變電所電力牽引與電氣計算課件

第三章

電力牽引與電氣計算

牽引變電所容量計算與選擇§3.1概述牽引供電系統(tǒng)的電能是通過電力機車轉(zhuǎn)化成機械能來牽引列車運動的。電車機車的型號：國產(chǎn)—SS1、SS3、SS4、SS7、SS8、SS9等進口—前蘇聯(lián)6G、日本6K、法國8K交直交機車—CRH系列動車組電力機車由于受運行圖及牽引重量、線路狀況、司機操作情況等因素的影響，使牽引過程包括了多種工況。而饋線負荷的變化具有隨機性。進行牽引負荷及電氣量的精確計算是復(fù)雜而困難的。本章主要內(nèi)容電力機車的牽引特性牽引計算饋線電流牽引變電所容量計算與選擇§3.2電力機車牽引特性交直型電力機車：實現(xiàn)這一轉(zhuǎn)變過程的是機車主電路，以SS1為例。機車牽引變壓器全波整流電路直流牽引電機25kV,50Hz~降壓整流SS1型電力機車主電路25kV機車主變壓器平波電抗器直流牽引電機，串勵機整流機組700kW4200kW電力機車的工作過程牽引變電所輸出的高壓交流電送到接觸網(wǎng)以后，由機車受電弓和接觸線接觸而引入機車，機車電流經(jīng)主斷路器、高壓電流互感器，到機車變壓器高壓繞組，再經(jīng)過低壓電流互感器、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。機車主變壓器將高壓交流電變?yōu)榈蛪航涣麟?，再?jīng)過整流器組整流后變?yōu)橹绷?，供給牽引電動機，牽引電動機得電旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)軸輸出的機械功率通過齒輪傳動裝置傳送給輪對，輪對作用于軌道，軌道以大小相等、方向相反的力作用于輪對，從而形成牽引力，牽引列車運行。電力機車簡況及其牽引特性交流電力機車因主電動機和種類而異。a.接受交流電后變換為直流利用直流電動機運行b.直接將交流降壓后利用交流整流子電動機運行目前多采用的是將交流變換為直流后利用直流串勵電動機運行。1.電力機車特性的要求：①電力機車出發(fā)時，速度為零，需要很大的力；要求起動加速力大。②充分利用牽引電動機容量；列車輕載時，運行速度高；重載時，運行速度低。2.直流串勵電動機特性：①起動轉(zhuǎn)矩大，過載能力強。②當負載轉(zhuǎn)矩增加時，電動機轉(zhuǎn)速會自動下降。即低速時所需轉(zhuǎn)矩大，高速時所需轉(zhuǎn)矩小?！?.3牽引計算牽引計算是根據(jù)機車類型、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)計提供必要的結(jié)果的過程。牽引計算需要的原始數(shù)據(jù)主要有：1.機車參數(shù)，包括機車類型及其牽引特性，機車重量；2.上、下行單列牽引重量；3.線路情況，如區(qū)段總長度，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)間運行時分及及帶電運行時分分；2.區(qū)間上、下行能能耗；3.列車運行曲線牽引計算中獲得得列車運行曲線線是問題的關(guān)鍵鍵！列車運行曲線列車電流曲線與與列車運行的狀狀況有關(guān)。通過司機操作，，機車可在啟動動、正常牽引、、惰行、制動等等多種狀態(tài)下運運行。惰行：機車斷斷電運行，靠靠慣性行駛。。制動：對列車車加制動力，，使列車減速速或停止前進進。機械制動—通過司機操縱縱，啟動車輛輛制動閥來實實現(xiàn)；電能制動—將電動機轉(zhuǎn)換換為他勵發(fā)電電機，從而將將制動中的機機械能轉(zhuǎn)化為為電能。電阻制動—將制動產(chǎn)生的的電能消耗在在電阻器上，，變成熱能散散發(fā)；再生反饋制動動—將電能反送到到牽引網(wǎng)，供供其他處于牽牽引狀態(tài)的機機車使用或返返回電力系統(tǒng)統(tǒng)。a.列車運行速度度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與列車走行時時間的關(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)曲線計算列車車電流及能耗耗。將時間[0,τ]區(qū)間劃分為n個間隔，每一等份為Δt(分鐘)，則每個時刻刻都有對應(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：：能耗的計算牽引變電所容容量計算與選選擇一、計算列車車數(shù)N的計算條件近期按調(diào)查運運量計算，考考慮波動性和和儲備能力遠期按國家要要求的輸送能能力計算，考考慮儲備能力力國家規(guī)定的需需要輸送能力力接近線路輸輸送能力時，，按線路輸送能能力計算；若若低于線路輸輸送能力的一一半時，可按2倍需要輸送能能力計算。不不考慮波動和和儲備系數(shù)計算條件當采用近期運運量計算時：：當需要輸送能力接接近線路輸送能力力時：當需要輸送能力低低于線路輸送能力力的一半時：二、列車用電量的的計算條件對于不同類型的列列車，都按滿載貨貨物列車考慮。當電力牽引的旅客客列車數(shù)比例較大大時，或上、下行行方向空載車數(shù)比比例很大時，也可可分別按實際的客客、貨、空列車的的用電量計算。三、牽引變壓器校校核容量的計算條條件按其最大容量的需需要來確定，應(yīng)計計算最大列車數(shù)：：Nmax(N非)。?列車瞬時電流:指列車電流的即時時有效值(h=1,2,……,n,h為供電臂內(nèi)運行的的列車數(shù))。?列車平均電流:指列車在計算區(qū)段段運行時間內(nèi)，列列車瞬時電流的的平均值；；即：?列車用電平均電流流:指列車在計算區(qū)段段內(nèi)運行時，在用用電運行時間內(nèi)，，列車瞬時電流的的平均值；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：考慮列車正常運行行時的自用電7A：3.列車取電走行時間間內(nèi)有效電流：令，，為為機車取流有有效系數(shù)一般通通常常取即：列車在供電分區(qū)帶帶電運行時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荷電電流。牽引變電所饋線電電流，等于供電分分區(qū)各運行列車的的電流之和。計算方法：1.負荷過程法2.同型列車法3.概率統(tǒng)計法饋線電流列車運行圖：饋線電流的計算(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、上下行的帶電運行時間；或由上下行的即時有效電流、總運行時分、帶電運行時分計算得到列車上下下行帶電平均電流流。對全日T，24h=1440min來說，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)線不影響此此計算方法)當N對列車運行情況相相同時(同型號機車，同重重，同速…)即P—(N對列車作用時)饋線全天帶電概率率Ig—每列車通過全區(qū)的的全日平均帶電電電流tg—每列車通過全區(qū)帶帶電時間(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：正常運行和緊密運運行是相對而言的的，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算容量取決于重重負荷繞組的有效效電流。所以變壓器計算容容量(按正常運行考慮)正常運行時牽引變變壓器容量計算2.單相變壓器按饋線有效電流（（全日平均）Iε(Tr)計算若由兩臂合成到饋饋線，則例：已知IR=180A，IL=200A，KεF=1.35，求單相變壓器計計算容量。緊密運行：線路行車中不可避避免的短時間高峰峰運輸。饋線電流計算方法法：以緊密運行時全天天運行密度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對列車或每天180對列車緊密運行時牽引變變壓器容量計算單線：經(jīng)驗公式：：由此可得饋線電流流，進而可得變電電所容量牽引變壓器的校核核容量對牽引變壓器進行行容量校核，要達達到兩個方面的目目的：1.為了滿足列車緊密密運行的需要2.為了保證牽引變壓壓器在充分利用過過負荷能力的情況況下能安全運行。。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算以三相YN,d11結(jié)線牽引變壓器為為例重負荷臂最大電流流輕負荷臂有效電流流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過負荷能力后所確確定的容量，就是是校核容量(S校)K:牽引變壓器的過負負荷系數(shù)，對于三三相YN,d11牽引變壓器K=1.5牽引變壓器容量計計算是為了確定變變壓器的安裝容量量和臺數(shù)。一般分為兩個步驟驟：首先按給定計算條條件算出變壓器為為供應(yīng)牽引負荷所所需的容量，稱為為計算容量；然后，考慮其它因因素(如備用方式、變壓壓器實際規(guī)格等)選出的容量為安裝裝容量或設(shè)計容量量。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，，都需有備用變壓壓器投入，以確保保正常的鐵路運輸輸。1.移動備用采用移動變壓器作作為備用的方式，，稱為移動備用。。采用移動備用方式式的電氣化區(qū)段，，每個牽引變電所所裝設(shè)兩臺牽引變變壓器，正常時兩兩臺并聯(lián)運行。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，，縮短運輸時間。。移動備用方式可用用于沿線無公路區(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臺數(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，每個牽引變電電所裝設(shè)兩臺牽引引變壓器，一臺運運行，一臺備用。。每臺牽引變壓器器容量應(yīng)