沪杭、浙赣电气化铁道简介

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1、沪杭、浙赣电气化铁道简 介铁路电气化逐渐成为铁路运输 现代化的主要方向 l提高运输能力；l降低对空气和环境(噪声)污染；l电力牵引的总效率高，节约能源；l较高的经济效益和良好的社会效益 。主要内容l沪杭、浙赣电气化铁道概况l改善电气化铁道对电网影响的措施l电气化铁道对电网的危害l其他嘉 善 海 宁 乔 司 萧 山 诸 暨 义 乌 金华东 龙 游 衢 州 江 山 外部电源对牵引变电所供电方案嘉善牵引站嘉善牵引站- - 嘉善变嘉善变海宁牵引站海宁牵引站- -双双 山变山变乔司牵引站乔司牵引站- - 横岭变横岭变萧山牵引站萧山牵引站- - 宁围变宁围变诸几东牵引站诸几东牵引站- - 暨阳变暨阳变义乌

2、牵引站义乌牵引站- - 西陶变西陶变金华牵引站金华牵引站- - 仙桥变仙桥变龙游牵引站龙游牵引站- - 石窟变石窟变衢州牵引站衢州牵引站- - 航埠变航埠变江山牵引站江山牵引站- - 仙霞变仙霞变电气化铁道供电系统简介牵引变电所 牵引网（馈电线、接触网 、钢轨与大地、回流线 的统称）SS9我国目前功率最大的准高速客运机车韶山9型电力机车SS4B中华之星中华之星最高时速可达321.5公里牵引变电所的功能是将三相高压交流电（ 110kV/220kV）变换为单相27.5kV的交流电，然后 向铁路上、下行两个方向的接触网供电，牵引变 电所每一侧的接触网都称做供电臂。 牵引供电系统简图220kV220k

3、V单相变和V/V变供电接线示意图上行上行 下行下行株州方向株州方向上行上行 下行下行杭州方向杭州方向上行上行 下行下行株州方向株州方向上行上行 下行下行杭州方向杭州方向A A B B C C浙赣电气化铁路采用的供电方式l直接供电加回流线,简称DN供电方式接触网接触网钢轨钢轨回流线回流线大地大地P P金属线金属线机机 车车变电所越区供电变变 电电 所所1 1变变 电电 所所2 2变变 电电 所所3 3分区所分区所分区所分区所列车运行图A A1A A4A A3B B2A A2B B1A An2B Bn2A A1A An1A An3kmkm车站分区所t tt t1t t2t tn分区所电力牵引机车供

4、电模型M MD D1 1T T2 2T T3 3T T1 1D D2 2D D3 3D D4 4T T4 4T T5 5T T6 6a a1 1 b b1 1x x1 1a a2 2x x2 225kV25kV(0(00.25)Ud0.25)Ud(0.25(0.250.5)Ud0.5)Ud(0.5(0.50.75)Ud0.75)Ud(0.75(0.751)Ud1)Ud电力牵引机车 由于移相触发导通和换流过程，牵引绕组侧交流电流 i发生畸变和相位移，电流中含有各次谐波，表示为：各次谐波电流与谐波次数成反比例变化，实测机车谐波电 流为负荷电流的百分数：3次：20-25%，5次：10-13%，7次

5、：6-8%。牵引供电系统的特点a) 电力机车是单相移动性随机负荷， 是一种负序源； b) 非线性整流器机车，为一种谐波源 ，功率因数低； c) 运行条件恶劣，故障率较大且无备 用等等 ； d) 供电方式及设备种类多样化。我国电气化铁道供电系统采用工频单 相交流制，主要有以下特点：电铁牵引负荷的特点1. 多变性 随机性 1. 移动性 2. 复杂性 由于电铁牵引系统 负荷沿铁道线分布 、覆盖的公用供电 区域广等特点，对 整个电力系统影响 严重。电铁牵引负荷引起的危害电铁牵引负荷对电网的影响主要有 三类：负序危害谐波危害电压波动危害对发电机的影响：1. 转子的附加损耗及发热；2. 附加力矩及振动负序

6、分量 对电力系统的主要影响对旋转电机的影响：对电动机的影响：1. 由定子、转子的铜损增加而引起发热问题 ；2. 负序磁场产生制动转矩，从而降低电动机 的最大转矩和过载能力；3. 正、反转磁场相互作用，建立脉动转矩， 可能引起电动机的振动。 负序分量 对电力系统的主要影响对电力变压器的影响 在不对称负载下，如控制最大相电流 为额定值，则其余两相就不能满载， 变压器容量不能得到充分利用。 如维持额定容量，将会造成局部过热 。负序分量 对电力系统的主要影响 对继电保护和自动装置的影响 可能引起负序启动元件误动作； 降低负序起动元件反应于电网故障的灵 敏度； 自动故障录波装置的负序启动元件的误 启动，

7、导致故障录波器频繁启动而影响 其正常工作。负序分量 对电力系统的主要影响 对输电线路的影响使输电线路损耗增加 对计算机系统的干扰如果超过允许极限范围，将会致使计 算机无法正常运行，轻则降低信息质 量，引起逻辑功能错乱，计算失误， 控制失灵，测试结果失真；重则使元 器件受损伤。谐波对电力系统的影响和危害就后果看，可以分成两类：第二类、是对计算机、通信系统、电 力系统继电保护、自动控制器或系统 、仪表、以及视听设施的影响，它可 以造成设备的工作失误或性能劣化。第一类、是对电力设备的影响，它可 能造成设备损坏、减少设备寿命，或 降低出力等；电压波动和闪变 对电力系统的影响和危害l电照明灯光闪烁，引起

8、人的视觉疲劳甚至难 以忍受；l电视机屏幕图象失真、摆动翻滚和亮度变化 ；l电动机转速不均匀，影响产品质量甚至损坏 电动机；l电子计算机、监测和控制设备等工作不正常 。我国电力牵引现行电能质量 改善措施及存在问题 1. 对牵引网联接线及牵引变采取措施 2. 从电力机车及牵引变电站本身改善电能质量 3. 电力系统用户采取的一些自我保护措施 4. 我国电力牵引电能质量改善措施中存在的问题1、对牵引网联接线及牵引变采取措施l通常采用相序轮换接入，即换相联接。 所谓换相联接就是把各牵引变电所轮换 接到电力系统的不同相上，其目的使电 铁单相负荷反映到电力系统尽可能达到 三相负荷对称。l采用平衡变压器采用不

9、同类型牵引变压器对电网的影响电流不平衡度与负荷电流比的关系2、从电力机车本身及变电站改 善电能质量在机车上或者在变电站加装并联电容 器无功补偿装置（有些兼滤三次谐波 ）3、电力系统用户采取的一些自我保护措施 l我国电铁接入公用电网运行三十多年来，由于种种 原因，电铁建设和治理措施没做到“同时设计、同 时施工、同时投运”的三同时原则，致使电网污染 日趋严重，已引发多起大面积停电事故，发电机转 子损坏事故，用户电动机、电容器损坏事故等等， 椐了解，对于已有的电气化铁路造成的一些影响， 铁路部门和电力部门也开始逐渐重视，并着手治理 ，但对那些暂时无法进行综合治理的地方，电力部 门采取一些临时措施，譬

10、如改变运行方式、加装串 抗、采用适合电铁的保护等等，虽然没有从根本上 解决污染问题，但也不失为一种有效的自我保护措 施 供电点的短路容量l加强电力网络，增加系统容量，可以增 强系统抗干扰能力，并使电能质量各项 指标得到改善。浙赣电气化铁道沿线部分变电 所母线短路容量范围我国电力牵引 电能质量改善措施中存在的问题 l铁路部门更关注无功补偿问题，因为这涉及到力 率计费问题，一般采取无功补偿兼滤3次谐波；牵 引变在轻负荷时无功可能出现过补，而在重负荷 时又可能出现欠补。可以说现行机车与变电站的 补偿装置很多没有达到预期的效果。l变电站设有补偿装置的供电区间，应当运行什么 机车没有明确界限，在这些区间

11、既存在有补偿装 置的机车，也存在无补偿装置的机车，这使变电 站的补偿措施变得相当复杂。l机车也补，变电站也补，设备重复。沪杭、浙赣电气化铁路采取的措施l相序轮换接入，即换相联接。其目的使 电铁单相负荷反映到电力系统尽可能达 到三相负荷对称l在每个牵引站的低压侧母线接有无功补 偿装置，串接电抗率为12%的电抗器。衢州地区电能质量的初步分析评估九龙九龙谐波计算条件l背景谐波源的考虑 l电铁负荷谐波源的考虑 l电铁负荷的考虑 九龙变投前和投后的谐波分析l第一，在无铁路牵引负荷情况下的电网背景 谐波水平；l第二，在无背景谐波源干扰，仅考虑铁路牵 引负荷情况下，系统谐波水平；l第三，考虑电网背景谐波和铁

12、路牵引负荷共 同影响下的系统谐波水平；l第四，背景谐波和75%牵引负荷情况下的系 统谐波水平。 l九龙变投后以上各种情况再进行谐波分析无铁路牵引负荷情况下的 电网背景谐波水平航埠变航埠变U UTHDTHD=0.81%=0.81%无背景谐波源干扰，仅考虑铁路 牵引负荷情况下，电网谐波水平 航埠变航埠变U UTHDTHD=1.64%=1.64%考虑电网背景谐波和铁路牵引负 荷共同影响下的电网谐波水平 航埠变航埠变U UTHDTHD=2.33%=2.33%背景谐波和75%牵引负荷情况下 的电网谐波水平 航埠变航埠变U UTHDTHD=1.45%=1.45%九龙变投产后：考虑电网背景谐波和铁 路牵引负

13、荷共同影响下的电网谐波水平航埠变航埠变U UTHDTHD=1.26%=1.26%谐波仿真计算结论l电铁负荷的投运，以及电铁负荷的大小 对电网的谐波水平有较大的影响；l在电铁负荷和背景谐波的共同作用下， 系统谐波指标极有可能超标；l加强电网结构，比如九龙变的投运，会 明显改善电网的谐波水平；不平衡仿真计算计算条件：l2006年夏季腰荷的网架结构l牵引变在额定负载下运行GB 755-2000旋转电机 定额和性能l乌溪江电厂负序电流达58.129A，不平 衡度达28.5%不平衡仿真计算结果l l机端电压在并网前三相平衡，并网后机端电压在并网前三相平衡，并网后 三相电压三相电压A A相为相为6.1kV

14、 B6.1kV B相为相为5.7kV C5.7kV C相相 为为5.2kV5.2kV，发电机保护发出，发电机保护发出” ”PTPT断线断线” ”告告 警信号警信号, ,发出此信号的条件是必须同时发出此信号的条件是必须同时 满足以下两条满足以下两条: :l l1 1、机端自产、机端自产U0 10VU0 10Vl l2 2、中性点、中性点( (开口三角开口三角) )零序电压零序电压U05V U05V （二次值）（二次值）某水电厂某水电厂隔离刀闸隔离刀闸断路器断路器励磁变励磁变PTPTCTCT0.1F0.1F隔离刀闸隔离刀闸消弧线圈消弧线圈l测试系统侧三相电压l消弧线圈不投，开关不投，U0=39V左

15、 右l消弧线圈投，开关不投，U0=83V左右l消弧线圈投，开关投，U0=300V左右l消弧线圈不投，开关不投，U0=29.6V消弧线圈和开关均投入：l消弧线圈由3档改为2档，U0降为110V 左右l消弧线圈改为4档，U0=29Vl消弧线圈为4档，满载时，U0=100Vl消弧线圈改为2档，满载时，U0=55Vl5#机保护发出“PT断线”告警信号是由于三相 电压不平衡引起的，导致三相不平衡的主要 原因是零序电压过大（负序电压很小，不平 衡度也很小）；l发电机端接有的各种负载（励磁机、开关电 容、杂散电容）在不同的运行方式及组合下 ，等效负载有可能出现较大的不平衡； l消弧线圈在3档位时处于过补偿状态，选择档 位3时脱谐度最小，系统反映零序电压最高；l选择2档位（欠补偿）和4档位（过补偿）都 能有效降低零序电压，至于选择2档位还是4 档位需要在保证保护范围不缩小前提下结合 运行方式、规程要求等综合考虑； l目前消弧线圈档位选择在2档。l某变电所在每月的例行测试中发现3U0 偏高l经过一系列的仿真计算，确认CVT测量 波形的畸变是导致3U0偏高的原因l更换CVT后又进行了测试，反映一切正 常