變電所電力牽引與電氣計(jì)算課件

第三章

電力牽引與電氣計(jì)算

牽引變電所容量計(jì)算與選擇§3.1概述牽引供電系統(tǒng)的電能是通過(guò)電力機(jī)車轉(zhuǎn)化成機(jī)械能來(lái)牽引列車運(yùn)動(dòng)的。電車機(jī)車的型號(hào)：國(guó)產(chǎn)—SS1、SS3、SS4、SS7、SS8、SS9等進(jìn)口—前蘇聯(lián)6G、日本6K、法國(guó)8K交直交機(jī)車—CRH系列動(dòng)車組電力機(jī)車由于受運(yùn)行圖及牽引重量、線路狀況、司機(jī)操作情況等因素的影響，使?fàn)恳^(guò)程包括了多種工況。而饋線負(fù)荷的變化具有隨機(jī)性。進(jìn)行牽引負(fù)荷及電氣量的精確計(jì)算是復(fù)雜而困難的。本章主要內(nèi)容電力機(jī)車的牽引特性牽引計(jì)算饋線電流牽引變電所容量計(jì)算與選擇§3.2電力機(jī)車牽引特性交直型電力機(jī)車：實(shí)現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變過(guò)程的是機(jī)車主電路，以SS1為例。機(jī)車牽引變壓器全波整流電路直流牽引電機(jī)25kV,50Hz~降壓整流SS1型電力機(jī)車主電路25kV機(jī)車主變壓器平波電抗器直流牽引電機(jī)，串勵(lì)機(jī)整流機(jī)組700kW4200kW電力機(jī)車的工作過(guò)程牽引變電所輸出的高壓交流電送到接觸網(wǎng)以后，由機(jī)車受電弓和接觸線接觸而引入機(jī)車，機(jī)車電流經(jīng)主斷路器、高壓電流互感器，到機(jī)車變壓器高壓繞組，再經(jīng)過(guò)低壓電流互感器、車體、接地電刷、輪軸、車輪到軌道，然后經(jīng)軌道、大地等流回牽引變電所。機(jī)車主變壓器將高壓交流電變?yōu)榈蛪航涣麟姡俳?jīng)過(guò)整流器組整流后變?yōu)橹绷?，供給牽引電動(dòng)機(jī)，牽引電動(dòng)機(jī)得電旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率通過(guò)齒輪傳動(dòng)裝置傳送給輪對(duì)，輪對(duì)作用于軌道，軌道以大小相等、方向相反的力作用于輪對(duì)，從而形成牽引力，牽引列車運(yùn)行。電力機(jī)車簡(jiǎn)況及其牽引特性交流電力機(jī)車因主電動(dòng)機(jī)和種類而異。a.接受交流電后變換為直流利用直流電動(dòng)機(jī)運(yùn)行b.直接將交流降壓后利用交流整流子電動(dòng)機(jī)運(yùn)行目前多采用的是將交流變換為直流后利用直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)運(yùn)行。1.電力機(jī)車特性的要求：①電力機(jī)車出發(fā)時(shí)，速度為零，需要很大的力；要求起動(dòng)加速力大。②充分利用牽引電動(dòng)機(jī)容量；列車輕載時(shí)，運(yùn)行速度高；重載時(shí)，運(yùn)行速度低。2.直流串勵(lì)電動(dòng)機(jī)特性：①起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，過(guò)載能力強(qiáng)。②當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增加時(shí)，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速會(huì)自動(dòng)下降。即低速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩大，高速時(shí)所需轉(zhuǎn)矩小?！?.3牽引計(jì)算牽引計(jì)算是根據(jù)機(jī)車類型、牽引重量及必要的線路條件等原始數(shù)據(jù)，為電氣化鐵路設(shè)計(jì)提供必要的結(jié)果的過(guò)程。牽引計(jì)算需要的原始數(shù)據(jù)主要有：1.機(jī)車參數(shù)，包括機(jī)車類型及其牽引特性，機(jī)車重量；2.上、下行單列牽引重量；3.線路情況，如區(qū)段總長(zhǎng)度，最小曲線半徑，上、下行坡道等。要求提供的主要要結(jié)果有：1.區(qū)間運(yùn)行時(shí)分及及帶電運(yùn)行時(shí)分分；2.區(qū)間上、下行能能耗；3.列車運(yùn)行曲線牽引計(jì)算中獲得得列車運(yùn)行曲線線是問題的關(guān)鍵鍵！列車運(yùn)行曲線列車電流曲線與與列車運(yùn)行的狀狀況有關(guān)。通過(guò)司機(jī)操作，，機(jī)車可在啟動(dòng)動(dòng)、正常牽引、、惰行、制動(dòng)等等多種狀態(tài)下運(yùn)運(yùn)行。惰行：機(jī)車斷斷電運(yùn)行，靠靠慣性行駛。。制動(dòng)：對(duì)列車車加制動(dòng)力，，使列車減速速或停止前進(jìn)進(jìn)。機(jī)械制動(dòng)—通過(guò)司機(jī)操縱縱，啟動(dòng)車輛輛制動(dòng)閥來(lái)實(shí)實(shí)現(xiàn)；電能制動(dòng)—將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)換換為他勵(lì)發(fā)電電機(jī)，從而將將制動(dòng)中的機(jī)機(jī)械能轉(zhuǎn)化為為電能。電阻制動(dòng)—將制動(dòng)產(chǎn)生的的電能消耗在在電阻器上，，變成熱能散散發(fā)；再生反饋制動(dòng)動(dòng)—將電能反送到到牽引網(wǎng)，供供其他處于牽牽引狀態(tài)的機(jī)機(jī)車使用或返返回電力系統(tǒng)統(tǒng)。a.列車運(yùn)行速度度v與列車走行距距離的關(guān)系，，v=f(l)可由原始資料料中獲得；b.列車走行時(shí)間間t與列車走行距距離的關(guān)系，，t=f(l)在v=f(l)曲線基礎(chǔ)上得得到；c.列車取用電流流i與列車走行距距離的關(guān)系，，i=f(l)結(jié)合機(jī)車網(wǎng)上上電流特性i=f(v)曲線得到；d.列車取用電流流i與列車走行時(shí)時(shí)間的關(guān)系，，i=f(t)由t=f(l)、i=f(l)曲線作出。列車電流曲線線和列車能耗耗利用i=f(t)曲線計(jì)算列車車電流及能耗耗。將時(shí)間[0,τ]區(qū)間劃分為n個(gè)間隔，每一等份為Δt(分鐘)，則每個(gè)時(shí)刻刻都有對(duì)應(yīng)的取取流(i)的數(shù)值，τ=nΔt電流平均值：：平均電壓U=25kV列車用電平均均功率：列車能耗為：：能耗的計(jì)算牽引變電所容容量計(jì)算與選選擇一、計(jì)算列車車數(shù)N的計(jì)算條件近期按調(diào)查運(yùn)運(yùn)量計(jì)算，考考慮波動(dòng)性和和儲(chǔ)備能力遠(yuǎn)期按國(guó)家要要求的輸送能能力計(jì)算，考考慮儲(chǔ)備能力力國(guó)家規(guī)定的需需要輸送能力力接近線路輸輸送能力時(shí)，，按線路輸送能能力計(jì)算；若若低于線路輸輸送能力的一一半時(shí)，可按2倍需要輸送能能力計(jì)算。不不考慮波動(dòng)和和儲(chǔ)備系數(shù)計(jì)算條件當(dāng)采用近期運(yùn)運(yùn)量計(jì)算時(shí)：：當(dāng)需要輸送能力接接近線路輸送能力力時(shí)：當(dāng)需要輸送能力低低于線路輸送能力力的一半時(shí)：二、列車用電量的的計(jì)算條件對(duì)于不同類型的列列車，都按滿載貨貨物列車考慮。當(dāng)電力牽引的旅客客列車數(shù)比例較大大時(shí)，或上、下行行方向空載車數(shù)比比例很大時(shí)，也可可分別按實(shí)際的客客、貨、空列車的的用電量計(jì)算。三、牽引變壓器校校核容量的計(jì)算條條件按其最大容量的需需要來(lái)確定，應(yīng)計(jì)計(jì)算最大列車數(shù)：：Nmax(N非)。?列車瞬時(shí)電流:指列車電流的即時(shí)時(shí)有效值(h=1,2,……,n,h為供電臂內(nèi)運(yùn)行的的列車數(shù))。?列車平均電流:指列車在計(jì)算區(qū)段段運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，列列車瞬時(shí)電流的的平均值；；即：?列車用電平均電流流:指列車在計(jì)算區(qū)段段內(nèi)運(yùn)行時(shí)，在用用電運(yùn)行時(shí)間內(nèi)，，列車瞬時(shí)電流的的平均值；列車電流1.列車電流的平均值值：2.列車取電平均電流流為：考慮列車正常運(yùn)行行時(shí)的自用電7A：3.列車取電走行時(shí)間間內(nèi)有效電流：令，，為為機(jī)車取流有有效系數(shù)一般通通常常取即：列車在供電分區(qū)帶帶電運(yùn)行時(shí)的有效效電流等于其平均均電流與有效系數(shù)數(shù)的乘積。饋線電流是確定主主設(shè)備容量的主要要數(shù)據(jù)定義：牽引變電所所側(cè)母線經(jīng)由饋電電線送到牽引網(wǎng)中中的電流，即牽引引變電所的負(fù)荷電電流。牽引變電所饋線電電流，等于供電分分區(qū)各運(yùn)行列車的的電流之和。計(jì)算方法：1.負(fù)荷過(guò)程法2.同型列車法3.概率統(tǒng)計(jì)法饋線電流列車運(yùn)行圖：饋線電流的計(jì)算(1)原始數(shù)據(jù)：(2)饋線日平均電流IF由已知的原始數(shù)據(jù)據(jù)：所以，我們可由上上、下行的牽引能耗、上下行的帶電運(yùn)行時(shí)間；或由上下行的即時(shí)有效電流、總運(yùn)行時(shí)分、帶電運(yùn)行時(shí)分計(jì)算得到列車上下下行帶電平均電流流。對(duì)全日T，24h=1440min來(lái)說(shuō)，上行有N列，下行有N列，則上、下行平平均電流為：所以日平均饋線電電流(單、復(fù)線不影響此此計(jì)算方法)當(dāng)N對(duì)列車運(yùn)行情況相相同時(shí)(同型號(hào)機(jī)車，同重重，同速…)即P—(N對(duì)列車作用時(shí))饋線全天帶電概率率Ig—每列車通過(guò)全區(qū)的的全日平均帶電電電流tg—每列車通過(guò)全區(qū)帶帶電時(shí)間(min)(3)饋線電流有效值假定：1.各區(qū)間日帶電平均均電流相同，即：：Ig(k)=Ig2.各區(qū)間日帶電時(shí)分分相同，即：Tg(k)=Tg那么：各區(qū)間日帶帶電概率也相同，，即：正常運(yùn)行和緊密運(yùn)運(yùn)行是相對(duì)而言的的，一般按全日平平均有效電流選擇擇變壓器。1.三相牽引變電所計(jì)算容量取決于重重負(fù)荷繞組的有效效電流。所以變壓器計(jì)算容容量(按正常運(yùn)行考慮)正常運(yùn)行時(shí)牽引變變壓器容量計(jì)算2.單相變壓器按饋線有效電流（（全日平均）Iε(Tr)計(jì)算若由兩臂合成到饋饋線，則例：已知IR=180A，IL=200A，KεF=1.35，求單相變壓器計(jì)計(jì)算容量。緊密運(yùn)行：線路行車中不可避避免的短時(shí)間高峰峰運(yùn)輸。饋線電流計(jì)算方法法：以緊密運(yùn)行時(shí)全天天運(yùn)行密度N′代替以上公式中的的N即可。N′確定：復(fù)線：上、下行均均按10min(或8min)為間隔連發(fā)即每天144對(duì)列車或每天180對(duì)列車緊密運(yùn)行時(shí)牽引變變壓器容量計(jì)算單線：經(jīng)驗(yàn)公式：：由此可得饋線電流流，進(jìn)而可得變電電所容量牽引變壓器的校核核容量對(duì)牽引變壓器進(jìn)行行容量校核，要達(dá)達(dá)到兩個(gè)方面的目目的：1.為了滿足列車緊密密運(yùn)行的需要2.為了保證牽引變壓壓器在充分利用過(guò)過(guò)負(fù)荷能力的情況況下能安全運(yùn)行。。牽引變壓器校核容容量的確定1.不同結(jié)線型式牽引引變壓器最大容量量的計(jì)算以三相YN,d11結(jié)線牽引變壓器為為例重負(fù)荷臂最大電流流輕負(fù)荷臂有效電流流2.校核容量的確定在最大的容量Smax的基礎(chǔ)上，再考慮慮牽引變壓器的過(guò)過(guò)負(fù)荷能力后所確確定的容量，就是是校核容量(S校)K:牽引變壓器的過(guò)負(fù)負(fù)荷系數(shù)，對(duì)于三三相YN,d11牽引變壓器K=1.5牽引變壓器容量計(jì)計(jì)算是為了確定變變壓器的安裝容量量和臺(tái)數(shù)。一般分為兩個(gè)步驟驟：首先按給定計(jì)算條條件算出變壓器為為供應(yīng)牽引負(fù)荷所所需的容量，稱為為計(jì)算容量；然后，考慮其它因因素(如備用方式、變壓壓器實(shí)際規(guī)格等)選出的容量為安裝裝容量或設(shè)計(jì)容量量。牽引變壓器容量選選擇牽引變壓器在檢修修或發(fā)生故障時(shí)，，都需有備用變壓壓器投入，以確保保正常的鐵路運(yùn)輸輸。1.移動(dòng)備用采用移動(dòng)變壓器作作為備用的方式，，稱為移動(dòng)備用。。采用移動(dòng)備用方式式的電氣化區(qū)段，，每個(gè)牽引變電所所裝設(shè)兩臺(tái)牽引變變壓器，正常時(shí)兩兩臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行。所所內(nèi)設(shè)有鐵路專用用岔線。備用變壓壓器安放在移動(dòng)變變壓器車上，停放放于適中位置的牽牽引變電所內(nèi)或供供電段段部，以便便于需要作為備用用變壓器投入時(shí)，，縮短運(yùn)輸時(shí)間。。移動(dòng)備用方式可用用于沿線無(wú)公路區(qū)區(qū)段和單線區(qū)段。。備用方式：2.固定備用采用加大牽引變壓壓器容量和增加臺(tái)臺(tái)數(shù)作為備用的方方式，稱為固定備備用。采用固定備備用的電氣化區(qū)段段，每個(gè)牽引變電電所裝設(shè)兩臺(tái)牽引引變壓器，一臺(tái)運(yùn)運(yùn)行，一臺(tái)備用。。每臺(tái)牽引變壓器器容量應(yīng)