成教供電系統(tǒng)習(xí)題及答案

1、1、 說(shuō)明牽引供電系統(tǒng)的構(gòu)成及各組成部分的作用。答：電力牽引供電系統(tǒng)的示意圖如下：電力系統(tǒng)與輸電線(xiàn)：為電氣化鐵道提供高壓電源，其電壓為110kV或220kV 。電氣化鐵道的牽引負(fù)荷是一級(jí)負(fù)荷，故要求電源有足夠的容量和較高的可靠度。牽引變電所：將電力系統(tǒng)供應(yīng)的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m于電力牽引及其供電方式的電能，其核心元件是牽引變壓器，并設(shè)有備用。牽引網(wǎng)：由饋（電）線(xiàn)、接觸網(wǎng)、軌（地）、回流線(xiàn)等組成，是牽引供電網(wǎng)（回路），完成對(duì)電力機(jī)車(chē)的送電任務(wù)。饋線(xiàn):接在牽引變電所牽引母線(xiàn)和接觸網(wǎng)之間的導(dǎo)線(xiàn)，即將電能由牽引變電所引向電氣化鐵路； 接觸網(wǎng): 是一種懸掛在軌道上方，沿軌道敷設(shè)的、和鐵路軌頂保持一定距離的輸電網(wǎng)

2、。通過(guò)電動(dòng)車(chē)組的受電弓和接觸網(wǎng)的滑動(dòng)接觸，牽引電能就由接觸網(wǎng)進(jìn)入電動(dòng)車(chē)組，從而驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)使列車(chē)運(yùn)行。 軌道: 在非電牽引情形下只作為列車(chē)的導(dǎo)軌。在電力牽引時(shí)，軌道除仍具有導(dǎo)軌功能外，還需要完成導(dǎo)能回流的任務(wù)。因此，電力牽引的軌道，需要具有良好的導(dǎo)電性能。 回流線(xiàn):是連接軌道和牽引變電所的導(dǎo)線(xiàn)。通過(guò)回流線(xiàn)把軌道中的回路電流導(dǎo)入牽引變電所的主變壓器。2、簡(jiǎn)述牽引網(wǎng)有哪些供電方式？簡(jiǎn)單敘述其優(yōu)缺點(diǎn)。答：牽引網(wǎng)的供電方式主要有：1、直接供電方式：牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)，投資最小，但鋼軌電位較高，對(duì)通信線(xiàn)的干擾感應(yīng)最大，主要適用于通信線(xiàn)路（主要是明線(xiàn)）較少或很易將受擾通信線(xiàn)遷改徑路的場(chǎng)合；2、帶負(fù)饋線(xiàn)的直接

3、供電方式：在鋼軌上并聯(lián)架空回流線(xiàn)（又稱(chēng)負(fù)饋線(xiàn)）。鋼軌電位大為降低，對(duì)通信線(xiàn)的干擾得到較好抑制。還能降低牽引網(wǎng)阻抗，使供電臂延長(zhǎng)30%及以上；3、BT供電方式：BT串入接觸網(wǎng)和回流線(xiàn)/鋼軌，用以吸回地中電流，減少通訊干擾。其中BT-回流線(xiàn)方式比BT-鋼軌方式抑制通信干擾的效果好；4、AT供電方式： AT并聯(lián)于牽引網(wǎng)中，克服了BT串入網(wǎng)中BT分段的缺陷，使供電電壓成倍提高，牽引網(wǎng)阻抗小，供電距離長(zhǎng)（約為直接供電方式的170%-200%），網(wǎng)上壓損和能損都小，是一種適于高速、重載等大電流牽引方式。3、 簡(jiǎn)述牽引變電所容量計(jì)算的步驟。答：變壓器容量計(jì)算一般分為三個(gè)步驟：1、根據(jù)鐵道部任務(wù)書(shū)中規(guī)定的年運(yùn)

4、量大小和行車(chē)組織的要求確定計(jì)算容量，這是為供應(yīng)牽引負(fù)荷所必須的容量。2、根據(jù)列車(chē)緊密運(yùn)行時(shí)供電臂的有效電流和充分利用牽引變壓器的過(guò)載能力，計(jì)算校核容量，這是為確保變壓器安全運(yùn)行所必須的容量。3、根據(jù)計(jì)算容量和校核容量，在考慮其他因素（如備用方式等），并按實(shí)際變壓器系列產(chǎn)品的規(guī)格選定變壓器的數(shù)量和容量稱(chēng)為安裝容量。4、列舉牽引變壓器采用的主要接線(xiàn)方式，簡(jiǎn)單敘述各有哪些優(yōu)缺點(diǎn)？答：1單相結(jié)線(xiàn)牽引變壓器。優(yōu)點(diǎn)：1)、接線(xiàn)簡(jiǎn)單，設(shè)備少投資也小，其占地面積小，運(yùn)行可靠且費(fèi)用低。2)、容量利用率高而且能按照所需功率投入和切除，保證最小的空載損耗。缺點(diǎn)：1)、不能采用雙邊供電方式，接觸網(wǎng)的電壓損失相對(duì)有所增

5、加。2)、絕緣要求高，牽引變電所的三相動(dòng)力電源需由地方另行引入。3)、變壓器的額定輸入電壓必須等于電網(wǎng)的兩 相間線(xiàn)電壓。2單相（三相）V/v結(jié)線(xiàn)牽引變壓器。優(yōu)點(diǎn)：1)、主結(jié)線(xiàn)較簡(jiǎn)單，設(shè)備少且投資較省。2)、供電可靠，容量利用率也高，可達(dá)100%。3)、對(duì)接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)雙邊供電。缺點(diǎn)：1)、要求額定輸入電壓必須等于電網(wǎng)線(xiàn)電壓。2)、當(dāng)一臺(tái)牽引變壓器故障時(shí)，跨相供電困難。3)、牽引變電所三相自用電必須改用劈相機(jī)或單-三相自用變壓器供電。3三相YN，d11雙繞組變壓器。優(yōu)點(diǎn)：1)、有利于變電所自用電和地區(qū)三相電力。2)、一臺(tái)停運(yùn)時(shí)，供電不中斷，運(yùn)行可靠方便。3)、制造簡(jiǎn)單，價(jià)格也便宜，可實(shí)現(xiàn)兩邊

6、供電。4)、有較好的抗頻繁短路能力，短時(shí)嚴(yán)重過(guò)負(fù)荷和三相負(fù)荷不平衡的承受能力強(qiáng)。缺點(diǎn)：1)、平均容量利用率只有額定容量的75.6%，引入溫度系數(shù)也只能達(dá)到84%。2)、主接線(xiàn)要復(fù)雜，設(shè)備投資較多，維護(hù)檢修工作量及相應(yīng)的費(fèi)用也有所增加。4Scott結(jié)線(xiàn)變壓器。優(yōu)點(diǎn)：1) 、Scott接線(xiàn)變壓器二次側(cè)兩相是解耦的，即一相的負(fù)載并不影響另一相的端口電壓。2) 、Scott接線(xiàn)變壓器三相側(cè)與兩相側(cè)的阻抗電壓百分?jǐn)?shù)相等。 3)、可導(dǎo)出Scott接線(xiàn)變壓器在相坐標(biāo)下的節(jié)點(diǎn)導(dǎo)納矩陣，以用于穩(wěn)態(tài)與暫態(tài)問(wèn)題的研究。缺點(diǎn)：1)、無(wú)三角形回路，絕緣要求高，且會(huì)發(fā)生中性點(diǎn)電位偏移。2)、安裝容量不能得到充分利用，容量

7、通常大于牽引站實(shí)際所需容量。3)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，制造難度較大，造價(jià)較高。4)、主結(jié)線(xiàn)復(fù)雜，設(shè)備較多，占地面積大，工程投資較多，維護(hù)檢修困難。5.Le Blance結(jié)線(xiàn)變壓器。優(yōu)點(diǎn)：1)、材料利用率稍高，制造上藝-容易實(shí)現(xiàn)。2)、在具有相等容量的情況下，和平衡變壓器相比體積小、價(jià)格低。3)、其缺點(diǎn)還是中性點(diǎn)不能接地低壓側(cè)兩相輸入依然沒(méi)有電的聯(lián)系。6.阻抗匹配牽引變壓器。優(yōu)點(diǎn)：1)、顯著地減少注入電網(wǎng)的負(fù)序電流。2)、原邊為YN結(jié)線(xiàn)中性點(diǎn)引出，絕緣要求低，減少了投資匹配方便，副邊結(jié)線(xiàn)，有利于減少一次側(cè)的3次諧波。3)、原邊三相電流具有較好的對(duì)稱(chēng)性。對(duì)接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。缺點(diǎn)：1)、設(shè)計(jì)計(jì)算及制

8、造工藝復(fù)雜，造價(jià)較高。2)、分相絕緣器兩端電壓為55kV，絕緣要求高。5、三相-兩相平衡變壓器次邊兩相電壓應(yīng)符合什么條件？當(dāng)次邊兩相負(fù)荷滿(mǎn)足什么條件時(shí)，才能使平衡變壓器達(dá)到平衡？答：1、一個(gè)電力變壓器，當(dāng)其原邊取電于三相電力系統(tǒng)，并且次邊兩相電壓幅值相同、相位互差90時(shí)，便構(gòu)成了三相兩相平衡變壓器。2、次邊兩相負(fù)荷相當(dāng)（即負(fù)荷電流大小相同、功率因數(shù)也相同）時(shí)，兩個(gè)牽引端口的負(fù)荷在三相系統(tǒng)產(chǎn)生的合成負(fù)序功率為零，也就是說(shuō)此時(shí)三相兩相平衡變壓器達(dá)到了平衡。 6、 牽引網(wǎng)阻抗的計(jì)算有那些主要用途？答：1、確定牽引網(wǎng)壓損U，以校驗(yàn)運(yùn)行時(shí)網(wǎng)壓水平；2、計(jì)算短路阻抗、短路電流，確定繼電保護(hù)方案及其整定；3

9、、應(yīng)用于故障測(cè)距；4、確定牽引網(wǎng)電能損失，比選最優(yōu)設(shè)計(jì)方案；5、計(jì)算牽引負(fù)荷對(duì)電氣化鐵路沿線(xiàn)通信線(xiàn)路的干擾，確定所采取的防護(hù)措施；6、用于軌道電流分布及軌道電壓分布計(jì)算，以確定安全電位。7、對(duì)于YNd11牽引變電所，若兩臂負(fù)荷完全相同，變壓器超前相與滯后相繞組的電壓損失比較起來(lái)哪一相較大？一般情況下應(yīng)將重負(fù)荷安排在哪一相？答：如下圖，YNd11牽引變電所，兩牽引端口為a相和b相，其中a相為超前相，b相為滯后相繞組， c相為自由相。兩臂負(fù)荷完全相同。當(dāng)兩臂負(fù)荷完全相同時(shí)，根據(jù)繞組電流分配規(guī)律可畫(huà)出次邊電壓、電流相量圖： 由相量圖可見(jiàn)：(1)繞組功率因數(shù)來(lái)看超前相大。(2) 由于繞組功率因數(shù)低，故

10、滯后相繞組電壓損失大。(3) 應(yīng)將重負(fù)荷安排在超前相。8、改善牽引網(wǎng)電壓水平可采用什么措施？答：牽引網(wǎng)電壓可由下式表示。其中U為牽引母線(xiàn)空載電壓，U為壓損且?？梢?jiàn)，提高牽引網(wǎng)電壓的方法包括：1、提高U牽引變壓器直接調(diào)壓（牽引變壓器分接頭 調(diào)壓、專(zhuān)用變壓器調(diào)壓、特殊接線(xiàn)變壓器等）；2、降低U：1）、降低牽引網(wǎng)阻抗（敷設(shè)加強(qiáng)導(dǎo)線(xiàn)、敷設(shè)捷接線(xiàn)（多用于山區(qū)迂回線(xiàn)路）、縮小區(qū)間間距）；2）、降低變壓器阻抗；3）、采用串/并聯(lián)補(bǔ)償裝置。9、牽引供電系統(tǒng)電壓損失包括哪幾部分？答：牽引網(wǎng)總的電壓損失是牽引網(wǎng)、牽引變壓器和電力系統(tǒng)電壓損失總和。10、某電氣化區(qū)段，設(shè)置6個(gè)純單相牽引變電所，若采用如下兩種不同換相

11、方式，試問(wèn)當(dāng)牽引網(wǎng)上無(wú)負(fù)荷時(shí)，牽引網(wǎng)電分相所承受的電壓是多少，并示出兩種方式下電分段1處所承受電壓的電壓矢量圖。答：圖（a）相鄰供電臂電壓相角相差120，電分相所承受的電壓為27.5 3 KV。圖中電分相1兩側(cè)供電臂電壓為和，以為基準(zhǔn)相量可畫(huà)相量圖如右。 （b）相鄰供電臂電壓相角相差60，電分相所承受的電壓為27.5 KV。圖中電分相1兩側(cè)供電臂電壓為和，以為基準(zhǔn)相量可畫(huà)相量圖如右。 11、單線(xiàn)牽引變電所原始資料如下：供電臂A：日平均電流為，日有效電流為。供電臂B：供電分區(qū)數(shù)n3；正常運(yùn)行時(shí)全日列車(chē)對(duì)數(shù)N28 上行列車(chē)能耗：1300kVAh，給電運(yùn)行16分鐘 下行列車(chē)能耗：1400kVAh，給

12、電運(yùn)行17分鐘求（1）供電臂B的列車(chē)平均電流； （2）供電臂B的全日平均電流和全日有效電流； （3）計(jì)算三相牽引變壓器（YNd11）的計(jì)算容量。（溫度系數(shù)）解：1、2、Kg取13、 Iab=240（A），Ipb=138（A），IcA=213.93（A），Ipa=135.3（A），Kt=0.94，U2N=27.5（KV）故12、三相變壓器容量為SN（MVA），額定電壓（線(xiàn)電壓）為KT =UN1/UN2，短路電壓百分比為uk%。兩個(gè)供電臂牽引負(fù)荷電流均為I，功率因數(shù)角均為（滯后）。（1）要求次邊以B(b)、C(c)相電壓給牽引負(fù)荷供電，完成如圖1所示該牽引變壓器的端子接線(xiàn)，以及牽引變壓器和原邊三相

13、系統(tǒng)及次邊供電臂的連接；（2）畫(huà)出YNd11牽引變壓器的展開(kāi)圖，并標(biāo)注原次邊繞組電壓、電流和負(fù)荷端口電壓、電流；（3）以超前相電壓為參考相量，寫(xiě)出求三角形側(cè)繞組電流和原邊三相電流的計(jì)算步驟和主要計(jì)算式；（4）忽略牽引變壓器等值電阻，寫(xiě)出牽引變壓器二次側(cè)滯后相繞組電壓降落的計(jì)算步驟和主要計(jì)算式，以及滯后相電壓損失的計(jì)算步驟和主要計(jì)算式；（給出計(jì)算步驟和計(jì)算式）供電臂供電臂(c)(a)(b)(z)(x)(y)(C)(A)(B)(Z)(X)(Y)bcABC圖1解：（1） （2） （3） 、（4） 、滯后相繞組電壓降超前相：滯后相：13、已知單線(xiàn)區(qū)段接觸網(wǎng)為鏈懸掛，承力索的當(dāng)量半徑，交流電阻；接觸線(xiàn)的當(dāng)量半徑，交流電阻；單根鋼軌的當(dāng)量半徑，交流電阻；接觸網(wǎng)距軌頂高度，接觸線(xiàn)位于軌道正上方，接觸線(xiàn)與承力索平均距離為；鋼軌間距；等效地回路入地深度。寫(xiě)出求該牽引網(wǎng)單位阻抗的計(jì)算步驟和計(jì)算公式。解：（1）“接觸導(dǎo)線(xiàn)-地回路”自阻抗：（2） “承力索-地回路”自阻抗：(3) “接觸線(xiàn)-地回路”和“承力索-地回路”互阻抗：（4） “接觸網(wǎng)-地回路”自阻抗：（5） 等值的“鋼軌-地回路”自阻抗：（6） “接觸網(wǎng)