供變電技術(shù)-2

1、SouthWest Jiaotong University 高速鐵路高速鐵路牽引供變電系統(tǒng)牽引供變電系統(tǒng)EMeiThe power supply of high speed railwayDepartment of Electrical Engineering高速鐵路系統(tǒng)構(gòu)成高速鐵路系統(tǒng)高速鐵路系統(tǒng)工務工程工務工程動動 車車 組組旅客服務系統(tǒng)旅客服務系統(tǒng)信息系統(tǒng)信息系統(tǒng)人才培訓人才培訓綜合檢測綜合檢測綜合維修綜合維修動車段、所動車段、所運用維修運用維修通信信號通信信號車載子系統(tǒng)車載子系統(tǒng)牽引供電牽引供電站場建筑站場建筑隧道工程隧道工程橋涵工程橋涵工程安全監(jiān)控系統(tǒng)安全監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)鎖子系統(tǒng)聯(lián)鎖子系統(tǒng)

2、調(diào)度集中調(diào)度集中CTC通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)地面子系統(tǒng)地面子系統(tǒng)客票售訂系統(tǒng)客票售訂系統(tǒng)客運管理系統(tǒng)客運管理系統(tǒng)線路設計線路設計路基工程路基工程電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)遠程監(jiān)控系統(tǒng)軌道工程軌道工程供變電系統(tǒng)供變電系統(tǒng)牽引系統(tǒng)牽引系統(tǒng)制動系統(tǒng)制動系統(tǒng)列車網(wǎng)絡系統(tǒng)列車網(wǎng)絡系統(tǒng)總總 成成車車 體體轉(zhuǎn)向架轉(zhuǎn)向架調(diào)度指揮系統(tǒng)調(diào)度指揮系統(tǒng)環(huán)保工程環(huán)保工程Department of Electrical Engineering動力分散動車組優(yōu)點: 牽引功率大，載客人數(shù)多 軸重小，黏著力用合理 啟動快，加速性能好 運用可靠，不需換向 利用率高，適合公交化客運 編組靈活，經(jīng)濟效益高動動 力力

3、集集 中中動力集中：將電機和機械設備集中安裝在位于列車兩端的動力車上，動力集中：將電機和機械設備集中安裝在位于列車兩端的動力車上，僅有動力車的輪對為動力輪，動力車不載客，僅有動力車的輪對為動力輪，動力車不載客，只有中間無動力的拖車載客。只有中間無動力的拖車載客。動力分散：將由電機驅(qū)動的動力輪對，分散布置在全部列車或列車動力分散：將由電機驅(qū)動的動力輪對，分散布置在全部列車或列車的的多組輪對上，同時將主要電機和機械設備吊掛在車輛下部，列車的多組輪對上，同時將主要電機和機械設備吊掛在車輛下部，列車的全部車輛都可以載客。全部車輛都可以載客。動動 力力 分分 散散Department of Electr

4、ical Engineering輕量化鋁合金車體Department of Electrical Engineering高速動力車轉(zhuǎn)向架Department of Electrical Engineering牽引變流器牽引變流器電機整流器/逆變器/3交交直Department of Electrical Engineering速度等級為時速200/300公里。中國鐵路高速2型動車組 CRH2Department of Electrical Engineering一 等 車二 等 車CRH2CRH2動車組客室動車組客室Department of Electrical EngineeringCRH

5、2動車組駕駛室Department of Electrical Engineering通通 過過 臺臺就就 餐餐 區(qū)區(qū)小小 賣賣 部部CRH2動車組車內(nèi)設備Department of Electrical Engineering衛(wèi)生間衛(wèi)生間CRH2動車組車內(nèi)設備盥盥 洗洗 間間殘疾人殘疾人衛(wèi)生間衛(wèi)生間Department of Electrical Engineering中國鐵路高速中國鐵路高速3 3型動車組型動車組 CRH3CRH3速度等級為時速300公里。Department of Electrical Engineering一 等 車二 等 車CRH3CRH3動車組客室動車組客室Depa

6、rtment of Electrical EngineeringCRH3動車組駕駛室Department of Electrical EngineeringCRH3動車組駕駛室Department of Electrical EngineeringCRH3動車組車內(nèi)設備盥盥 洗洗 間間行李間行李間控制間控制間酒吧間酒吧間Department of Electrical Engineering牽引供電、電力、SCADA系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖鐵路通訊網(wǎng)絡鐵路通訊網(wǎng)絡調(diào)度中心局域網(wǎng)調(diào)度中心局域網(wǎng)調(diào)度中心調(diào)度中心通訊設備通訊設備通訊設備通訊設備牽引供電牽引供電電力供電電力供電開閉所牽引變電所牽引變電所分區(qū)所分

7、區(qū)所AT所所AT所所AT所所AT所所地方電源地方電源變配電所變配電所地方電源地方電源變配電所變配電所地方電源地方電源變配電所變配電所車車站站箱變箱變區(qū)間區(qū)間負荷負荷車車站站車車站站貫通線貫通線貫通線貫通線箱變箱變區(qū)間區(qū)間負荷負荷箱變箱變區(qū)間區(qū)間負荷負荷箱變箱變區(qū)間區(qū)間負荷負荷Department of Electrical Engineering1高速鐵路外部供電電源高速鐵路外部供電電源Department of Electrical Engineering外部供電電源的電壓選擇外部供電電源的電壓選擇v電氣化鐵路供電系統(tǒng)的外部電源來自公用電力系統(tǒng)的電氣化鐵路供電系統(tǒng)的外部電源來自公用電力系統(tǒng)的

8、電力網(wǎng)，應選擇一個合適的電壓等級，一般根據(jù)輸送電力網(wǎng)，應選擇一個合適的電壓等級，一般根據(jù)輸送功率和輸電距離來選擇。功率和輸電距離來選擇。v對于高速鐵路，由于牽引功率更大，應盡可能選用更對于高速鐵路，由于牽引功率更大，應盡可能選用更高的電壓等級高的電壓等級-220kV-220kV。額定電壓額定電壓(kV)輸送功率輸送功率(MVA)輸送距離輸送距離(km)11010-5050-150220100-150100-3005001000-1500150-850Department of Electrical Engineeringv國外高速鐵路外部供電電源的有關(guān)數(shù)據(jù)國外高速鐵路外部供電電源的有關(guān)數(shù)據(jù)日本

9、山陽新干線，牽引變電所的進線電壓采用日本山陽新干線，牽引變電所的進線電壓采用275kV275kV。這與原來的這與原來的70kV70kV相比，電源電壓變動和不和、平衡承相比，電源電壓變動和不和、平衡承受能力都有所提高，因而更能保證機車穩(wěn)定、高速運行。受能力都有所提高，因而更能保證機車穩(wěn)定、高速運行。 法國大部分牽引變電所的進線電壓為法國大部分牽引變電所的進線電壓為225kV225kV。 德國牽引網(wǎng)電壓采用德國牽引網(wǎng)電壓采用15kV15kV，牽引變電所進線電壓采，牽引變電所進線電壓采用用110kV110kV。使用。使用 頻率給鐵路專門供電。頻率給鐵路專門供電。Hz3216Department of

10、 Electrical Engineering牽引供電系統(tǒng)原邊的供電方式牽引供電系統(tǒng)原邊的供電方式牽引供電系統(tǒng)原邊的供電方式牽引供電系統(tǒng)原邊的供電方式1.1.單側(cè)供電單側(cè)供電牽引變電所牽引變電所C C1 1、C C2 2、C C3 3只能從右側(cè)的發(fā)電廠只能從右側(cè)的發(fā)電廠A A1 1用兩路輸電用兩路輸電線供電。而發(fā)電廠線供電。而發(fā)電廠A A1 1又通過地區(qū)變電所又通過地區(qū)變電所B B1 1、B B2 2、B B3 3與發(fā)電與發(fā)電廠廠A A2 2、A A3 3相連，構(gòu)成一個可靠的供電網(wǎng)絡。相連，構(gòu)成一個可靠的供電網(wǎng)絡。Department of Electrical Engineering高速鐵路

11、外部供電電源高速鐵路外部供電電源2.2.雙側(cè)供電雙側(cè)供電C C：牽引變電所；：牽引變電所；B B：地區(qū)變電站；：地區(qū)變電站；A A：發(fā)電廠：發(fā)電廠Department of Electrical Engineering高速鐵路外部供電電源高速鐵路外部供電電源3.3.環(huán)形供電環(huán)形供電Department of Electrical Engineering高速鐵路外部供電電源高速鐵路外部供電電源4.4.放射供電放射供電Department of Electrical Engineering牽引負荷的特點：牽引負荷的特點：單相的、移動的、時刻變化的單相的、移動的、時刻變化的。對電力系統(tǒng)的運行會產(chǎn)生不

12、良的影響：對電力系統(tǒng)的運行會產(chǎn)生不良的影響： 1.1.在三相電力系統(tǒng)中產(chǎn)生隨機波動的負序電流；在三相電力系統(tǒng)中產(chǎn)生隨機波動的負序電流； 2.2.牽引負荷的功率因數(shù)低；牽引負荷的功率因數(shù)低； 3.3.整流型電力機車產(chǎn)生的諧波電流會進入電力系統(tǒng)。整流型電力機車產(chǎn)生的諧波電流會進入電力系統(tǒng)。 4.4.對通信線路會產(chǎn)生干擾影響對通信線路會產(chǎn)生干擾影響采用的方法：換相聯(lián)接、采用的方法：換相聯(lián)接、特殊的變壓器結(jié)線方式特殊的變壓器結(jié)線方式采用的方法：并聯(lián)電容補償采用的方法：并聯(lián)電容補償采用的方法：濾波裝置采用的方法：濾波裝置采用的方法：采用的方法：BTBT、DNDN、ATAT供電方式供電方式并聯(lián)綜合補償并聯(lián)

13、綜合補償Department of Electrical Engineering牽引網(wǎng)電壓水平過低，嚴重影響著供電能力的發(fā)揮。牽引網(wǎng)電壓水平過低，嚴重影響著供電能力的發(fā)揮?？梢酝ㄟ^調(diào)節(jié)牽引網(wǎng)阻抗來調(diào)節(jié)電壓可以通過調(diào)節(jié)牽引網(wǎng)阻抗來調(diào)節(jié)電壓采用的方法：串聯(lián)電容補償采用的方法：串聯(lián)電容補償串聯(lián)電容補償串聯(lián)電容補償(SCC)(SCC)，其提高網(wǎng)壓的效果比較明顯，串，其提高網(wǎng)壓的效果比較明顯，串聯(lián)電容器安設于饋線上。聯(lián)電容器安設于饋線上。v串聯(lián)電容前：串聯(lián)電容前：v串聯(lián)電容后：串聯(lián)電容后：)sincos(xRIUqqcqUxxRIUsin)(cosDepartment of Electrical Eng

14、ineering串聯(lián)電容補償串聯(lián)電容補償(SCC)(SCC)，其提高網(wǎng)壓的效果比較明顯，串，其提高網(wǎng)壓的效果比較明顯，串聯(lián)電容器安設于饋線上。聯(lián)電容器安設于饋線上。v串聯(lián)電容前：串聯(lián)電容前：v串聯(lián)電容后：串聯(lián)電容后：)sincos(xRIUqqcqUxxRIUsin)(cosDepartment of Electrical Engineering高速鐵路牽引供電的特點 滿足高速運行的弓網(wǎng)關(guān)系； 滿足可靠穩(wěn)定的供電要求； 滿足免維護、少檢修、抵御自然環(huán)境侵害的要求； 動車組自動過分相； 供電能力適應高速度、高密度； 具有綜合一體化遠程監(jiān)控能力。Department of Electrical E

15、ngineering（一）供電系統(tǒng)牽引變電所優(yōu)先采用電力系統(tǒng)兩回獨立可靠的220kV電源，互為熱備用。高速正線采用2X25kV（AT）供電方式。牽引變壓器和自耦變壓器均采用固定備用方式，牽引變電所按遠期布點，按近期選擇容量。Department of Electrical Engineering 牽引變壓器優(yōu)先采用單相接線形式。 高壓側(cè)開關(guān)采用SF6斷路器或GIS。 2X25kV側(cè)采用戶內(nèi)GIS或戶外分散布置斷路器。 變電所實行無人值班。 （二）變電系統(tǒng)Department of Electrical Engineering（）（）電電源源（）（）電源電源架線中間斷電區(qū)輪軌在線檢測電路開關(guān)斷路

16、器開關(guān)斷路器（）（）斷開斷開開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）閉合閉合無列車狀態(tài)無列車狀態(tài)自動過分相Department of Electrical Engineering（）（）電源電源（）（）電源電源架線中間斷電區(qū)輪軌在線檢測電路開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）斷開斷開開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）閉合閉合列車靠近列車靠近Department of Electrical Engineering（）（）電源電源（）（）電源電源架線中間斷電區(qū)輪軌在線檢測在線檢測開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）斷開斷開開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）閉合閉合進入中間斷電區(qū)、在線檢測進入中間斷電區(qū)、在線檢測Department of

17、 Electrical Engineering（）（）電源電源（）（）電源電源架線中間斷電區(qū)輪軌開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）斷開斷開開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）斷開斷開在線開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）斷開斷開Department of Electrical Engineering（）（）電源電源（）（）電源電源架線中間斷電區(qū)輪軌在線開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）閉合閉合開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）斷開斷開開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）閉合閉合Department of Electrical Engineering（）（）電源電源（）（）電源電源架線中間斷電區(qū)輪軌無列車開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）斷

18、開斷開開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）斷開斷開開關(guān)斷路器開關(guān)斷路器（）（）斷開斷開Department of Electrical Engineering1牽引供電系統(tǒng)供電方式牽引供電系統(tǒng)供電方式Department of Electrical Engineering直接供電方式直接供電方式(DF) Direct feeding這是一種最簡單的供電方式。這是一種最簡單的供電方式。對通信干擾不加特殊防護措施，對通信干擾不加特殊防護措施，最早大都采用這種供電方式。最早大都采用這種供電方式。最簡單、投資最省，最簡單、投資最省，牽引網(wǎng)阻抗較小，能損也較低。牽引網(wǎng)阻抗較小，能損也較低。電流經(jīng)鋼軌流回牽引變電

19、所，電流經(jīng)鋼軌流回牽引變電所，而鋼軌與地并不是完全絕緣而鋼軌與地并不是完全絕緣的，一部分回流由鋼軌流入的，一部分回流由鋼軌流入大地，這部分電流會對通信大地，這部分電流會對通信線路產(chǎn)生感應影響。線路產(chǎn)生感應影響。因此這種供電方式一般用在鐵路沿線無架空通信線路因此這種供電方式一般用在鐵路沿線無架空通信線路或通信線路已改用地下屏蔽電纜的區(qū)段?；蛲ㄐ啪€路已改用地下屏蔽電纜的區(qū)段。Department of Electrical Engineering對通信線路的影響對通信線路的影響v靜電感應影響靜電感應影響 牽引網(wǎng)是一個單相高壓交流電網(wǎng)，接觸網(wǎng)帶電時，牽引網(wǎng)是一個單相高壓交流電網(wǎng)，接觸網(wǎng)帶電時，在其周

20、圍空間將產(chǎn)生一個在其周圍空間將產(chǎn)生一個工頻高壓電場工頻高壓電場，從而使通信線，從而使通信線上的各點產(chǎn)生相應的靜電感應電壓。同接觸網(wǎng)電壓性質(zhì)上的各點產(chǎn)生相應的靜電感應電壓。同接觸網(wǎng)電壓性質(zhì)一樣，靜電感應電壓也是一個工頻交流電壓。一樣，靜電感應電壓也是一個工頻交流電壓。v電磁感應影響電磁感應影響 牽引網(wǎng)由接觸網(wǎng)、鋼軌網(wǎng)構(gòu)成，由于鋼軌牽引網(wǎng)由接觸網(wǎng)、鋼軌網(wǎng)構(gòu)成，由于鋼軌- -地之間存地之間存在過渡電阻，一部分負荷電流經(jīng)大地返回變電所，因此，在過渡電阻，一部分負荷電流經(jīng)大地返回變電所，因此，牽引網(wǎng)牽引網(wǎng)是一個不平衡的單相回路是一個不平衡的單相回路，接觸網(wǎng)和鋼軌網(wǎng)電流，接觸網(wǎng)和鋼軌網(wǎng)電流所產(chǎn)生的感應電勢

21、在通信上不能抵消，所以在通信線上所產(chǎn)生的感應電勢在通信上不能抵消，所以在通信線上將產(chǎn)生電磁感應電勢。將產(chǎn)生電磁感應電勢。Department of Electrical Engineeringv傳導電流影響傳導電流影響 由于一部分牽引電流經(jīng)大地返回牽引變電所，使大由于一部分牽引電流經(jīng)大地返回牽引變電所，使大地在不同地點出現(xiàn)不同的電位。如果在鐵路附近有以地地在不同地點出現(xiàn)不同的電位。如果在鐵路附近有以地為回路的單導線通信電路，則將由于通信線路兩個接地為回路的單導線通信電路，則將由于通信線路兩個接地點之間的電位差而出現(xiàn)干擾電流。點之間的電位差而出現(xiàn)干擾電流。Department of Electr

22、ical Engineering吸流變壓器供電方式吸流變壓器供電方式 (BT) Booster-transformerCC接觸網(wǎng)；接觸網(wǎng)；TT軌道；回流線軌道；回流線(NF) (NF) Negative feederNegative feeder；BTBT為吸流變壓器，變比為吸流變壓器，變比1:11:1，一次線圈串接入接觸網(wǎng)，一次線圈串接入接觸網(wǎng)，二次線圈串接入回流；二次線圈串接入回流；BTBT間隔為間隔為1.5-4km1.5-4km吸上線，在相鄰兩吸流變壓器的中點，用吸上線將回流吸上線，在相鄰兩吸流變壓器的中點，用吸上線將回流線與鋼軌連接起來。線與鋼軌連接起來。牽引網(wǎng)阻抗大，牽引網(wǎng)阻抗大，變

23、電所間距小，變電所間距小，電分相數(shù)量多，電分相數(shù)量多，不適合高速電力牽引。不適合高速電力牽引。Department of Electrical Engineering 當牽引電流流經(jīng)吸流變壓器原邊時，副邊在回流線中產(chǎn)生很大當牽引電流流經(jīng)吸流變壓器原邊時，副邊在回流線中產(chǎn)生很大的互感電勢。吸流變壓器的作用也就是在接觸網(wǎng)和回流線之間的互感電勢。吸流變壓器的作用也就是在接觸網(wǎng)和回流線之間集中地加大互感。即：集中地加大互感。即：設吸流變壓器原邊電流為設吸流變壓器原邊電流為I1，匝數(shù)為，匝數(shù)為1；副邊電流；副邊電流I2，匝數(shù)為，匝數(shù)為2。根據(jù)磁勢平衡關(guān)系：根據(jù)磁勢平衡關(guān)系：I2 2 I1 1又因為變比為

24、又因為變比為1:1，則則1=2，所以，所以 I2I1說明：采用吸流變后，只有變壓器原邊的激磁電流說明：采用吸流變后，只有變壓器原邊的激磁電流I I0 0仍流經(jīng)軌仍流經(jīng)軌道和大地，且電流數(shù)量很小。道和大地，且電流數(shù)量很小。Department of Electrical Engineeringv 同時回流線和接觸網(wǎng)中的電流基本上同時回流線和接觸網(wǎng)中的電流基本上大小相等，大小相等，方向相反方向相反。兩者的交變磁場基本上可互相平衡。兩者的交變磁場基本上可互相平衡( (抵消抵消) )。顯著地減弱了接觸網(wǎng)和回流線周圍空間的交變磁場，使顯著地減弱了接觸網(wǎng)和回流線周圍空間的交變磁場，使牽引電流在鄰近的通信線

25、路中的電磁感應影響大大地減牽引電流在鄰近的通信線路中的電磁感應影響大大地減小。小。Department of Electrical Engineering使牽引網(wǎng)阻抗使牽引網(wǎng)阻抗顯著增大顯著增大，增加約，增加約50%-60%50%-60%。接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)回流線回流線回路比通常牽引網(wǎng)阻抗要高。應用這種裝置的牽引網(wǎng)，其回路比通常牽引網(wǎng)阻抗要高。應用這種裝置的牽引網(wǎng)，其阻抗等于接觸網(wǎng)阻抗等于接觸網(wǎng)回流線回路阻抗與吸流變壓器短路阻抗回流線回路阻抗與吸流變壓器短路阻抗之和。由于牽引網(wǎng)阻抗增高，使供電臂的之和。由于牽引網(wǎng)阻抗增高，使供電臂的電壓損失電壓損失相應相應增增加加，在重載和高速運行的情況下尤為嚴重

26、，有時可能需要，在重載和高速運行的情況下尤為嚴重，有時可能需要縮短牽引變電所間的距離，或增設串聯(lián)電容補償，來保證縮短牽引變電所間的距離，或增設串聯(lián)電容補償，來保證牽引網(wǎng)電壓水平。由于牽引網(wǎng)電壓水平。由于BTBT的串入，使供電臂上每隔一個的串入，使供電臂上每隔一個BTBT間距就出現(xiàn)一個間距就出現(xiàn)一個電分段電分段，這些電分段不論在電氣上還是在，這些電分段不論在電氣上還是在機械上都是機械上都是薄弱環(huán)節(jié)薄弱環(huán)節(jié)。所以。所以BTBT制式制式不不適合和重載和高速鐵適合和重載和高速鐵路。路。Department of Electrical Engineering帶回流線的直接供電方式帶回流線的直接供電方式

27、DNv在在BTBT供電方式的基礎(chǔ)上，取消吸流變壓器，但是仍然供電方式的基礎(chǔ)上，取消吸流變壓器，但是仍然保留回流線，便形成了帶回流線的直接供電方式。保留回流線，便形成了帶回流線的直接供電方式。v利用接觸網(wǎng)與回流線之間的互感作用，使鋼軌中的回利用接觸網(wǎng)與回流線之間的互感作用，使鋼軌中的回流盡量由回流線流回牽引變電所，可部分抵消接觸網(wǎng)流盡量由回流線流回牽引變電所，可部分抵消接觸網(wǎng)對鄰近通信線路的干擾。此種供電方式是高速電氣化對鄰近通信線路的干擾。此種供電方式是高速電氣化鐵路可選擇的供電方式。鐵路可選擇的供電方式。Department of Electrical Engineeringv由于由于ATA

28、T方式設備復雜，一次投資高、運營費用高、方式設備復雜，一次投資高、運營費用高、維護困難，特別在多隧道區(qū)段應用更為困難。維護困難，特別在多隧道區(qū)段應用更為困難。BTBT方式方式由于其半段效應、接觸網(wǎng)分段及牽引網(wǎng)阻抗大等弱點，由于其半段效應、接觸網(wǎng)分段及牽引網(wǎng)阻抗大等弱點，對高速和重載行車的適應能力差。因此，采用直接供電對高速和重載行車的適應能力差。因此，采用直接供電加回流線加回流線( (負饋線負饋線) )。DNDN供電方式：由接觸網(wǎng)、鋼軌、沿全線架設的負饋線供電方式：由接觸網(wǎng)、鋼軌、沿全線架設的負饋線NF(NF(每隔幾公里用每隔幾公里用P P金屬線和鋼軌相連金屬線和鋼軌相連) )組成。組成。由于

29、由于NFNF和鋼軌并聯(lián)連接，使得正常運行時鋼軌中負荷和鋼軌并聯(lián)連接，使得正常運行時鋼軌中負荷電流的一部分分流到電流的一部分分流到NFNF中去，因此，可以減少流入大中去，因此，可以減少流入大地的電流，減輕對通訊的干擾危害，降低鋼軌電位，減地的電流，減輕對通訊的干擾危害，降低鋼軌電位，減小饋電回路的阻抗。小饋電回路的阻抗。DNDN方式與方式與ATAT、BTBT相比，其饋電相比，其饋電回路和設備簡單、投資省、運營維護方便?；芈泛驮O備簡單、投資省、運營維護方便。Department of Electrical Engineering為了能取得最好的防干擾效果，則需研究回流線的空間為了能取得最好的防干擾

30、效果，則需研究回流線的空間布置布置( (與接觸網(wǎng)的磁耦合關(guān)系與接觸網(wǎng)的磁耦合關(guān)系) )，設法降低回流線，設法降低回流線地、地、鋼軌鋼軌地回路的阻抗，以提高回流率。地回路的阻抗，以提高回流率。回流率與各導線回流率與各導線地回路自阻抗以及各導線地回路自阻抗以及各導線地回路間地回路間的互阻抗有關(guān)，當回流率的互阻抗有關(guān)，當回流率=1=1時，則接觸網(wǎng)電流完全由時，則接觸網(wǎng)電流完全由回流網(wǎng)吸上，地中電流為零?；亓骶W(wǎng)吸上，地中電流為零。Department of Electrical Engineering自耦變壓器供電方式自耦變壓器供電方式 (AT) Auto-transformerv日本鐵路為防止通訊干

31、擾，在實行交流電氣化的前期，日本鐵路為防止通訊干擾，在實行交流電氣化的前期，在牽引網(wǎng)中普遍應用了在牽引網(wǎng)中普遍應用了BTBT供電方式。供電方式。v但當高速、大功率機車在這種電路中通過吸流變壓器但當高速、大功率機車在這種電路中通過吸流變壓器分段時，在受電弓上會產(chǎn)生強烈電弧，為了克服此缺分段時，在受電弓上會產(chǎn)生強烈電弧，為了克服此缺點，后來發(fā)展了一種新的牽引網(wǎng)供電方式點，后來發(fā)展了一種新的牽引網(wǎng)供電方式自耦變壓自耦變壓器供電方式，器供電方式，ATAT間隔為間隔為10km10km左右。左右。Department of Electrical Engineering自耦變壓器的工作原理自耦變壓器的工作原

32、理v原邊和副邊共用一部分繞組的變壓器稱為自耦變原邊和副邊共用一部分繞組的變壓器稱為自耦變壓器。可設想為從一臺普通雙繞組變壓器演變而來。壓器?？稍O想為從一臺普通雙繞組變壓器演變而來。v1.1.電壓、電流關(guān)系電壓、電流關(guān)系 其原次邊的電壓、其原次邊的電壓、電流關(guān)系與雙繞組變壓器一樣。電流關(guān)系與雙繞組變壓器一樣。v2.2.容量關(guān)系容量關(guān)系 對于雙繞組變壓器，對于雙繞組變壓器，原繞組容量就是變壓器的輸入容量，副繞組容量就原繞組容量就是變壓器的輸入容量，副繞組容量就是變壓器輸出容量，都等于變壓器的容量。是變壓器輸出容量，都等于變壓器的容量。 對于自耦變壓器，變壓器容量與繞組容量不相等。對于自耦變壓器，變

33、壓器容量與繞組容量不相等。Department of Electrical Engineeringv取取ka=2，則，則v對于牽引供電系統(tǒng)，對于牽引供電系統(tǒng)，電壓為電壓為27.5kV,即即設機車電流為設機車電流為I，即，即21,22121IIUUkVUkUkVUa555 .27212IIkIIIa211,212Department of Electrical EngineeringAT供電方式的特點供電方式的特點v輸入電壓是輸出電壓的輸入電壓是輸出電壓的2 2倍，輸入電流為輸出電流的一半。倍，輸入電流為輸出電流的一半。vATAT供電方式無需提高牽引網(wǎng)的絕緣水平即可將牽引回路供電方式無需提高牽引

34、網(wǎng)的絕緣水平即可將牽引回路的供電電壓提高一倍。可以大大增加牽引變電所的間距，的供電電壓提高一倍?？梢源蟠笤黾訝恳冸娝拈g距，一般可達一般可達100km100km左右，減少牽引變電所的數(shù)目。左右，減少牽引變電所的數(shù)目。v自耦變壓器是并聯(lián)在接觸懸掛和正饋線之間的，提高了自耦變壓器是并聯(lián)在接觸懸掛和正饋線之間的，提高了供電可靠性。供電可靠性。Department of Electrical EngineeringvATAT供電方式有效地減弱對通信線的感應影響。供電方式有效地減弱對通信線的感應影響。大部分回流沿正饋線流回牽引變電所，減小了地中電流。大部分回流沿正饋線流回牽引變電所，減小了地中電流。同

35、時，接觸網(wǎng)中的電流與正饋線的電流大小相同，方向同時，接觸網(wǎng)中的電流與正饋線的電流大小相同，方向相反，兩者的交變磁場可以相互抵消。因此，相反，兩者的交變磁場可以相互抵消。因此，ATAT供電供電的防干擾性能十分理想。的防干擾性能十分理想。Department of Electrical Engineeringv 一般除了接觸懸掛和一般除了接觸懸掛和正饋線之外，還加掛一根保護線正饋線之外，還加掛一根保護線(PW)接觸線承力索鋼軌25kV-25kV50kV保護線正饋線Department of Electrical Engineering工頻單相電氣化鐵道的牽引供電方式工頻單相電氣化鐵道的牽引供電方式

36、供電方式供電方式DFDNBTAT供電臂供電臂(km)253025303030202045504550牽引網(wǎng)阻抗牽引網(wǎng)阻抗(/km)0.60.650.60.650.50.550.50.550.850.90.850.90.160.20.160.2牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)由接觸懸由接觸懸掛、鋼軌掛、鋼軌組成。組成。最簡單最簡單由接觸懸掛、由接觸懸掛、鋼軌和回流鋼軌和回流線組成線組成由接觸懸掛、由接觸懸掛、鋼軌、鋼軌、NFNF和吸和吸流變壓器組成流變壓器組成由接觸懸掛、鋼軌、由接觸懸掛、鋼軌、正饋線、自耦變壓正饋線、自耦變壓器和保護線。器和保護線。最復雜最復雜牽引網(wǎng)電壓水平牽引網(wǎng)電壓水平較好較好良好良好較

37、差較差最好最好牽引網(wǎng)電能損失牽引網(wǎng)電能損失(%)5%5%45%45%78%78%23%23%防干擾特性防干擾特性最差最差較差較差良好良好良好良好維護管理維護管理最少最少較少較少較多較多最多最多牽引網(wǎng)造價牽引網(wǎng)造價最少最少較少較少較大較大最大最大Department of Electrical EngineeringCC供電方式供電方式vCCCC供電是一種新型的供電方式。它的同軸電力電纜供電是一種新型的供電方式。它的同軸電力電纜(CC)(CC)沿鐵路線路埋設，內(nèi)部芯線作為供電線與接觸網(wǎng)沿鐵路線路埋設，內(nèi)部芯線作為供電線與接觸網(wǎng)1 1連接，外部導體作為回流線與鋼軌連接，外部導體作為回流線與鋼軌2

38、2相接，每隔相接，每隔5-5-10km10km做一個分段。做一個分段。Department of Electrical Engineeringv優(yōu)點：優(yōu)點：v饋電線與回流線在同一電纜中，間隔很小，而且同軸饋電線與回流線在同一電纜中，間隔很小，而且同軸布置，使得互感系統(tǒng)數(shù)增大；布置，使得互感系統(tǒng)數(shù)增大；v同軸電纜的阻抗比接觸網(wǎng)和鋼軌的阻抗小得多，因此同軸電纜的阻抗比接觸網(wǎng)和鋼軌的阻抗小得多，因此牽引電流和回流幾乎全部從同軸電纜中流過；牽引電流和回流幾乎全部從同軸電纜中流過；v電纜芯線與外層導體電流相等，方向相反，二者形成電纜芯線與外層導體電流相等，方向相反，二者形成的磁場相互抵消，對鄰近的通信線

39、路幾乎無干擾；的磁場相互抵消，對鄰近的通信線路幾乎無干擾；v阻抗小，供電距離長。阻抗小，供電距離長。v但投資很大，是幾種供電方式中最高的，因此無法在但投資很大，是幾種供電方式中最高的，因此無法在實際系統(tǒng)中大量正式采用，僅在一些特別困難的區(qū)段實際系統(tǒng)中大量正式采用，僅在一些特別困難的區(qū)段采用。采用。Department of Electrical Engineering混合供電方式混合供電方式v由于某種原因，有時牽引變電所的上、下行方向需采由于某種原因，有時牽引變電所的上、下行方向需采用直接供電用直接供電+AT+AT供電的混合供電方式。這種供電方式供電的混合供電方式。這種供電方式就是上、下行的某

40、一方向使用直接供電方式，而另一就是上、下行的某一方向使用直接供電方式，而另一方向使用方向使用ATAT供電方式。這種情況常常是由于牽引變供電方式。這種情況常常是由于牽引變電所的位置選擇不宜、地形復雜造成的。有時，考慮電所的位置選擇不宜、地形復雜造成的。有時，考慮沿線對通信線路干擾要求的不同，也會采用不同的供沿線對通信線路干擾要求的不同，也會采用不同的供電方式。電方式。Department of Electrical Engineering秦沈客運專線秦沈客運專線v秦沈客運專線牽引供電系統(tǒng)的構(gòu)成：秦沈客運專線牽引供電系統(tǒng)的構(gòu)成：1.1.牽引供電方式：秦山地區(qū)牽引供電方式：秦山地區(qū)( (自秦皇島至北

41、京鐵路局與沈陽鐵自秦皇島至北京鐵路局與沈陽鐵路局分界處路局分界處) )采用采用ATAT供電方式；正線及沈陽樞紐供電方式；正線及沈陽樞紐( (京沈局界至京沈局界至沈陽北站沈陽北站) )采用帶回流線的直接供電方式。采用帶回流線的直接供電方式。2.2.供電電壓等級：電力系統(tǒng)向山海關(guān)牽引變電所的供電電壓為供電電壓等級：電力系統(tǒng)向山海關(guān)牽引變電所的供電電壓為110kV(110kV(最高工作電壓為最高工作電壓為126kV)126kV)，其余所的供電電壓為，其余所的供電電壓為220kV(220kV(最高工作電壓為最高工作電壓為252kV)252kV)；牽引變壓器向接觸網(wǎng)供；牽引變壓器向接觸網(wǎng)供電電壓為電電壓

42、為27.5kV(27.5kV(最高工作電壓為最高工作電壓為31.5kV)31.5kV)。接觸網(wǎng)額定電。接觸網(wǎng)額定電壓為壓為25kV25kV，額定頻率為，額定頻率為50Hz50Hz。3.3.牽引供電設施分布：沿線新建牽引變電所牽引供電設施分布：沿線新建牽引變電所7 7座、分區(qū)所座、分區(qū)所7 7座、座、開閉所開閉所1 1座、接觸網(wǎng)開關(guān)控制站座、接觸網(wǎng)開關(guān)控制站3 3處、牽引供電調(diào)度所一處。處、牽引供電調(diào)度所一處。4.4.新建秦沈客運專線采用全補償簡單直鏈形懸掛，新建秦沈客運專線采用全補償簡單直鏈形懸掛，300km/h300km/h試驗段采用全補償簡單直鏈形懸掛試驗段采用全補償簡單直鏈形懸掛( (下

43、行下行) )和全補償彈性直鏈和全補償彈性直鏈形懸掛形懸掛( (下行下行) )。Department of Electrical Engineering2主變壓器的接線方式主變壓器的接線方式Department of Electrical Engineering單相牽引變電所單相牽引變電所采用單相變壓器的牽引變電所稱為單相牽引變電所采用單相變壓器的牽引變電所稱為單相牽引變電所單相牽引變電所單相牽引變電所一、純單相結(jié)線一、純單相結(jié)線高壓繞組高壓繞組AXAX接三相電源的接三相電源的某兩相某兩相( (如圖中的如圖中的ACAC相相) )，電壓為電壓為110kV110kV或或220kV220kV。低壓繞組

44、低壓繞組axax，首端，首端a a接至牽引母線上，末端接至牽引母線上，末端x x與鋼軌、與鋼軌、地連接，輸出電壓地連接，輸出電壓27.5kV27.5kV。接牽引母線的一端，同時。接牽引母線的一端，同時給左右兩側(cè)的供電臂供電。給左右兩側(cè)的供電臂供電。純單相純單相I,i接線接線單相單相V,v接線接線Department of Electrical Engineering純單相結(jié)線牽引變電所適用于：純單相結(jié)線牽引變電所適用于： 電力系統(tǒng)容量較大，地方電網(wǎng)較發(fā)達的地區(qū)。電力系統(tǒng)容量較大，地方電網(wǎng)較發(fā)達的地區(qū)。v如：哈如：哈( (爾濱爾濱) ) 大大( (連連) )線全部采用純單相結(jié)線，牽引線全部采用純

45、單相結(jié)線，牽引變電所接于容量較大的變電所接于容量較大的220kV220kV電網(wǎng)。電網(wǎng)。Department of Electrical Engineering二、單相二、單相V,vV,v結(jié)線結(jié)線牽引變電所裝設兩臺單相牽引變電所裝設兩臺單相結(jié)線牽引變壓器，作結(jié)線牽引變壓器，作V,vV,v接接線。線。 V,vV,v接線牽引變壓器原邊接線牽引變壓器原邊接入電力系統(tǒng)的兩個線電壓接入電力系統(tǒng)的兩個線電壓( (如如ABAB、BC)BC)。 次邊各有一端分別接到次邊各有一端分別接到牽引側(cè)的兩相母線上，公共牽引側(cè)的兩相母線上，公共端子與軌道及接地網(wǎng)連接。端子與軌道及接地網(wǎng)連接。由于對地電壓相位不同，中由于對地

46、電壓相位不同，中間必須用分相絕緣器斷開。間必須用分相絕緣器斷開。Department of Electrical Engineering優(yōu)點：容量利用率為優(yōu)點：容量利用率為100%100%，可以供給所內(nèi)及地區(qū)三相，可以供給所內(nèi)及地區(qū)三相負荷，對牽引網(wǎng)還可實行雙邊供電。和純單相結(jié)線比，負荷，對牽引網(wǎng)還可實行雙邊供電。和純單相結(jié)線比，對系統(tǒng)的負序影響減小。設備相對較少。對系統(tǒng)的負序影響減小。設備相對較少。缺點：跨相供電缺點：跨相供電v在陽在陽( (平關(guān)平關(guān)) ) 安安( (康康) )等線路應用。等線路應用。Department of Electrical Engineering1.1.原理電路圖原

47、理電路圖高壓側(cè)繞組為高壓側(cè)繞組為YNYN，三個端子，三個端子(A)(A)、(B)(B)、(C)(C)接電力系統(tǒng)的接電力系統(tǒng)的A A、B B、C C三相三相( (或或ACBACB，BCA)BCA)，中性點通過隔離開關(guān)中性點通過隔離開關(guān)QSQS接地。接地。中性點何時接地由電力調(diào)度決定，中性點何時接地由電力調(diào)度決定，通常是斷開的。通常是斷開的。次邊繞組接成次邊繞組接成 ，(c)(c)端子接鋼軌端子接鋼軌和地。和地。(a)(a)、(b)(b)端子分別接端子分別接牽引母線。牽引母線。三相三相YN,d11YN,d11接線牽引變電所接線牽引變電所Department of Electrical Engine

48、ering6.6.優(yōu)缺點優(yōu)缺點優(yōu)點優(yōu)點: :(1)(1)變壓器原邊采用變壓器原邊采用YNYN結(jié)線，中性點引出接地方式與高結(jié)線，中性點引出接地方式與高壓電網(wǎng)相適應。壓電網(wǎng)相適應。(2)(2)結(jié)構(gòu)相對簡單，繞組可采取分級絕緣，造價較低。結(jié)構(gòu)相對簡單，繞組可采取分級絕緣，造價較低。(3)(3)運用技術(shù)成熟，供電安全，可靠性好。運用技術(shù)成熟，供電安全，可靠性好。(4)(4)變電所有三相電源，不但所內(nèi)自用電可靠，而且必變電所有三相電源，不但所內(nèi)自用電可靠，而且必要時還可向地方負荷供電。要時還可向地方負荷供電。Department of Electrical Engineering缺點：缺點：(1)(1)

49、變壓器的容量不能充分利用，輸出容量只能達到變壓器的容量不能充分利用，輸出容量只能達到其額定容量的其額定容量的75.6%75.6%，引入溫度系數(shù)后，也只能達，引入溫度系數(shù)后，也只能達到到84%84%。(2)(2)和單相結(jié)線牽引變電所相比，主接線比較復雜，和單相結(jié)線牽引變電所相比，主接線比較復雜，設備多，占地面積大，工程投資大，而且維護檢修設備多，占地面積大，工程投資大，而且維護檢修的工作量和費用也相應增加。的工作量和費用也相應增加。Department of Electrical Engineering SCOTT接線變壓器接線變壓器(M)(M)座變壓器的繞組原邊接入電力系統(tǒng)座變壓器的繞組原邊接

50、入電力系統(tǒng)ABAB相相( (線電壓線電壓) )，(T)(T)座變壓器繞組原邊一端接座變壓器繞組原邊一端接(M)(M)座繞組的座繞組的中點中點DD，另一端接入，另一端接入C C相。相。Department of Electrical Engineering原邊接線與普通原邊接線與普通YN,d11YN,d11接線接線變壓器的原邊情況完全相同；變壓器的原邊情況完全相同；次邊三角形接線結(jié)構(gòu)有所改變，次邊三角形接線結(jié)構(gòu)有所改變，即在非接地相增設了即在非接地相增設了兩個外移繞組：兩個外移繞組： 和和 。(c)(c)端子仍接地。端子仍接地。 、 兩端分別接到兩端分別接到牽引側(cè)兩相母線上。牽引側(cè)兩相母線上。由兩相牽引母線分別由兩相牽引母線分別向兩側(cè)對應的供電臂向兩側(cè)對應的供電臂供電。供電。ab阻抗匹配平衡變壓器阻抗匹配平衡變壓器Department of Electrical Engineering阻抗匹配平衡變壓器的特點：阻