座弹性触座4熔断器指示熔断器指示 5接线端子接线端子 6瓷绝缘子瓷绝缘子 7底座底座图图5-25 RN1、RN2型熔断器熔管内部结构图型熔断器熔管内部结构图1金属管帽金属管帽 2瓷管瓷管 3工作熔体工作熔体 4指示熔体指示熔体 5锡球锡球 6石英砂填料石英砂填料 7熔断器指示器熔断器指示器用于保护电力线路和电力用于保护电力线路和电力变压器，熔体为一根或几变压器，熔体为一根或几根并联，额定电流较大。根并联，额定电流较大。用于保护电压互感器

44、，用于保护电压互感器，熔体为单根，额定电流熔体为单根，额定电流较小（较小（0.5A）。）。u特点：灭弧能力很强，灭弧速度很快，能在短路电流未达特点：灭弧能力很强，灭弧速度很快，能在短路电流未达到冲击值以前完全熄灭电弧，属于到冲击值以前完全熄灭电弧，属于“限流限流”式熔断器。式熔断器。2户外式熔断器户外式熔断器 户外跌落式熔断器常用型号有户外跌落式熔断器常用型号有RW4和和RW10两种，两种，u特点：灭弧能力不强，灭弧速度不高，不能在短路电流达特点：灭弧能力不强，灭弧速度不高，不能在短路电流达到冲击值以前熄灭电弧，属于到冲击值以前熄灭电弧，属于“非限流非限流”式熔断器。式熔断器。图图5-26 R

45、W4型高压跌落式熔断器型高压跌落式熔断器1上接线端子上接线端子 2上静触头上静触头 3上动触头上动触头 4管帽管帽 5操作环操作环 6熔管熔管 7铜熔丝铜熔丝 8下动触头下动触头 9下静触头下静触头 10下接线端子下接线端子 11绝缘瓷瓶绝缘瓷瓶 12固定安装板固定安装板 二、低压熔断器二、低压熔断器 低压熔断器有低压熔断器有瓷插式瓷插式（RC型）、型）、螺旋式螺旋式（RL型）、无型）、无填料密闭管式（填料密闭管式（RM型）、有填料密闭管式（型）、有填料密闭管式（RT型）等。型）等。 p低压熔断器的型号低压熔断器的型号瓷插式熔断器瓷插式熔断器螺旋式熔断器螺旋式熔断器五、避雷器（五、避雷器（F）

46、 1 1、避雷器的连接避雷器的连接 2 2、作用：避雷器是一种用来限制雷电过电压的、作用：避雷器是一种用来限制雷电过电压的保护电保护电器器，它可防止雷电过电压沿线路侵入变配电所或其它建筑，它可防止雷电过电压沿线路侵入变配电所或其它建筑物内，危害电气设备绝缘。物内，危害电气设备绝缘。 3 3、分类：、分类：角隙角隙、管型管型 、阀型避雷器阀型避雷器、氧化锌避雷器氧化锌避雷器。 1-81-8、牵引变电所的电气主结线、牵引变电所的电气主结线一、电气主结线一、电气主结线 1 1、定义、定义 用规定的设备文字符号和图形代表主变压器、高压电器和设用规定的设备文字符号和图形代表主变压器、高压电器和设备等各种

47、电气元件和连接导线，根据它们的作用和运行操作顺备等各种电气元件和连接导线，根据它们的作用和运行操作顺序，按一定要求连接的单线或三线结线图。序，按一定要求连接的单线或三线结线图。 2 2、电气主结线的基本要求、电气主结线的基本要求 （1 1）首先保证电力牵引负荷，运输用动力、信号负荷安全、可靠供电）首先保证电力牵引负荷，运输用动力、信号负荷安全、可靠供电 的需要和电能质量。的需要和电能质量。 （2 2）具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。）具有必要的运行灵活性，使检修维护安全方便。 （3 3）应有较好的经济性，力求减少投资和运行费用。）应有较好的经济性，力求减少投资和运行费用。 （4 4）

48、应力求结线简洁明了，并有发展和扩建余地。）应力求结线简洁明了，并有发展和扩建余地。二、二、110KV110KV侧电气主结线侧电气主结线1 1、牵引变电所高压输电线的引入方式牵引变电所高压输电线的引入方式 中心牵引变电所；中心牵引变电所； 通过式牵引变电所；通过式牵引变电所； 分接式牵引变电所；分接式牵引变电所；2 2、110KV110KV侧不同类型变电所的电气主接线侧不同类型变电所的电气主接线 （）（）单母线结线（适用于中心牵引变电所）单母线结线（适用于中心牵引变电所） a a、不分段单母线结线不分段单母线结线 b b、单母线分段的电气主结线单母线分段的电气主结线c c、单母线分段带旁路母线的

49、接线单母线分段带旁路母线的接线 （）（）桥形结线桥形结线（适用于通过式牵引变电所）（适用于通过式牵引变电所） （）（）线路分支接线线路分支接线（适用于分接式牵引变电所）（适用于分接式牵引变电所）三、牵引负荷侧（三、牵引负荷侧（27.5KV侧）电气主结线侧）电气主结线 、主变压器、主变压器27.5KV27.5KV侧的主接线侧的主接线（1 1）、）、YN,d11YN,d11主变压器主变压器27.5KV27.5KV侧主接线侧主接线（2 2）、）、单相单相V/VV/V接线主变压器接线主变压器27.5KV27.5KV侧接线侧接线 、主变压器、主变压器27.5KV27.5KV侧馈线的主接线侧馈线的主接线

50、（1 1）、）、每路馈线设有备用断路器的单母线结线。每路馈线设有备用断路器的单母线结线。 （断路器（断路器100%100%备用）备用） （2 2）、）、具有公共备用断路器的结线。具有公共备用断路器的结线。 （断路器（断路器50%50%备用）备用） （3 3）、）、单母线分段带旁路母线的结线。单母线分段带旁路母线的结线。四、交流牵引变电所电气主结线四、交流牵引变电所电气主结线 1 1、牵引变电所典型电气主结线牵引变电所典型电气主结线1 1 2 2、牵引变电所典型电气主结线牵引变电所典型电气主结线2 2 3 3、牵引变电所典型电气主结线牵引变电所典型电气主结线3 3 4 4、牵引变电所典型电气主结

51、线牵引变电所典型电气主结线4 41-91-9、牵引变电所的高压配电装置、牵引变电所的高压配电装置一、基本概念一、基本概念1 1、高压配电装置定义：、高压配电装置定义：按主接线图，由开关设备、保护电器、按主接线图，由开关设备、保护电器、测量电器、母线和必要的辅助设备、辅助电工建筑物组成，测量电器、母线和必要的辅助设备、辅助电工建筑物组成，用以接受和分配电能的装置。用以接受和分配电能的装置。2 2、类型（按设置场所分类）：、类型（按设置场所分类）：屋内（户内）、屋外（户外）。屋内（户内）、屋外（户外）。 屋内（电压等级在屋内（电压等级在35KV35KV以下）；以下）； 屋外（电压等级在屋外（电压等

52、级在35KV35KV以上）；以上）；二、要求：二、要求：满足最小安全净距（单位均为满足最小安全净距（单位均为mmmm）A、B、C、D、E1 1、最小安全净距：、最小安全净距：电气设备之间的最小电气允许距离。电气设备之间的最小电气允许距离。2 2、A值：值：空中不同相的带电部分之间或带电部分与接地部分之空中不同相的带电部分之间或带电部分与接地部分之间在最高工作电压时不被击穿的最小安全净距。间在最高工作电压时不被击穿的最小安全净距。3 3、B-E值：值：在在A值的基础上，考虑到身高、臂长、工具长、检修值的基础上，考虑到身高、臂长、工具长、检修和运输设备的活动范围、气象条件影响等。和运输设备的活动范

53、围、气象条件影响等。三、配电装置表示方法三、配电装置表示方法 平面图平面图按按比例比例画出，用以反映配电装置的结构尺寸、设备内容画出，用以反映配电装置的结构尺寸、设备内容及电气设备的连接关系、布置状况。及电气设备的连接关系、布置状况。 配置图配置图把进出线、断路器、避雷器、变压器等电气设备合理把进出线、断路器、避雷器、变压器等电气设备合理分配于各配电间隔中，并标出导线和电器在各间隔中的轮廓和连接分配于各配电间隔中，并标出导线和电器在各间隔中的轮廓和连接关系，它关系，它不需要按比例不需要按比例绘制。绘制。 断面图断面图表明配电装置所取断面间隔中各设备的相互连接及具表明配电装置所取断面间隔中各设备

54、的相互连接及具体布置的结构图，按体布置的结构图，按比例比例画。画。四、屋内配电装置四、屋内配电装置1、特点：、特点：占地面积小；气候影响小；空气污染小；建筑造价大，不占地面积小；气候影响小；空气污染小；建筑造价大，不便于扩建，建设工期长。便于扩建，建设工期长。2 2、安全净距安全净距3、结构、结构五、屋外配电装置五、屋外配电装置1、特点：特点：造价低；建造工期短；便于扩建；受气候影响大；空气污染；造价低；建造工期短；便于扩建；受气候影响大；空气污染；占地面积大。占地面积大。2 2、安全净距安全净距3 3、型式：、型式： 中型：中型：所有电气设备都安装在同一平面，母线悬挂在较高支架上。所有电气设

55、备都安装在同一平面，母线悬挂在较高支架上。 高型：电气设备和母线分别安装不同高度高型：电气设备和母线分别安装不同高度, ,其中母线最高其中母线最高, ,隔离开关隔离开关居中居中, ,断路器最低。断路器最低。1-101-10、控制方式与控制室、控制方式与控制室一、控制方式一、控制方式 牵引变电所和其他供电装置对高压一次电气设备的控制牵引变电所和其他供电装置对高压一次电气设备的控制操作，按执行地点不同，可以分为：操作，按执行地点不同，可以分为：就地控制就地控制、距离控制距离控制、远动控制远动控制三种方式。三种方式。 1 1、就地控制方式就地控制方式 ：在一次电气设备安装地点进行直接控：在一次电气设

56、备安装地点进行直接控制，断路器等位置信号也在配电间隔上显示。这种方式仅适制，断路器等位置信号也在配电间隔上显示。这种方式仅适用于用于10KV10KV及以下电压的电气设备。及以下电压的电气设备。 2 2、距离控制方式距离控制方式：在主控制室内对变电所的一次电气设：在主控制室内对变电所的一次电气设备集中进行控制，监测仪表和开关位置信号、中央信号以及备集中进行控制，监测仪表和开关位置信号、中央信号以及继电保护装置在主控室的屏台上，便于监视和管理运行。按继电保护装置在主控室的屏台上，便于监视和管理运行。按实现方法不同分为：一对一分别控制方式；集中选控方式。实现方法不同分为：一对一分别控制方式；集中选控

57、方式。目前牵引变电所主要采用这种控制方式。目前牵引变电所主要采用这种控制方式。3 3、远动控制方式远动控制方式：又称为遥控，即在远离变电所的调度端：又称为遥控，即在远离变电所的调度端对变电所的电气设备进行控制。已经实现远动化的供电对变电所的电气设备进行控制。已经实现远动化的供电系统，往往是远动控制与距离控制的方式兼备。系统，往往是远动控制与距离控制的方式兼备。 总之，按有无运行人员值班，变电所则可以分为有人总之，按有无运行人员值班，变电所则可以分为有人值班和无人值班运行两种方式，对于有人值班的变电所，值班和无人值班运行两种方式，对于有人值班的变电所，一般以距离控制方式为主，对于无人值班的变电所

58、或减一般以距离控制方式为主，对于无人值班的变电所或减员变电所一般以遥控方式为主。员变电所一般以遥控方式为主。（二）（二）控制室控制室与与控制屏控制屏 牵引变电所对一次电气设备的控制操作通常采用距离控制方式。控制、牵引变电所对一次电气设备的控制操作通常采用距离控制方式。控制、信号、保护、监测、自动装置等二次电气设备都集中装在主控制室中的相应的控信号、保护、监测、自动装置等二次电气设备都集中装在主控制室中的相应的控制屏上。控制屏按用途的不同可划分为：制屏上。控制屏按用途的不同可划分为：1 1、主控制屏：主控制屏：对一次电路进行距离控制，其盘面上有相应的主结线电压表、电对一次电路进行距离控制，其盘面

59、上有相应的主结线电压表、电流表、控制开关、信号灯、按钮等。流表、控制开关、信号灯、按钮等。2 2、计量屏：计量屏：设有各种监测、记录仪器表计，如功率表、瓦时计等。设有各种监测、记录仪器表计，如功率表、瓦时计等。3 3、中央信号屏：中央信号屏：设有变电所中各种事故和预告信号装置与设备，如事故电笛、设有变电所中各种事故和预告信号装置与设备，如事故电笛、预告警铃、闪光装置等。预告警铃、闪光装置等。4 4、继电保护屏：继电保护屏：设有各种继电保护设备，或由专门的成套保护屏组合而成。设有各种继电保护设备，或由专门的成套保护屏组合而成。5 5、自动化的远动屏：自动化的远动屏：设有自动装置与远动装置设备、表

60、计、信号等。设有自动装置与远动装置设备、表计、信号等。6 6、交、直流自用电屏：交、直流自用电屏：装设有所内交直流自用电系统的控制开关、刀闸、表装设有所内交直流自用电系统的控制开关、刀闸、表计、电器等。计、电器等。 上述屏一般为高上述屏一般为高2360mm2360mm；厚；厚550mm550mm；宽；宽800mm800mm的直立屏。的直立屏。1-111-11、二次电路、二次电路一、二次电路一、二次电路1 1、定义：用来表明二次设备（低电压、弱电流的设备）相互连接的电路。、定义：用来表明二次设备（低电压、弱电流的设备）相互连接的电路。2 2、作用：反映一次设备的工作状态；对一次系统进行量测、控制