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1、牵引供电系统若干技术问题牵引供电系统若干技术问题高 仕 斌高 仕 斌2006年11月2006年11月一、电气化铁路建设背景二、主要关键技术问题三、解决问题的方法四、结束语一、电气化铁路建设背景二、主要关键技术问题三、解决问题的方法四、结束语内容提要内容提要?铁路已成为制约国民经济发展瓶颈铁路已成为制约国民经济发展瓶颈电 力 牵 引电 力 牵 引电 力 牵 引电 力 牵 引能 源 危 机能 源 危 机能 源 危 机能 源 危 机货运运能只能 满足1/3运量货运运能只能 满足1/3运量货运运能只能 满足1/3运量货运运能只能 满足1/3运量客运节假日输 送旅客4000万 人次/日客运节假日输 送旅
2、客4000万 人次/日客运节假日输 送旅客4000万 人次/日客运节假日输 送旅客4000万 人次/日客运高速化客运高速化客运高速化客运高速化既有线提速既有线提速既有线提速既有线提速高密度运行高密度运行高密度运行高密度运行货运重载化货运重载化货运重载化货运重载化一、电气化铁路建设背景一、电气化铁路建设背景?中长期铁路网规划客运专线中长期铁路网规划客运专线电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景国家发展和改革委员会2004159号文件中长 期铁路网规划批准：“为满足快速增长的旅客运输 要求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道， 规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快 速客运系统。建设客运
3、专线1.2万公里以上，客车速度 目标值达到每小时200公里及以上。国家发展和改革委员会2004159号文件中长 期铁路网规划批准：“为满足快速增长的旅客运输 要求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道， 规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快 速客运系统。建设客运专线1.2万公里以上，客车速度 目标值达到每小时200公里及以上。电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景四纵：北京-上海，北京- 武汉-广州-深圳，北京-沈阳- 哈尔滨（大连），杭州-宁 波-福州-深圳。 四横：徐州-郑州-兰州， 杭州-南昌-长沙，青岛-石家 庄-太原，南京-武汉-重庆-成 都。 三个城际客运系统：环渤 海地
4、区、长三角地区、珠三 角地区，覆盖区域内主要城 镇。四纵：北京-上海，北京- 武汉-广州-深圳，北京-沈阳- 哈尔滨（大连），杭州-宁 波-福州-深圳。 四横：徐州-郑州-兰州， 杭州-南昌-长沙，青岛-石家 庄-太原，南京-武汉-重庆-成 都。 三个城际客运系统：环渤 海地区、长三角地区、珠三 角地区，覆盖区域内主要城 镇。 至2020年，中国铁路将形 成以高/快速客运专线为主 干网络的客运系统。至2020年，中国铁路将形 成以高/快速客运专线为主 干网络的客运系统。电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景 ?“十一五”铁路规划“十一五”铁路规划将建成新线19，800公里，其中客运专线 9，80
5、0公里，既有线复线8，000公里，既有 线电气化15，000公里。 2010年，全国铁路营业里程将达到95， 000公里，其中复线里程42，750公里，电气 化里程42，750公里。将建成新线19，800公里，其中客运专线 9，800公里，既有线复线8，000公里，既有 线电气化15，000公里。 2010年，全国铁路营业里程将达到95， 000公里，其中复线里程42，750公里，电气 化里程42，750公里。电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景建成武汉广州、郑 州西安、石家庄太原 三条客运专线， 开工建设北京武 汉、哈尔滨大连、天 津秦皇岛三条客运专线建成武汉广州、郑 州西安、石家庄太原 三
6、条客运专线， 开工建设北京武 汉、哈尔滨大连、天 津秦皇岛三条客运专线电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景建成北京天津、广州珠海、广 州深圳、上海南京、上海杭州城际 客运铁路 对京沪、京广、京哈、京九、陆桥、 沪蓉和沪昆七条主通道进行系统配套改 造，扩大运输能力。建成北京天津、广州珠海、广 州深圳、上海南京、上海杭州城际 客运铁路 对京沪、京广、京哈、京九、陆桥、 沪蓉和沪昆七条主通道进行系统配套改 造，扩大运输能力。研究牵引供电系统的成套技术，实现研究牵引供电系统的成套技术，实现电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景?运行控制自动化运行控制自动化?运行控制自动化运行控制自动化?运营管理信息化运
7、营管理信息化?运营管理信息化运营管理信息化?技术装备国产化技术装备国产化?技术装备国产化技术装备国产化关 键 技 术 问 题关 键 技 术 问 题关 键 技 术 问 题关 键 技 术 问 题装 备 研 制 及 系 统 集 成装 备 研 制 及 系 统 集 成装 备 研 制 及 系 统 集 成装 备 研 制 及 系 统 集 成二、主要关键技术问题二、主要关键技术问题电能质量与电磁兼容电能质量与电磁兼容电能质量与电磁兼容电能质量与电磁兼容弓网关系与检测技术弓网关系与检测技术弓网关系与检测技术弓网关系与检测技术自动过电分相与同相供电自动过电分相与同相供电自动过电分相与同相供电自动过电分相与同相供电牵
8、引供电自动化与信息化牵引供电自动化与信息化牵引供电自动化与信息化牵引供电自动化与信息化三、解决问题的方法三、解决问题的方法?自动过电分相与同相供 电技术自动过电分相与同相供 电技术?牵引供电系统电分相环 节是制约列车运行速度的 瓶颈之一。牵引供电系统电分相环 节是制约列车运行速度的 瓶颈之一。43211 2 3 4 5 6 7 8 cbcba解决问题的方法解决问题的方法?自动过电分相技术自动过电分相技术瑞士瑞士AF公司柱上自动切换式公司柱上自动切换式QF1 QF2 正常时：正常时：QF1断开、断开、QF2闭合闭合解决问题的方法解决问题的方法日本新干线地面自动转换式日本新干线地面自动转换式正 常
9、 时 ：正 常 时 ： S1 闭 合 、闭 合 、 S2 断 开断 开解决问题的方法解决问题的方法英国车上自动转换式英国车上自动转换式中国 自动电 分相技 术：三 者都有 采用。中国 自动电 分相技 术：三 者都有 采用。机车或动车组通过电分相引起的过电压？机车或动车组通过电分相引起的过电压？解决问题的方法解决问题的方法?同相供电系统同相供电系统通过在变压器二次侧 绕组上并联相应的电感、 电容器件实现同相供电。通过在变压器二次侧 绕组上并联相应的电感、 电容器件实现同相供电。右图为右图为SCOTT平衡变压 器实现同相供电的电路图平衡变压 器实现同相供电的电路图解决问题的方法解决问题的方法采用电
10、力电子技术实现同相供电采用电力电子技术实现同相供电解决问题的方法解决问题的方法解决问题的方法解决问题的方法解决问题的方法解决问题的方法 ?电能质量与电磁兼容 随着牵引负荷的增大，无功、负序、电压 闪变和谐波问题更加突出。电能质量与电磁兼容 随着牵引负荷的增大，无功、负序、电压 闪变和谐波问题更加突出。 ?研制新型平衡变压器研制新型平衡变压器 ?研制综合静止补偿装置研制综合静止补偿装置 ?采用独立供电系统采用独立供电系统 运行部门关注：“大马拉小车”问题、“无功计量”问 题、“再生制动能量反馈”问题运行部门关注：“大马拉小车”问题、“无功计量”问 题、“再生制动能量反馈”问题解决问题的方法解决问
11、题的方法 ?弓网关系与检测技术弓网关系与检测技术弓网关系是决定受流质量的主要因素。弓网关系是决定受流质量的主要因素。 ?通过理论与实验研究，确定最佳的悬挂形式、 零件材质通过理论与实验研究，确定最佳的悬挂形式、 零件材质 （简链（简链?弹链弹链?） ?确定以硬点和压力为主要检测对象的接触网受 流状态评价标准与体系确定以硬点和压力为主要检测对象的接触网受 流状态评价标准与体系 （受电弓动态包络线，动、静态检测的拟合）（受电弓动态包络线，动、静态检测的拟合）解决问题的方法解决问题的方法?牵引供电自动化与信息化牵引供电自动化与信息化是保障电气化铁路 安全可靠运行的有效手段。牵引供电自动化要解决的技术
12、问题：牵引供电自动化与信息化牵引供电自动化与信息化是保障电气化铁路 安全可靠运行的有效手段。牵引供电自动化要解决的技术问题：解决问题的方法解决问题的方法?自适应三段距离保护自适应三段距离保护?常规原理的阻抗继电器 在牵引重负荷与励磁涌流 叠加或牵引重负荷与再生 制动负荷叠加时，可能发 生误动作常规原理的阻抗继电器 在牵引重负荷与励磁涌流 叠加或牵引重负荷与再生 制动负荷叠加时，可能发 生误动作对交流传动动车组的适用性？对交流传动动车组的适用性？解决问题的方法解决问题的方法?保护原理与动作特性保护原理与动作特性1532 IIIIK+= +ZDDZDdDdXKXXRKXctgRRXctg1111
13、+ZDLZDZDRKXctgRXctgXKXXRtgRKR111100 11012或?断线接地故障检测与保护断线接地故障检测与保护 ?AT牵引网断线接地故障将使阻抗急剧增大， 常规原理的保护拒动牵引网断线接地故障将使阻抗急剧增大， 常规原理的保护拒动ZL解决问题的方法解决问题的方法?断线接地故障检测与保护断线接地故障检测与保护解决问题的方法解决问题的方法断线接地的故障电流与负荷电流识别在于： 断线接地故障电流是突变的，而负荷电流是 渐变的。 电流增量保护原理：断线接地的故障电流与负荷电流识别在于： 断线接地故障电流是突变的，而负荷电流是 渐变的。 电流增量保护原理：ZDhhhAqhIKIKKI
14、II+=)1 ( 11143211 2 3 4 5 6 7 8 cbcba?异相短路故障保护异相短路故障保护 ?电力机车带电过分相可 能引起异相短路，烧毁 电分相电力机车带电过分相可 能引起异相短路，烧毁 电分相解决问题的方法解决问题的方法?电压增量故障检测原理电压增量故障检测原理ZDhhhuhqUKUKKUUU+=)1 (111解决问题的方法解决问题的方法异相短路故障，自由相电压电弧电压， 接近方波，谐波丰富；正常运行、常规短路故 障，自由相电压谐波含量低异相短路故障，自由相电压电弧电压， 接近方波，谐波丰富；正常运行、常规短路故 障，自由相电压谐波含量低 =+= )10int(/ )(17
15、53uubcbcbcbcu KKUUUUK解决问题的方法解决问题的方法?全并联全并联AT供电方式故障测距供电方式故障测距 ?AT中性点吸上电 流比原理中性点吸上电 流比原理i iiiDIIIx11+ +=解决问题的方法解决问题的方法为了克服为了克服AT漏抗、线路不均衡的影响， 对上式进行修正如下：漏抗、线路不均衡的影响， 对上式进行修正如下：i iiiiiiDQQIIQIx)(1111+ +=解决问题的方法解决问题的方法?关于同步问题 方案一：架设专用通道，费用高，若专 用通道故障，全线不能测距； 方案二：利用关于同步问题 方案一：架设专用通道，费用高，若专 用通道故障，全线不能测距； 方案二：利用AT站的电压互感器，采用 低压元件进行启动（为实现站的电动隔离 开关、负荷开关的投切，站安装有电压互 感器站的电压互感器，采用 低压元件进行启动（为实现站的电动隔离 开关、负荷开关的投切，站安装有电压互 感器）。解决问题的方法解决问题的方法?故障测距流程 供电臂发生故障，沿线电压降低，启动 每个故障测距流程 供电臂发生故障，沿线电压降低，启动 每个AT站的电流采集单元进行电流采集，持续 至电流截断； 以电流截断前一个周波采样点作为计算 电流幅值的基础，一方面消除衰减直流分量的 影响；一方面可以确保同步；站的电
