电力牵引供电系统计划书

1 电力牵引供电系统计划书 1 电力牵引供电系统概述 力牵引特点 电力牵引是一种新型有轨运输牵引动力形式。在干线铁路、城市轨道交通运输和工矿运输中有着广泛的作用。电力牵引是利用电能作为牵引动力，将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动车组和城市轨道交通车辆等有轨运输工具运行的一种运输形式。 电力牵引按其牵引网供电电流制式不同，分为工频单相交流制、低频单相交流制和直流制。我国电气化铁路采用工频单相交流制电力牵引，直流制电力牵引仅用于城市轨道交通运输系统和工矿运输系统。 一、电力牵引特点 电力牵引运输具有一系列 有点： （ 1） 电力牵引机车本身不带燃料，可使用二次能源，为非自给式牵引动力，并由大容量电力系统供电，连接全国电网，能源有保证。 （ 2） 机车或动车组总功率大，具有启动和加速快、过载能力强、运输能力大等特点，能满足各种现代交通运输对快速、大运输能力的需要。 （ 3） 不造成空气和环境（噪声）污染，改善劳动条件。 （ 4） 电力牵引的总效率高，节约能源。我国的铁路机车牵引经历了蒸汽机车、内燃机车和电力机车的发展阶段。统计资料表明，电力牵引在全部或部分为水电供电的情况 下，包括发电厂、输变电和供电系统以及机车、车辆效率在内，比使用内燃机车为动力的内燃机车和汽车运输等运输工具的总效率要高出几个甚至几十个百分点。因而采用电力牵引可有效节约能源，并降低运输成本。 （ 5） 安全性高。随着信息技术、微电子技术的广泛应用，电力机车可实现实时检测故障、自动驾驶、遥测及遥控，电力牵引系统易于实现全面自动化和信息化，从而大力提高劳动生产效率和经济效益。 （ 6）有利铁路沿线实现电气化，促进工农业发展。 当然，电力牵引也存在某些缺点，主要是其一次投资费用较同类运输工具要高。 从上可知，电力牵引 的综合优势是明显的。自 20世纪 50年代以来，铁路牵引动力电气化已成为世界范围内铁路技术革命的方向、铁路现代化的标志。在当前，发展城市轨道交通电力牵引，已日益引起人们的广泛重视 。 力系统简介 随着现代工业的发展，电力工业在现代化建设中扮演着越来越重要的角色。电能是绝大多数工矿企业现代化设备的动力能源，电能可以十分经济又方便地进行输送和分配，也可以易于被操作和控制，使得其自动化生产、输送和在各个领域中的普及应用易于得到实现。 一、 电力系统组成 2 电能的生产、输送、分配和使用组成了一个系统，称为电力系统，主要由 发电厂、变电所、电力网、电能用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的传输、分配及使用。 (1)发电厂 发电厂是生产电能的工厂，它的生产原料是煤、水力、核能等能源，它的产品就是电能。按照发电厂所使用的一次能源不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂和核发电厂。 (2)变配电所 变配电所是变换电能电压和接受分配电能的场所，是联系发电厂和电能用户的中间枢纽。如果仅用于接受电能和分配电能，则称为配电所，而仅用以把交流电能变换直流电能，则称为变电所。变配电所有升压和降压之分。升压变电所一般和大型 发电厂结合在一起，把电能电压升高，再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域，将高压适当降低后，对某地区或用户供电。 (3)电力网 输电线路和配电线路统称为电力网。电力网是输送电能和分配电能的通道，是联系发电厂、变配电所和电能用户的纽带。根据各种不同电压等级和不同结构类型可分为220电线路）、 110压配电线路）、 6 35压配电线路） 380 220v（低压配电线路）。 (4)电能用户 电能用户主要包括工矿企业和居民区等。按照用户的重要程度和对供电可靠性的要求，用电负 荷可分为三类：一级负荷、二级负荷和三级负荷。 二、电能质量标准 电力设备都是在一定频率的电压下工作的。电压的频率或电压偏差，都会影响用电设备的寿命和效率，甚至会直接损坏用电设备，供电部门应保证供电质量。电能的质量指标主要包括供电频率、电压偏差、电压的不对称性和波形的非正弦性和供电的可靠性。 引供变电系统的组成 电力牵引供变电系统是指从电力系统或一次供电系统接受电能，通过变压、变相或换流（将工频交流变换为低频交流或直流电压）后，向电力机车负荷提供所需电流制式（交流或直流）的电能，并完成牵引电能传输、配 电等全部功能的完整系统。工频交流单相电力牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网组成。牵引网实行单相供电，由馈电线（简称馈线）、接触网、轨道电路及回流线等组成。为了使电能有效、可靠地供给电力机车，牵引网上还安装有分相绝缘器，分段绝缘器等设备，供电系统中设有分区所、开闭所等。我国规定牵引网额定电压为 25定频率为 50流电气化牵引供电系统组成结构如图 示，牵引供电构成的回路是：牵引变电所 馈电线 接触网 电力机车 钢轨和大地 回流线 牵引变电所。 3 图 气化铁道供电系统示意图 城市轨道交通的直流电力牵引供电系统则有主变电所、直流牵引变电所、牵引网等组成。 交流电力牵引供电系统因牵引网对抑制通信干扰采取的技术措施不同而区分为直接供电方式、带回流导线的供电方式、带吸流变压器（ 电方式，以及 2 25电方式，不同供电方式的系统和装置结构有所不同。 一、牵引变电所 牵引变电所是交流工频单相电力牵引供变电系统的重要环节，它完成变压、变相和牵引网供电等功能，并实现三相交流一次供电系统与单相电力牵引系统的借口与系统。牵引变电所停电后，可由相邻变电所实现越区 供电，但牵引网电压水平将下降。 根据交流牵引网的不同供电方式和牵引变电所为抑制单相牵引负荷造成电力系统的不对称影响，可采用不同接线方式与结构的主变压器，区分为三相牵引变电所（一般为 Y， 单相牵引变电所（含 V 三相二相牵引变电所（采用特种接线方式，用以变相的平衡变压器）。相对于牵引网不同供电方式而言，则区分为一般（直供、 电方式牵引变电所和自耦变压器（ 电方式牵引变电所。 二、接触网 按电力机车集电方式的不同，接触网可分为：架空单线式、架空复线式和接 触轨（第三轨）三种方式。交流电气化铁道一般均采用架空单线式：城市无轨电车则采用架空复线式，第三轨方式则普遍应用于地下铁道。架空接触网是一种悬挂在电气化铁道钢轨上方并和轨面保持一定距离的链型或单导线系统，专为电力机车或电动车组提供电力的特殊供电回路，机车通过受电弓与接触网滑动接触取得电能。 4 三、馈电线 馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，也称馈出线。馈电线一般采用钢芯铝绞线，将变电所的电能输送给接触网。 四、回流线 回流线是牵引供电回路中的一部分，是将轨道和牵引变电所主变压器接地相之间连接的导线，通过其将流 经电力机车的负荷电流引入变电所。 五、轨道 轨道除了作为电力机车的导轨外，同时是牵引供电系统中回流电路的一部分，在供给机车的电流中有一部分是流入大地的，轨道的作用就是将大行动中的回流导入变电所。 引供电方式 交流电力牵引供电系统因牵引网对抑制通信干扰采取的技术措施不同而采取不同的供电方式。牵引供电系统的供电方式主要包括直接供电方式、带回流导线的供电方式、带吸流变压器（ 电方式，以及 2 25电方式。牵引网的供电方式则包括单边供电、上下行并联供电和双边供电。 一、牵引供电系 统的供电方式 (1)直接供电方式（ 电方式） 直接供电方式是在牵引网中不断增加特殊防护措施的一种供电方式，是结构最简单的一种。电气化铁路最早大都采用这种供电方式，它的一根馈线接在接触网（ T）上，另一根馈线接在钢轨（ R）上，如图 示。这种供电方式结构简单，投资最省，牵引网阻损较小，能耗也较低。供电距离单线一般为 30线一般为 25气化铁路是单相负荷，机车由接触网取得电流经钢轨流回牵引变电所。由于钢轨与大地是不绝缘的，一部分回流电流由钢轨流入大地，因此对通信线路产生较大电磁干扰。这 是直接供电方式的缺点，它一般采用在铁路沿线通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段。 图 接供电方式原理图 (2)吸流变压器供电方式（ 回流线装置的一种供电方式。与直接供电方式相比，是在系统中增加了吸流变压器设备。此种方式目前在我国电气化铁路上 5 采用较广。吸流变压器是变比为 1： 1的变压器，它的一次绕组串接在接触网（ T）上，二次绕组串接在专为牵引电流流回牵引变电所而特设的回流线（ ，所以也称吸流变压器 回流线供电方式，如图 图 电方式原理图 吸流变压器供电方式的工作原理是，由于吸流变压器的变比为 1： 1，当吸流变压器的一次绕组流过牵引电流时，在其二次绕组中强制回流通过吸上线流入回流线。由于接触网与回流线中流过的电流大致相等，方向相反，因此对邻近的通信线路的电磁感应绝大部分被抵消，从而降低了对通信线路的干扰。这种供电方式由于在牵引网中串联了吸流变压器，牵引网的阻抗比直接供电方式约大 50，能耗也比较大，供电距离也较短，单线一般为 25线一般为 20资也比直接供电方式大。 (3)带回流线的直接供电方 式（ 电方式是在接触网支柱上架有一条与钢轨并联的回流线，如图 示。这种供电方式取消了吸流变压器，保留了回流线。利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线回牵引变电所。因而能部分抵消接触网对邻近通信线路的干扰，但其防干扰效果不让 电方式。这种供电方式可在对通信线路防干扰要求不高的区段采用。由于取消了吸流变压器，只保留了回流线，因此牵引网阻抗比直接供电方式低一些，供电性能好一些，造价也比 电方式低。目前，这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用。 图 电方式原理图 6 (4)自耦变压器供电方式（ 0 世纪 70年代才发展起来的一种供电方式。它既能有效地减轻牵引网对通信线的干扰，又能适应高速、大功率电力机车运行，故近年来在我国得到了迅速发展。这种供电方式是每隔 10组与钢轨相接。自耦变压器将牵引网的供电电压提高一倍，而供给电力机车的电压仍是 25工作原理如图 示。电力机车由接触网（ T）受电后，牵引电流一般由钢轨（ R）流回，由于自耦变压器的作用，钢轨流回的 电流经自耦变压器绕组和正馈线（ F）流回变电所。当自耦变压器的一个绕组流过牵引电力时，其另一个绕组感应出电流供给电力机车，因此实际上当机车负荷电力为 I 时，由于自耦变压器的作用，流经接触网（ T）和正馈线（ F）的电流为 I 2。 图 电方式原理图 自耦变压器供电方式牵引网阻抗很小，约为直接供电方式的 1 4，因此电压损失小，电能损耗低，供电能力大，供电距离长，可达 40 50于牵引变电所间的距离加大，减少了牵引变电所数量，也减少了电力系统对电气化铁路供电的工程和投资。但由于牵引变电所和牵引网 比较复杂，加大了电气化铁路自身的投资，这种供电方式一般在重载铁路、高速铁路等负荷大的电气化铁路上使用。由于牵引负荷电流在接触网（ T）和正馈线（ F）中方向相反，因而对邻近的通信线路干扰很小，其防干扰效果与 (5)同轴电力电缆供电方式（ 轴电力电缆沿铁路线路敷设，其内部芯线昨晚馈电线与接触网连接，外部导体作为回流线与钢轨相接。每隔 5 10为一个分段，如图 于馈电线与回流线在同一电缆中，间隔很小，而同轴布置，使互感系数增大，所以 同轴电力电缆的阻抗比接触网和钢轨的阻抗小得多，牵引电流和回流几乎全部经由同轴电力电缆中流过。因此电缆芯线与外部导体电流相等，方向相反，二者形成的磁场相互抵消，对邻近的通信线路几乎无干扰。由于阻抗小，因而供电距离长。但由于同轴电力电缆造价高，投资大，现仅在一些特别困难的区段采用。 7 图 C 供电方式原理图 二、 牵引网的供电方式 (1)单边供电 我国单线电气化铁路全部采用单边供电，如图 复线区段当馈电线较短时也可以采用单边供电。单边供电与其他区段无联系，继电保护设置简单。 图 边供电 方式原理图 (2)上下行并联供电 在复线电气化区段的供电臂末端设有分区所，将上下行接触网通过断路器实行并联供电，如图 种供电方式的优点是，它能均衡上下行供电臂的电流，降低接触网损耗，提高电压水平，在有轻重车方向和线路有较大坡道情况下，效果更为显著。我国复线电气化铁路大多采用这种供电方式。 图 下行并联供电方式原理图 (3)双边供电 双边供电是由相邻两个牵引变电所同时向其间的接触网供电，在供电臂的末端由分区所连接起来，如图 优点是由两个牵引变电所供电，均衡了负荷，降低了接触网损耗，提高了电压水平。目前我国交流电气化铁路还未采用这种供电方式，双边供电方式多用在城市轨道交通的直流牵引供电系统中。 C C B A C C B 8 图 边供电方式原理图 触网 (1)接触网的组成 接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。 接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其功用是将从牵引变电所获得的电能输送给电力机车。 支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。根据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不同。支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。 定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置， 使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱 。 支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。我国接触网中采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱，基础是对钢支柱而言的，即钢支柱固定在下面的钢筋混凝土制成的基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的稳定性。预应力钢筋混凝土支柱与基础制成一个整体，下端直接埋入地下。 (2)接触网的电压等级 接触网的电压等级：工频单相交流制： 253)接触悬挂的类型 接触网的分类大多 以接触悬挂的类型来区分。我们所讲的接触悬挂的分类是对接触网的每个锚段而言的。接触悬挂的种类较多，一般根据其结构的不同分成简单接触悬挂和链形接触悬挂两大类。 简单接触悬挂（以下简称简单悬挂）系由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。国内外对简单悬挂做了不少研究和改进。我国现采用的带补偿装置的弹性简单悬挂系在接触线下锚处装设了张力补偿装置，以调节张力和弛度的变化。在悬挂 点上加装 8 16M 长的弹性吊索，通过弹性吊索悬挂接触线，这就减少了悬挂点处产生的硬点，改善了取流条件。另外跨距适当缩小，增大接触线的张力去改善弛度对取流的影响。 链形悬挂的接触线是通过吊弦悬挂在承力索上。承力索悬挂于支柱的支持装置上，使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，利用调整吊弦长度，使接触线在整个跨 9 距内对轨面的距离保持一致。链形悬挂减小了接触线在跨距中间的弛度，改善了弹性，增加了悬挂重量，提高了稳定 性，可以满足电力机车高速运行取流的要求。 链形悬挂比简单悬挂得到了较好的性能，但也带来了结构复杂、造价高、施工和维修任务量大等许多问题。 链形悬挂分类方法较多，按悬挂链数的多少可分为单链形，双链形和多链形（又称三链形） 。 目前我国采用单链形悬挂。 链形悬挂根据线索的锚定方式（即线索两端下锚的方式），可分为下列几种方式未补偿 链形悬挂、半补偿链形悬挂、全补偿链形悬挂 。 (4)接触网供电方式 1)接触网供电方式有单边、双边供电和越区供电。 2)单边和双边供电为正常的供电方式。 单边供电：供电臂只从一端的变电所取得电流的供电方式。 双边供电：供电臂从两端相邻的变电所取得电流的供电方式。 3)越区供电是一种非正常供电方式（也称事故供电方式）。 越区供电是当某一牵引变电所因故障不能正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经开关设备成分区亭同相邻的供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供电。 复线区段的供电情况与上述类同，但牵引变电所馈出线有四条，分别向两侧上、下行接触网供电。牵引变电所同一侧上、下行实现并联供电，提高供电臂末端电压。越区供电时，通过分区亭内的开关设备去实现。 (5)接触网的特点及要求 接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。 由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对接触网提出以下要求： 1)在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹 性。 2)接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量廷长设备的使用年限。 3)要求接触网对地绝缘好，安全可靠。 4)设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。 5)尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。 总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术的应用。支柱及基础 10 支柱是接触网中最基本、应用最广泛的支撑设备，用来承受接触悬挂与支持设备的负荷。接触网支柱，按其使用材质分为预应力钢筋混凝土支柱和钢支柱两大类。 预应 力钢筋混凝土支柱，简称为钢筋混凝土支柱采用高强度的钢筋，在制造时预先使钢筋产生拉力，它比普通钢筋混凝土支柱在同等容量情况下节省钢材、强度大、支柱轻等优点。钢筋混凝土支柱本身是一个整体结构，不需另制基础 。 钢柱以角钢焊成架结构，具有支柱较轻、强度高、抗碰撞、安装运输方便等优点。根据安装使用地点不同，钢柱的型号 规格及外形结构也不同。 支柱按其在接触网中的作用可分为中间支柱、转换支柱、中心支柱、锚柱、定位支柱道岔支柱、软横跨支柱、硬横跨支柱及桥梁支柱等几种。 (6)接触网支柱的侧面限界 接触网支柱的侧面限界是指支柱靠线路一侧至线路中心线的距离。它是为了确保行车的安全。 支柱侧面限界任何时候不得小于 2440车走行线可降为 2000线区段适当加宽；直线中间支柱一般取为 2500横跨支柱一般取为 3000横跨支柱位于站台时， 为便于旅客行走，一般取为 3000 (7)接触网支柱及定位装置 支柱装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备 定位装置包括定位管和定位器。其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将 接触线的水平负荷传给支柱，定位器有直管定位器、弯管定位器。提速后采用带减振阻尼装置的多功能定位器，改善了受电弓的取流特性。 (8)接触网承力索 接触网承力索的作用是通过吊弦将接触线悬挂起来。承力索还可承载一定电流来减小牵引网阻抗，降低电压损耗和能耗。 承力索根据材质可分为铜承力索、钢承力索、铝包 钢承力索 11 2 牵引变电所电气主接线 气主接线概述 牵引变电所（包括开闭所、分区所）的电气主接线是指由隔离开关、互感器、避雷器、断路器、主变压器、母线、电缆等高压一次电气设备，按一定顺序连接的用于表示接受和分配电能的电路。它反映牵引变电所的基本结构和性能，在运行中表明电能的输送和分配关系、一次设备的运行方式，成为实际运行操作的依据。 表明一次电气设备相互连接关系和工作原理的电气接线图， 称为主接线图。主接线图用国标图形文字符号。主接线一般采用单线图表示。单线图是表示三相交流电气装置中一相连接顺序的图。局部图由于三相不完全相同，则用三线图表示。 学习电气主接线的目的：了解牵引变电所的结构。熟悉牵引变电所倒闸作业的内容、倒闸作业的原则、倒闸作业的安全操作步骤。了解电气主接线对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护装置的设置、整定及主变压器可靠、经济、安全运行有密切关系。掌握主接线的运行方式，主变压器、馈线断路器的备用方式。 电气主接线一般应满足下列要求： (1)保证对牵引负荷和地区负 荷的可靠性，并要求经济性。牵引负荷是国家电力系统的一级负荷，它应有独立的双回路电源供电。独立的双回路电源是指互相不影响的两110路，其含义是：两回路 110源线路来自不同的电源点，来自同一电源点的不同分段母线上，以保证每一回路的独立性。主接线的一次投资主要决定于母线的套数、断路器、隔离开关台数和配电装置的结构形式，设计主接线时，应力求主接线的基本投资和年运行费最少。 (2)主接线应力求简单、清晰、操作方便。由于接触网事故较多，检修频繁，牵引变电所的停送电操作、倒闸作业多，主接线设计的简单清晰，可减 少操作程序，避免误操作。 (3)主接线应运行灵活，检修、维修、维护安全方便。主接线中的任一元件检修、试验时，应很容易退出运行，并且不影响其他元件的正常工作，同时应按牵引变电所安全工作规程留下安全距离，以保证检修、试验时工作人员的安全。 (4)主接线应具有将来发展的可能性。设计主接线时应考虑远景规划中增加设备的可能性，使主接线稍加改造或不改造即能适应将来的需要。 总之，电气主接线应在电路转换、设备检修和事故处理等情况下，保证像牵引负荷经济、安全、可靠的供电。 引变电所 110的电气主接线 牵 引变电所按其在电网中的位置、重要程度和电力系统向牵引变电所供电方式的不同可分为：中心变电所，有 4路以上进线并有系统功率穿越；通过式变电所，有两路进线并由系统功率穿越；分接式变电所，有两路进线，无系统功率穿越，如图 123同类型 12 的牵引变电所采取不同形式的电气主接线。 图 引变电所高压输电线引入方式 一、桥式接线 通 过 式 牵 引 变 电 所 110 一 般 采 用 桥 式 接 线 。 如 图 示。（ a）内桥接 线 （ b）外桥接线 图 式接线 (1)内桥式接线 如图 a）所示，连接桥设置在靠变压器侧，则构成内桥接线。为了提高内桥接线供电的可靠性和运行的灵活性，一般在进线断路器外侧再设置一条带隔离开关的横向母线（称为外跨条）。主接线正常运行时，如主变压器 条隔离开关910开， 8开，其他开关均闭合，以使系统功率从桥断路器通过，并向 一路电源供电，一路电源备用，任一断路器（如 1要退出检修时，闭合跨条隔离开 关 910开 1开 13样既不造成主变压器停电，又不影响系统功率的穿越，断路器检修完毕后，恢复主接线原来的运行状态。 内桥接线中的外跨条的主要作用是：在检修 110路器和倒换主变压器的操作中，不影响系统功率的穿过，不中断牵引负荷的供电，提高了主接线运行的灵活性、供电的可靠性，跨条上设两组隔离开关可便于隔离开关的轮换抢修。由于内桥带外跨条式主接线在两路电源进线回路上均设有断路器，任一电源线路故障不影响向牵引变电所的 13 供电（另一电源线路可自投）。故这种接线适用于线路较长，线 路故障和检修的停电机会较多，牵引变电器不需要经常切换的变电所。 (2)外桥式接线 如图 b）所示，连接桥若设置在线路侧（即进线断路器外侧），则构成外桥接线。外桥接线的特点是：每一主变压器回路均设有断路器，使得投、退主变压器的操作简单、方便。 正常运行时（ 1供， 2压器 除 2余开关均闭合。当主变压器 映该故障的继电保护装置动作，断路器 1除主变压器 路器 2自动合闸（ 2主 变压器 入运行。值班人员只需断开 3可对主变压器 路器 1 若属正常情况下的倒换主变压器的操作，值班人员只需闭合 2台主变压器暂时并联运行），断开 13不影响系统功率穿越，又不中断牵引负荷的供电。由于外桥式主接线两路电源进线上未设断路器，故这种接线适用于电源线路较短，故障检修停电机会少、主变压器需经常切换的变电所。 二、线路分支接线（双 分接式牵引变电所采用线路分支线。两回路 1101、 回路 110构成线路分支线，如图 线路分支接线同外桥接线，不同之处是，线路分支接线的横向母线上装隔离开关，外桥接线的横向母线上装断路器。 (1)线路分支线路的运行方式 目前，根据电力系统向牵引变电所提供电源的状况，线路分支接线的牵引变电所绝大多数采用一回路 110源线路主供，另一回 110台主变压器中一台投入运行，另一台备用的运行方式。由此，可得出线路分支接线有如下 4种运行方式： 1） 111 2） 1134 2 3） 222 4） 224 31 上述每一种运行方式都可以转换成其他三种运行方式。 14 图 路分支接线 (2)线 路分支接线的特点： 1）线路分支接线运行方式比较灵活，其运行方式可概括为：线路故障退故障，主变故障退主变。 2）由于装有备用电源自投装置，牵引变电所无复杂的倒闸作业。 3）在线路分支接线中，两回电源、两台牵引变压器只需两套断路器，主接线结构简单。由于无系统功率穿越，不需要设置继电 保护装置，二次接线装置相对简单，可节省投资。 4）线路分支接线可靠性日益提高，而且当需检修断路器或主变压器时， 5 6保证检修的安全。 15 3 牵引供电系统主要电气设备 气设备的概述 (1)一次设备 在变配电所中，直接用来接收电能、改变电能电压和分配电能以及相关的所有设备，均称为一次设备，或称为主设备。由一次设备构成的电路相应称为一次电路或主电路。 (2)开关电器 开关电器是指用于正常控制主电路通断的设备。主要有断路器、隔离开关和负荷开关等。 (3)变换电器 变换电器是指 用于变配电系统中改变电压或电流设备。主要有电力变压器、电流互感器和电压互感器等。 (4)保护电器 保护电器是指用于变配电系统中进行过电流保护、过电压保护或其他方式保护的设备。如熔断器、限流电抗器、抗雷线圈、阻波器和避雷器等都属于保护电器。 (5)补偿电器 补偿电器是指用于变配电系统中补偿无功功率、提高功率因数的设备。主要有电力电容器和同步补偿机。 (6)成套装置和组合电器 根据一次电路的要求，将各种一次设备组合为一个整体的电气装置称为成套装置。如高低压开关柜、低压成套电器装置等以及气体绝缘金属封闭组 合电器 引变压器 电力变压器是变电所中最重要的一次设备，其主要功能是变换电压和传输电能，将一次侧的电能通过电磁能量转换的方式传输到二次侧，同时根据应用的需要将电压升高或降低，完成电能的输送和分配。 压器的分类 电力变压器通常根据用途和结构进行分类。常用几种分类方式如下 : (1)按相数分 :单相变压器和三相变压器。 (2)按用途分 :普通用途分升压变压器和降压变压器；其他用途分电炉变压器、电焊变压器、整流变压器、调压变压器和试验变压器等。 (3)按铁芯结构分 :心式变压器和壳式变压器 。 (4)按绕组数目分 :自耦变压器、双绕组变压器、三绕组变压器和多绕组变压器。 (5)按绕组材质分 :铝绕组变压器和铜绕组变压器。 (6)按冷却介质和冷却方式分 :油浸式变压器和干式变压器。 16 侵式电力变压器结构，构成部件的作用。 (1)铁心： 1)铁心材料 铁心是变压器磁路的主体，铁心分为铁心柱和铁轭，铁心柱上套装绕组，铁轭的作用是使磁路闭合。 为减少铁心内的磁滞损耗和涡流损耗，提高铁心导磁能力，铁心采用含硅量约为 5%，厚度为 面涂绝缘漆或氧化处理的硅钢片叠装而成。铁心是变压器中主要的磁路部分。铁心结构的基本形式有心式和壳式两种。 2)铁心结构 铁心分为心式结构和壳式结构。 心式变压器：心式变压器的原、副绕组套装在铁心的两个铁心柱上，如下图所示。结构简单，电力 变压器均采用心式结构。 壳式变压器：壳式变压器的铁心包围绕组的上下和侧面，如下图所示。制造复杂，小型干式变压器 多采用。 (2)绕组（线圈）： 变压器绕组的制造材料有漆包线、纱包线和丝包线，最常用的漆包线。对于导线的要求，是导电性能好，绝缘漆层有足够耐热性 能，并且要有一定的耐腐蚀能力。一般情况下最 好用 绕组是变压器的电路部分，用绝缘铜线或铝线绕制而成。绕组的作用是电流的载体，产生磁通和感应电动势。分为高压绕组（工作电压高的绕组）和低压绕组（工作电压低的绕组。） 绕组有同心式和交叠式。同心式绕组：高低压绕组在同一芯柱上同芯排列，低压绕组在里，高压绕组在外，便于与铁芯绝缘，结构 较简单。交叠式绕组：高低压绕组分成若干部分形似饼状的线圈，沿芯柱高度交错套装在芯柱上。 (3)附件 电力变压器的附件有油箱、油枕、分接开关、安全气道、绝缘套管等。其作用是保证变压器的安全和 可靠运行。 1)油箱 即油浸式变压器的外壳，用于散热，保护器身（变压器的器身放在油箱内），箱中有用来绝缘的变压器油 。 2)储油柜（油枕） 装在油箱上，使油箱内部与外界隔绝。 3)安全气道（防爆管） 装在油箱顶盖上，保护设备，防止出现故障时损坏油箱。当变压器发生故障而产生大量气体时，油箱内的 压强增大，气体和油将冲破防爆膜向外喷出，避免油箱爆裂。 4)气体继电器（瓦斯继电器） 装在变压器的油箱和储油柜间的管道中，主要保护装置。内部有一个带有水银开关 17 的浮筒和一块能带动水 银开关的挡板。当变压器发生故障，产 生的气体聚集在气体继电器上部，油面下降，浮筒下沉，接通水银 开关而发出信号；当变压器发生严重故障，油流冲破挡板，挡板偏转时带动一套机构使另一水银开关接通 ，发出信号并跳闸。 5)分接开关 在电力系统，为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，变压器的原边绕组匝数要求在一定范围 内调节，因而原绕组一般备有抽头，称为分接头。利用开关与不同接头连接，可改变原绕组的匝数，达到 调节电压的目的。 分接开关分为有载调压分接开关和无载调压分接开关。 6)绝缘套管 装在变压器的油箱盖上作用是把线圈引线端头从油箱中引出， 并使引线与油箱绝缘。电压低于 1用 瓷质绝缘套管，电压在 10用充气或充油套管，电压高于 110 7)变压器油 要求：高的介质强度和低的粘度，高的发火点和低的凝固点，不含酸、碱、灰尘和水分等杂质。 作用：加强绝缘和散热。 8)测温装置 监测变压器的油面温度。小型的油浸式变压器用水银温度计，较大的变压器用压力式温度计。 9)浸渍材料 变压器绕制好后，还要过最后一道工序，就是浸渍绝缘漆，它能增强变压器的机械强度、提高绝缘性能 、延长使用寿命，一般情况下，可采用甲酚清漆作为浸渍 材料。 感器 互感器是按比例变换电压或电流的设备。其功能主要是将高电压或大电流按比例变换成标准低电压（ 100V）或标准小电流（ 50A，均指额定值），以便实现测量仪表、保护设备及自动控制设备的标准化、小型化。同时互感器还可用来隔开高电压系统，以保证人身和设备的安全。 在供电用电的线路中电流电压大大小小相差悬殊从几安到几万安都有。为二次仪表测量需要转换为比较统一的电流，另外线路上的电压都比较高如直接测量是非常危险的。电流互感器就起到变流和电气隔离作用。显示仪表大部分是指针式的电流电压表，所以电流互 感器的二次电流大多数安培级的（如 5随着时代发展，电量测量大多已经达到数字化，而计算机的采样的信号一般为毫安级（ 04）。微型电流互感器二次电流为毫安级，主要起大互感器与采样之间的桥梁作用。微型电流互感器称之为“仪用电流互感器”。（“仪用电流互感器”有一层含义是在实验室使用的多电流比精密电流互感器，一般用于扩大仪表量程。）电流互感器原理线路图微型电流互感器与变压器类似也是根据电磁感应原理工作 ,变压器变换的是电压而微型电流互感器变换的 18 是电流罢了。绕组 被测电流，称为一次绕组（或原边 绕组、初级绕组）；绕组 为二次绕组（或副边绕组、次级绕组）。微型电流互感器一次绕组电流二次绕组 电流比，叫实际电流比 K。微型电流互感器在额定工作电流下工作时的电流比叫电流互感器额定电流比，用 1n/压断路器 高压断路器在结构特点上具有专门的灭弧装置，具有很强的灭弧能力，是一种具有开关和保护双重作用、性能完善的高压开关。其作用如下： (1)控制作用。根据电力系统运行的需要，将部分或全部电气设备，以及部分或全部线路投人或退出运行。 (2)保护作用。当电力 系统某一部分发生故障时，它和保护装置、自动装置相配合，将该故障部分从系统中迅速切除，减少停电范围，防止事故扩大，保护系统中各类电气设备不受损坏，保证系统无故障部分安全运行。 高压断路器的主要结构大体分为 :导流部分， 灭弧部分，绝缘部分，操作机构部分。高压开关的主要类型按灭弧介质分为 :油断路器， 空气断路器，真空断路器，六氟化硫断路器， 固体产气断路器， 磁吹断路器。 按操作性质可分为 :电动机构， 气动机构，液压机构，弹簧储能机构，手动机构。 压隔离开关和负荷开关 高压隔离开关是发电厂 和变电站电气系统中重要的开关电器，需与高压断路器配套使用，其主要功能是：保证高压电器及装置在检修工作时的安全，起隔离电压的作用，不能用与切断、投入负荷电流和开断短路电流，仅可用于不产生强大电弧的某些切换操作，即是说它不具有灭弧功能；按安装地点不同分为，屋内式和屋外式，按绝缘支柱数目分为，单柱式，双柱式和三柱式，各电压等级都有可选设备。 隔离开关的型号如 00，由六部分组成。从左至右：第一位，是代表该设备的名称， 二位，是代表该设备的使用环境， 三位， 是设计序号，有 6， 8， 19 等。横杠后的为第四位，代表工作电压等级，以 作电压等级用数字表示。第五位，表示其他特征， K 快分式， 六位，是额定电流，以 例如， 00 表示：隔离开关，户内式，设计序号为 19，工作电压为 10套管出线，额定电流 400A。 00代表：隔离开关，户外型，设计序号为 9，工作电压为 10定电流为 600A。这种开关常装在供电部门与用电单位的分界杆上，称为第一断路隔离开关，它是由三个 单极开关组成的。隔离开关 在单线系统图中的图形符号有旧的和新的两种。 雷器、放电保护器、抗雷线圈及电抗器 避雷器又称： 释放雷电或兼能释放电力系统操作过电压能量，保护电工设备免受瞬时过电压危害，又能截断续流，不致引起系统接地短路的电器装置。 19 避雷器通常接于带电导线与地之间，与被保护设备并联。当过电压值达到规定的动作电压时，避雷器立即动作，流过电荷，限制过电压幅值，保护设备绝缘；电压值正常后，避雷器又迅速恢复原状，以保证系统正常供电 避雷器的常见执行标准（各国要求不一样）： 国现在避雷系统现在实施的是中华人民共和国建设部 2004 年 3 月 1 日制定的：2004建筑物电子信息系统防雷技术规范和中华人民共和国建设部 2000年10月 1号制定的： 94建筑物设计防雷规范。 最通俗的讲，能在电路中起到阻抗的作用的东西，我们叫它电抗器。电力网中所采用的电抗器，实质上是 一个无导磁材料的空心线圈。它可以根据需要布置为垂直、水平和品字形三种装配形式。在电力系统发生短路时，会产生数值很大的短路电流。如果不加以限制，要保持电气设备的动态稳定和热稳定是非常困难的。因此，为了满足某些断路器遮断容量的要求，常在出线断路器处串联电抗器，增大短路阻抗，限制短路电流。 20 4 设计过程 计简介 某牵引变电所乙采用直接供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型为110/相 YN,线，两供电臂电流归算到 图 算原始资料 析及解决方案框架确定 分析题目提供的资料可知，该牵引变电所要负担向区段安全可靠的供电任务，因此采用直接供电方式向复线区段供电的方式，可减轻对邻近通信线路的干扰影响，大大降低牵引网中的电压损失，扩大牵引变电所间隔，减少牵引变电所的数目。 该牵引变电所的设计过程如下 : (1)设该变电所为通过式牵引变电 所，则 110引侧的接线设计为内桥接线形式。 (2)在牵引变电所的主变压器采用 YN,两台牵引变压器并联运行的情况下，当一台停电时，供电不会中断，运行可靠方便。能很好地适应山区单线电气化铁路牵引负荷不均衡的特点。 (3)牵引变电所馈线侧采用复线区段馈线断路器 50%备用，且无馈线备用的接线方式，这种接线方便于工作，当工作断路器需要检修时，可有各自的备用断路器来代替其工作，断路器的转换操作比较方便，供电可靠性高。 线方式及计算 三相 YN,线牵引变压器的高压侧通过引入线按规定次 序接到 110相电力系统的高压输电线上；变压器低压侧的一角 c 与轨道、接地网连接，变压器另两个角 a和 b 分别接到 a 相和 b 相母线上。由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂供电，两臂电压的相位差为 60 ，也是 60 结线。由于左、右两供电臂对轨道的电压相位不同，因此，在这两个相邻的接触网区段间采用了分相绝缘器。 采用三相 YN,线牵引变压器的缺点：牵引变压器容量不能得到充分利用，只能达到额定容量的 引入温度系数也只能达到 84%， 与采用单相接线牵引变压器的牵引变电所相比，主接线要复杂一些 ，用的设备工程投资也较多，维护检修工作量及相应的费用也有所增加。 这种牵引变电所中装设两台三相 YN,线牵引变压器，可以两台并联运行；也可以一台运行，另一台固定备用。由图 知，变压器副边绕组 左供电臂提供牵引变电所 供电臂长度 子 平均电流 A 有效电流 A 短路电流 A 穿越电流 A 乙 217 295 818 148 144 218 637 144 21 电压，变压器副边绕组 右侧供电臂提供电压。又根据变压器连接组标号，变压器副边绕组 、 时，牵引变压器的高压侧的 相；变压器的 相；变压器的 C 端子连接到电力系统的 边绕组 A、 B、 、 B、 图 相 YN,线牵引变压器原理电路图 引变电所 110主接线设计 此设计中着重考虑满足供电的可靠性和运行操作中的安全、灵活及便利，而利用分段开关将电源及出线平均分配于两段母线，在正常运行时，分段断路器闭合。两段母线并列运行，当一段母线发生故障时，分段断路器 故障段解列，从而可以保证另一段母线能够正常工作，缩小了故障停电范围，因此采用如图 依据该牵引变电所负荷等级，要求两路电源进线，因有系统功率穿越，属通过 式变电所， 110于外桥接线适合于输电距离较短，线路故障会较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方便于变压器的投入及切除，而切除一条线路时，需要同时断开两台变压器，造成一台变压器的短时停