变配电设备管理与维护

城市轨道交通专业技能培训教材

变配电设备管理与维护

中铁通轨道运营有限公司

编著

温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司运营分公司

中国铁道出版社有限公司

年北京

2022·

内容简介

本书为城市轨道交通专业技能培训教材系列图书之一全书共分为章内容包括市

“”。5,

域铁路变配电系统概述市域铁路牵引变电系统基础知识市域铁路变配电系统运行维护与

、、、

试验市域铁路变配电系统安全操作与故障处理变配电专业常用仪器仪表使用等方面旨在

、、,

使员工掌握基本安全知识及安全操作技能

。

本书可供城市轨道交通领域管理与维护相关的从业人员以及轨道交通职业院校的师生

,

使用与参考

。

图书在版编目CIP数据

()

变配电设备管理与维护中铁通轨道运营有限公司温州市铁路与轨道交通投资

/,

集团有限公司运营分公司编著北京中国铁道出版社有限公司

—:,

城市轨道交通专业技能培训教.材2022.9

ISBN978-7-113-29040-5

变中温变电所电气设备设备管理技术培训教材

………

变Ⅰ.电①所电气设Ⅱ.备①电力系②统运行技Ⅲ.术①培训教材----

②----Ⅳ.①TM63

中国版本图书馆数据核字第号

CIP(2022)058799

书名:变配电设备管理与维护

作者:中铁通轨道运营有限公司

温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司运营分公司

策划编辑:徐艳黎琳王淳

责任编辑:冯海燕编辑部电话:

(010)51873017

封面设计:尚明龙

责任校对:苗丹

责任印制:樊启鹏

出版发行:中国铁道出版社有限公司北京市西城区右安门西街号

(100054,8)

网址:

印刷:三河市兴达印务有限公司

版次:年月第版年月第次印刷

202291202291

开本:印张:字数:千

787mm×1092mm1/166.25114

书号:

ISBN978-7-113-29040-5

定价:元

32.00

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“城市轨道交通专业技能培训教材”

编委会

主任朱三平

顾问金林张向丰

副主任马向东潘俊武杨迎卯王式磊金韶华

尚利涛闵永超

委员闫瑞鹏程鸿博薛可宠蔡端阳谌述超

尹勇马冬木邱连俊王小乐

《变配电设备管理与维护》编审人员

主编尚利涛蔡端阳

副主编梁辉景雷雷张腾马冬木

参编乔湮文王伟锋张威周一民陈继渊

主审潘俊武

参审闵永超张春旭刘帅刚

我国城市轨道交通发展迅速,截至年月日,全国(不含港澳台)共有

20211231

个城市开通运营城市轨道交通,运营里程达。随着运营里程的快速

509206.8km

增加,城市轨道交通管理与维护人员的需求也不断增大。同时,城市轨道交通设备

设施比较庞杂,且不同城市的轨道交通设备制式、厂家不尽相同,设备管理与维护过

程中修程修制也有较大出入,因此在城市轨道交通设施设备日常管理与维护中,确

立相对统一的管理与维护人员专业技能培训内容至关重要。

为实现企业专业技能培训科学合理化,全面提升技能队伍整体管理与维护水

平,促进作业规范化、标准化,降低设备运行中的故障率,确保安全运行,中铁通轨道

运营有限公司会同温州市铁路与轨道交通投资集团有限公司运营分公司组织相关

人员编制了“城市轨道交通专业技能培训教材”系列图书。本套书共册,本书为

13

套书之一。

本套书从基础知识、运行维护、安全操作、故障判别与处理等方面阐述了城市轨

道交通个专业的管理和维护要求,并且对相关专业管理和维护过程中常见的故

12

障进行原因分析,对高频次故障的预防及处理进行梳理。套书力求在以下方面有所

突破:

一是力求岗位理论知识覆盖全面。教材根据岗位的基础知识和技能要求,内容

覆盖了实际工作中需掌握的专业知识点,将理论内容结合岗位需求针对性讲解。按

照连接性和扩展性要求对知识点进行必要的细化和展开,使相关的技能和知识点连

成线、织成片;注重各专业间有机衔接,补充必需的基础性、辅助性知识和技能,形成

Ⅰ

变配电设备管理与维护

ઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋ

较为完整的知识体系。

二是力求适用性广泛。教材内容以温州线市域(郊)铁路运营实践为主,同

S1

时结合国内其他城市轨道交通设备使用情况和借鉴先进管理经验,保证在行业内具

有较好的适用性。

三是力求指导性突出。作为岗位人才培养的基础教材,在介绍理论知识基础

上,同时介绍岗位工作接口、日常生产任务、生产技能等要求,以适应岗位的工作

要求。

本套书编写过程中汲取了相关市域(郊)铁路管理和维护单位的实践经验,结合

现行国家和行业标准,紧密联系城市轨道交通的工作实际,内容深入浅出,文字力求

通俗易懂。本套书既可作为市域(郊)铁路运营与管理企业员工专业技能培训教材,

也可供轨道交通职业院校的师生以及行业管理人员使用与参考。

本分册为《变配电设备管理与维护》,全书共分为章,内容包括市域铁路变配

5

电系统概述、市域铁路牵引变电系统基础知识、市域铁路变配电系统运行、维护与试

验、市域铁路变配电系统安全操作与故障处理、变配电专业常用仪器仪表使用等方

面,旨在使员工掌握基本安全知识及安全操作技能。

需要说明的是,本书内阐述的主要设备案例及应用场景均来源于温州市域铁路

线。由于城市轨道交通发展日新月异,各个城市使用的设备品牌、工艺、技术等

S1

均有所不同,加之编制人员专业技能与实践经验存在一定局限性,书中难免存在错

漏之处,敬请读者批评指正,以便及时修订和完善。

编者

年月

20227

Ⅱ

第1章市域铁路变配电系统概述…………

1

第2章市域铁路牵引变电系统基础知识…………………

2

牵引变电系统………………………

2.12

环网电力系统基础知识…………

2.210

系统基础知识……………

2.3SCADA12

第3章市域铁路变配电系统运行、维护与试验…………

17

变配电系统运行…………………

3.117

变配电系统维护…………………

3.220

变配电系统试验…………………

3.331

第4章市域铁路变配电系统安全操作与故障处理………

45

变配电专业安全操作规定………

4.145

变配电系统故障处理……………

4.257

第5章变配电专业常用仪器仪表使用……………………

71

万用表的使用……………………

5.171

兆欧表的使用……………………

5.272

接地电阻测试仪的使用…………

5.374

钳形电流表的使用………………

5.475

Ⅰ

变配电设备管理与维护

ઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋ

红外热成像测温仪的使用………

5.577

紫外线成像仪的使用……………

5.687

Ⅱ

轨道交通变配电系统是城市轨道交通的重要组成部分交流牵引供电相比直流牵引供

,

电电压高电能传输能力强系统结构简单具备明显的优势铁路变配电系统按照其功能

、、,。

不同可以分为牵引供电系统和电力供电系统其中牵引供电系统是指向电力机车或者

,。,

动车组进行供电的系统主要由牵引变电所和牵引网构成电力供电系统是为车站及沿线

,;

区间等非牵引负荷进行供电的系统

。

市域铁路供电系统由牵引供电系统和电力环网系统组成进线系统采用单母线带母

。

联接线方式牵引变压器互为备用电力变压器可分列运行电力可采用环网供电方式变

,,。,

压器低压侧引入开关柜进入母线馈出至环网环网进入车站综合变电所再环出至下

,Ⅰ、Ⅱ

一站综合变电所

。

牵引系统可采用直供回流供电方式牵引变压器采用不等边变压器低压侧分

+,Scott,

别引出座进入牵引母线座进入同相供电装置经匹配变压器升压至

M(27.5kV),T(6kV)

后进入牵引母线最后经牵引母线馈出至接触网座与座间电压相位角为

27.5kV,。MT

经过同相装置后座和座的电压相等相位角相同另外同相供电装置还能有效

90°,,MT,。,

过滤牵引负荷产生的谐波以及补偿电客车产生的无功消耗提高系统功率因数及电网电能

,

质量

。

1

2.1牵引变电系统

2.1.1牵引变电系统组成

牵引变电系统是将电能从地方供电系统通过变电所传送给电力机车装置的总称它主

,

要由牵引变电所和接触网两大部分组成市域铁路的供电系统为牵引变电所将地方输电

。

线路电压降到经馈电线将电能送至接触网接触网沿铁路上空架设电力机车升

27.5kV,;,

弓后便可从其取得电能用以牵引列车

,。

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回流连接牵

——————(

引变电所接地网组成的闭合回路其中流通的电流称牵引电流闭合或断开牵引供电回路

),,

会产生强烈的电弧处理不当会造成严重的后果通常将接触网钢轨回路包括大地馈

,。、()、

电线和回流线统称为牵引网

。

2.1.2牵引变电系统供电方式

由于工频单相交流的牵引网是一种不对称供电回路势必在其周围空间产生电

25kV,

磁场从而对邻近的通信和广播设备产生噪声干扰解决这一问题的途径有两个一是在通

,,:

信方面采取加强屏蔽的措施或将受影响的通信设备迁离影响范围二是在供电方面采取

,;

抑制干扰的措施随着牵引网所采取的抑制干扰措施的不同出现了直接供电方式以钢

。,(

轨与大地为回流直供加回流供电方式供电方式供电方式等如图所示

)、、BT、AT,2.1。

直接供电方式

(a)带回流线的直接供电方式

(b)

图

2.1

2

第2章市域铁路牵引变电系统基础知识

ઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋ

供电方式

(c)AT

图牵引变电系统供电方式

2.1

2.1.3牵引变电系统主要设备

牵引变电系统的一次设备由以下部分组成牵引变压器断路器隔离开关电压互感

:、、、

器电流互感器母线避雷器接地装置开关柜同相供电装置等

、、、、、、。

二次设备又称低压设备由测量仪表监视表计控制开关保护装置自动装置继电

,、、、、、

器信号设备及控制信号电缆等组成安装于交流盘直流盘控制盘保护盘计量盘中

、、。、、、、、

央信号盘及室外一些设备上

。

牵引变电所变压器

1.

牵引变压器是牵引变电所内的核心设备担负着将牵引系统供给的三相电源变换成适

,

合电力机车使用的的单相电如图所示由于牵引负荷具有极度不稳定短

27.5kV,2.2。、

路故障多谐波含量大等特点运行环境比一般电力负荷恶劣的多因此要求牵引变压器过

、,,

负荷和抗短路冲击的能力要强这也是牵引变压器区别于一般电力变压器的特点

,。

图牵引变压器

2.2

3

变配电设备管理与维护

ઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋ

断路器

2.

断路器是牵引变电所内最为重要的电气设备之一其工作最为繁重地位最为关键结

,,,

构最为复杂它依靠本身所具有的强大的灭弧能力不但可以带负荷切断各种电气设备和

。,

牵引网线路更可与保护装置配合快速可靠切断各种短路故障

,,、。

牵引变电所目前应用最多的有六氟化硫断路器和真空断路器两种如图图所

,2.3、2.4

示断路器的区别主要在于所用的灭弧介质不同六氟化硫断路器使用六氟化硫气

。,(SF6)

体作为溶温和灭弧介质真空断路器则使用真空作为绝缘和灭弧介质由于灭弧介质不同

,,,

断路器的结构自然有所差别断路器的主要结构为四部分导流部分灭弧部分绝缘部

。:;;

分操作机构部分

;。

图断路器图真空断路器

2.3SF62.4

隔离开关

3.

隔离开关顾名思义就是一种在需要时将电气设备线路与电源隔离开来的开关设备

,、。

具有明显可见的距离足够的断口它不带灭弧装置不能开合负荷电流和短路电流具体

、,,、,

作用如下

:

将需要停电的设备线路与电源可靠隔离以保证检修工作的安全

(1)、,。

改变供电方式如进线互投牵引侧高压母线的分段运行或并联运行等

(2),110kV、。

开合小电流电路如电压互感器避雷器及小容量的空载变压器等

(3)、、。

隔离开关按使用地点不同有户内式和户外式两种其区别在于户外式隔离开关可适

,,

应各种恶劣的气候条件按操作方式不同有电动和手动两种尽管隔离开关的类别多种

;,。

多样但其基本组成和结构都是一样的都由主刀闸支柱绝缘子底座连杆和操作机构等

,,、、、

部分组成如图所示

,2.5。

4

第2章市域铁路牵引变电系统基础知识

ઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋ

图隔离开关

2.5

互感器

4.

牵引变电所内仅有变压器开关等变配电设备是远远不能满足安全可靠高效供电等

、、、

要求的还需要用二次设备将其有效地监控保护起来因此需要一种变换装置将主设备

,、。,

中的电气参数传递给二次设备如仪表继电器等这种将高电压大电流变换成低电压小

,、,、、

电流的设备就是互感器变换电压的设备叫电压互感器图变换电流的设备叫电流互

,(2.6),

感器图互感器的作用如下

(2.7)。:

图电压互感器

2.6

5

变配电设备管理与维护

ઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋ

将高电压大电流变换成低电压小电流以供仪表继电器等二次设备使用

(1)、、,、。

将高电压与低电压可靠地隔离开来以保障二次设备及人身的安全

(2),。

将电压互感器二次输出电压统一规定为电流互感器二次输出电流统一规定

(3)100V,

为便于设备设计和制造的标准化并降低生产成本牵引变电所等级一般为

5A(1A),,,

级

1.5。

图电流互感器

2.7

电压互感器电流互感器的常用接线方式如图图所示

、2.8、2.9。

一台单相电压互感器的接线两台单相电压互感器接线

(a)(b)V-V

三相三柱式电压互感器的接线三相五柱式电压互感器的接线三台单相三绕组电压互感器的接线

(c)(d)(e)

图电压互感器的常用接线方式

2.8

6

第2章市域铁路牵引变电系统基础知识

ઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋ

单相接线形接线差接线

(a)(b)V(c)

形接线形接线零序接线

(d)Y(e)△(f)

图电流互感器的常用接线方式

2.9

避雷器

5.

避雷器是保护电气设备免受雷电过电压危害的设备通常接于带电导线与大地之间

,,

与被保护设备并联当过电压达到规定值时避雷器立即放电限制过电压幅值保护设备

。,,,

绝缘电压值正常后避雷器又迅速恢复原状以保证系统正常供电

;,,。

避雷器主要有碳化硅阀式避雷器和金属氧化物避雷器又称氧化锌避雷器两种类型

()。

氧化锌避雷器又分瓷绝缘外套式和复合外套式如图图所示在保护性能上

,2.10、2.11。,

氧化锌避雷器优于碳化硅阀式避雷器

。

图瓷外套避雷器图复合外套避雷器

2.102.11

接地装置

6.

电气设备装置必须接地的部分与大地作良好连接称为接地埋入地中并直接与大

(),。

7

变配电设备管理与维护

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地接触的金属导体称为接地体接地体为网状时称为接地网电气设备装置的接点与

,;,。()

接地体间的金属连接导线称为接地线接地体或接地网和接地线总称为接地装置

,。()。

按接地的目的电气设备的接地可分为工作接地和保护接地如图所示

,,2.12。

工作接地是为了保证电力系统正常运行所需要的接地如中性点直接接地系统中的变

,

压器中性点接地避雷针避雷器的接地

,、。

保护接地也称安全接地是为了人身安全而设置的接地如电气设备的外壳包括电缆

,,(

护套接地

)。

图保护接地与工作接地

2.12

接地装置的接地电阻越小越好但由于地理条件施工条件的限制接地电阻不可能达

,、,

到无限小因此接地电阻只要不超过允许的最大值即可满足工程的需要

,,。

牵引变电所接地装置的接地电阻一年中任何季节不得超过此值可计入架空避

,0.5Ω,

雷线接地的作用在高土壤电阻率地区做到上述值在技术经济上极不合理时允许提高

。,、,

到但应满足一定的要求

5Ω,。

独立的避雷针宜设独立的接地装置在非高土壤电阻率地区其接地电阻不宜大于

。,

在高土壤电阻率地区做到上述值有困难时允许采用较高的电阻值并可与主接

10Ω。,,,

地网连接但从避雷针与主接地网的地下连接点沿接地体的长度不得小于且避

。,15m,

雷针至保护设施的空气中距离和地中距离还应符合防止避雷针对被保护设备反击的

,

要求

。

母线

7.

在变电所中各级电压配电装置间各种电器之间的连接以及变压器等电气设备与相应

、

配电装置之间的连接大多数采用矩形或圆形截面的裸导线或绞线这些导线或绞线统称

,,

为母线母线的作用是汇总分配和传送电能

。、。

8

第2章市域铁路牵引变电系统基础知识

ઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋ

牵引供电系统的各类保护

8.

在牵引供电系统中常因设备绝缘不良外物浸入带电体等发生相间或对地短路故障

,,,

短路故障会产生强大的短路电流并可能燃起剧烈的电弧将故障设备烧损短路电流通过

,,;

非故障设备时由于发热和电动力的作用也会使这些设备损坏或缩短其寿命短路时电压

,,;

会大幅度降低电力机车无法运行最为严重的后果是短路故障会破坏电力系统的稳定性

,,,

造成大面积停电甚至整个系统的瘫痪此外供电设备运行中还会出现过负荷过热断线

。,、、

等不正常状态须引起运行人员的注意及时采取措施消除所有这些短路的故障或不正

,,。

常状态都需要一种自动装置予以正确判别并作用于断路器跳闸以切除故障或发出报警

,,

信号提示值班人员注意这种自动装置就是继电保护装置它是由各种继电器及电子元件

。,

按一定要求组合而成的为提高牵引供电系统的可靠性和供电质量牵引变电所除装设有

。,

完善的继电保护装置外还设有备用主变及电源自动投入装置重合闸装置和接触网故障

,、

探测装置等自动装置

。

馈线保护

(1)

接触网是专供电力机车负荷的供电线路它与一般三相交流供电线路相比较有许多

,,

不同的特点单相机车负荷通过移动接触直接从网上取流包含有较大的谐波分量回路

:;,;

阻抗大在系统最小运行方式下供电臂末端短路时短路电流在数值上可能与最大负荷电

;,

流相差不多运行条件恶劣故障率较大且无备用等为此要求牵引变电所馈线保护应具有

;,。,

高度的可靠性和灵敏度根据以上特点变电所馈线设置了以阻抗距离保护为主保护电流

。,(),

速断为辅助保护故障后断路器自动一次重合闸和故障点自动标定装置的综合保护措施

,。

故障测距装置

(2)

故障测距装置可以在带电状态下随时自动测量接触网的永久性或瞬时性故障点的

位置和故障电流目前直接供电和区段故障探测仪采用测量接触网线路电抗的原

。BT

理构成测量值不受短路点过渡电弧电阻的影响而在区段是采用吸上电流比

,()。AT

原理制成的它是把故障点两侧的吸上电流之和作为基准值求与这个基准电流

,AT,

的比值称为吸上电流比进而利用其到故障点的距离呈线性关系这一点将故障点

(),,

的位置标示出来

。

牵引变压器保护

(3)

牵引变压器是电力牵引供电系统的核心设备也是变电所内最为贵重的设备因此根

,,

据故障特点对其设置了完备复杂的保护主变的故障一般分为内部故障和外部故障前者

。,

指的是变压器油箱内所发生的故障如线圈间的多相短路线圈的层间或区间短路单相接

,,,

地短路以及铁芯烧损等后者指的是油箱以外的如套管及引出线的故障等变压器的不

;,。

正常工作状态主要是指由于外部短路或过负荷引起的过电流和温升超过允许的数值以及

,

9

变配电设备管理与维护

ઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋઋ

油面的降低等对于主变的各种故障及不正常工作状态装设有下列保护装置瓦斯保护

。,:,

差动保护过电流保护及过负荷保护零序电流保护

,,。

牵引变电所二次回路及直流电源装置

9.

二次回路对牵引变电所的安全可靠运行发挥着极为关键的作用其运行环境即工作电

,

源对二次设备的运行可靠性至关重要例如工作电源不稳定将会导致开关设备失去控

。,

制继电保护不能正常工作无法切除故障而烧坏电气设备和供电线路从而酿成严重事故

,,,

和灾难性的后果因此要求二次回路的工作电源是稳定的常备的和不受外界影响的独

。,、

立电源显然交流电源因易受供电系统和负荷的干扰无法担此重任目前牵引变电所

。,。,

二次回路均使用以蓄电池组为核心的直流供电系统

。

整流充电机将交流电源变换成直流电在向直流设备供电的同时向蓄电池组进行浮

,

充当直流负荷较大直流母线电压降低时蓄电池组内直流负荷补充供电维护正常的供

,,,,

电电压当交流电源停电失压时蓄电池组代替整流装置向直流负荷供电维护二次回路的

;,,

正常工作

。

同相供电装置

10.

同相供电装置是指为电力机车提供电能的各供电区间具有相同电压相别的牵引供电

装置