电气化铁路供电系统

电气化铁路供电系统将电能从电力系统传送到电力机车的电力设备，总称为电气化铁道的供电系统。牵引供电系统主要包括牵引变电所和接触网两部分。一，电气化铁道牵引供电系统设置供电系统表示图图3-53电力牵引系统的组成发电厂(1)发出的电流，经升压变压器(2)提高电压后，由高压输电线(3)送到铁路沿线的牵引变电所(4)。在牵引变电所里把电流变换成所要求的电流或电压后，经馈流线(5)转送到临近区间和站场线路的接触网(6)上供电力机车运用。〔1〕定义牵引变电所是设置于电气化铁路沿线，安装有受电、变电、配电设备的建筑物。1牵引变电所〔2〕义务牵引变电所的义务是将电力系统高压输电线保送来的110千伏〔或220千伏〕的三相交流电，变压为27.5千伏的单相交流电，向其临近区间和所在站场线路的接触网送电，保证可靠而又不延续地向接触网供电。〔3〕设备在牵引变电所里，主要设有主变压器、电压互感器、电流互感器、高压断路器、各种高压隔分开关以及避雷器等电气设备。〔4〕牵引变电所的供电平安a〕电网向牵引变电所供电：我国电气化铁路为国家一级电力负荷。因此，每个牵引变电所都采用两路输电线供电，且两路输电线有各自的杆塔、走线，以保证在一路输电线发生缺点时，牵引变电所供电不致于长时间中断。牵引变电所内还装有各种控制、丈量、监视仪表和继电维护安装等。b)牵引变电所向接触网供电：目前。供电方式有两种，即单边供电和双边供电。在单边供电方式下，接触网在相邻两个牵引变电所之间的中央部位是断开的，将两个牵引变电所之间的接触网分成为两个供电分区，电力机车只从一个牵引变电所取用电能。单边供电的操作和维护都比较简单，缺点范围也比较小，所以我国电气化铁路接触网普遍采用单边供电方式。通常，将接触网、钢轨、回流线构成的线路称为牵引网。接触网和钢轨是牵引网的主体。2牵引网接触网〔图3-54〕是架设在电气化铁路上空，向电力机车供电的一种特殊方式的输电线路，其质量和任务形状直接影响电气化铁路的运输才干。接触网根据其接触悬挂类型，可以分为简单接触悬挂和链形接触悬挂两类。图3-54接触网链形接触悬挂是将接触导线经过吊弦挂在承力索上。简单接触悬挂是将接触导线直接固定在支持安装上的悬挂类型。图3-56简单接触悬挂图3-55链形接触悬挂二牵引供电系统原理概述图1、牵引供电系统表示图●牵引供电系统的主要组成部分：电源进线、牵引变压器、高压开关设备、导线、绝缘子、电压互感器、电流互感器、避雷器、馈出线等。●牵引供电系统主要目的供电电压：27.5kV，2×27.5kV供电频率：50Hz变电所间距：40~50km〔直供方式〕 80~100km〔AT方式〕相数：单相主要的牵引供电方式：直供方式、BT供电方式、AT供电方式等。AT供电方式的优点：供电间隔长、通讯干扰小、供电功率大等。目前常速电气化铁路的供电方式多为直供+回流线的方式，高速和重载电气化铁路多采用AT供电方式对牵引供电系统的根本要求：可靠性：一级负荷、电源为双电源、电源接入电压等级高〔110kV、220kV、330kV〕、两座主变压器、馈出断路器备用。可靠性薄弱环节：接触网系统〔无备用、在运动中列车作用下容易发生缺点〕。弥补措施：必要时实施越区供电〔越区供电时，由于供电才干缺乏，列车无法按正常运转图运转〕。供电才干：满足在不同牵引工况下电能的保送。关键点：牵引供电臂末端电压程度。运转方式的灵敏性：在确保供电的前提下，为设备的检修、运转方式的调整等提供灵敏的操作方式。改动运转方式的动作迅速。完备确实保一次系统运转可靠性的措施。目前牵引供电系统面临的主要问题：谐波问题负序电流问题功率因数问题机车过分相问题接地问题继电维护问题弓网关系问题绝缘配合问题电磁兼容问题谐波问题无论是整流型机车，还是交-直-交机车，都会向供电系统注入谐波电流，前者注入的是低频的谐波电流〔以3、5、7次谐波为主〕，后者注入的是高频的谐波电流〔以15到21次谐波为主〕。谐波电流注入供电系统带来的危害：1、对通讯设备〔系统〕、控制设备〔系统〕的可靠性带来不利要素；2、降低用电设备的运转效率。谐波问题整改措施：在牵引变电所添加滤波器〔单调谐滤波器、高通滤波器〕，存在添加投资的问题。限制：谐波电流问题不断是铁路部门和电力部门之间争论的焦点问题。负序电流问题牵引供电系统的负荷为单相负荷，导致从电力系统三相去用的电能不平衡，从而向电力系统注入负序电流。负序电流的危害：降低用户电能的利用率，引起用户旋转电机转子外表温升过高。整改措施：牵引供电系统采用换相方式接入电力系统，采用新型供电方式。限制：电力部门不断在对牵引供电系统注入电力系统的负序电流进展限制。功率因数问题列车从牵引供电系统取用的电能会随着列车牵引定数、路况〔限坡、弯道〕、运转图、司机操作技术等要素的影响，因此改动列车取用的有功功率和无功功率，导致功率要素发生变化。电力部门要求大工业用户的功率因数到达0.9以上，高出部分奖励、低于该数值将罚款。整改措施：加功率因数补偿安装，困难在于负荷动摇导致功率因数大范围动摇，难以到达理想的补偿效果。交-直-交机车的功率因数根本接近1.0。但我国电气化铁路依然存在大量的交-直机车，所采用的功率因数动态补偿安装由于电力电子技术、器件造价等问题，依然无法大规模运用。机车过分相问题在牵引变电所中，通常是把电力系统的电能由高压降低为牵引供电系统所需求的电压，同时把三相系统转变为两相系统，该两相系统分别向牵引变电所两侧供电，因此，列车在经过某些点时，需求从一相〔如a相〕过渡到另外一相〔如b相〕，在这两相之间需求设置一个绝缘断口，这就是电分相。与之相关的还有电分段，在同相之间设置的绝缘断口。机车在过电分相时，其过程可举例阐明为：受电弓由带电的接触导线〔a相〕滑入中性段，中性段由两台断路器分别衔接到分相两侧的带电部分，在机车进入中性段时，先使中性段带电〔a相〕，当机车接近分相另一侧带电导线〔b相〕时，断开a相电，延时使中性段带b相电，保证机车顺利运动到b相。

机车过电分相时出现的电磁景象：1、中性段〔或机车〕断电时出现过电压景象，其过电压程度有时能到达击穿接触导线绝缘子的数值，出现的电弧有能够烧损接触网吊弦；2、机车重新带电时，出现过电流景象，其过电流程度有能够到达机车正常运转电流的5-7倍，过流有能够损害设备的正常寿命、影响继电维护动作正确性。机车自动过电分相的几种方式：地面控制方式：在机车到达分相前，地面控制系统发出对断路器合闸的命令，使中性段带电，在机车运转到中性段某一位置后，地面控制系统对断路器分闸的命令，并延时发出对另外一台断路器的合闸命令，在机车脱离中性段后，对断路器分出分闸命令。

车上控制方式：任务原理与地面过电分相根本一样，所不同的是检测和控制系统安装在机车上。柱上控制方式：中性段由假设干相互断开的段构成，利用机车运转进入中性段或分开中性段时电流的变化自动合上或分开相应的断路器。机车过电分相的问题在常速电气化铁路中并不突出，缘由之一是列车的速度较低，但在高速电气化铁路中将不容忽视。接地问题接地问题也是随着列车的提速而逐渐涌向出来。高速和重载电气化铁路的主要特点〔与供电系统相关〕有：1、机车取流越来越大，机车的电流在经过整流变压器后进入钢轨和大地，大的取流电流有能够抬升轨道电位，使跨步电压到达危害相关设备和人员平安的程度；

2、供电系统接入电力系统处的短路容量大，这使得牵引供电系统发生短路缺点时的短路电流大大添加，在同样的泄流通道上产生的轨道电位抬升和跨步电压程度将大大提高。3、新型的轨道电路运用要求钢轨对地的阻抗要足够大，这使得轨道对地电压程度难以降低。接地的目的：1、泄流〔雷电流、工频电流〕；2、限制地电位、相关设备电位升高，确保人员、设备平安。接地系统的评价目的：1、接地电阻；2、轨道电位、跨步电压。对接地系统要求的技术目的：欧标规定接触电压和轨道电位値〔EN50122-1〕系统形状接触电压允许値〔V〕轨道电位〔V〕正常运转60120形状下〔t>300s〕正常运转65130形状下〔t=300s〕缺点形状8421684下〔t=100ms〕降低轨道电位的技术措施：降低钢轨走漏电阻；设置横连线，将上下行钢轨充分横向衔接；上下行各架设维护线，在钢轨与维护线间每隔一定间隔做横向衔接；利用接触网支柱根底作接地极；沿线增设综合接地线，与钢轨、维护线充分衔接；利用线路本身、线路旁建筑和构造等自然接地体接地；设几种接地极。降低轨道电位的技术措施实现的困难：1、改动钢轨走漏电阻、设置横连线，将上下行钢轨充分横向衔接、上下行各架设维护线，在钢轨与维护线间每隔一定间隔做横向衔接等技术措施的采取必需思索对轨道信号电路的传输信号间隔的影响；2、降低接地电阻是确保大电流泄流的有效技术措施，但受环境要素影响很大，如土壤电阻率、设置接地网处的地理环境、接地极布置方式、降阻剂对环境的影响及有效期等。实现限制轨道电位和接触电压的有效技术手段是综合接地技术的运用。综合接地技术特点可以归纳为：充分利用各种地形、自然接地体、构造，以到达降低泄流通道电阻的目的。继电维护问题继电维护安装〔系统〕是一种能自动检测缺点特征、完成对缺点的定位并根据一定的规那么把缺点影响限制〔对缺点部分断电〕在一定范围内的自动化安装〔系统〕。继电维护面临的问题：牵引供电系统供电方式的改动；缺点和特征信息的改动；计算方法与电气化铁路变化的更新；在综合自动化系统中的集成等。牵引供电方式的改动：1〕新的牵引变压器接线的运用，使得继电维护任务原理发生变化，这种变化没有运转阅历的支持，必需经过对牵引新型牵引变压器的实验、分析计算逐渐完善对新型牵引变压器电磁关系的认识。2〕新型供电方式的运用，使得原有的供电系统模型发生变化，而这种变化由于影响要素较多，难以经过获得准确的模型拓扑构造和参数，使继电维护的任务参数存在偏向，这需求经过实验、分析计算完善模型。机车类型和负荷特征的变化：1〕整流型机车正常运转是，牵引电流中存在着明显的3、5、7次谐波，而交-直-交机车运转时只存在较高频的谐波，两者负荷特征也存在差别，这需求对机车各种运转工况下的负荷特征进展研讨，以改动原有继电维护区分负荷和短路电流的方法；2〕缺点特征和正常负荷特征的区分方法需求新的计算规那么的支持。高速电气化铁路对综合自动化系统提出了更高的要求：更高的可靠性、纳入综合调度系统。这影响到继电维护系统在综合自动化系统中的集成。在综合自动化系统中，继电维护安装〔系统〕与其它设备交换的信息经过网络完成，调度系统的需求不同，会影响到继电维护安装〔系统〕的通讯接口技术、通讯规约等方面。弓网关系问题接触网系统是无备用系统。机车经过受电弓与接触网滑动衔接，获得电能。机车在运动过程中，存在不同方向的振动，这些振动经过受电弓传送到接触网，接触网随之振动。良好的弓网关系是接触网振动特性和受电弓振动特性一致，两者之间为一各随动系统，使接触网和受电弓坚持良好的接触。问题：1、接触网的振动特性遭到很多要素的影响，如导线的资料、接触网的构造方式等，使得受电弓与接触网之间存在短暂的脱离景象〔离线〕，当受电弓与接触网处于离线形状时，将出现拉弧景象；2、列出运转速度的提高，突出了一些新的问题，如硬点、拉弧电流幅值以及离线率。处理手段：1、改动接触网悬挂方式；2、改动接触网构造及资料；3、优化布置；4、新的检测技术；5、新的施工技术和维护手段。绝缘配合问题高压设备的带电部分与设备外壳、大地之间需求绝缘，不同电压等级、不同相别的高压设备之间也需求绝缘。绝缘配合，就是在一个供电系统中，由于存在众多的绝缘部分，经过对各部分绝缘程度〔耐工频电压、冲击电压才干〕的