牽引變電所運行與維護

模塊一牽引供電系統(tǒng)認知

牽引變電所運行與維護第一節(jié)電力牽引特點及發(fā)展概況電力牽引是一種新型有軌運輸牽引動力形式。電力牽引是利用電能作為牽引動力，將電能轉換為機械能，驅動鐵路列車、電動機組和城市軌道交通車輛等有軌運輸工具運行的一種運輸形式。電力牽引按其牽引網供電電流制式不同，分為：工頻單相交流制、低頻單相交流制和直流制。一、電力牽引特點電力牽引機車本身不帶燃料，使用電能做為能源，連接全國電網，能源有保證?？偣β蚀?，啟動和加速快、過載能力強、運輸能力大?？諝夂铜h(huán)境污染小。電力牽引的總效率高，節(jié)約能源。安全性高。缺點：一次投資費用較同類運輸工具高。二、我國電氣化鐵路發(fā)展概況第一條電氣化鐵路:寶成線，寶雞至鳳州段，于1961年8月建成，全長94km。年代建成電氣化鐵路里程（km）建成電氣化鐵路累計里程（km）1961~196594941966~19701972911971~19753966971976~198097416611981~1985250741681986~1990278769551991~1995301299171996~20004783147502001~2005538220132電氣化鐵路發(fā)展歷程表三、我國鐵路發(fā)展電力牽引的適應性和重大意義1、提高運輸能力和效益，主要取決于對列車重量、密度和速度的優(yōu)化組配。2、鐵路電氣化為快速、又好又省地緩解我國鐵路運輸緊張狀態(tài)提供了有效途徑。3、鐵路牽引動力電氣化適應我國能源資源結構狀況，并可大幅度實現(xiàn)節(jié)能。四、我國城市公共交通電力牽引發(fā)展簡況國內外較多采用的公共客運工具有三種：

1、大運量的地下鐵道。

2、中等客運量的輕軌交通運輸。

3、低客運量的公共汽車、電車。城市軌道交通包括：地鐵、輕軌、市郊鐵路、有軌電車等。第二節(jié)電力系統(tǒng)簡介

一、電力系統(tǒng)的組成電能的生產、輸送、分配和使用組成了一個系統(tǒng)，稱為電力系統(tǒng)，主要由發(fā)電廠、電力網、電能用戶組成。1、發(fā)電廠發(fā)電廠是將煤、水力、核能等一次能源轉換為電能（二次能源）的工廠。1）火力發(fā)電廠（火電站/火電廠）。2）水力發(fā)電廠（水電站/水電廠）：堤壩式、引水式、混合式水電站。3）核能發(fā)電廠（核電站/核電廠）。4）其他：風力、地熱和太陽能發(fā)電等。發(fā)電廠圖集火電廠陜西渭河發(fā)電廠：山西省大同第二發(fā)電廠，總裝機120萬千瓦：大同第一發(fā)電廠：江蘇徐州發(fā)電廠，裝機容量139萬千瓦：華能太倉發(fā)電廠：水電廠新安江水電廠全景：新安江水電廠控制室：三峽電站航拍照片：三峽大壩全景圖：三峽左岸電站機組：水輪機轉輪吊裝：發(fā)電機轉子吊裝：GIS開關站及主變壓器：龍泉換流站：三峽電廠中央控制室：核電站秦山核電站外景：秦山核電站汽輪機房：秦山核電站主控制室：風力發(fā)電廠：新疆達坂城風力發(fā)電廠：2、電力網電力網由各種電壓等級的輸、配電線路和變（配）電站（所）組成。電力網的任務是將電能從發(fā)電廠輸送和分配到電能用戶。電力網按功能可分為：

1、輸電網：220kv及以上的輸電線路和與其連接的變電所組成。

2、配電網：110kv及以下的配電線路和與其連接的配電所組成。高壓配電網（35~110kv）中壓配電網（6~10kv）低壓配電網（220/380）3、用戶電能用戶主要包括工礦企業(yè)和居民區(qū)等。按用戶的重要程度和對供電可靠性的要求：1）一級負荷，這類負荷中斷供電將造成人身傷亡、重要設備嚴重損壞、重要產品大量報廢、生產秩序被打亂并長期不能恢復或使城市生活發(fā)生嚴重混亂。如電氣化鐵路、鐵路自動閉塞信號電源等。必須有兩路以上餓獨立電源供電。2）二級負荷，中斷供電將造成產品產量及質量嚴重下降。應有兩路電源供電。3）三級負荷，對供電可靠性要求不高，可以允許非連續(xù)性供電，通常用一路電源供電。二、電能質量指標1、供電頻率：工頻50hz2、電壓偏差：第一類額定電壓，100V一下，安全電壓。第二類額定電壓，100V~1000V，低壓。第三類額定電壓，1000V及以上，高壓。3、電壓的不對稱性和波形的非正弦性。4、供電的可靠性。1、中性點非直接接地系統(tǒng)（小電流接地系統(tǒng)）。分為中性點不接地和中性點經消弧線圈接地系統(tǒng)。2、中性點直接接地系統(tǒng)（大電流接地系統(tǒng)）。分為中性點直接接地和中性點經電抗器接地系統(tǒng)。第三節(jié)三相電力系統(tǒng)的中性點運行方式一、中性點非直接接地的三相電力系統(tǒng)1、中性點不接地的三相電力系統(tǒng)（1）三相系統(tǒng)正常運行狀態(tài)

（2）系統(tǒng)發(fā)生單相接地①各相電壓的變化:中性點對地電壓不為零，而變?yōu)榻Y論：三相相間電壓對稱關系沒有改變，故障相對地電壓為零，非故障相對地電壓為相電壓的倍。②電流的變化非故障相對地電容電流為原來的倍，故障相接地電流上升為原來接地電容電流的3倍。③結論

對中性點不接地的三相電力系統(tǒng)，當發(fā)生單相接地時，系統(tǒng)的相間電壓對稱關系沒有改變，對三相負載無影響，因此允許系統(tǒng)繼續(xù)運行。但由于非故障相對地電壓為原來對地電壓的倍，故障相接地電流上升為原來對地電容電流的3倍，如系統(tǒng)任長期運行，可能引起非故障相對地絕緣薄弱處被破壞而接地，導致兩相接地短路故障，故只允許短期運行（2h）。允許采用中性點不接地方式的范圍：線路額定電壓為110kv以下、接地電流在10A及以下；線路額定電壓為6~10kv，接地電流在30A及以下的網絡。2、中性點經消弧線圈接地的三相電力系統(tǒng)（1）工作原理

正常工作時，消弧線圈無電流流過。單相接地時，IE=IL-IC，電流補償。（2）IL和IC的補償關系

①全補償:IL=IC,消弧好，但易諧振。②欠補償:IL<IC，當負荷減少時，易出現(xiàn)全補償。

③過補償:IL>IC，常用方式。二、中性點直接接地的三相電力系統(tǒng)這種系統(tǒng)發(fā)生單相接地時，故障相經接地點通過大地形成單相短路回路，單相短路電流很大，故又稱大電流接地系統(tǒng)?？捎弥行渣c經電抗器接地，減少短路電流。中性點直接接地的系統(tǒng)中，發(fā)生單相接地時，短路電流很大，為了避免電氣設備被破壞，必須通過保護裝置斷開故障線路。優(yōu)點：中性點直接接地系統(tǒng)，發(fā)生單相接地時，中性點的電位不變，因此非故障相對地的電壓也不變。絕緣保護的造價就比較低三、低壓配電系統(tǒng)中性點接地方式在380/220V的低壓配電系統(tǒng)中，按配電系統(tǒng)和用電設備接地方式的不同組合分類，分為TN、TT、IT三年中。中性點引出線：中性線（N）：用來向單相用電設備提供電源，傳導三相系統(tǒng)的單相電流和不平衡電流，減小負荷中性點的電位偏移。保護線（PE）：用來保障人身安全、防止觸電事故的公共接地線。保護中性線（PEN）：具有以上兩種線的功能，也叫“零線”或“地線”。1、TN系統(tǒng)所有設備外殼都與保護線（PE）或保護中性線（PEN）連接，稱為TN系統(tǒng)。（1）TN-C系統(tǒng)：系統(tǒng)中的N線與PE線合并為PEN線。節(jié)約導線材料，比較經濟；PEN線有電流通過，有電磁干擾；PEN斷線，易造成觸電危險，且發(fā)生單相短路時，非故障相電壓升高PEN線上不得裝設開關和熔斷器。（2）TN-S系統(tǒng)：系統(tǒng)中N線和PE線全部分開。適用于對抗電磁干擾要求高的數(shù)據處理、電磁檢測等試驗場所，也適用于安全要求較高的場所，但是導線材料消耗較多，投資比TN-C高。（3）TN-C-S系統(tǒng)：系統(tǒng)中前部分N線與PE線合并為PEN線，后部分N線與PE線分開。2、TT系統(tǒng)所有設備外殼各自經PE線單獨接地。3、IT系統(tǒng)中性點需經1000Ω阻抗接地，通常不引出中性線（三相三線制系統(tǒng)）。工頻交流單相電力牽引供電系統(tǒng)主要由牽引變電所和牽引網組成。牽引網實行單相供電，由饋電線、接觸網、軌道電路及回流線組成。我國規(guī)定牽引網額定電壓為25kv，額定頻率為50hz。電力牽引的實現(xiàn)：第四節(jié)牽引供變電系統(tǒng)的組成

牽引變電所接觸網饋電線回流線軌道分區(qū)所開閉所自耦變壓器站分相絕緣器和分段絕緣器第四節(jié)牽引供變電系統(tǒng)的組成

一、牽引變電所完成變壓、變相和向牽引網供電等功能，并實現(xiàn)三相交流一次供電系統(tǒng)與單相電力牽引系統(tǒng)的接口與系統(tǒng)變換。分類：三相牽引變電所單相牽引變電所三相——兩相牽引變電所供電方式：一般（直供、BT方式）供電方式牽引變電所自耦變壓器（AT）供電方式牽引變電所二、接觸網架空單線式（交流電氣化鐵道）架空復線式（城市無軌電車）接觸式（地鐵）三、饋電線（饋出線）：連接牽引變電所和接觸網的導線。四、回流線：將軌道和牽引變電所主變壓器地相之間連接的導線。五、軌道：機車的導軌+回流電路。六、分區(qū)所（SP）：為了增加供電的靈活性，提高運行的可靠性，在兩個牽引變電所的供電區(qū)中間常加設分區(qū)所。1、可以使兩相鄰的供電區(qū)段實現(xiàn)

并聯(lián)工作或單獨工作。2、越區(qū)供電。3、切除故障點所處供電區(qū)。七、開閉所（ssp）：配電作用的開關站。1、在離牽引變電所較遠的鐵路樞紐地區(qū)。2、AT供電方式的復線牽引網供電臂中間八、自耦變壓器站九、分相絕緣器和分段絕緣器分相絕緣器又稱電分相；分段絕緣器又稱電分段。一、牽引供電系統(tǒng)的供電方式1、直接供電方式（TR供電方式）優(yōu)點：結構簡單、投資最省，牽引網阻損較小，能耗較低。缺點：較大電磁干擾。第五節(jié)牽引供電方式

2、吸流變壓器供電方式（BT供電方式）BT供電方式是在牽引網中架設有吸流變壓器——回流線裝置的一種供電方式。工作原理：由于吸流變壓器的變比為1:1，當吸流變壓器的一次繞組流過牽引電流時，在其二次繞組中強制回流，通過吸上線流入回流線。優(yōu)點：對通信線路的干擾小。缺點：牽引網的阻抗大，能耗大，投資大。3、帶回流線的直接供電方式（DN供電方式）DN供電方式是在接觸網支柱上架有一條與鋼軌并聯(lián)的回流線。這種供電方式取消了吸流變壓器，保留了回流線。利用接觸網與回流線之間的互感作用，使鋼軌中的回流盡可能地由回流線流回牽引變電所。特點：1）對通信線路的干擾小于直接供電（TR），大于BT供電2）造價低于BT供電。4、自耦變壓器供電方式（AT供電方式）每隔10km左右在接觸網與正饋線之間并聯(lián)接入一臺自耦變壓器，繞組的中點與鋼軌相接。優(yōu)點：1）阻抗小，約為TR的1/4，電壓損失小，電能損耗低，供電距離長。2）供電工程投資因減少了牽引變電所的數(shù)量而減小。3）對通信線路的干擾小，與BT相當。缺