铁路供电系统介绍上课讲义

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1、铁路供电系统介绍 铁路供电系统介绍 一 供电方式简介二 牵引供电三 牵引所亭主要设备介绍四 综自系统在铁路供电系统中的作用 一 电力供电系统简介 铁路电力供电线路一般由沿铁路全线设置的一条一级负荷电力贯通线和一条综合电力贯通线构成 电力贯通线电压等级通常为10kV 供电距离30 50km 特殊情况下如青藏铁路采用35kV电压等级 供电距离超过100km 沿线与行车有关的通信 信号 综调系统等由一级负荷电力贯通线主供 综合电力贯通线备供 其他用电负荷及各牵引变电所所用电源由综合电力贯通线提供电源 在区间各用电点设置10kV箱式变电站 一 电力供电系统简介 变配电所两路相互独立的进线电源由公共电网

2、提供 进线电压等级有10kV 35kV 110kV 220kV等 电力负荷分为车站负荷和区间负荷两大类 车站负荷主要为通信 信号 防灾报警 自动检售票 客服 电力监控 消防系统 各类水泵 各类通风机 空调 自动扶梯 电梯 电热设备和各类生产生活照明及站区照明负荷 区间负荷主要为通信 信号中继站 光纤直放站 牵引变电所所操作电源 隧道照明及监控设备等 按重要程度分为三个负荷等级 最重要的一级负荷包括 通信 信号 防灾报警 自动检售票 客服 电力监控 消防系统 应急照明 站台照明 地下出站厅照明 主控制室照明等 二 牵引供电系统简介 牵引供电系统示意图1 区域变电所或发电厂 2 高压输电线 3 牵

3、引变电所 4 馈电线 5 接触网 6 钢轨 7 回流线 8 分区所 9 电力机车 10 开闭所 二 牵引供电系统简介 牵引所亭分类 1 牵引变电所 2 分区所 3 开闭所 4 AT所 1 牵引变电所牵引变电所的作用是将电力系统引入的110kV或220kV三相交流电变换成27 5kV的单相交流电 通过馈电线送至电路沿线的接触网 为电力机车供电 有少数牵引变电所还承担向铁路地区工农业用户的10kV动力负荷供电 牵引变压器除了采用电力系统常规的普通三相变压器外 为满足牵引负荷的特殊需求还常采用特殊结线变压器 如单相结线 V V结线 斯科特结线 阻抗匹配平衡结线等变压器 2 分区所为了增加供电的灵活性

4、 在两个牵引变电所的供电区中间常增设分区所 断路器1QF 2QF正常工作时闭合 实现上 下行牵引网并联运行 隔离开关1QS 2QS在正常运行时断开 当相邻牵引变电所发生故障而不能继续供电时 可以闭合1QS 2QS由非故障牵引变电所实现越区供电 使行车不至中断 3 开闭所在电气化铁路枢纽地区 客运站 编组站和电力机车机务段等铁路设施较集中的地方 由于站线延续长且股道数量多 接触网结构和配置复杂 客货运交会 编组和电力机车整备作业繁忙 致使该地区牵引网发生故障的几率增多 为了保证枢纽供电的可靠性 缩小事故范围 一般将接触网横向分组及分区供电 因此设置开闭所 由相邻两牵引变电所的牵引馈线经断路器1Q

5、F 2QF向它供电 通过开闭所的多路馈线和断路器 3QF 6QF 向站场 电力机车机务段等牵引网供电 7QF 8QF为旁路断路器 4 AT所采用AT供电方式时 在沿线间隔10km左右设置一个自耦变压器站 AT所 牵引供电的方式 1 直接供电方式 2 DN供电方式 3 BT供电方式 4 AT供电方式 5 全并联AT供电方式 1 直接供电方式直接供电方式的供电回路为 牵引变压器 牵引母线 馈电线 接触网 电力机车 区间钢轨 回流线 牵引变压器接地端子这种方式的特点是结构简单 造价低 主要缺点是对铁路沿线通信干扰大 早期的牵引网和边远山区的牵引网多采用这类供电方式 2 DN供电方式在直接供电方式的基

6、础上 增加与钢轨并联的架空回流线 即带回流线的直接供电方式 这种供电方式的牵引电流回路为 牵引变压器 牵引母线 馈电线 接触网 电力机车 区间钢轨和回流线 牵引变压器接地端子这种供电方式使原来流经大地和钢轨的部分电流经架空回流线回牵引变电所 架空回流线中的电流与接触网电流方向相反 距离近 两者产生的电磁场明显较直接供电方式小 对铁路沿线通信干扰小 这是DN供电方式的优点 3 BT供电方式BT供电方式就是在牵引网中 每相距1 5 4公里间隔 设置一台1 1的变压器 它的一次侧绕组串接在接触导线上 二次侧绕组串接在特设的回流线或钢轨上 如图3 3所示 a 吸 回方式 b 吸 钢轨方式1 吸流变压器

7、 2 接触网 3 回流线 4 吸上线 5 钢轨 6 牵引变电所 7 绝缘轨缝 4 AT供电方式随着铁路的提速 高速 大功率电力机车的不断投入运行 机车通过吸流变压器处的接触网分段时 产生很大的电弧 极易烧损机车受电弓滑板和接触线 且BT供电方式的单位牵引网阻抗大 造成很大的电压和电能损失 为此引入自耦变压器供电方式 即AT供电方式 两台自耦变压器之间的距离称为自耦变压器间距 一般为10km左右 为了减少对通信线路的电磁干扰 正馈线与接触导线架设在同一支架上 AT供电方式的特点 1 AT供电方式中自耦变压器是并联连接在接触网和正馈线之间 与BT供电方式相比 提高了供电可靠性 在BT供电方式下 吸

8、流变压器的一次侧绕组串接在接触导线上 所以在每一个吸流变压器处接触网必须电分段 这样就增加了接触网的维修工作量和事故率 降低了供电可靠性 在AT供电方式下 自耦变压器是并联在接触网和正馈线之间 不存在上述问题 所以有利于高速和大功率电力机车运行 2 减小了对通信线路的干扰 在自耦变压器作用下 牵引负荷电流经接触网和正馈线供给 且由于接触网和正馈线的电压为电力机车的2倍 在功率相同的情况下 经接触网和正馈线的电流为机车负荷电流的一半 接触网和正馈线是同杆架 两个方向相反的电流对外界的电磁干扰基本抵消 所以对通信线路的干扰大大降低 3 AT供电方式的馈电电压高 供电能力大 电压下降率小 AT供电方

9、式的馈电电压为BT供电方式的2倍 同时对于相同的牵引负荷 AT供电方式的电压下降率为BT供电方式的1 4 从理论上看 牵引变电所的间距可以增大4倍 在实际应用中 由于供电区段的加长 区段上同时运行的列车增多 负荷将增大 因此AT供电方式下的牵引变电所间距一般为BT供电方式间距的2 3倍 牵引变电所的数量可以减少 从而节省投资 5 全并联AT供电方式随着我国高速铁路和重载铁路的快速发展 AT供电方式越发显示出较其它供电方式的优点 为进一步提高牵引网电压 减小牵引网电能损失 采用了牵引网在AT所和分区所处进行上下行并联的接线方式 称为全并联AT供电方式 我国客运专线普遍采用全并联AT供电方式 三

10、牵引所亭主要设备介绍 一次设备一次设备是指发 输 配电的主系统上所使用的设备 如发电机 变压器 断路器 隔离开关 母线 电力电缆和输电线路等 二次设备对一次设备的工作进行控制 保护 监察和测量的设备 如测量仪表 继电器 操作开关 按钮 自动控制设备 计算机 信号设备 控制电缆以及提供这些设备能源的一些供电装置 如蓄电池 硅整流器等 一次设备介绍 断路器断路器既可用于在正常情况下接通和断开电路 又可用于切除短路故障电流 因此其同时承担着控制和保护的双重任务 1 油断路器 指触头在断路器油中开断 利用断路器油作为灭弧介质的断路器 2 SF6断路器 以SF6气体作为灭弧介质 或兼作绝缘介质的断路器

11、3 真空断路器 指触头在真空中开断 利用真空作为绝缘介质和灭弧介质的断路器 一次设备介绍 牵引变压器牵引变压器是将三相电力系统的电能传输给二个各自带负载的单相牵引线路 二个单相牵引线路分别给上下行机车供电 在理想的情况下 二个单相负载相同 所以 牵引变压器就是用作三相变二相的变压器 根据变压器绕组数量及接线方式 主要有 1 单相变压器 2 平衡变压器 3 YN d11变压器 4 V V变压器 5 V X变压器 6 SCOTT变压器 一次设备介绍 隔离开关在电路中起隔离作用 刀闸的主要特点是无灭弧能力 只能在没有负荷电流的情况下分 合电路 电压互感器作用就是变换线路上的电压 变换电压的目的 主要

12、是给测量仪表和继电保护装置提供弱电压 使其能够测量线路的电压 功率和电能 或者用来在线路发生故障时保护线路中的贵重设备 比如接触网和变压器等 其工作原理与变压器相同 基本结构也是铁心和原 副绕组 特点是容量很小且比较恒定 正常运行时接近于空载状态 一次设备介绍 电流互感器把数值较大的一次电流通过一定的变比转换为数值较小的二次电流 用来进行保护 测量等用途 四 综自系统在铁路供电系统中的作用 1 铁路供电系统的三种工作状态 2 继电保护装置 3 综合自动化系统 四 综自系统在铁路供电系统中的作用 1 铁路供电系统的三种状态正常工作状态 正常监视开关状态及测量信息不正常工作状态 需要发告警信号母线

13、电压 线路电流 设备功率 系统频率这几项指标中部分条件不能满足 称为不正常运行状态 故障状态 需要切除故障点供电系统的所有一次设备在运行过程中由于外力 绝缘老化 过电压 误操作 设计制造缺陷等原因会发生例如短路 断线等故障 最常见同时也是最危险的故障是发生各种类型的短路 四 综自系统在铁路供电系统中的作用 2 继电保护装置定义 能反应供电系统中电气设备发生故障或不正常运行状态 并动作于断路器跳闸或发出信号的一种自动装置 功能 1 自动 迅速 有选择性地将故障元件从供电系统中切除 使故障元件免于继续遭到损坏 保证其他无故障部分迅速恢复正常运行 2 反应电力设备的不正常运行状态 并根据运行维护条件

14、 而动作于发出信号或跳闸 此时一般不要求迅速动作 而是根据对供电系统及其元件的危害程度规定一定的延时 以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰引起的误动 四 综自系统在铁路供电系统中的作用 2 继电保护装置基本原理第一步 首先必须 区分 供电系统的正常 不正常工作和故障三种运行状态不同运行状态下具有明显差异的电气量有 流过电力元件的相电流 序电流 功率及其方向 元件的运行相电压幅值 序电压幅值 元件的电压与电流的比值即 测量阻抗 等 第二步 通过比较 保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围 最后确定是否应该使断路器跳闸 发出信号或不动作 并将对应的指令传给执行输出部分 第三步 执行输出元

15、件根据逻辑判断部分传来的指令 发出跳开断路器的跳闸脉冲及相应的动作信息 发出警报或不动作 过电流保护工作原理图电流互感器TA将一次电流变换为二次电流5A或1A 送入电流继电器KA 测量比较元件 当流过电流继电器的电流大于其预定的动作值 整定值 可调整 时其输出启动时间继电器KT 逻辑部分 经预定 可调整 的延时 逻辑运算 后 时间继电器的输出启动中间继电器KM 执行输出 并使其接点闭合 接通断路器的跳闸回路 同时使信号继电器KS发出动作信号 四 综自系统在铁路供电系统中的作用 3 综合自动化系统变电所自动化系统是将变电所的二次设备 包括测量仪表 信号系统 继电保护 自动装置和远动装置等 经过功

16、能的组合和优化设计 利用先进的计算机技术 现代电子技术 通信技术和信号处理技术 实现对全所设备的自动监视 自动测量 自动控制和保护 以及与调度通信等综合性的自动化功能 四 综自系统在铁路供电系统中的作用 综自系统的主要功能 1 监控子系统监控系统取代常规的测量系统 取代指针式仪表 改变常规的操作机构和模拟盘 取代常规的报警 中央信号 光字牌以及RTU装置等 2 继电保护子系统继电保护子系统应满足快速性 选择性 灵敏性和可靠性的要求 其工作不受监控子系统和其他子系统的影响 3 通信子系统通信子系统包括系统内部现场级的通信和系统与上级调度的通信两部分 四 综自系统在铁路供电系统中的作用 牵引供电变电所综合自动化结构图 谢谢