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1、牵引供电系统,主讲 王亚妮,ADD：广州市白云区庆隆中路100号 邮编: 510430 http:/ E-mail:ch_j_,主要知识点：1.我国电气化铁路的发展简史； 2.牵引供电系统的基本组成； 3.牵引供电负荷的特点及对策。,学习要求：1.能画出直接供电、BT供电、AT供电三种供电方式下的牵引供电系统的示意图,并说明牵引供电系统主要组成部分的名称和作用，分析三种供电方式的异同点和优缺点。 2.能分析牵引供电系统与电力系统的关系，能明晰“谐波治理、通信干扰、单相负荷”等概念。,一、我国电气化铁路的发展简史-优势突出,优势一：多拉快跑（马力大，拉得多、跑得快、爬坡的劲头足）。,优势二：电能
2、“干净” ，不冒黑烟，不扬灰渣，因而不会污染环境。,优势三：操作简便，出车前的准备时间短，蒸汽机车，既要装煤，又要加水，内燃机车需要加油。司乘人员工作条件好,维护检修工作量小,大大降低了工人的劳动强度.,优势四：能量来源比蒸汽机车和内燃机车丰富，而且效率高，既可由煤炭、石油来发电，也可由水力、核能、天然气、地热、太阳能等发电，节约国家有限的煤炭和石油资源。,电气化铁路在1980年后得到飞速发展,一、我国电气化铁路的发展简史-快速发展,一、我国电气化铁路的发展简史-重大事件,1961年8月15日： 91公里的我国第一条电气化铁路（宝成线宝鸡凤州段）通车；1975年7月1日，676公里长的宝成铁路
3、全线建成通车。(千分之三十的大坡度),2001年9月11日：2294公里长的京广电气化铁路全线通车；,1998年8月28日：147公里长的广深电气化准高速铁路全线通车，是我国自己设计建设的第一条160kM/h电气化铁路； 2007年4月18日：广深电气化准高速铁路提速为200kM/h。,2008年8月1日：京津城际铁路开通试运营，全长120公里，350kM/h。中国高速铁路的新纪元。,2008年4月18日：国家重大战略性交通工程京沪高速铁路，全线开工建设。京沪高铁自北京南站至上海虹桥站，全长1318公里，总工期5年左右 。,2009年11月5日：精伊霍铁路是新疆的第一条电气化铁路，东起兰新铁路
4、精河站，西至中哈边境口岸霍尔果斯，线路全长286公里。,一、我国电气化铁路的发展简史-重大事件,1961年8月15日： 91公里的我国第一条电气化铁路（宝成线宝鸡凤州段）通车；1975年7月1日，676公里长的宝成铁路全线建成通车。(33 ),一、我国电气化铁路的发展简史-电气化铁路主要线路概况,一、我国电气化铁路的发展简史-电气化铁路主要线路概况,一、珠江三角洲轨道交通网在飞速发展中的（至2010年）,二、牵引供电系统的基本组成,基本概念：1.电流制式：工频、单相、交流、25kV; 2.牵引供电系统的基本组成：牵引变电所、牵引网（馈电线、接触线、钢轨（地）、回流线、吸上线）； 3.接触网供电
5、方式。,二、牵引供电系统的基本组成,牵引网（馈电线、接触线、钢轨（地）、回流线、吸上线）,二、牵引供电系统的基本组成-接触网供电方式,单边供电方式,分区亭（所）,二、牵引供电系统的基本组成-接触网供电方式,讨论1：什么是双边供电方式，为什么我国不采用？,分区亭（所）,讨论2：分区亭（所）的作用？,系统比较,机车电流 P/(U cos j)ITfz 6.670 A3.330 A665 A400 A,超过5 km 时沿着接触网的压降 和功率损失DU 1.000 V500 V200 V145 V,PV DU/Un; PV/P6.530 kW 65,0 %)1.660 kW 17,0 %130 kW
6、1,3 %55 kW 0,6 %,变电所,Uw,5 km,P=10 MW cos j = 1,接触网阻抗z = r + jx0,03 W/km0,03 W/km(0,06 + j 0,08) W/km(0,07 + j 0,23) W/km,铁路供电系统 Un Gs (1,5 kV Gs 3 kVWs 16 2/3 Hz 15 kVWs 50 Hz 25 kV,二、牵引供电系统的基本组成-工作示意图,牵引网,牵引变电所,SCADA,二、牵引供电系统的基本组成-工作示意图,牵引供电系统,牵引变电所全景 (Germany 15 kV/16.7Hz),二、牵引供电系统的基本组成-牵引变电所,牵引变电
7、所高压侧部分(秦沈线),二、牵引供电系统的基本组成 - 牵引变电所,牵引变电所27.5kV侧部分,二、牵引供电系统的基本组成 牵引网,三、牵引负荷的特点及对策,基本概念：1.一级负荷：牵引供电系统高压电源引入的方式。 2.单相重负荷：特殊牵引变压器，换相连接。 3.通信干扰大：供电方式。 4.高次谐波比重大：整流机车。 5.功率因素低：电容补偿装置。 6.负荷波动大：最大负荷，额定负荷，最小负荷。,三、牵引负荷的特点（一） 一级负荷,牵引供电系统高压电源引入的方式，要保证牵引一级负荷的电源。,解决方式：通常要求每个牵引变电所必须有两个独立电源供电（来自电力系统的两个地区变电所，由两路非同杆架设
8、的输电线路供电），其中每路输电线应能承担牵引变电所的全部负荷.两路电源互为备用或一主一备，即一路可长期供电，另一路由于某种原因只能作为短期备用，当供电电源故障时，备用电源应能立即投人。,三、牵引负荷的特点（二） 单相重负荷,牵引负荷的特点：单相重负荷 其对电力系统产生的主要影响是：导致牵引变压器原边三相电压不对称，存在负序电压和电流，简称负序影响。,不对称系统的分析方法：傅立叶级数分解法 正序分量、负序分量、零序分量 1.对感应电动机的影响:负序分量在电动机中产生制动的反力矩，直接影响了电动机的出力，从而降低运行效率。 2.对电力变压器的影响:使变压器的容量利用率下降;造成变压器的附加能量损失
9、并在变压器铁心磁路中造成附加发热。 3.对输电线路的影响:负序功率实际上并不作功，而只造成电能损失，从而降低了电力网的输送能力。 4.对继电保护的影响:负序电流容易使系统中由负序分量起动的继电保护及自动装置误动作，从而增加保护的复杂性。,三、牵引负荷的特点（二） 单相重负荷,牵引变压器：阻抗匹配平衡变压器（京广线南段）,W1、W2与普通三相YN，d11变压器接线完全相同，铁心也是三相心式结构。且C端子与钢轨和接地网连接。不同是：,(1)非接地相ab的阻抗增加倍，即Zab=Zbc=Zca，称为阻抗匹配系数，其值为 1；,(2)非接地的两端增加了两个对称的外移绕组a和b，其绕组匝数W3为内三角形每
10、相绕组匝数的( 1)/2倍，,单相重负荷：解决办法是采用特殊变压器和采用换相连接。,阻抗匹配平衡变压主要缺点是平衡绕组W3( 1)/2W2和阻抗匹配系数 1都是固定值，设计和制造比较困难。不进行阻抗匹配，即 1，而只设外移绕组，那么非接地相的电流会增大，该相磁势就会增加。为此，可在两个非接地相也各增加一个匝数为W4的补偿绕组，使其三相磁势仍保持平衡。就能实现副边两相对称，原边三相对称的关系。,三、牵引负荷的特点（二） 单相重负荷,牵引变压器：非阻抗匹配平衡变压器,三、牵引负荷的特点 （二） 单相重负荷,牵引变压器：scott变压器 （(北)京一秦(皇岛),郑(州)一武(昌) ）,两个单相变压器
11、构成： M座变压器原绕组为W1接三相电源BC相上； T座变压器原绕组3/2W1一端接到电源的A相，另一端接到M座变压器的中点O。两座变压器的副绕组匝数相等，即图中的两个W2，并输出两个数值相等，相位互相垂直的两个电压U2M和U2T，分别向变电所的左右两个臂供电。当两臂负荷电流相等时，原边三相电流对称。,三、牵引负荷的特点 （二） 单相重负荷,把各牵引变电所的单相牵引负荷轮换接入电力系统的不同相，使电力系统的三相负载电流对称。从相序上看3个牵引变电所形成一个循环。若3个变电所的负荷相等，则对电力系统来说三相负荷平衡，在这种情况下，负序电流不进入电力系统，而只在3个牵引变电所之间流通。,换相连接,
12、三、牵引负荷的特点 （三） 通信干扰,基本概念： 1.怎样将通信线路的干扰降低到最小？ 2.牵引供电方式的选择要解决什么问题？ 3.牵引供电方式：直接供电（DN）、BT供电、AT供电、CC供电。,三、牵引负荷的特点（三） 通信干扰,牵引负荷的特点：通信干扰大 其对附近通信线路产生的主要影响是：感应电压；信号干扰。 危险电压影响：指牵引网对邻近通信线路的感应影响，严重到足以危及设备绝缘或接触这些被感应线路和设备的人员的人身安全。 杂音干扰影响：指这种影响破坏了通信线路的正常工作，例如使电话线路中出现干扰杂音、降低通信质量等。,牵引供电系统采取的防护措施 1.采用带架空回流线的直接供电方式。 2.
13、在牵引网中加装吸流变压器回流线装置。简称BT供电方式。 3.在牵引供电系统中，采用自耦变压器供电方式 ，简称AT供电方式。 4.牵引供电系统采用同轴电力电缆供电方式。 简称CC供电方式。,通信线路可采取的主要防护措施 1.将架空通信明线改为高屏蔽通信电缆或光缆通信线路。光缆通信是利用光波传递信息的一种通信方式。光缆是电绝缘介质，不受电、磁干扰影响。 2.将架空通信明线拆迁到交流电气化铁道影响范围以外。,25 kV,25 kV,Substation,Substation,Feedback rope on poles,Overhead line,rails,return conductor,三、牵
14、引负荷的特点 （三） 通信干扰,直接供电方式：结构简单，对通信线路干扰最大，系统容量利用率低,带架空回流线的直接供电方式（DN)：结构简单，适合高速，接触线与回流线同杆架设，减小对通信线路干扰，系统容量利用率得到提高。,直接供电方式,变电所,吸流变压器,回流线,三、牵引负荷的特点 （三） 通信干扰,BT供电方式：结构复杂，通信线路干扰小，不适合高速线路（？）。,应用案例：京广线 （1988-2001， 90km/h ),BT供电方式,接触网,变电所,同轴电缆接触网,轨道,三、牵引负荷的特点 （三） 通信干扰,应用案例：日本东海道新干线 （1964-， 515.4 km, 270km/h ),C
15、C（同轴电缆）供电方式：造价昂贵，通信线路干扰很小，适合高速线路，在穿越大城市和长隧道使用。,CC供电方式,三、牵引负荷的特点 （三） 通信干扰,应用案例：（北）京秦（皇岛）、大（同）（秦）皇岛、郑（州）武（昌）等电气化铁路。我国新建客运专线，也多采用A T 供电方式，武广客运专线。,AT供电方式：通信防护效果好；牵引网阻抗小，供电距离长，变电所间距长；适合高速、重载列车运行。,AT供电方式,三、牵引负荷的特点 （四） 高次谐波,电力机车是移动的、量值不断变化的谐波源 电力机车的受电弓从接触网获取电流，经过降压变压器、整流装置、平波电抗器、驱动直流牵引电机，经钢轨流回牵引变电所。由于机车变压器、整流器、平波电抗器等的影响，使机车原边电流畸变，交流侧不再是正弦波，包含着丰富的谐波成分，三次谐波分量最高达30%。,
