高速铁路牵引供电系统

其电能，故电气化铁路是由电力机车和牵引供电系统组成的。所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的三大元件。一、电力机车〔一〕引电动机，牵引电动机通过传动机构使电力机车运行。〔二〕组成局部(包括车体和转向架)、电气局部和空气管路系统构成。机车大局部机械及电气设备都安装在车体内，它也是机车乘务员的工作场所。置。它的上部支持着车体，它的下部轮对与铁路轨道接触。内、车下和司机室内。和管路等组成〔三〕工频(50Hz)电力机车。单相工频电力机车，又可分为交--直传动电力机车和交—直—交传动电力机车。二、牵引变电所110kV〔或55〕kV单相电，然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，电压变化由牵引Yd11V/V接线，单相接线以及三相两相斯科特变压器。牵引变电所还设置有串联和并联的电容补偿装三、牵引供电回路电力牵引供变电系统是指从电力系统承受电能，通过变压，变相后，向电力机车供电的系统。牵引供电回路是由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨、地或回流线构成。另外还有分区亭、开闭所、自耦变压器站等。〔一〕开闭所〔SSP〕“高压配电”双路互投等功能。电的牢靠性和缩小事故的影响范围，一般设开闭所。AT供电方式时，供电臂较〔单线区段〕或同一牵引变电所的不同馈线段〔复线区段〕的两回进线。触网的穿插干扰。〔二〕分区亭〔SP〕为了增加供电的敏捷性，提高运行的牢靠性，在两个牵引变电所的供电区间触网联络起来的作用，这样，当事故发生时，可缩小停电范围和实现越区供电。〔三〕自耦变压器站10-15公里设量与分区亭、开闭所合并，以便于运行治理。〔四〕牵引网机车的送电任务。BT供电方式时，还要有回流线。AT供电供电方式时，还有正馈线和保护线。所引向电气化铁路。变压器指定端子相联。分相绝缘器〔电分相并使机车光滑过渡，主要用在牵引变电所出口处和分区处。分段绝缘器〔电分段：分为纵向电分段和横向电分段，前者用线路接触网连通或断开，以保证供电的牢靠性、敏捷性和缩小停电范围等。也称为供电区。一、电力系统对牵引变电所的供电方式应设置分相电分段而不应并联。牵引变电所设置两台变压器，它要求双电源供电。〔五〕单边供电单边供电是由一个区域变电所给1-2应承受双回路供电。和双边单回供电少。〔六〕双边供电电所的通路。回路供电比单回路供电牢靠性更好。〔七〕环形供电较高。110kV系统给铁备用开关的双边侧供电及环形供电等方式。次系统的供电方式也是多种多样的。二、牵引变电所对接触网的供电方式〔一〕单线区段的单边供电各变电所相互独立，接触网供电分区由牵引变电所从一边供给电能。每个通常在牵引变电所出口两馈线相连的接触网上和分区的接触网上设分相绝缘器。较好的电能质量〔电压，电能损失小，设备〔接触网导线，变压器〕负荷较均匀方式。〔二〕复线区段的单边末端并联供电网供电末端用分区厅中的断路器连接起来，形成单边末端并联供电。承受这种方式。机车由相邻的两个变电所供电，由与分相绝缘器并联的断路器合闸而实现〔通过远动〕进展断路器分合操作。因此，双边供电时，两相邻牵引变电所之间要设置分区亭。复线区段的全并联供电送电成功后，负荷开关自动合闸，又恢复到全并联供电方式。一、接触网对机车的供电方式直接供电方式主要适用于通信线路〔主要是明线〕较少或很易将受扰通信线迁改径路的场合。根本型直接供电方式在法国、英国、原苏联都广泛应用。带回流线的直接供电方式〔又称为负馈线。30%以上。BT供电方式在牵引供电系统中加装吸流变压器-1：1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网，二次〔即吸流变压器-回流线方式，简称吸-回方式轨道中〔即吸流变压器-轨道方式，简称吸-轨方式。变电所。与吸--回方式相比，吸轨方式造价要低得多，对接触网的运行维护也比较列车通过绝缘轨缝的整段时间内，吸流变压器由于副边线路被短路而失去作用。1：1的特别变压器，其特点是要求励磁电流小。吸流变压器的原边串接在接触网上，次边串接在回流线中。间隔约设置一台吸流I1w1，负边电流，匝数为w2，而，I1种含有吸流变压器的励磁电流，励磁电流流经轨道和大地，但数值很小。吸--回方式能迫使由轨道回路和大地返回牵引变电所的机车牵引电流的绝大的接触网——磁感应影响大大的减小。BT方式牵引网构造简单，造价较高，由于吸流变压器串入接触网，使得牵T分段〔火花间隙BT方式的钢轨电位低，抑制通信干扰的效果很好。AT供电方式是一种电力变压器，它并接与接触网、钢轨和正馈线之中。这种方式由接触网、10-15AT110千伏三相55千伏，则钢轨与接触网间的电压正好是自耦变压器两端的电压的一半即千伏。和正馈线(AF)上，其中点抽头与钢轨(R)相接，两半线圈匝数1＝221馈出。TRAFRAT两半线圈是电压相等的，在抱负状况TAF中流过的电流大小相等，方向相反，正馈线如同BT方式中的回流线作用一样，因此可以对通信明线的影响进展有效地防护。BT方式相比，在机车取流一样状况下，从变电所至最靠近机车的AT间，接触网与正馈线上电流只有机车电流的一半，对通信明线干扰将大大减AT间的区段内，机车电流总是由左右两侧接触网AT供电回路中的电流分布是格外简单的。电力机车在任ATAT也要AT的正馈线和钢轨之间的线圈与钢轨——来计算将格外困难，通常都承受电子计算机计算。ATPWAT处，保护线与接500V以下，正常状况下起到避雷线的作用，通过放电器G入地。在钢轨对地泄漏电阻和机车取流较大ATCPW，将钢轨与保护线并接。BTBT分段的缺陷，使供电电压成倍提高，牵引网阻抗小，供电距离长〔%损和能损都小，是一种适于高速、重载等大电流牵引的供电方式。CC供电方式同轴电缆内外导体间的互感系数很大，吸流效果和抑制通信干扰的效果均地段等特别场合承受。日本已在局部电气化区段使用，我国还在争论和试验。牵引变电所一、牵引变电所高压进线的主接线方案〔一〕牵引变电所主接线的要求1、牵引变压器的接线方式不同，对主接线的影响较大。2、在满足牢靠性的状况下，应尽量承受简洁的接线形式，一般一双T接线为主。3T〔几数分钟到几格外钟V0及更高系统逐步形成之状况下，这种接线方式得到了普遍应用。4、对于重要电气化区段，可承受自动投入或双回路主供。5kV侧馈线断路器能承受较高的跳闸次数或有足够的备用。〔二〕单母线分段接线1、单母线分段接线110kV承受此种方式。正常运行时，分段断路器闭合，两母线并列运行，电源回路和同一负荷的馈线应穿插连接在不同的分段母线上，分段断路器既能通过穿越功率，仍照常工作，仅使故障段母线连接的线路停电。单母线分段的接线，广泛用于城市电牵引变电所和110Kv电源进线回路较少的电牵引供电系统。2、单母线带旁路母线接线线接线即可解决这一冲突。〔三〕桥型接线侧有两回进线且需要穿越功率时，承受桥型接线。1、内桥接线中断，所以如需常常操作主变压器的场合，不宜承受内桥接线。2、外桥接线该接线的特点是变压器故障不影响线路，变压器的投入和切除便利，线路用于电力系统中比较重要的系统联络线上。〔四〕T接线双T的各供电线路上连接。双T先承受两回进线都能作为主供的方案。二、牵引变电所的供电方案220kV55kV。V,v接线的牵引变电所，次边两相电压的相别是原边三个或线次边形成大小相等而相位相互垂直的两相电压。从广义的角度上讲，牵引变压A.B.C..负序含量，谐波水公平计算。〔一〕纯单相接线变压器两端都接高压，故对地的绝缘要求一样，故承受全绝缘。荷电流以及地中电流流回变压器。纯单相接线的主要优点是变压器的容量利用率为100%，且变电所的主接线简—大连线全部承受纯单相接线。V,V接线变压器V为60度接线。缘器两端电压也为kV。与纯单相接线的另一个区分时，V,V接线牵引变压器在正常工作时，两台变车将移动变压器运往变电所。线路应用。—安康线路应用。V,V接线变压器V,v接线牵引变压器。这种变V,v接线牵引变压器。一台运行，一台固定备用。三相V,v接线牵引变压器的内部接线类似两台纯单相接线变压器的组合。V,v接线牵引变压器原边接两个线电压〔AB、BC、CA间线电压中的两个。三相V,V接线变压器V,V接线的主要优点，而且完全抑制了单相V,V接线的缺点，最V,VYN,d11接线牵引变电所接线牵引变电所简称三相牵引变电所。三相牵引变电所是我国110kV油浸风冷式变压器，该牵引变压器的接线承受标准联结组，即YN,d11，必要时原边中性点可大电流接地。T〔V01绕组则被称为自由相绕组〔〕内符号表示端子号，大写为原边，小写为次边。接线牵引变压器开放图。画开放图有如下商定：为施工和运行安全起见，统一规定次边绕组的〔c〕端子接钢轨和地；原、次边对应绕组相互平行；原、次边每套〔相〕绕组的同名端放在同一侧；实际上，有了开放图中每套〔相〕绕组的同名端，端字号已不重要，可以只保存次边端子号，甚至不要。需要时，依据每套〔相〕端子号。2〔又称为减极性定向，即在这种定向下，原、次边绕组磁势相互抵消。吸取电能；的电源；单相变压器规格化定向规格化定向应留意：原边绕组电压与实际进线电压相别全都；次边绕组按同名端与原边绕组电压全都；为减极性；通常，完成电压定向后〔先原边，后次边，或者依据需要而相反标次边电流〔负荷，再标原边电流。YN,d11牵引变压器的规格化定向3、绕组电流与负荷端口电流的关系的。UacUbc。IaIcIaIc60度。c-b-a2倍，因此，绕acab在三相绕组中的安排为绕组acabbc、ca、ac中的电流关系为：Ibc、Ica、Iab，如下图，不难看出各相绕组电流极不对称。Ib为Ib=I，Ia=I∟60゜代入上式并联立求解可得：Ibc=3I∟180゜+゜Ica=3I∟60゜゜Iab=1/3∟-60゜上式说明，在两臂负荷电流相等的条件下，有以下两个关系：bc、ca〔又称臂绕组〕的电流大小相等，而非接地又称自由绕组abbcca称为重负荷绕组。的线电流是相电流的倍。4、三相牵变压器的容量利用率IcIN，则变压器的额定容量为：So=√3UNIN还可以写为：Sout=2UNIL其中，IL为供电臂电流。正常状况下，三角形接法的线电流是相电流的√3倍，供电臂电流为线电流Ip，所以，供电臂电流为臂绕组电流的√3倍，即IL=√IL=。所以，当臂绕IN的√3=倍，故当臂绕组电流为额定电流时，变压器的额定输出容量为：So=2UNIL=2×0.655IN=IN变压器额定容量利用率KK=(额定输出容量/额定容量)×100%KIN/√3UNIN)×100%=%%。acab只到达了倍额定电流。缘边对应绕组B到达，是供电臂的电流到达当只有一臂有负载时，供电臂的容许电流还可增大。5、三相牵引变压器的优缺点〔1〕变压器原边承受N网相适应。此变压器造价较低。运用技术成熟，供电安全牢靠性好。缺点：%，84%。大，工程投资大，设备的维护和检修的工作量也相应增大。〔五〕Scott变压器Scott变压器是一种三相-两相平衡变压器，由于它对电力系统所形成的负序电流较小，且变压器的容量利用率高，故在北京-秦皇岛，郑州-武昌等繁忙干线上承受。1、概述三相-两相平衡变压器平衡——对应“0序”，无“0序”称平衡，否则为不平衡。对称——对应“负序”，无负序〔只有正序〕为对称，否则为不对称。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零的。平衡变压器通常是指那种具有变压和换相功能的三相——两相变压器，目的是消退或减弱负序。数学上是三相对称系统与两相对称系统之间的变换。即: A B C0 120ο90ο接线W1BCM座变压器，O，称为T座变压器。两台变压器的次边绕组相等。即图中的两W2U2MU2T，分别向变电所的左右两个臂供电，当两臂负荷电流相等时，原边三相电流相等。台备用。AT方式供电，即两个输出电压分2×电压，并分别接接触网和正馈线。2、电压关系Scott接线变压器原、次边电压关系如下图。设电力系统A、B、C三相电压对称，即线电压UAB、UBC、UCAABCBCUBC为U1MAOTU1T，其值为线U2TU2M90゜。MT座变压器为高变压器。的数值关系可以有下面推导得出。M座变压器的变比K2T座变压器的变比为T=√=K，M故有了：U2T=U1T/KT=√3/2UBC/√3/2KM=UBC/KM=U1M/KM=U2M结论：斯科特变压器可以把三相对称电压变换为两相对称电压。3、电流关系称，先简洁证明如下：由上述分析可知，电压U2TU2M90゜。当两臂功率因数相等时，明显两ITIM90ITIM=-jIT。KCL电流方程及变压器的磁势平衡原理，可列出以下方程式：解上述方程组，求得原边三相电流为：B 和〔1j√3〕2IA、I、IB 三相电流不但数值相゜。三相电流不但数值相゜。等，而且相序互差1204、容量利用率12 3IM=IT12 3I I I IA B C 变压器额定输出容

S 227.5I 量：e e变压器的设计容量：则变压器额定容量利用率SK eSb

100%92.8%优点：流相等。变压器容量能全部利用。缺点：斯科特变压器的制造难度大，绕组须安全绝缘设计，变压器造价高。变电所主接线简单，设备多，投资大，维护及检修工作量大。较差。零序电流流经电力网。2×,即分相绝缘器的两端电压较高，故应适当加强其绝缘。荷电流接近相等的牵引变电所。电牢靠性必需满足高速列车运行的要求。101承受的主要技术标准做一简洁的介绍。1．牵引供电局部牵引供电方式：高速铁路要求接触网受流质过高，分段和分相点数量少。目前各国大多承受自耦变压器供电方式和带回线的直接25kV，如下图。带回线的直接〔RT〕供电而能局部抵消接触网对邻近通信线路的干扰。自耦变压器〔AT〕供电方式带回线的直接〔RT〕供电方式日本、法国承受AT供电方式；德国、意大利和西班牙承受RT供电方式。AT供电方式的优点是：供电质量高,变电所数量少,便于牵引变电所选址和电力部门的协作,牵引变电所间距大、分相点少。因此，便于高速列车运行，防干扰效果2×25kV〔AT〕供电方式。。为了削减对电力系统的影响，高速铁路一般都承受较高的电源电压。日本承受225kV110kV132kV220kV两种电压等级。接触网电压：接触网的电压对电力机车功率发挥及机车运行速度有很，而且直接关系到牵引供电设备技术参数的选定和供电系统的工程投资，各国都格外重视这一技术标准。日本接触网的标准电压为 25kV，最高电压为25kV19kV3kV2kV。我29kV20kV。牵引变压器接线形式：牵引变压器是牵引供电系统中最重要的设备。先承受单相变压器。牵引变电所继电保护和自动掌握装置：日本、法国、德国及西班牙高回路的联动等方面比较先进，系统的安全性和牢靠性也比较高。电力调度和运动系统：日本列车运行指挥中心集列车、车辆、信号、室内。225kV，长期最高电压为，短时〔5min〕最高29kV20kV。接触网承受上、下行同相单边供电，供电臂末端设分区所，在正常状况触网上行或下行单独供电时，应满足最低工作电压要求。二、牵引网供电方式〔h及以上动车组数量和运行范围0～h的高速动车组承受大功率流线型交-直-交动车组。AT供电方式具有适应高电能传输的力量，同时可以降低对接触悬挂载流量供电方式后在供电力量、削减电分相、改善2×25kVAT〔所〕1×25kV带回流线的直接供电方式。AT所分布(SS)(SSP)(SP)-直-交动车组，列车在各种工况下的功率因数较高，牵引网末端电压水平不再承受力量成为限制牵引变电所间距的主要因素。〔北京动车段、魏善庄、豆张庄、华苑、唐官屯、沧州、东光、德州、禹城、济南、27座牵引变电所，在每座牵引变电