牽引變電所、開閉所、分區(qū)所綜合設(shè)計

1、蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文） 摘 要牽引變電所、開閉所和分區(qū)所是電氣化鐵道供電系統(tǒng)的重要組成部分。它們擔(dān)負(fù)著從電力系統(tǒng)中受電、變壓和分配電能的任務(wù)，并且直接影響著整個電力系統(tǒng)的安全與經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。本次課題為陽安線擴(kuò)能改造。負(fù)荷種類為單線鐵路變復(fù)線鐵路，仍采用三相牽引變壓器的直接供電方式。首先給出了陽安線牽引變電所的原始資料，根據(jù)其原始資料計算出變電所的設(shè)計容量，進(jìn)一步計算得變壓器的具體安裝容量等數(shù)據(jù)，由此確定變壓器的數(shù)量和型號參數(shù)。同時對主變壓器的接線方式進(jìn)行了詳細(xì)說明。然后針對電氣化鐵道功率因數(shù)的特點(diǎn)，詳細(xì)論述了功率因數(shù)的影響、標(biāo)準(zhǔn)及補(bǔ)償措施，并且對牽引變電所無功功率進(jìn)行了有效補(bǔ)償以提高功率因數(shù)

2、，對并聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)淖饔煤驮?、補(bǔ)償方案進(jìn)行了研究和分析。最后，綜合所有數(shù)據(jù)計算出了牽引供電系統(tǒng)的電壓損失和電能損失，確保了陽安線牽引供電系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性。至此，完成了陽安線擴(kuò)能改造牽引變電所、開閉所和分區(qū)所的綜合設(shè)計。關(guān)鍵詞：容量計算；電氣主接線；功率因數(shù)補(bǔ)償；電壓損失；電能損失- i -abstracttraction substation, switching station and section post are important parts of electrified railway power supply system. they are charged with tas

3、k which is obtaining electricity from the power system, transformation and distributing electric energy, and directly affects the security and economic operation of the entire power system.the object is capacity expansion for the yang an line. load types are to change the single-track railway to dou

4、ble track railway, still using the direct power supply of three-phase traction transformer. it firstly shows original data of yang an line traction substation, and calculates its designed capacity of substations in accordance with the original information, further calculates the specific data of tra

5、nsformers such as installed capacity, thus determines the number and the type of parameters of the transformer. meanwhile, it describes connection of the main transformer in detail. then according to the characteristics of electrified railways power factor, it discusses in detail the impact, standar

6、ds and compensation measures of power factor, compensates effectively reactive power of traction power substation to improve the power factor, studies and analyzes the function, the principle and compensation programs of shunt capacitor compensation. finally, combining all the data to calculate the

7、loss of voltage and power loss of traction power supply system, it ensures economy and stability of the yang an line traction power supply system.thus, it completes the capacity expansions integrated design for yang an lines substation, switching station and section post.key words：capacity calculati

8、on，main electrical connection，power factor compensation，voltage loss，power loss- iii -目 錄摘 要iabstractii1 緒論11.1 陽安線擴(kuò)能改造的背景與意義11.2 電氣化鐵道供電系統(tǒng)概論11.3 牽引變電所概論及分類31.4 開閉所概論及分類51.5 分區(qū)所概論及分類62 電氣主接線82.1 電氣主接線的功能、基本要求與設(shè)計原則82.1.1 電氣主接線應(yīng)滿足下列基本要求82.1.2 電氣主接線設(shè)計應(yīng)遵循的主要原則和步驟92.2 電氣主接線的基本形式92.2.1 單母線接線92.2.2 雙母線接線12

9、2.2.3 橋形接線132.2.4 簡單分支接線153 三相yn，d11結(jié)線牽引變電所163.1 牽引變壓器接線173.2 牽引變壓器繞組電流的分布173.3 牽引變壓器容量利用率193.4 供電臂電流長期允許值203.5 三相yn,d11接線牽引變電所的優(yōu)缺點(diǎn)203.6 陽安線擴(kuò)能改造牽引變電所、開閉所、分區(qū)所主接線圖214 負(fù)荷計算及變壓器選型244.1 參數(shù)解釋244.2 參數(shù)選定254.3 變壓器安裝容量計算255 并聯(lián)電容補(bǔ)償305.1 功率因數(shù)305.1.1 電力牽引負(fù)荷的功率因數(shù)305.1.2 功率因數(shù)低的不良影響305.1.3 提高牽引負(fù)荷功率因數(shù)的措施305.2 并聯(lián)電容補(bǔ)償

10、的作用和原理315.3 并聯(lián)電容補(bǔ)償方案325.4 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置主接線335.5 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置容量計算355.5.1 計算條件355.5.2 電容器組的容量計算356 牽引供電系統(tǒng)的電壓損失386.1 牽引網(wǎng)的電壓損失386.1.1 電壓損失計算和牽引網(wǎng)當(dāng)量阻抗386.2 雙線牽引網(wǎng)的電壓損失396.2.1 雙線牽引網(wǎng)的電流分配規(guī)律396.2.2 雙線牽引網(wǎng)電壓損失計算條件416.2.3 陽安線供電臂的最大電壓損失426.3 三相yn，d11結(jié)線變壓器電壓損失436.3.1 三相變壓器的阻抗436.3.2 三相結(jié)線變壓器電壓損失計算446.3.3 陽安線牽引變電所變壓器電壓損失457

11、牽引供電系統(tǒng)的電能損失467.1 牽引網(wǎng)的電能損失467.1.1 平均運(yùn)量法467.1.2 雙線區(qū)段牽引網(wǎng)電能損失477.1.3 陽安線一區(qū)段牽引網(wǎng)電能損失487.2 牽引變電所的電能損失507.2.1 三相yn，d11結(jié)線牽引變壓器電能損失507.2.2 陽安線牽引變電所三相yn，d11牽引變壓器電能損失51結(jié) 論53致 謝54參 考 文 獻(xiàn)55蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計（論文）1 緒論1.1 陽安線擴(kuò)能改造的背景與意義為發(fā)展陜南經(jīng)濟(jì)，緩解西南地區(qū)北通路運(yùn)輸能力的緊張狀態(tài)，進(jìn)一步加強(qiáng)地震災(zāi)區(qū)與全國的聯(lián)系，盡快完成災(zāi)后重建，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)健康快速的發(fā)展，鐵道部、陜西省協(xié)商，擬進(jìn)行陽安線鐵路復(fù)線工程建設(shè)

12、。陽安鐵路西起寶成鐵路的陽平關(guān)站，行經(jīng)漢中地區(qū)的寧強(qiáng)、勉縣、漢臺、城固、洋縣、西鄉(xiāng)等，至安康地區(qū)，接入安康樞紐。既有線路全長375km，曾建二線全長325.6km。其中漢中境內(nèi)復(fù)線工程全長239.5km。陽安鐵路作為入川北通道的組成部分，可溝通蘭渝、寶成與襄渝、西康鐵路，形成西北與華中、華南地區(qū)的便捷通道。陽安線擴(kuò)能改造對于強(qiáng)化路網(wǎng)結(jié)構(gòu)、增加路網(wǎng)機(jī)動靈活性、發(fā)揮發(fā)揮路網(wǎng)系統(tǒng)效能、提高川渝北通道貨運(yùn)功能、支持災(zāi)后恢復(fù)重建，打造“西三角經(jīng)濟(jì)區(qū)”，促進(jìn)區(qū)域間的經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展、加強(qiáng)中西部間的經(jīng)濟(jì)聯(lián)合、滿足區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的運(yùn)輸需求、改善沿線交通運(yùn)輸條件、促進(jìn)地方工農(nóng)業(yè)發(fā)展，以及擴(kuò)內(nèi)需、保增長、保民生，促進(jìn)地

13、方經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展等具有十分重要的意義和作用。1.2 電氣化鐵道供電系統(tǒng)概論電力工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的一個重要組成部分，它為工業(yè)、農(nóng)業(yè)、交通運(yùn)輸和城市提供能源。由于電能易于控制、輸配簡單經(jīng)濟(jì)且便于轉(zhuǎn)變成其他形式的能量(機(jī)械能、光能、熱能、化學(xué)能等)，電能已廣泛應(yīng)用到社會生產(chǎn)的各個領(lǐng)域和社會生活的各個方面。在我國電氣化鐵道也是由電力系統(tǒng)供電，安全、可靠、經(jīng)濟(jì)、合理地為電氣化鐵道供配電是實(shí)現(xiàn)鐵路運(yùn)輸安全、可靠的重要保證和基礎(chǔ)。我國電氣化鐵路(接觸網(wǎng))采用單相工頻交流制，額定電壓為25kv。(1) 電氣化鐵道供電系統(tǒng)由一次供電系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)組成。 一次供電系統(tǒng)：一次供電系統(tǒng)是指電力系統(tǒng)向電氣化鐵道的

14、供電部分。在我國，電力系統(tǒng)通常以110kv的電壓等級向電氣化鐵道供電。區(qū)域變電站或發(fā)電廠，三相交流高壓輸電線，這兩部分即為電氣化鐵道的一次供電系統(tǒng)。 牽引供電系統(tǒng)：完成對電力機(jī)車供電的屬于鐵路部門管轄的裝置稱為電氣化鐵道的牽引供電系統(tǒng)。電力部門管轄的電力系統(tǒng)與鐵路部門管轄的牽引供電系統(tǒng)是在牽引變電所高壓進(jìn)線的門形架處分界?，F(xiàn)將牽引供電系統(tǒng)各部分的功用簡述如下：(a) 牽引變電所牽引變電所的作用是將110kv(或220kv)三相交流高壓電變換為27.5(或55)kv，然后以27.5(或55)kv的電壓等級向牽引網(wǎng)供電。(b) 接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)是一種懸掛在電氣化鐵道線路上方，并和鐵路軌頂保持一定距離的

15、鏈形或單導(dǎo)線的輸電網(wǎng)。電力機(jī)車的受電弓和接觸網(wǎng)滑動接觸取得電能。接觸網(wǎng)的額定電壓為25kv。(c) 饋電線饋電線是連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線，把牽引變電所變換后的電能送到接觸網(wǎng)。饋電線一般為大截面的鋼芯鋁絞線。(d) 軌道在非電牽引情形下，軌道只作為列車的導(dǎo)軌。在電氣化鐵道，軌道除仍具上述功用外，還需要完成導(dǎo)通回流的任務(wù)，是電路的組成部分。因此，電氣化鐵道的軌道應(yīng)具有暢通導(dǎo)電的性能。(e) 回流線連接軌道和牽引變電所中主變壓器接地相之間的導(dǎo)線稱為回流線，它也是電路的組成部分，其作用是將把軌道、地中的回路電流導(dǎo)入牽引變電所。(f) 分區(qū)所在電氣化鐵道上，為了提高運(yùn)行的可靠性，增加供電工作的靈活

16、性，在相鄰兩變電所供電的相鄰兩供電分區(qū)的分界處常用分相絕緣器斷開。若在斷開處設(shè)置開關(guān)設(shè)備和相應(yīng)的配電裝置，則組成分區(qū)所。(g) 開閉所某些遠(yuǎn)離牽引變電所的大宗負(fù)荷，如樞紐站、電力機(jī)務(wù)段等，接觸網(wǎng)按作業(yè)及運(yùn)行的要求需要分成若干組，需要多條供電線路向這些接觸網(wǎng)分組供電。若直接從牽引變電所向這些接觸網(wǎng)分組供電，不但會增加變電所的復(fù)雜程度，而且將大量增加饋電線的長度，造成一次投資過大。為此，一般采取在大宗負(fù)荷附近建立開閉所的辦法來解決。(h) 自耦變壓器站(at所)工頻單相交流電氣化鐵路采用自耦變壓器(at)供電方式時，在鐵路沿線需每隔12km設(shè)置自耦變壓器和相應(yīng)的配電裝置，即at所。at所的作用之一

17、便是將牽引變電所供來的55kv電壓經(jīng)自耦變壓器at降為接觸網(wǎng)的25kv電壓等級，然后向接觸網(wǎng)供電。(2) 電力牽引供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)我國電力牽引供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有以下幾方面： 電力機(jī)車是單相移動性隨機(jī)負(fù)荷，是一種負(fù)序源； 非線性整流器機(jī)車，成為一種諧波源，并從電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)獲取無功； 供電方式及設(shè)備種類多樣化，有直接供電方式、帶回流線的直接供電方式、串聯(lián)吸流變壓器、bt供電方式、自耦變壓器at供電方式，這些供電方式的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特性有較大的差異。對牽引變壓器，有單相、yn，d11接線、斯科特接線、伍德橋接線、阻抗匹配平衡型、三相不等容量型等形式，它們具有不同的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。由于供電方

18、式不同，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)類型也較多； 牽引供電系統(tǒng)和電力機(jī)車在電氣上是個連續(xù)的整體，易于實(shí)現(xiàn)自動化和信息化管理。牽引供電系統(tǒng)中存在的主要技術(shù)問題，包括牽引變壓器供電能力的提高及增容、牽引網(wǎng)電壓的調(diào)節(jié)、電力系統(tǒng)要求對諧波、負(fù)序、無功的治理等。為解決這些技術(shù)問題，在設(shè)計和運(yùn)行中需要對牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行深入研究，例如：對各種供電方式的結(jié)構(gòu)、參數(shù)、性能的分析計算和優(yōu)化；對變壓器過負(fù)荷能力及對負(fù)荷平衡能力的研究；對諧波、負(fù)序、無功、電壓損失、防干擾能力等進(jìn)行系統(tǒng)地分析和綜合治理研究等等。(3) 對電氣化鐵道供電系統(tǒng)的基本要求： 保證向電氣化鐵路安全、可靠、不間斷地供電； 提高供電質(zhì)量，保證必需的電壓水平； 提高

19、功率因數(shù)，減少電能損失，降低工程投資和運(yùn)營費(fèi)用； 盡量減小單相牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中引起的負(fù)序電流、負(fù)序電壓和高次諧波影響； 盡量減小對鄰近的通信線路的干擾影響。我國電氣化鐵道已運(yùn)營了幾十年，在實(shí)踐中積累了大量的經(jīng)驗，但與鐵路電氣化發(fā)達(dá)國家相比，在技術(shù)及裝備上仍有差距。特別是在面臨高速、重載和擴(kuò)能要求下，電氣化鐵道供電系統(tǒng)中更有許多技術(shù)難題需要解決。1.3 牽引變電所概論及分類牽引變電所是電氣化鐵道供電系統(tǒng)的重要組成部分，它的作用是將110kv(或220kv)三相交流高壓電變換為27.5(或55)kv，然后以27.5(或55)kv的電壓等級向牽引網(wǎng)供電。(1) 牽引變電所按牽引網(wǎng)電流性質(zhì)的分類

20、直流牽引變電所直流牽引變電所可分為回轉(zhuǎn)變流機(jī)組、電動發(fā)電機(jī)組、離子變流器(水銀整流器)和半導(dǎo)體整流器等類型。在電氣化鐵路的早期發(fā)展階段，曾廣泛采用直流電力牽引，即電力系統(tǒng)將三相交流電送到牽引變電所一次側(cè)，經(jīng)過牽引變電所降壓并整流變成直流電，再通過牽引網(wǎng)供給電力機(jī)車使用。直流制發(fā)展最早，目前有些國家的電氣化鐵路仍在應(yīng)用。我國僅工礦、城市電車和地下鐵道采用。我國直流電力牽引的電壓等級是3000v(工礦企業(yè))、1500v(工礦企業(yè))、750v(地下鐵道)、600v(城市電車)等。直流制存在的主要問題是，直流牽引電動機(jī)額定電壓受到換向條件的限制不能太高，即牽引網(wǎng)電壓很難進(jìn)一步提高，這就要求沿牽引網(wǎng)輸送

21、大量電流來供應(yīng)電力機(jī)車。由于牽引電流增大，接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面要隨著加大(一般得使用兩根銅接觸線和銅承力索)，牽引網(wǎng)電壓損失也相應(yīng)增大，所以牽引變電所之間的距離要縮短，一般只有15km-30km。牽引變電所的數(shù)量多，并且為完成整流任務(wù)而變得較復(fù)雜。由于這些緣故，許多國家已逐漸停止發(fā)展直流制。 交流牽引變電所由于把變流或整流裝置已經(jīng)轉(zhuǎn)移到電力機(jī)車上，故和直流牽引變電所相比，交流牽引變電所的結(jié)構(gòu)比較簡單。(2) 交流牽引變電所按頻率和牽引網(wǎng)相數(shù)的分類 工頻單相交流牽引變電所我國鐵路干線的電氣化，采用工頻50hz單相交流制，接觸網(wǎng)額定電壓為25kv(某些國家也有采用工頻60hz以及額定電壓為50kv的情況

22、)。這是國際公認(rèn)的優(yōu)越的電流制。這種電流制在電力機(jī)車上將交流電降壓后應(yīng)用整流裝置整流來供應(yīng)直流牽引電動機(jī)。牽引變電所的主變壓器主要用來降壓、分相，所內(nèi)沒有變流以及變頻裝置。和直流制以及低頻交流制相比，變電所結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便。由于接觸網(wǎng)額定電壓較高，其中通過的電流相對較小。從而使接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面減小、結(jié)構(gòu)簡化，也使?fàn)恳冸娝g的距離延長、數(shù)目減少，工程投資和金屬消耗量降低，電能損失和運(yùn)營費(fèi)用也相應(yīng)減少。工頻單相交流制的缺點(diǎn)是：對電力系統(tǒng)產(chǎn)生負(fù)序電流、負(fù)序電壓分量；使高次諧波含量增加以及功率因數(shù)較低；對沿電氣化鐵路架設(shè)的通信線有干擾。但是，經(jīng)過技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面的綜合分析比較，上述優(yōu)點(diǎn)是主要的。

23、因此，我國電氣化鐵路采用工頻單相25kv交流制。 低頻交流牽引變電所(a) 低頻單相交流牽引變電所歐美不少國家采用或25hz單相交流制，接觸網(wǎng)額定電壓為11或25kv。低頻單相交流制的出現(xiàn)，與力圖提高牽引網(wǎng)電壓以降低接觸網(wǎng)中的有色金屬用量有關(guān)。應(yīng)用低頻的條件，一方面是由于歐洲電力工業(yè)發(fā)展的初期原來就存在低于50hz的頻率；另一方面，交流整流子式牽引電動機(jī)因存在變壓器電勢而對整流過程造成困難，不適宜在較高的頻率下運(yùn)行。電力工業(yè)主要采用50hz標(biāo)準(zhǔn)頻率后，低頻制電氣化鐵道要么須自建專用的低頻率的發(fā)電廠，要么在牽引變電所變頻后送人牽引網(wǎng)，這就變得復(fù)雜化。于是，其發(fā)展受到了限制。(b) 低頻三相交流牽

24、引變電所有的國家曾采用hz三相交流制，接觸網(wǎng)額定電壓為3.7kv。此時不需變相裝置，并可始終保持牽引網(wǎng)處于三相對稱運(yùn)行狀態(tài)，但要架設(shè)三相接觸網(wǎng)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 工頻單相交流牽引變電所按主變壓器結(jié)構(gòu)種類和接線方式的分類有單相結(jié)線(又稱簡單單相結(jié)線，或純單相結(jié)線)，單相v，v結(jié)線，三相v，v結(jié)線，三相yn，d11結(jié)線和三相不等容量yn，d11結(jié)線，三相十字交叉結(jié)線，斯科特結(jié)線，yn,阻抗匹配平衡結(jié)線，非阻抗匹配yn，平衡結(jié)線，yn，平衡結(jié)線等。我國臺灣省電氣化鐵道采用的還有列布蘭結(jié)線。國外，主要在日本，還有伍德橋結(jié)線和改進(jìn)伍德橋結(jié)線等。1.4 開閉所概論及分類周圍的幾個用電單位供電的電力設(shè)施，位于電力

25、系統(tǒng)中變電站的下一級。其特征是電源進(jìn)線側(cè)和出線側(cè)的電壓相同。當(dāng)然，區(qū)域變電站也具有開閉所的功能。但需明確的是，開閉所是區(qū)別于變電站而言的。開閉所也指用于接受電力并分配電力的供配電設(shè)施，高壓電網(wǎng)中稱為開關(guān)站。中壓電網(wǎng)中的開閉所一般用于10kv電力的接受與分配。開閉所一般兩進(jìn)多出(常用46出)，只是根據(jù)不同的要求，進(jìn)出可以設(shè)置斷路器、負(fù)荷開關(guān)。在電氣化鐵路系統(tǒng)中，某些大站和樞紐站，電氣化范圍較廣，為了縮小接觸網(wǎng)事故范圍，提高供電的可靠性和接觸網(wǎng)檢修的靈活性，一般設(shè)開閉所。開閉所從鄰近變電所或接觸網(wǎng)引入12回27.5kv電源，通過27.5kv高壓配電裝置后，仍以27.5kv電壓分別向幾個供電區(qū)供電，

26、它的作用猶如電力系統(tǒng)餓開關(guān)站。開閉所牽引網(wǎng)有分支引出時，為保證不影響電力牽引安全可靠供電而設(shè)的帶保護(hù)跳匣斷路器等設(shè)施的控制場所。多設(shè)于樞紐站、編組場、電力機(jī)務(wù)段和折返段等處,如圖1.1所示。在供電分區(qū)范圍較大的復(fù)線at牽引網(wǎng)中，有時為了進(jìn)一步縮小接觸網(wǎng)事故停電范圍和降低牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失，也可在分區(qū)所與牽引變電所之間增設(shè)開閉所，也稱輔助分區(qū)所。開閉所的主要作用是提高供電的可靠性和縮小事故及停電范圍。開閉所有多種類型，有縮小事故及停電范圍的開閉所，增加饋電用的開閉所和提高供電的可靠性的開閉所。如縮小事故及停電范圍的開閉所它主要采用自耦變壓器供電區(qū)段。自耦變壓器供電方式的臂長度一般在40公里

27、左右，比一般供電方式的供電臂大約長一倍。當(dāng)發(fā)生故障或需要停電檢修時，停電范圍太大。因此，在供電臂中間需要設(shè)置開閉所，將供電臂分為兩段，在發(fā)生故障或停電檢修時，其停電范圍可減小一半，配電自動化的內(nèi)容廣泛，涉及到許多中壓配網(wǎng)的設(shè)備和裝置的控制和管理。當(dāng)然，也包括開閉所內(nèi)所有開關(guān)設(shè)備的監(jiān)測、控制、和管理。圖1.1 開閉所除此之外，開閉所還能夠加強(qiáng)對電力牽引網(wǎng)的控制，提高供電的靈活性和可靠性，并且具備變電所母線延伸的功能，在不改變電壓等級的情況下，還能夠?qū)﹄娔苓M(jìn)行合理地二次分配，從而為周邊的設(shè)備提供穩(wěn)定而可靠的供電電源。開閉所的作用可簡述如下：(1) 開閉所不進(jìn)行電壓變換，只起擴(kuò)大饋線回路數(shù)的作用，相

28、當(dāng)于配電所。(2) 在at供電方式中，將長供電臂分段，事故時縮小事故范圍，提高供電的可靠性。(3) 保證樞紐站、場裝卸作業(yè)和接觸網(wǎng)分組檢修的靈活性、安全性。(4) 降低牽引變電所的復(fù)雜程度。1.5 分區(qū)所概論及分類在電氣化鐵道上，為了提高運(yùn)行的可靠性，增加供電工作的靈活性，在相鄰兩變電所供電的相鄰兩供電分區(qū)的分界處常用分相絕緣器斷開。若在斷開處設(shè)置開關(guān)設(shè)備和相應(yīng)的配電裝置，則組成分區(qū)所，如圖1.2所示。分區(qū)所的結(jié)構(gòu)形式有多種，它與鐵路運(yùn)量、單線和復(fù)線、向牽引網(wǎng)供電方式、采用設(shè)備的類型等因素有關(guān)。在單線單邊供電的電氣化區(qū)段，相鄰兩供電臂之間僅設(shè)分相絕緣器即可，并設(shè)旁路隔離開關(guān)以便實(shí)現(xiàn)臨時越區(qū)供電

29、，設(shè)置分區(qū)所的意義不大。在復(fù)線電氣化區(qū)段和單線電氣化區(qū)段雙邊供電時，一般設(shè)置分區(qū)所，在分區(qū)所內(nèi)用斷路器將同一供電分區(qū)的上、下行接觸網(wǎng)或相鄰兩供電分區(qū)的接觸網(wǎng)在末端前接起來，相鄰兩供電臂間設(shè)分相絕緣器和與之并聯(lián)的隔離開關(guān)。復(fù)線分區(qū)所的作用可簡述如下：圖1.2 單、復(fù)線分區(qū)所(1) 使同一供電分區(qū)上、下行接觸網(wǎng)并聯(lián)工作或單獨(dú)工作。當(dāng)并聯(lián)工作時，分區(qū)所內(nèi)的斷路器閉合以提高接觸網(wǎng)的末端電壓；單獨(dú)工作時，斷路器打開。(2) 單邊供電的同一供電分區(qū)上、下行接觸網(wǎng)內(nèi)發(fā)生短路事故時，由牽引變電所中的饋線斷路器和分區(qū)所中的斷路器配合動作，切除事故區(qū)段，縮小事故范圍。非事故區(qū)段仍可照常工作。(3) 當(dāng)某牽引變電所

30、主變壓器事故中斷供電時，可閉合分區(qū)所中的分相絕緣器并聯(lián)的隔離開關(guān)，由相鄰牽引變電所向事故牽引變電所的供電分區(qū)臨時越區(qū)供電。2 電氣主接線電氣主接線是牽引變電所內(nèi)一次設(shè)備(即高壓、強(qiáng)電流設(shè)備)的連接方式，也是變電所接受電能、變壓和分配電能的通路。它反映了牽引變電所的基本結(jié)構(gòu)和功能。是鐵道電氣化設(shè)計的重要組成部分。它是關(guān)系到供電系統(tǒng)及其裝置主要電氣設(shè)備的部署、運(yùn)行方式以及對鐵路其他設(shè)施(包括機(jī)務(wù)段、樞紐站等)綜合供電方式的全局性問題；也牽涉到電氣化區(qū)段整個供電系統(tǒng)和供電裝置運(yùn)行的可靠性、靈活性和經(jīng)濟(jì)性問題。從提高供電質(zhì)量、保證運(yùn)行安全可靠的要求出發(fā)，在調(diào)查研究的基礎(chǔ)上分析各種原始資料，根據(jù)具體情況

31、或技術(shù)經(jīng)濟(jì)方案比較，以確定合理的電氣主結(jié)線方案。2.1 電氣主接線的功能、基本要求與設(shè)計原則2.1.1 電氣主接線應(yīng)滿足下列基本要求(1) 首先應(yīng)保證電力牽引負(fù)荷運(yùn)輸用動力、信號負(fù)荷安全、可靠供電的需要和電能的質(zhì)量。牽引負(fù)荷和部分動力負(fù)荷(如地鐵的動力，主要照明和信號電源等)為一級負(fù)荷，中斷供電將直接造成運(yùn)輸堵塞，甚至造成人員傷亡，設(shè)備損壞，進(jìn)而導(dǎo)致的社會生產(chǎn)無法正常進(jìn)行，人們生活不便，城市秩序混亂。因此，主結(jié)線的結(jié)線方式必須保證供電的安全可靠性。由事故造成中斷供電的機(jī)會越少，影響范圍越小，主結(jié)線的安全可靠性就越高。為此，除了應(yīng)由雙回輸電線或環(huán)形電源供電外，牽引變電所主結(jié)線應(yīng)在結(jié)線方式選擇或采

32、用其他措施配合下，保證在電路轉(zhuǎn)換，設(shè)備檢修和事故處理等情況下供電的可靠性和連續(xù)性。(2) 具有必要的運(yùn)行靈活性，使檢修維護(hù)安全方便。運(yùn)行靈活性是指在系統(tǒng)或變電所設(shè)備故障和檢修時，能適合調(diào)度要求，達(dá)到靈活、簡便、迅速的倒換運(yùn)行方式，且故障的影響范圍最小。復(fù)雜的結(jié)線方式對保證操作轉(zhuǎn)換方便顯然不利，甚至增多了誤操作幾率。但過于簡單的結(jié)線方式，往往不能滿足運(yùn)行方式改變后對可靠供電的要求，增加了中斷供電時間，這兩種情況都應(yīng)避免。隨著現(xiàn)代技術(shù)的自動裝置和監(jiān)控自動化系統(tǒng)的應(yīng)用，對提高主結(jié)線的運(yùn)行靈活性，可靠性都是有利的。應(yīng)從變電所整體的全面設(shè)計來考慮。(3) 應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，力求減少投資和運(yùn)行費(fèi)用。經(jīng)濟(jì)性

33、主要取決于匯流母線的結(jié)構(gòu)類型與組數(shù)，主變壓器容量、結(jié)構(gòu)型式和數(shù)量，高壓斷路器配電單元數(shù)量，配電裝置結(jié)構(gòu)類型和占地面積等因素。經(jīng)濟(jì)性往往與可靠性之間存在矛盾，要增強(qiáng)主結(jié)線可靠性和靈活性，將導(dǎo)致增加設(shè)備和投資。因此，必須力求技術(shù)，經(jīng)濟(jì)兩者的統(tǒng)一，在滿足供電可靠，運(yùn)行靈活的基礎(chǔ)上，盡量使投資和運(yùn)行費(fèi)用最省。在可能和充分論證條件下，可采用遠(yuǎn)期規(guī)劃設(shè)計主結(jié)線規(guī)模，分期實(shí)施投資，增加設(shè)備，達(dá)到最好經(jīng)濟(jì)效益。(4) 應(yīng)力求結(jié)線簡捷明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建余地。主結(jié)線整體結(jié)構(gòu)和各回路應(yīng)力求簡捷清晰，便于操作運(yùn)行。同時隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，鐵路與城市運(yùn)輸增長迅速，牽引變電所增容，增加饋線和其他內(nèi)容的改建擴(kuò)建經(jīng)常存

34、在，因此電氣主結(jié)線的設(shè)計應(yīng)留有發(fā)展余地，預(yù)留擴(kuò)建時主結(jié)線發(fā)展的電氣連接可能性和場地條件。2.1.2 電氣主接線設(shè)計應(yīng)遵循的主要原則和步驟在電氣主結(jié)線的設(shè)計中，應(yīng)遵循的主要原則和步驟如下：(1) 應(yīng)以批準(zhǔn)的設(shè)計任務(wù)書為依據(jù)，以國家經(jīng)濟(jì)建設(shè)的方針政策和有關(guān)部委的技術(shù)政策、技術(shù)規(guī)范和規(guī)程為準(zhǔn)則，結(jié)合工程具體特點(diǎn)和實(shí)際調(diào)查掌握的各種基礎(chǔ)資料，進(jìn)行綜合分析和方案研究。(2) 主結(jié)線設(shè)計與整個牽引供電系統(tǒng)方案，電力系統(tǒng)與電力牽引供電方案密切相關(guān)，包括牽引供電方式(at或直供)，變電所分布，主變壓器結(jié)線方式和容量，牽引網(wǎng)電壓水平及補(bǔ)償措施，無功、諧波的綜合補(bǔ)償措施及其直流牽引系統(tǒng)電壓等級選擇等重大綜合技術(shù)問

35、題，應(yīng)通過供電系統(tǒng)計算進(jìn)行全面的綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，確定牽引變電所的主要技術(shù)參數(shù)和各種技術(shù)要求。(3) 根據(jù)供電系統(tǒng)計算結(jié)果提供的上述各種技術(shù)參數(shù)和有關(guān)資料，結(jié)合牽引變電所高壓進(jìn)線及其與系統(tǒng)的聯(lián)系、進(jìn)線繼電保護(hù)方式、自動裝置與監(jiān)控二次系統(tǒng)類型、自用電系統(tǒng)、電氣化鐵路當(dāng)前運(yùn)量和發(fā)展規(guī)劃遠(yuǎn)景等因素，并全面考慮對主結(jié)線的基本要求，做出綜合分析和方案比較，以期設(shè)計合理的電氣主結(jié)線。(4) 新技術(shù)的應(yīng)用對牽引變電所主結(jié)線結(jié)構(gòu)和可靠性等方面，將產(chǎn)生直接影響。例如采用微機(jī)監(jiān)控自動化系統(tǒng)后，由于控制功能和自動化程度增強(qiáng)，可縮短控制操作和事故處理時間，相對提高了主結(jié)線可靠性；電力電子技術(shù)在交直流牽引系統(tǒng)主設(shè)備中的

36、應(yīng)用，也使主結(jié)線電路結(jié)構(gòu)產(chǎn)生變化。要按具體情況深入分析和考慮。2.2 電氣主接線的基本形式2.2.1 單母線接線如圖2.1所示。設(shè)有一套母線，電源回路和用電回路通過斷路器、母線連接。圖中用單線圖代表三相。 圖2.1 單母線接線圖單母線接線的特點(diǎn)是：(1)接線簡單、設(shè)備少、配電裝置費(fèi)用低并能滿足一定的可靠性；(2)每回路由斷路器切斷負(fù)荷電流和故障電流。檢修斷路器時，可用兩側(cè)隔離開關(guān)使斷路器與電壓隔離，保證檢修人員的安全。任一用電回路可從任何電源回路取得電能，不致因運(yùn)行方式的不同而造成相互影響；(3)檢修母線和與母線連接的隔離開關(guān)時，將造成全部停電。母線發(fā)生故障，特使全部電源回路斷開，待修復(fù)后才能

37、恢復(fù)供電；(4)檢修任一回路及其斷路器時，僅該回路停電，其它回路不受影響。這種結(jié)線方式的缺點(diǎn)是母線故障及檢修設(shè)備和母線時要造成停電，僅適用于對可靠性要求不高的1035千伏地區(qū)負(fù)荷。為了克服單母線結(jié)線的某些缺陷，通常采取以下措施：(1)用斷路器或隔離開關(guān)將母線分段，以提高其供電的可靠性與運(yùn)行的靈活性；(2)增加旁路母線及相應(yīng)設(shè)備，使檢修斷路器時不致停電。(1) 單母線分段的接線圖2.2為用斷路器分段的單母線分段接線圖。分段斷路器qfd正常時閉合，使兩段母線并列運(yùn)行，電源回路和同一負(fù)荷的饋電回路應(yīng)交錯連接在不同的分段母線上。這樣，當(dāng)母線檢修時，停電范圍可縮小一半，母線故障時，分段斷路器qfd由于保

38、護(hù)動作而自動跳閘，將故障段母線隔開，非故障段母線及與其連接的線路仍照常工作，僅使故障段母線連接的電源線路與饋電回路停電。用隔離開關(guān)分段的結(jié)線可靠性要稍差些。圖2.2 單母線分段結(jié)線圖(2) 具有旁路母線的單母線接線上述單母線分段的接線雖能提高運(yùn)行的可靠性與靈活性，但線路斷路器檢修或損壞時將使該回路停電。從我國電力系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐和故障統(tǒng)計資料可知，主結(jié)線系統(tǒng)中斷路器的故障率較高、檢修次數(shù)頻繁是配電裝置中的薄弱環(huán)節(jié)，當(dāng)電源回路或饋電回路數(shù)增多即斷路器數(shù)量增多的情況下，合理使用備用元件解決斷路器檢修時的備用問題顯得特別突出，是提高主結(jié)線可靠性的重要一環(huán)。為此增設(shè)一組旁路母線和一臺公共備用的旁路斷路器

39、，組成具有旁路母線的單母線接線即可達(dá)到這一目的。其電路如圖2.3所示。圖2.3 帶旁路母線的單母接結(jié)線圖圖中m為工作母線，正常工作時旁路斷路器pd斷開(備用狀態(tài))，旁路母線與各回路相連的旁路隔離開關(guān)pg均打開。當(dāng)任一線路斷路器例如1dl需要檢修時，可用旁路斷路器 pd代替1dl：先投入pd(pd兩側(cè)隔離開關(guān)在合閘位置)和1pg，然后切斷1dl和其兩側(cè)的隔離開關(guān)1g和2g，這樣便完成了由pd代替1dl的轉(zhuǎn)換而使線路1sl不停電。需要指出，由于隔離開關(guān)不能帶負(fù)荷切斷和閉合電路，上述操作順序應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格遵守。如旁路斷路器pd未合閘前先合lpg，則當(dāng)旁路母線pm存在短路故障而又事先未被發(fā)現(xiàn)時，將lpg投入

40、時即在觸頭斷口處通過短路電流，形成強(qiáng)大電弧但不能開斷而造成故障。先合pd則可借助繼電保護(hù)作用，使pd自動跳間，避免故障的產(chǎn)生。具有旁路母線的結(jié)線不但解決了斷路器的公共備用和檢修備用，在調(diào)試、更換斷路器及其內(nèi)裝電流互感器、整定保護(hù)定值時都不必停電。它廣泛地應(yīng)用于牽引負(fù)荷和35千伏以上線路中，特別是負(fù)荷較重要、線路斷路器多、檢修斷路器不允許停電的場合。主要缺點(diǎn)是增加了套旁路母線和相應(yīng)的設(shè)備，并為此而增加配電裝置的占地面積。2.2.2 雙母線接線如圖2.4所示。為雙母線接線形式。一組作為工作母線，另一組作為備用母線，在兩組母線之間，通過母線聯(lián)絡(luò)斷路器進(jìn)行連接。每回線路都通過一臺斷路器、兩組隔離開關(guān)分

41、別連接到兩組母線。在常規(guī)運(yùn)行方式下，一組母線工作，另一組母線停電備用，所有回路都閉合于工作母線上。這種運(yùn)行方式的缺點(diǎn)是：當(dāng)母線或母線隔離開關(guān)故障時，會造成全部回路停電。為避免這個問題，常把雙母線系統(tǒng)形成單母線分段運(yùn)行方式，即正常運(yùn)行時，使兩條母線都投入工作，母線斷路器及兩側(cè)隔離開關(guān)閉合，進(jìn)出線均勻分配于兩條母線。這種運(yùn)行方式可以有效縮小母線故障時的停電范圍。圖2.4 雙母線結(jié)線雙母線接線的優(yōu)點(diǎn)：(1) 供電可靠。通過兩組母線隔離開關(guān)的倒換操作，可以輪流檢修一組母線而不致使供電中斷，一組母線故障后，能迅速恢復(fù)供電，檢修任一回路的母線隔離開關(guān)，只停該回路；(2) 調(diào)度靈活。各個電源和各回路負(fù)荷可以

42、任意分配到某一組母線上，能靈活地適應(yīng)系統(tǒng)中各中運(yùn)行方式調(diào)度和潮流變化的需要；(3) 擴(kuò)建方便。向雙母線的左右任何一個方向擴(kuò)建，均不影響兩組母線的電源和負(fù)荷均勻分配，不會引起原有回路的停電。當(dāng)有雙回架空線路時，可以順序布置，以致連接不同的母線段時，不會如單母線分段那樣導(dǎo)致出線交叉跨越；(4) 便于試驗。當(dāng)個別回路需要單獨(dú)進(jìn)行試驗時，可將該回路分開，單獨(dú)接至一組母線上。雙母線接線的缺點(diǎn)：(1) 設(shè)一組母線和使每回路就需要增設(shè)一組母線隔離開關(guān)；(2) 母線故障或檢修時，隔離開關(guān)作為倒換操作電器，容易誤操作。為了避免隔離開關(guān)誤操作，需在隔離開關(guān)和斷路器之間裝設(shè)連鎖裝置。雙母線接線的適用范圍：當(dāng)出線回路

43、數(shù)或母線上電源較多、輸送和穿越功率較大、母線故障后要求迅速恢復(fù)供電、系統(tǒng)運(yùn)行調(diào)度對接線的靈活性有一定要求時采用，各級電壓采用的具體條件如下：(1) 在610kv配電裝置中，當(dāng)短路電流較大、出線需要帶電抗器時；(2) 在3566kv配電裝置中，當(dāng)出線回路數(shù)超過8回時；或連接的電源較多、負(fù)荷較大時；(3) 當(dāng)110220kv配電裝置出線回路數(shù)為5回及以上時，或當(dāng)110220kv配電裝置在系統(tǒng)中居重要地位，出線回路數(shù)為4回及以上時。2.2.3 橋形接線橋形接線的最大特點(diǎn)是使用斷路器的數(shù)量較少，一般采用斷路器數(shù)目等于或小于出線回路數(shù)，從而結(jié)構(gòu)簡單，投資較小。一般在6220kv電壓級電氣主接線中廣泛采用

44、。橋形接線中，4個回路只有三臺斷路器，是所有接線中須用斷路器最少也是最節(jié)省的一種接線。但是靈活性和可靠性較差，是長期開環(huán)運(yùn)行的四角形接線，只能用于小型變電所中。橋形接線按連接橋斷路器的位置，可分為內(nèi)橋和外橋兩種接線。(1) 內(nèi)橋接線如圖2.5(a)所示，內(nèi)橋接線的連接斷路器位置在內(nèi)側(cè)。其余兩臺斷路器接在線路上。因此，線路的切除和投入比較方便，并且當(dāng)線路發(fā)生短路故障時，僅故障線路的斷路器斷開，不影響其它回路運(yùn)行。但變壓器故障時，則與該變壓器連接的兩臺斷路器都要斷開，從而影響了一回未故障線路的運(yùn)行。此外，變壓器切除和投入的操作比較復(fù)雜，須切除和投入與該變壓器連接的兩臺變壓器，也影響了一回未故障線路

45、的運(yùn)行。連接橋斷路器檢修時，兩個回路須解列運(yùn)行。當(dāng)輸電線路較長，故障幾率較多，而變壓器又不須經(jīng)常切除時，采用內(nèi)橋接線比較合適。(2) 外橋接線如圖2.5(b)所示。外橋接線的特點(diǎn)正好與內(nèi)橋接線相反。連接斷路器位置在外側(cè)，其它兩臺斷路器接在變壓器回路中，線路故障和進(jìn)行切除和投入操作時，須動作與之連接的兩臺變壓器并影響一臺未故障變壓器的運(yùn)行。但變壓器的切除和投入時，不影響其它回路運(yùn)行。當(dāng)出線路較短，且變壓器隨經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的要求需經(jīng)常切換時，采用外橋接線的方式比較合適。此外，當(dāng)電網(wǎng)有穿越性功率經(jīng)過變電所時，也可采用外橋接線。這時，穿越性功率僅經(jīng)過連接橋上的一臺斷路器，而不致像采用內(nèi)橋接線時那樣，要經(jīng)過三

46、臺斷路器，當(dāng)其中任一臺斷路器故障或檢修時都將影響穿越功率的傳送。(a)內(nèi)橋 (b)外橋圖2.5 橋式接線2.2.4 簡單分支接線對于圖2.6所示的牽引變電所，其兩回電源線路是從輸電線路wl1、wl2采用分支連接(又稱t型連接)的方式獲得。此時，牽引變電所的進(jìn)線線路會較短；同時，又由于此處牽引變電所兩回電源線路不是以構(gòu)成環(huán)形電網(wǎng)的方式接入電力系統(tǒng)的，因此牽引變電所高壓母線無穿越功率通過。在這種情況下，上述橋形結(jié)線的橋路斷路器沒有任何作用，但考慮運(yùn)行的靈活性，可在兩電源線路間保留帶有隔離開關(guān)的跨條，形成如圖2.6的簡單結(jié)線或稱雙t型接線。圖2.6 簡單分支接線這種接線與橋形接線相比，需用高壓電器更

47、少，配電裝置結(jié)構(gòu)更簡單，線路繼電保護(hù)也簡單。牽引變電所任一電源進(jìn)線線路故障，則由輸電線路(wl1或wl2)兩側(cè)繼電保護(hù)動作，使輸電線路兩端斷路器(qf3與qf5和qf4與qf6)跳閘而斷開。但雙回輸電線路wl1、wl2上分支連接的變電所的數(shù)目應(yīng)有限制。若分支線數(shù)過多，對可靠性的影響相對增大，同時對輸電線路(wl1和wl2)繼電保護(hù)的整定造成困難。3 三相yn，d11結(jié)線牽引變電所又簡稱三相牽引變電所。采用yn，d11三相雙繞組變壓器的牽引變壓器如圖3.1所示。它是我國電氣化鐵道目前采用較多的一類。三相yn，d11接線牽引變壓器的高壓側(cè)通過引入線按規(guī)定次序接到110kv(或220kv)三相電力系

48、統(tǒng)的高壓輸電線上；變壓器低壓側(cè)的一角c與軌道、接地網(wǎng)連接，變壓器的另兩個角a和b分別接到27.5kv的a相和b相母線上。由兩相牽引母線分別向兩側(cè)對應(yīng)的供電臂供電，兩臂電壓的相位差為60o，也是60o接線。圖3.1 三相雙繞組yn，d11接線牽引變電所這種牽引變電所中裝設(shè)兩臺三相yn，d11結(jié)線牽引變壓器，可以兩臺并聯(lián)運(yùn)行；也可以一臺運(yùn)行，另一臺固定備用。3.1 牽引變壓器接線三相yn，d11接線牽引變壓器如圖3.1所示。圖中約定(依據(jù)變壓器聯(lián)接組標(biāo)號)：變壓器原、副邊對應(yīng)(同相)繞組相互平行；原、副邊對應(yīng)繞組的同名端在同一側(cè)；副邊繞組的端子接軌道、地回路。由圖3.1可知，變壓器副邊繞組為左側(cè)供

49、電臂提供電壓，變壓器副邊繞組為右側(cè)供電臂提供電壓。又據(jù)變壓器聯(lián)結(jié)組標(biāo)號，變壓器副邊繞組、分別與原邊繞組a、c同相。此時，牽引變壓器的高壓側(cè)的a端子連接到電力系統(tǒng)的a相；變壓器的b端子連接到電力系統(tǒng)的b相；變壓器的c端子連接到電力系統(tǒng)的c相。原邊繞組a、b、c三相一致。按電力系統(tǒng)正常運(yùn)行方式的相序，電力系統(tǒng)的a相電滯后于c相電。因此，變壓器的側(cè)是滯后相，其對應(yīng)供電臂用電力系統(tǒng)的相應(yīng)供電相作標(biāo)記，即標(biāo)記為如圖3.1所示的(a)相供電臂；變壓器側(cè)是引前相，標(biāo)記為(c)相供電臂。需要指出的是，由于牽引變地所換接相序，牽引變壓器原邊繞組的端子所標(biāo)的相序有時與接到電力系統(tǒng)的相序不一致，所以其實(shí)際相序要由電

50、力系統(tǒng)的相序決定；同時引前相與滯后相也會相應(yīng)的發(fā)生變化。圖3.1中還標(biāo)明了供電臂負(fù)載的電流方向。左邊供電臂電流為，右邊供電臂電流為。設(shè)兩供電臂電流大小相等，即，功率因數(shù)都為0.8，也就是兩邊供電臂電流都滯后于各自電壓，滯后于為，滯后于為。若以為基準(zhǔn)，則供電臂電壓與電流的向量關(guān)系如圖3.2所示，由于和之間的相位角為，故與間的相位角也是。3.2 牽引變壓器繞組電流的分布如圖3.3(a)所示。左側(cè)供電臂電流流經(jīng)兩條并聯(lián)支路：一條是支路c-a，只有一相繞組；另一條是支路c-b-a，串聯(lián)兩相繞組。前者電抗是后者的0.5倍，前者電流是后者的兩倍。因此，繞組流過，繞組、流過。同理，繞組流過，繞組ac、流過。

51、圖3.2 供電臂電壓與電流關(guān)系 (a) (b)圖3.3 三相yn，d11接線牽引變壓器繞組電流分布當(dāng)兩供電臂都有電流時，可得繞組電流與供電臂電流的關(guān)系如下： (3.1) (3.2)(3.3)為了計算方便，改用為基準(zhǔn)向量，,于是繞組電流與供電臂電流的向量關(guān)系如圖3.3(b)所示。將，表達(dá)式代入(3.1)(3.2)(3.3)，可得： (3.4)(3.5)(3.6)由以上結(jié)果可知，繞組與電流值大小相等，均等于供電臂負(fù)荷電流的，繞組電流只有繞組或電流的，即0.378倍，等于供電臂負(fù)荷電流的。因此，繞組、稱為重負(fù)荷相繞組，繞組稱為輕負(fù)荷相繞組。3.3 牽引變壓器容量利用率三相牽引變壓器側(cè)額定電流(線電流

52、)等于繞組額定電流的倍。當(dāng)時，等于繞組或電流的，即1.134倍。當(dāng)繞組或電流達(dá)到額定電流。這時牽引變壓器的輸出容量為：(3.7)三相變壓器額定容量于是，牽引變壓器的容量利用率(3.8)可見，當(dāng)三相yn，d11接線牽引變壓器承擔(dān)單相牽引負(fù)荷時，是輸出容量只能達(dá)到額定容量的75.6%。但在變壓器的實(shí)際運(yùn)行中，由于繞組、電流達(dá)到額定值時，繞組只能達(dá)到0.378倍的額定電流。原邊對應(yīng)相繞組電流也是這樣。所以三相牽引變壓器還沒有達(dá)到額定溫升，即還有一定的負(fù)載能力。為了考慮這一負(fù)載能力，通常引入一個溫度系數(shù)kt。kt可按下式計算(3.9)式中，為最大一相繞組的負(fù)荷電流；、為其余兩相繞組的負(fù)荷電流；為變壓器

53、額定條件下的短路損耗與空載損耗之比值。若鐵芯采用冷軋硅鋼片，則；若貼心采用熱軋硅鋼片，則。由上式可知，為定值時，溫度系數(shù)kt與兩供電臂負(fù)荷電流大小的比值n(n1)有關(guān)。從研究三相牽引變壓器的溫升及冷卻變化規(guī)律可得：(3.10)在設(shè)計中，一般近似地取，即三相牽引變壓器的實(shí)際輸出容量可在額定容量的75.6%的基礎(chǔ)上再提高11.1%，亦即其容量利用率可達(dá)到1.1110.756=0.84。3.4 供電臂電流長期允許值根據(jù)以上分析，當(dāng)一個或兩個重負(fù)荷相繞組電流達(dá)到額定值時，供電臂負(fù)載電流長期允許值可如下計算。當(dāng)一個供電臂有負(fù)載時，(3.11)式中按式(3.4)計算結(jié)果為1.225(計算中d=5)。當(dāng)兩個

54、供電臂有相等負(fù)載時，(3.12)當(dāng)兩供電臂又不相等負(fù)載時，介于式(3.11)與式(3.12)兩者之間。3.5 三相yn,d11接線牽引變電所的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)是牽引變壓器低壓側(cè)保持三相，有利于供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相電力。在兩臺牽引變壓器并聯(lián)運(yùn)行的情況下，當(dāng)一臺停電時，供電不會中斷，運(yùn)行可靠方便。能很好地適應(yīng)山區(qū)單線電氣化鐵路牽引負(fù)載不均衡特點(diǎn)。缺點(diǎn)主要是牽引變壓器容量不能達(dá)到充分利用。另外，與采用單相結(jié)線牽引變壓器的牽引變電所相比，主接線要復(fù)雜一點(diǎn)，用的設(shè)備、工程投資也較多，維護(hù)、檢修工作量及相應(yīng)費(fèi)用也有所增加。3.6 陽安線擴(kuò)能改造牽引變電所、開閉所、分區(qū)所主接線圖(1) 牽引變電所主接線

55、圖我設(shè)計的牽引變電所主接線采用雙t接線如圖3.4所示。圖3.4 陽安線擴(kuò)能改造牽引變電所設(shè)計圖雙t接線運(yùn)行的靈活性較高，應(yīng)盡量采用倒換電源操作時不造成全變電所停電的運(yùn)行方式。在雙t接線中，兩路電源，兩臺主變壓器只需兩套斷路器，并且110kv側(cè)無系統(tǒng)功率穿越。主接線結(jié)構(gòu)簡單，110kv線路不需設(shè)置繼電保護(hù)裝置，使二次接線裝置也較簡單，可節(jié)省投資。在電力系統(tǒng)日趨穩(wěn)定的條件下，其供電可靠性日趨提高，故雙t接線在牽引變電所中得到了廣泛的應(yīng)用。(2) 開閉所圖我所設(shè)計的開閉所相當(dāng)于配電所如圖3.5所示。多設(shè)在樞紐站，起擴(kuò)大饋線回路數(shù)作用。復(fù)線區(qū)段，可由同一供電分區(qū)的上、下行接觸網(wǎng)供電或由相鄰供電分區(qū)的接

56、觸網(wǎng)供電。主接線是單母線帶旁路母線接線形式。通過多路饋線和斷路器，開閉所向客運(yùn)站、編組站、電力機(jī)車機(jī)務(wù)段等牽引網(wǎng)供電。開閉所自用電電源可以從地區(qū)10kv線路獲取。圖3.5 陽安線擴(kuò)能改造開閉所主接線此種接線的優(yōu)點(diǎn)是：與單母線不分段母線接線相比，它提高了供電的可靠性和靈活性。當(dāng)任何一段進(jìn)線斷路器檢修時，可以由通過母聯(lián)斷路器進(jìn)行聯(lián)絡(luò)實(shí)現(xiàn)不停電檢修，另外旁路斷路器可代替線路斷路器工作，因而在檢修任何一回路的斷路器時，該回路可以不停電，提高了供電的可靠性。(3) 分區(qū)所主接線圖如圖3.6所示。正常運(yùn)行時1qf、4qf合閘，以實(shí)現(xiàn)上、下行牽引網(wǎng)同相并聯(lián)供電。其作用是改善正常運(yùn)行牽引網(wǎng)的供電質(zhì)量。同時在牽引網(wǎng)發(fā)生故障時可縮小停電范圍。2qf、3qf為備用斷路器，圖中與分相絕緣器并聯(lián)的隔離開關(guān)1qs，2qs正常工作時處于斷開位置，只在越區(qū)供電時才閉合。圖3.6 陽安線擴(kuò)能改造分區(qū)所主接線