法国高速铁路技术(7)

《法国高速铁路技术(7)》由会员分享，可在线阅读，更多相关《法国高速铁路技术(7)（10页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、6牵引供电 6.1 概 述 法国于 1900 年开始发展电力牵引，1920 年建立了直流 1 500V 电气化 铁路系统。在 19501951 年修建了单相工频电气化试验线。1954 年在法国东南部干线上 采用了单相工频交流 25kV、50Hz 供电制式。此后，这种供电制式在法国和其他国家逐步得 到了广泛的应用。目前，电力牵引已经成为法国国营铁路的主要牵引方式。电气化铁道总长达 15 000km 以上，其中直流 1 500V 电气化铁路 5 895km，交流单相 25kV、50Hz 电气化铁路 7 625km，高速线 1 575km。电气化铁道长度占法铁总长度的 40%以上。承担的运量占 88

2、%。1996 年底有 525 个牵引变电所，其中 377 个是直流 1 500V 牵引变电所。6.2 供电系统6.2.1 概 况TGV 东南线的运行速度为 270km/h,间隔时分 5min，大西洋线运行速度达 300km/h，间 隔时分 4min，以上采用 TVM300 型信号系统。北方线运行速度 300km/h，间隔时分 3min。 英吉利海峡隧道客货混运，速度 160km/h，间隔时分仅 2.5min，以上采用 TVM430 型信号系 统。在列车紧密运行时，变电所必须有足够的供电能力。AT 供电制(2)第一次 在法铁高速线上使用是在 TGV 巴黎东南线，后来大西洋线高速铁路，北方线高速铁

3、路及 巴黎地区的高速铁路交会点均采用 AT 供电制式。采用 225kV 的原则是只有当它能明显地 降低高压联络部分的成本时才予以采用。25kV 单相变电所与高压线的联结：给接触网提供的单相电流是从国家电力公司 （EDF）三相电网中的两相通过变压器降压成为 25kV 或 225kV，用接触网和一根馈线传 输 50kV，接触网与钢轨之间的 25kV 由变压器中点接钢轨而获得（见图 261） 。，。，图 261 25kV 啾涞缢擢? 变电所的高压进线是双电源，两台变压器一台工作，另一台备用，每 台变压器都能独立提供所需的总容量，为保证维修作业安全，两条供电线路间保持了足够 的安全距离。每个变电所分为

4、完全相同的两部分（高压断路器高压（HT）/25kV 变压器25kV 断 路器） ，两部分的联结一次侧由高压（HT）母线完成，二次侧由 25kV 母线完成。这种配置 是为了在设备故障或维修时，可使一半接受检修，另一半完成变电所正常工作。6.2.2 东南线供电系统巴黎东南线的牵引变电所是法国电力公司通过双回路高压线供给 225kV，主要供电 设备实行 100%备用。主变压器全部为单相变压器。在二次侧设有电压自动调整装置，该装 置具有一定延时性，当母线电压持续 60s 低于 26kV 时可自动调整电压并保持母线电压在 26kV 以上。因此，仅一列动车组通过时不动作，只有当动车组交会时才动作。电压调节

5、共 分 20 级，每级 350V，具有补偿高压变化的作用。大部分变电所的进线电压为 220kV，只有 一个变电所的进线为 63kV。单台变压器容量为 60MVA。为了尽量减少外部输电线长度， 牵引变电所一般都设在电力系统的电源点或区域变电所附近，在东南线 400km 的电气化线 路上，实际只修了不到 30km 的 220kV 高压线路和 15km 的 63kV 线路。因而造成一条电气化 线路上直接供电方式（25kV，183km，15kV，36km）和 AT 供电方式（225kV,177km）交替 出现的综合供电方式。巴黎东南线上共设 8 个牵引变电所，其中第 2、3、4 变电所采用 AT 供电

6、方式，以减小输电建设费用，其余均为直供变电所。AT 变电所间平均距离约 90km，直接供电方式则为 40km 左右。AT 主变压器二次侧绕组中点引出并接地（钢轨） ，这 样可不必在变电所馈线上安装自耦变压器，简化了变电所的结构。全线总容量为 800MVA。检修在夜间进行，为了检查和简易维修，白天也有 80min 天窗。巴黎东南线中部离 225kV 电源输电线较远，为降低设施造价，决定使用 225kV 供电系统，如图 262 所示。，。，剩凇?图 262 225kV 供电原理图 该供电系统能使变电所间的距离加大一倍，并能减小对法铁和 P.T.T(公用电信局)的信号和通讯电路的干扰。装设的变压器向

7、二次侧端子送出 50kV 电压，一个端子接接触网，另一个端子接一根馈 线，称为“负馈线” ，负馈线也架设在支柱上，二次线圈的中点接至钢轨，另外在接触线与 负馈线之间装有自耦变压器，间隔约 15km，同时其中点接钢轨。所以，电能传输的电压是 50kV，这可使变电所间隔距离增大一倍，但位于接触网和钢 轨之间的机车还是用 25kV。变压器的容量为 60MVA，采用油自然冷却，变压器电抗较高，可使短路电流限制在 12 000A 以下。对（225/50）kV 的变压器配有一个有载电压自动调节器，对（400/50）kV 变压器配备一个无载电压调节器，在必要时可与有载调节的变压器配合使用。每个变电所通过 4

8、 个断路器（上下行和不同方向各一个）向架空接触网供电。出线隔 离开关（有的采用负载开关）放在位于铁路旁边的桁架上。变电所的 25kV 侧采用六氟化硫断路器（SF6） ，在 25kV 时为单极，225kV 时为双极， 断路器的额定电流 1 250A，断流能力 15 000A。变电所进线用氧化锌避雷器进行保护，站内未设避雷针，为防止绝缘子在过电压时闪 络烧毁，每个绝缘子上加装了放电间隙，如图 263 所示。，。，图 263 绝缘子加 装放电间隙 馈线保护有阻抗保护（平行四边形特性）和电流保护，装置采用插件组合 方式，各插件的排列为：，。，。电? ? ?源阻?抗?保?护过?流?保?护测?量? 显?示

9、跳?闸?出?口 变压器保护有过流保护、瓦斯保护、温度保护和绝缘保护，插件排 列如下：电? ? ?源阻?抗?保?护过?流?保?护调?电?压?门?限测?量?显?示保?护?出?口失?压? 保?护 绝缘保护可判断变压器外壳（与地绝缘）流入地线的电流；调电压门限 （115V，100V，8595V）的目的是为了躲开过分相时机车突然送电造成保护误动；测量显 示用于自检。所有的变电所均装有故障探测装置，检测误差为 1km。法国由于有强大的电力公司（EDF）做后盾，所以未将负序问题作为重要课题进行研究。 法国电力公司用联结点上的单相电流功率（Sn）和电网的三相短路功率（Scc）之间的比率 （Sn/Scc）来表达

10、不平衡。要求正在进行的电气化工程，如果供电状况正常，其限度大约 为 1.5%，在故障情况下，大约为 2%。法铁根据欧洲标准规定，在电网出口结点的负序电压 不容许超过 2%，法国电力公司与法铁通过协商分配给法铁（SNCF）的为 1%。因为负序电压 是由多部门、多行业生产的，在出口结点测出的负序电压有多少是电气化铁道产生的，无 法分辨；因此法铁人员说，电气化铁道产生的负序是否超标，电力公司从未追究过。对于不平衡度的计算，法铁提出了另一种计算方法：不平衡度 V 负序/V 序=P10/Pcc 式中 P10一个变电所 10min 内消耗的电能， kWh；Pcc电网 10min 内发生的总电能，kWh。用

11、 10min 作为时间单位，是因为负序对发电机的影响是一种热效应，温升需要一定的 时间。法国电力公司的供电容量为：，电压kV 容量MVA63908002 0002001 5005 0004004 000 法铁有自己的发电厂，可供 1/41/3 的铁路用电。法国为改善不平衡状态，最初采用 Scott 平衡变压器，但没能解决电压不平衡对电力 系统的影响，当时法兰西电力公司不断提出改进的要求，后来随着电网发展，逐渐以单相 变压器代替。电力系统以牵引变电所负荷与高压侧母线短路容量之比不大于 1.5%作为允许 的负序电流标准；以 2%、1h,4%、短时为负序电压标准。法国采取了如下限制不平衡的措施：牵引

12、变电所由 225kV 供电，以确保变电所与系统联结点有足够的短路容量。所有牵引变电所必须轮换相序接入电力系统，使不同变电所产生的负序电流部分抵 消，削弱了电铁产生的负序电流。在电力系统薄弱、大密度行车时，单相负荷对系统影响可能超标的牵引变电所，变 电所按可以单相与“V”接相互转换设计。正常时单相运行；可能超标时，根据电力系统调 度的命令，将两台变压器改为“V 接”运行。此时两个臂以不同相供电。为节省投资，考 虑“V 接”方式运行出现故障的几率极小，故允许变压器在无备用情况下运行。安装补偿电容器，这是在电网的短路容量不足时采用的一种方法，英吉利海峡隧道 铁路英国一端采用了一种在 25kV 电压下

13、的 395M的补偿电容。6.2.3 大西洋线供电系统大西洋线有 256km 的 AT 方式(225kV)的复线电气化区间。全线有 4 个 225kV 变电 所，全部由国家电网 EDF 公司的 225kV 或 400kV 的电网供电。向电气化铁道供电的设备是双重的。在各变电所有两台相同的能供给所需全部电力的 变压器，只有一台变压器工作。设计标准规定两台设备的间隔距离能保证即使一个设备带 电的情况下，另一台设备也能作业。225kV/50kV 或 400kV/50kV 变电所采用额定容量为 60MVA 的自冷式油变压器，电抗 是将短路电流限制到 12 000A。 （225/50）kV 变压器是装有调

14、整负荷电压的自动电压调节 器， （400/50）kV 变压器里装有无负荷时的电压调整装置，但是和具有随时要求调整负荷 电压功能的升压变压器元件相结合。从变电所经由 4 台断路器向接触网线路供电。在高圣德尼斯变电所，设有 V 结线用的间隔分开装置。其他变电所是在接触网末 端的锚段关节区段设简单空气间隙。在变电所的引出口，有为维修作业及事故时越区供电的隔离开关。另外，还有导线除 霜时为关闭电气回路的钢轨接地用隔离开关。供电分区亭几乎是设置在变电所之间的中央。因为在这些地点，一般不同方向的相位 是不同的，所以设有中性分段。辅助供电分区亭设在变电所和供电分区亭之间。各辅助供 电分区亭及供电分区亭有两台

15、（50/25）kV、100MVA 的自耦变压器。为了将线路电压降 限制在 1.2以下，这些自耦变压器的短路电流很低。法铁设计牵引变电所的指导思想是力求简单，该指导思想在法铁所以能够贯彻执行有 以下原因：牵引变电所内的设备由法铁和电力公司分别管理，分界点是变压器。变压器原边的 设备（开关、避雷器、电压互感器、电流互感器、控制开关的远动装置、进线保护等）均 由电力公司管理，法铁只管变压器及其二次侧联结设备。所有变电所均实现了远动控制，做到了无人值班，变电所内除了有供定期维修人员 来所后使用的厕所和小浴室外，无其他生产设施。设备本身的质量高、运行安全可靠，为简化保护创造了条件，如变压器保护就省去 了复杂的差动保护。6.3 接 触 网6.3.1 接触网的发展20 世纪 50 年代初期法国国铁设计了运行速度为 120km/h 的 25kV 接触网，要求它能满 足行车速度不断提高的要求。到 20 世纪 70 年代后，在通常线路上行车速度已提高到 200km/h，巴黎东南线高速铁路上为 270km/h，大西洋线高速铁路上为 300km/h。1990 年 5 月还创造了 515.3km/h 的世界记录。法国 25kV 接触网的发展历史见表 261 所示。表 261 法国 25kV 接触网的发展，。