牵引变电所PPT课件.ppt

小结 发电机 变压器和输电线路的参数根据短路容量确定系统阻抗的方法牵引侧母线空载电压电力机车和接触网的额定电压以及允许变化范围 1 2牵引变电所 1 2牵引变电所 1 2 1牵引变电所的一次侧主接线方式 1 2 2牵引变电所的分类 1 2 3单相牵引变电所 1 2 4三相V v联接牵引变压器结线 1 2 5三相YN d11联接牵引变电所 1 2 6斯科特 scott 联接牵引变电所 1 2 1牵引变电所一次侧主接线方式1 桥形接线当电力系统的功率需要穿越牵引变电所时 采用此种引入线方式 2 双T接线外部负荷不进入牵引变电所 3 单母线分段方式通常用在110kV侧两路电源引入线外 还有其它出线的牵引变电所 1 2 2牵引变电所的分类 1 集中供电方式每个变电所单独承担所辖供电臂的供电任务 2 分散供电方式每个变电所除了正常情况下承担所辖供电臂的供电任务 还能在故障或检修的情况下承担相邻变电所供电臂的供电任务 按承担供电臂的供电任务分类 T接线 又称分支接线 桥接线 内桥和外桥接线 按牵引变压器的结线形式分类 纯单相结线 单相V v结线 三相V v结线 三相YN D11结线 斯柯特结线 阻抗匹配平衡结线 非阻抗匹配平衡结线 按高压输电线的引入方式分类 1 2 3单相牵引变电所 1 纯单相结线牵引变压器结线 1 结线 1 纯单相结线牵引变压器结线 2 原理与特点原边 高压侧 接电网的AB BC CA 次边 牵引侧 一端接钢轨 另一端接供电臂优点 主接线结构简单 设备少 占地面积小 投资较少 容量利用率 额定输出容量与变压器的额定容量之比 为100 缺点 不能实现对接触网的双边供电 副边不能提供三相电源 对电力系统的不对称性 负序 影响最严重 不对称系数为1 1 纯单相结线牵引变压器结线 3 应用纯单相结线主要适合于电力系统容量较大 地方电力网发达的地区 我国的哈 大线 哈尔滨 大连 全部采用纯单相结线 牵引变电所接入容量较大的220kV电力网 小结 牵引供电系统的构成牵引网的构成电气化铁道的供电电源对电气化铁道供电系统的基本要求牵引变电所一次侧的供电方式 电源侧 的供电方式牵引供电系统的负荷等级 小结 发电机 变压器和输电线路的参数根据短路容量确定系统阻抗的方法牵引侧母线空载电压电力机车和接触网的额定电压以及允许变化范围纯单相结线牵引变压器结线 2 开口三角形 单相V V结线 牵引变压器结线 1 结线 牵引变电所装设两台单相结线牵引变压器 作V v接线 V v接线牵引变压器原边接入电力系统的两个线电压 次边各有一端分别接到牵引侧的两相母线上 各有另一端与轨道及接地网连接 2 开口三角形 单相V V结线 牵引变压器结线 2 原理与特点单相变电所的一种变形 原边 以开口三角形的形式实现获取两相电能 A BC 两高压绕组有公用端子 故构成了原边的V接 次边 各取一端连接于牵引母线a相和b相 各自的另一端联结成公共端接至钢轨构成了副边的V接 2 开口三角形 单相V V结线 牵引变压器结线不对称性分析结论 虽然其变压器的三端都是联向三相电力系统 即使在两牵引供电臂电流相等的情况下 三相系统的电流也不是对称的 仍然会影响三相电力系统的对称运行 1 原 次边电流关系 2 额定利用率当Iab Ibc Ie时 额定输出容量 S IabUe IbcUe 2UeIe额定容量 S 2UeIe所以 K 100 3 跨相供电当一台变压器因故停电时 另一台变压器必须跨相供电 即兼供左右两边供电分区的牵引网 1 2 4三相V v牵引变压器结线 1 结线 2 原理与特点高压绕组引出3个端子A B C接三相电源 同单相V V结线一样 第一个高压绕组的尾端X1与第二个绕组的首端A2构成原边的V接 顶点为C 副边绕组的四个端子a1 x1 a2 x2全部引出在油箱的外部 根据牵引供电的要求 可以接成正V V V 12 即a2与x1连接成为c即正 的顶点 a1 x2分别为a相和b相 也可以接成反V V V 即a 与x 连接成为c即反 的顶点 x1 a2分别为a相和b相 优缺点 三相V V结线的牵引变电所不但保持了单相V V结线牵引变电所的所有优点 而且完全克服了单相V V结线牵引变电所的缺点 最可取的是解决了单相V V结线牵引变电所不便于采用固定备用及自动投入的问题 同时2台变压器的容量可以相等也可以不等 副边电压可以相等也可以不等 这样大大提高了供电的灵活性 1 2 5三相YN d11接线牵引变电所目前在三相牵引变电所中大多采用的是110kV油浸风冷式变压器 该牵引变压器的接线采用YN d11标准联结组 1 原理电路图及展开图a 原理电路图 内符号表示端子号 大写为原边 小写为次边其中绕组 ax by 为负荷相绕组 绕组 cz 为自由相绕组 b 展开图为分析的直观与方便 更常见使用YN d11接线牵引变压器的展开图 画展开图有如下约定 1 为施工和运行安全起见 统一规定次边绕组的 c 端子接钢轨和地 2 原 次边对应绕组相互平行 3 原 次边每相绕组的同名端放在同一侧 由此 先画次边 后画原边 可作出展开图 4 画成 形式 如约定次边绕组的 a 端子放在图左边 b 端子放在图右边 则得展开图 图1 反之则得展开图 图2 图1 图2 简单讲就是 对于原边 电压U首端为正 尾端为负 电流I首端流入 尾端流出 对于次边 电压U首端为正 尾端为负 电流I首端流出 尾端流入 2 电压 电流相量的规格化定向在牵引供电系统分析中 对所有牵引变压器均采用规格化定向 规格化定向的具体含义 1 原边绕组电压 电流采用电动机惯例定向 即牵引变压器从电力系统吸收电能 2 次边绕组电压 电流采用发电机惯例定向 即牵引变压器是次边负荷的电源 3 负荷吸收正功率 就某一YN d11接线牵引变电所而言 规格化定向还应注意以下两条 1 原边绕组电压与实际进线电压相别一致 2 次边绕组按同名端与原边绕组电压一致 通常 完成电压定向后 先原边 后次边 先标次边电流 再标原边电流 这种方法不仅方便于单个变电所的电气分析 也方便多个变电所的相量图和相量分析 下标确定原则 1 电流 电压相量的下标表示其实际相别 与绕组端子号无关 2 臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致 1 当只有Ib流通时 bc绕组中的电流为 而ca与ab绕组电流为 2 当只有Ia流通时 ca绕组中的电流为 而ca与ab绕组电流为 供电臂电流与绕组电流关系 3 同时流通时 各绕组电流应叠加处理 从而得出三相电力系统的原边电流不对称 36 9 60 次边电压 电流相量图 以为参考相量 在两供电臂功率因数相等时 由图知Ib滞后Ia角度为60度 4 供电臂电流与原边电流关系 现假设 Ia Ib I 供电臂电流大小 5 供电臂电流与次边绕组的电流关系 6 几个结论 在两负荷端口电流大小及功率因数角相等的条件下 即 有 1 两负荷相绕组电流相等 等于供电臂上负荷电流的2 65 3 2 自由相绕组电流是两负荷相绕组电流的1 2 65 即0 378倍 等于供电臂负荷电流的1 3 3 两负荷相绕组称为重负荷相绕组 又称臂绕组或接地相绕组 自由相绕组称为轻负荷相绕组 又称非接地相绕组 7 YN d11变压器额定利用率 1 变压器额定利用率K定义 K 额定输出容量 额定容量 100 2 YN d11变压器额定利用率K 75 6 8 三相牵引变电所优缺点 1 优点 变压器原边采用 接线 中性点引出接地方式与高压电网相适应 变压器结构相对简单 又因中性点接地 绕组可采取分级绝缘 因此变压器造价较低 变电所有三相电源 不但所内自用电可靠 而且必要时可以向地方负荷供电 2 缺点 变压器的容量不能充分利用 输出容量只能达到其额定容量的75 6 和单相结线牵引变电所相比 主接线比较复杂 设备多 占地面积大 工程投资大 而且维护检修的工作量和费用都相应增加 小结 开口三角形牵引变电所接线三相Vv牵引变电所接线三相牵引变电所展开图约定和规格化定向原则三相变电所绕组与供电臂电流关系自由绕组和负荷绕组额定利用率 四 三相 两相牵引变电所1 概述这种牵引变电所中变压器为三相 两相平衡变压器 在电力系统中对称和平衡是有区别的 平衡 0序 即无 0序分量 称为平衡 否则为不平衡对称 负序 即无 负序分量 称为对称 否则为不对称在电气化铁道牵引负荷通过特定接线的牵引变压器不会在电力系统中产生 0序分量 但通常都会造成负序分量 因此 从三相系统看 牵引负荷是平衡而不对称的 也正因为这个特点 电气化铁道正常运行时不考虑 0序 只考虑负序 又把对称变压器称为平衡变压器 目的都是消除或削弱负序 由两台单相变压器构成 变压器的原边绕组联成倒T形接入三相电力系统 副边绕组联成相位差为90 的V形 公共端接地和钢轨 两个开口端分别接入接触网相邻的两区段 相邻两接触网对地电压相位不同 故相邻两接触网区段必须用分相绝缘器断开 2 Scott变压器结线牵引变电所 1 原 次边电压关系及变比关系 M 座变压器的绕组原边接入电力系统AB相 线电压 T 座变压器绕组原边一端接 M 座绕组的中点D 另一端接入C相 分析 以原边相电压为参考相量 则 T 座原边电压为 T 座原边绕组匝数是 M 座的 而副边匝数相等 M 座变压器变比 T 座变压器变比 由于 M 与 T 两变压器原边电压的关系对应于等边三角形底边和高的关系 故通常称M座为底变压器 T座为高变压器 Scott接线电压相量图 图1 14scott接线电压相量图 2 原 次边电流关系列写电流和磁势平衡关系式 原边电流 若副边两相牵引负荷电流相等时 且M T两供电臂功率因数相等时 以为参考相量 列磁势平衡方程 将代入得 结论 在M T两供电臂负荷电流大小相等 功率因数相等的条件下 Scott牵引变压器原边三相电流大小相等 相位互差120 即原边三相电流对称 3 Scott变压器容量利用率达到额定输出时 即 此时变压器额定输出容量 变压器设计额定容量 4 Scott结线变压器的优缺点 优点 当M座和T座两供电臂电流相等 且功率因数相同时 原边三相电流对称 变压器容量基本能够全部利用 可利用逆Scott结线变压器产生三相对称电压供牵引变电所的自用电 Scott结线变压器的优缺点 缺点 Scott结线变压器制造难度大 绕组需按全绝缘设计 变压器造价较高 变电所主接线复杂 设备较多 工程投资较大 日常的维护 检修工作量及费用都相应增加 Scott结线两馈线之间的电压为38 9KV 即分相绝缘器两端的电压较高 故应适当加强其绝缘 Scott结线变压器的中性点难以引出 且无三角形绕组回路 电压波形较差 小结 平衡与对称Scott接线变比关系电流变换关系Scott变压器容量利用率 3 阻抗匹配平衡变压器所谓平衡变压器必须满足 1 无论二相侧 负荷侧 负荷状况如何 三相侧 系统侧 均无零序电流 即三相侧电流为 平衡系 2 当二相侧两臂负荷相等时 三相侧负序电流为零 即三相侧电流为 对称系 这里介绍的阻抗匹配平衡变压器就是在普通YN d11接线变压器的自由相上增加两个绕组 这种结构是目前现有平衡牵引变压器中最简单的 使副边 内各绕组阻抗满足阻抗匹配原则 从而使原边平衡 即三个绕组阻抗满足 Zab Zbc Zac 1 接线图 原边接线与普通YN d11接线变压器的原边情况完全相同 次边三角形接线结构有所改变 即在非接地相增设了两个外移绕组 和 c 端子仍接地 两端分别接到牵引侧两相母线上 由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂供电 2 电流关系 次边绕组电流与负荷端口电流关系为 由磁势平衡方程得 原边三相电流与负荷端口电流关系为 当次边两相均载时 都等于I2时 有 电压关系 变比关系 变压器容量利用率额定容量 S1 3U1相I1相额定输出容量 阻抗匹配平衡变压器的特点a 阻抗匹配平衡变压器的原边仍为YN接法 引出中性点 与现有110kV或220k