牵引变电所运行与维护 课件 项目一 牵引供电系统认知

项目一牵引供电系统认知《牵引变电所运行与维护》（活页式）

电气化铁路的发展01牵引供电系统认知02目录页牵引供电系统认知项目导入

牵引供电系统认知是牵引变电值班员运行维护时应知应会的基本知识和技能，我们应该了解电气化铁路的发展概况和电气化铁道电流制，熟悉电力系统的基本知识和中性点运行方式，掌握牵引供电系统的组成，能够进行牵引供电方式的优缺点分析。牵引供电系统认知学习方法资讯：接受学习任务，根据引导问题，通过学习查找资料、网络信息等，建立学习任务总体印象。计划：与小组成员、教师、师傅、讨论任务对象在电气化铁路牵引供电中的影响和意义。决策：与教师或师傅进行专业交流、确认本项目的工作步骤和涉及的工具，拟定检查、评价标准。实施：按照确定的工作步骤完成对应的学习任务，发现问题，共同分析，遇到无法解决的问题时请老师或师傅帮助解决。检查：（1）生产文件准备好了吗？（2）工具准备好了吗？（3）安全注意事项有哪些？评价：与同学、老师、师傅进行专业交流，任务完成有改进的建议吗？01电气化铁路的发展任务1电气化铁路的发展【任务描述】根据图1.1认知电气化铁路的特点图1.1电气化铁路供电系统图子任务1电气化铁路发展概况任务1电气化铁路的发展（一）国外电气化铁路发展概况

1825年世界上第一条铁路在英国建成。1879年5月31日在德国柏林举办的世界贸易博览会上，由西门子和哈尔斯克公司展出了世界上第一条电气化铁路。

20世纪60～70年代是世界电气化铁路发展最快的时期，平均每年修建达5000多千米。1964年10月日本建成世界上第一条高速电气化铁路——东海道新干线，以210km的时速令世人瞩目。

20世纪80年代以后，世界上又出现了一个电气化铁路建设高潮。子任务1电气化铁路发展概况任务1电气化铁路的发展（二）我国电气化铁路发展历程

自1961年8月15日我国开通了第一条电气化铁路——宝鸡一凤州段起，至今已有50多年。在这50余年中，我国电气化铁路迅速的发展，取得了巨大的成就。

我国电气化铁路的发展和建设历程主要分为四个阶段：第一条电气化铁路的诞生（1953～1961年）；恢复时期电气化铁路建设（1968～1980年）；改革开放后电气化铁路建设（1981～2000年）；新世纪电气化铁路建设（2001年至今）。

从第一条电气化铁路开始修建到2012年12月1日“哈（哈尔滨）大（大连）”高速铁路正式开通，中国电气化铁路总里程在1954年突破4.8万km，超越俄罗斯位居世界第一位。子任务2电气化铁路的供电制式任务1电气化铁路的发展

供电制式是指供电系统向电动车辆或电力机车供电时所采用的电流和电压制式。我国的牵引供电系统采用工频单相交流制，电压为25

kV（27.5

kV）或50

kV（55

kV）。1.直流制

电力系统将三相交流电送到牵引变电所，经降压，整流变成直流电，再通过牵引网供给电力机车使用。2.三相交流制

用两根接触网导线和一根钢轨形成三相电路。电力机车采用三相异步电动机。3.低频单相交流制

采用低于工业频率（50Hz）的单相交流电源供电。频率和电压：西欧国家为16.67Hz（电网频率50Hz的三分之一）、15

kV；美国为25Hz、11

kV。子任务2电气化铁路的供电制式任务1电气化铁路的发展4.工频单相交流制

采用工业频率（50

Hz）的单相交流电供电的制式。供电电压一般为25

kV。

1932年，匈牙利首先使用这种电流制建成了世界上第一条工频单相交流制的电气化铁道。1958年，新中国第一条电气化铁路宝成线宝鸡—凤州段，也采用该电流制，后来修建的每条电气化铁路都无一例外地采用了这种制式。子任务2电气化铁路的供电制式任务1电气化铁路的发展

工频单相交流制的优越性：

（1）牵引供电系统结构简单。牵引变电所中不需要设置整流和变频设备。

（2）牵引供电系统电压增高，既可保证大功率机车的供电，提高机车的牵引定数和运行速度，又可使牵引变电所之间的距离延长，接触网导线截面面积减小，建设和运营费用显著降低。

（3）交流电力机车的黏着性能和牵引性能良好。通过机车上变压器的调压，牵引电动机可以在全并联的状态下工作。牵引电动机并联工作可以防止轮对空转，提高黏着系数。

（4）与直流制相比，交流制的地中电流对地下金属的腐蚀作用小，一般可不设专门的防护装置。子任务2电气化铁路的供电制式任务1电气化铁路的发展

工频单相交流制的主要问题

（1）单相牵引负荷将会在电力系统中形成负序电流，当电力系统容量较小时，负序电流影响更显得突出。

（2）电力牵引负荷是感性负载，功率因数低，特别是采用相控整流后，牵引电流变为非正弦波，出现较大的谐波电流，使功率因数更低。

（3）牵引网中的单相工频电流将对沿线通信线路造成较大的电磁干扰。子任务3电力系统的基本知识任务1电气化铁路的发展（一）电力系统的组成

电能的生产、输送、分配和使用组成了一个系统，称为电力系统，主要由发电厂、电力网、电能用户组成。子任务3电力系统的基本知识任务1电气化铁路的发展（一）电力系统的组成

1.发电厂

发电厂是把其他形式的能量转变为电能的工厂。根据利用的能源不同，发电厂可以分为火力发电、水力发电、核能发电以及太阳能发电和风力发电等几种。

2.电力网

电力网是电力系统的重要组成部分，担负着将发电厂和电能用户连接起来组成系统的任务，它对于电力系统的可靠性和经济性有重要意义。3.电能用户

电能用户主要包括工矿企业和居民区等。按用户的重要程度和对供电可靠性的要求，用电负荷可分为三类。任务1电气化铁路的发展（二）负荷等级1.一类负荷

一类负荷突然停电将造成人身伤亡危险或重大设备损坏，给国民经济带来重大损失，如医院、铁道牵引供电、铁道信号、重要军事及政府机关部门等。这类负荷，必须有两路及以上的独立电源供电，保证任何情况下都能连续供电。

2.二类负荷

二类负荷是指突然停电会引起主要设备损坏，造成重大经济损失，影响群众生活秩序，如炼钢厂、化工厂、重要公共场所等。这类负荷，一般应有两路电源供电，且当失去任何一路电源后，能保证全部或大部分二级负荷的供电。

3.三类负荷

三类负荷是指不属于一类负荷和二类负荷的其他负荷。这类负荷对供电可靠性要求不高，可以允许非连续性供电，这类负荷通常用一路电源供电。任务1电气化铁路的发展（三）电力系统中性点的运行方式

电力系统的中性点运行方式主要表现为中性点是否接地及如何接地，一般分为两大类：一类是中性点直接接地或经过低阻抗接地，称为大电流接地系统；另一类是中性点不接地或经消弧线圈接地，称为小电流接地系统。任务1电气化铁路的发展（三）电力系统中性点的运行方式

1.中性点不接地系统

若发生单相接地故障时，流过接地点的故障电流很小（小于500A），称该系统为小电流接地系统，简称小电流系统（35

kV及以下电网）。这种系统发生单相接地时，三相用电设备依然能正常工作，2h之内允许暂时继续运行，因此可靠性高；但该系统发生单相接地时，非故障相的对地电压升高到线电压，是正常运行时电压的倍，因此绝缘要求高，进而增加绝缘费用。故障相接地电流上升为原对地电容电流的3倍。中性点不接地系统正常运行任务1电气化铁路的发展（三）电力系统中性点的运行方式

W相接地电流电压相量图任务1电气化铁路的发展（三）电力系统中性点的运行方式

2.中性点经消弧线圈接地系统

为了减小接地电流，使其降至允许值范围内，可以用中性点经消弧线圈接地的方法，该系统称为中性点经消弧线圈接地系统。通常采取的补偿方式有全补偿、过补偿和欠补偿三种，由于全补偿和欠补偿电路极易产生过电压而损坏设备，所以一般不采用全补偿和欠补偿，而采用过补偿。中性点经消弧线圈接地的系统单相接地示意图任务1电气化铁路的发展（三）电力系统中性点的运行方式

3.中性点接地系统

当发生单相接地故障时，流过接地点的故障电流很大（大于500A），称该系统为大电流接地系统，简称大电流系统（110

kV及以上电网）。这种系统发生单相接地时，非故障相的对地电压不升高，因此可降低绝缘费用；但该系统发生单相接地时，短路电流大，必须迅速由保护装置切除故障部分，即其供电可靠性较差。02牵引供电系统的认知任务2牵引供电系统的认知【任务描述】根据图1.4认知电气化铁道供电系统的构成图1.4电气化铁道供电系统的构成任务2牵引供电系统的认知

在我国，电气化铁路都采用工频（50Hz），额定电压为27.5kV或55kV（2×27.5kV）的单相交流制。

牵引供电系统的构成简化图如图所示。相对牵引供电系统而言，通常把为其供电的电力系统称为外部电源或一次系统。牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网构成。子任务1牵引供电系统的构成任务2牵引供电系统的认知（一）牵引供电系统外部电源供电方式

外部电源的供电方式是指电力系统与牵引变电所的连接方式，它取决于牵引负荷的用电等级和电力系统的分布情况。

TB/T10009—2005《铁路电力牵引供电设计规范》规定：“电力牵引应为一级负荷，牵引变电所应有两路电源供电，当任一路故障时，另一路仍能正常供电。”其中两路电源可来自不同的地区变电所或同一地区变电所的不同母线。

外部电源的供电方式以保证供电可靠性为原则，同时注意电源容量及经济性。外部电源的供电方式主要有环形供电、双侧供电、单侧供电、放射供电等几种形式。从供电可靠性出发，牵引变电所应尽量采用环形供电或双侧供电。子任务1牵引供电系统的构成任务2牵引供电系统的认知（一）牵引供电系统外部电源供电方式子任务1牵引供电系统的构成任务2牵引供电系统的认知（二）牵引供电系统的构成

牵引供电回路是由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨和大地、回流线、牵引变电所接地网组成的闭合回路。习惯上将馈电线、接触网、钢轨回路（包括大地）和回流线组成的输电网络统称为牵引网。（二）牵引供电系统的构成任务2牵引供电系统的认知1.高压架空输电线路

电力部门用110

kV或220

kV的高压输电线将电能送入牵引变电所。这一高压输电线是为牵引变电所供电的专线，其修建和维护均由电力部门负责。铁路供电部门与电力部门的责任分界线是牵引变电所高压进线门形架。（二）牵引供电系统的构成任务2牵引供电系统的认知2.牵引变电所

牵引变电所的作用是从电力系统接受电能，通过变压器将电能从三相110

kV或220

kV变换成单相27.5

kV（对AT系统为2×27.5

kV），并向铁路上、下行两个方向的牵引网供电。变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。

牵引变电所一般设有备用电源，采用双回路高压线路送至变电所，以便当一条回路检修或故障时由另一条线路供电。（二）牵引供电系统的构成任务2牵引供电系统的认知3.馈电线

馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，也称馈出线。馈电线一般为大截面的钢芯铝绞线，其作用为将牵引变电所的电能输送给接触网。4.接触网

接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路，是通过和受电弓的滑动接触把电能输送给电力机车的供电设施。接触网由接触线、承力索以及支持、定位和补偿等装置组成。（二）牵引供电系统的构成任务2牵引供电系统的认知5.轨道

在非电牵引的情况下，轨道只作为列车的导轨。在电牵引的情况下，轨道还起导通牵引回流的作用，是电路的组成部分。（导轨+回流）6.回流线

连接轨道和牵引变电所中主变压器接地相的导线称为回流线。回流线的作用是将流经电力机车的负荷电流引入牵引变电所。子任务1牵引供电系统的构成任务2牵引供电系统的认知（三）牵引供电系统的其他供电设备1.分区所（SP）

在电气化铁路上，为了增强供电的灵活性，提高运行的可靠性，在相邻两变电所供电的相邻两供电分区的分界处常用分相绝缘器断开。若在断开处设置开关设备和相应的配电装置，则组成分区所。

在单线单边供电的电气化区段，相邻两供电臂之间设分相绝缘器，并设旁路隔离开关以便实现临时越区供电即可，设置分区所（亭）的意义不大。

在复线电气化区段和单线电气化区段双边供电时，一般设置分区所（亭），在分区所内用断路器将同一供电分区的上、下行接触网或相邻两供电分区的接触网在末端连接起来，相邻两供电臂间设分相绝缘器和与之并联的隔离开关（或断路器）。任务2牵引供电系统的认知（三）牵引供电系统的其他供电设备任务2牵引供电系统的认知

复线分区所的作用是：（1）使同一供电分区的上、下行接触网并联工作或单独工作。并联工作时，分区所内的断路器闭合以提高接触网的末端电压；单独工作时，断路器打开。（2）单边供电的同一供电分区上、下行接触网并联工作时，若发生短路故障，由牵引变电所中的馈线断路器和分区所中的断路器配合动作，切除故障区段，缩小故障范围。（3）当某牵引变电所主变压器发生故障，中断供电时，可闭合分区所中与分相绝缘器并联的隔离开关（或断路器），由相邻牵引变电所向故障牵引变电所的供电分区临时越区供电。（三）牵引供电系统的其他供电设备任务2牵引供电系统的认知

2.开闭所（SSP）

开闭所即单相开关站，其中只有配电设备而无牵引变压器，仅用于接受和分配电能。为保证开闭所供电的可靠性，一般从相邻两供电分区上引入两路电源，互为备用。（三）牵引供电系统的其他供电设备任务2牵引供电系统的认知

3.自耦变压器站（AT所）

自耦变压器站简称AT所，是AT牵引网的重要组成部分，其将自耦变压器（AT）按一定间隔距离跨接在AT牵引网的接触网、正馈线和钢轨间。工频单相交流电气化铁路采用自耦变压器（AT）供电方式时，在铁路沿线每隔10～15

km设置自耦变压器和相应的配电装置，即设置AT所。

AT所的作用之一便是将牵引变电所供来的55

kV电压经自耦变压器AT降为27.5

kV电压等级，然后向接触网供电。（三）牵引供电系统的其他供电设备任务2牵引供电系统的认知

4.分相绝缘器和分段绝缘器

分相绝缘器又称电分相，串在接触网上，目的是把两相不同的供电区分开，并使机车光滑过渡，主要用在牵引变电所出口处和分区所处。分段绝缘器又称电分段，分为纵向电分段和横向电分段，前者用于线路接触网上，后者用于站场各条接触网之间。通过其上的隔离开关将有关接触网进行电气连通或断开，以保证供电的可靠性、灵活性和缩小停电范围等。（三）牵引供电系统的其他供电设备子任务2牵引变电所向接触网的供电方式任务2牵引供电系统的认知

牵引变电所向接触网的供电方式有两种：单边供电方式和双边供电方式。其中单边供电方式根据接触网是单线还是复线，又可以分为单线单边供电、复线单边独立供电、复线单边末端并联供电、复线单边全并联供电（扩展知识）几种供电形式。子任务2牵引变电所向接触网的供电方式任务2牵引供电系统的认知（一）单边供电方式单边供电方式指两牵引变电所之间相邻的两个接触网供电分区采用分相绝缘器相互绝缘，电力机车只从一个牵引变电所取用电流。我国电气化区段牵引网普遍采用单边供电方式。SS（TractionSubstation）—牵引变电所SP（sectionpost）—

分区所单边供电方式子任务2牵引变电所向接触网的供电方式任务2牵引供电系统的认知（二）双边供电方式

双边供电方式指两个牵引变电所之间的供电分区属于同一相，将分区所的断路器闭合，可将相邻供电分区连通，由一个牵引变电所越区供电，或实行两边供电。子任务2牵引变电所向接触网的供电方式任务2牵引供电系统的认知（二）双边供电方式

双边供电方式指两个牵引变电所之间的供电分区属于同一相，将分区所的断路器闭合，可将相邻供电分区连通，由一个牵引变电所越区供电，或实行两边供电。任务2牵引供电系统的认知扩展知识：1.单线单边供电牵引变电所牵引变电所分区所任务2牵引供电系统的认知扩展知识：2.复线单边分开供电牵引变电所牵引变电所分区所任务2牵引供电系统的认知扩展知识：3.复线单边末端并联供电牵引变电所牵引变电所分区所任务2牵引供电系统的认知扩展知识：4.复线单边全并联供电牵引变电所牵引变电所分区所扩展知识：子任务3牵引供电系统的供电方式任务2牵引供电系统的认知（一）直接供电方式

直接供电方式如图所示，牵引电流通过电力机车后直接从钢轨或大地返回牵引变电所。这种供电方式结构简单，投资最少，维护费用低，但是在负荷电流较大的情况下，钢轨电位高，并且对弱电系统的电磁干扰较大。子任务3牵引供电系统的供电方式任务2牵引供电系统的认知（二）BT（吸流变压器）供电方式

BT供电方式如图所示，在接触网和回流线中串接吸流变压器，让牵引电流通过电力机车后从回流线返回牵引变电所。

BT供电方式的电磁兼容性能好，对周围环境影响小，但在接触网中串接吸流变压器后，牵引网阻抗增大，供电臂压降增大，使牵引变电所的供电距离缩短。子任务3牵引供电系统的供电方式任务2牵引供电系统的认知（三）带回流线的直接供电方式

N为吸流线，每隔一段距离与钢轨相连。相对于直接供电方式，带回流线的直接供电方式的钢轨电位有所降低，对通信线路等弱电系统的干扰减小。同时，其牵引网阻抗降低，供电距离增长。