电力牵引供电系统概述ppt课件.ppt

电气化铁道牵引供电系统概论 绪论 一 电气化铁路的发展概况自1961年8月15日 我国第一条电气化铁路 宝成铁路铁路建成通车 牵引供电系统一般分成牵引变电所和接触网两部分 它们与电力机车又称为电气化铁道的 三大元件 绪论 2005年以前 我国电气化铁路的运行检修由供电段负责 牵引供电系统的运行调度则由供电调度负责 我们运管公司作为中铁电气化局集团副局级子公司 自2005年10月成立以来 在三年时间 运营接管了秦沈客专 京沪线 沪杭线 浙赣线 郑徐线 胶济线及胶济客专 合宁客专 京津城际 大包惠等10条电气化铁路牵引供电系统的维管任务 总里程达5800余公里 折合20000多条公里 占国内电气化铁路运营里程的1 6 其中京津城际是中铁电气集团与西门子联合体的四电集成项目 是我国第一条设计时速为350公里的客运专线 另外08年度又接管了神延铁路工务 电务和供电专业的维管任务 绪论 二 电力牵引的优越性1 电力牵引的动力大 生产效率高 50 2 电力牵引节省能源 经济效益好3 有利于优化生态环境 改善劳动条件 绪论 三 电力牵引的主要缺点1 基本建设投资较大 2 对电力系统存在某些不利因素 因为牵引供电用电是单相负荷 将会在电力系统中产生较大的负序电流和负序电压 而且电力机车的功率因数较低 高次谐波含量较大等都会给电力系统造成不良影响 3 对铁路沿线附近的通讯线路造成一定的电磁干扰 4 接触网需要停电检修 要求在列车运行图中留有一定的天窗时间 在此时间内列车要停止运行 第一章牵引供电系统概述 定义 是指拖动车辆运输所需电能的供电方式 例如城市电车 地铁等 我们主要学习的内容是电气化铁道牵引供电系统 在我们这里简称牵引供电系统 第一节电流制 牵引供电系统的电流制 1 直流制世界上最早采用的电流制 截至目前 世界上仍占43 左右 其主要优点是 可以简化机车设备 缺点是供电电压低 通常只有1500v 线路损耗大 供电距离短 20 30km 矿山1500v 城市电车650 800v 地铁720 820v 牵引供电系统 电流制 2 低频单相交流制20世纪初 西欧一些国家采用 发展很好 频率 16又2 3 电压11 5kv 采用原因及优点 有低频的工业电力 整流简单 电抗较小 和直流制相比 导线截面小送电距离长 50 70km 缺点 供电频率与工业供电频率不同 故须有变频装置或由铁路专用的低频发电厂供电 牵引供电系统 电流制 3 三相交流制个别国家 如瑞士 法国等采用3 6kv的三相交流制 电力机车采用三相交流异步电动机 优点 三相对称 不影响电力系统稳定性 牵引变电所和电力机车结构相对简化 三相异步电动机运行可靠 维护方便 机车功率大 速度高 功率因数高 接近于1 能将无功功率 通讯干扰减到最小 缺点 机车供电线路复杂 异步电动机调速比较困难 牵引供电系统 电流制 4 工频单相交流制是电气化铁道发展中的一项先进供电制 最早出现在匈牙利 电压16kv 1950年法国试建了一条25kv的单相工频交流电气化铁道 随后日本 前苏联等相继采用 20kv 目前该种电流制已占到40 以上 我国电气化铁道均采用这种电流制 主要优点 1 供电系统结构简单 牵引变电所从电力系统获得电能 经过电压变换后直接供给牵引网 2 供电电压增高 既可保证大功率机车的供电 提高机车牵引定数和运行速度 又可使变电所之间的距离延长 导线面积减小 建设投资和运营费用显著降低 3 交流电力机车的粘着性和牵引性能良好 牵引电动机可在全并联状态下运行 防止轮对空转的恶性发展 从而提高了运用粘着系数 4 和直流制比 减小了地中电流对地下金属的腐蚀作用 一般可不设专门的防护装置 牵引供电系统 电流制 缺点 1 单相牵引负荷会在电力系统中形成负序电流 当电力系统容量较小时 负序电流影响尤为突出 2 电力牵引负荷是感性负荷 且牵引电流含有较大的谐波电流 功率因数低 3 对铁路沿线通讯线路造成较大的电磁干扰 为克服上述缺点 使电气化铁路的投资相应增加 第二节牵引供电方式 目前我国电气化铁路牵引供电方式主要有以下五种模式 直供方式BT供电方式AT供电方式直供加回流供电方式同轴电力电缆供电方式其中新建线路较多采用AT或直供加回流供电方式 直供方式 直供方式较为简单 是将牵引变电所输出的电能直接供给电力机车的一种供电方式 主要设备有牵引变压器 断路器 隔离开关 所用变 电压互感器 电流互感器 母线 接地系统 交流盘 直流盘 硅整流盘 控制盘 保护盘等设备 直供方式的优点 结构简单 投资省缺点 由于牵引供电系统为单相负荷 该供电方式的牵引回流为钢轨 是不平衡的供电方式I I 对通信线路产生感应影响大 回路电阻大 供电距离短 十几公里 BT供电方式 这种供电方式 在接触网上每隔一段距离装一台吸流变压器 变比为1 1 其原边串入接触网 次边串入回流线 简称NF线 架在接触网支柱田野侧 与接触悬挂等高 每两台吸流变压器之间有一根吸上线 将回流线与钢轨连接 其作用是将钢轨中的回流 吸上 去 经回流线返回牵引变电所 起到防干扰效果 由于大地回流及所谓的 半段效应 BT供电方式的防护效果并不理想 加之 吸 回 装置造成接触网结构复杂 机车受流条件恶化 近年来已很少采用 AT供电方式 采用AT供电方式时 牵引变电所主变输出电压为55kV 经AT 自耦变压器 变比2 1 向接触网供电 一端接接触网 另一端接正馈线 简称AF线 亦架在田野侧 与接触悬挂等高 其中点抽头则与钢轨相连 AF线的作用同BT供电方式中的NF线一样 起到防干扰功能 但效果较前者为好 此外 在AF线下方还架有一条保护 PW 线 当接触网绝缘破坏时起到保护跳闸作用 同时亦兼有防干扰及防雷效果 显然 AT供电方式接触网结构也比较复杂 田野侧挂有两组附加导线 AF线电压与接触网电压相等 PW线也有一定电位 约几百伏 增加故障几率 当接触网发生故障 尤其是断杆事故时 更是麻烦 抢修恢复困难 对运输干扰极大 但由于牵引变电所馈出电压高 所间距可增加一倍 并可适当提高末端网压 在电力系统网络比较薄弱的地区有其优越性 直供 回流 DN 供电方式 带回流线的直接供电方式取消BT供电方式中的吸流变压器 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流回牵引变电所 因而部分抵消接触网对临近通信线路的干扰 其防干扰效果不如BT供电方式 通常在对通信线防干扰要求不高的区段采用 这种供电方式设备简单 因此供电设备的可靠性得到了提高 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供方式低一些 供电性能好一些 造价也不太高 所以这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用 直供 回流 DN 供电方式 这种供电方式实际上就是带回流线的直接供电方式 NF线每隔一定距离与钢轨相连 既起到防干扰作用 又兼有PW线特性 由于没有吸流变压器 改善了网压 接触网结构简单可靠 近年来得到广泛应用 同轴电力电缆供电方式 同轴电力电缆供电方式是在牵引网中沿铁路埋设同轴电力电缆 其内部导体作为馈电线与接触网并联 外部导体作为回流线与钢轨并联的供电方式 这种供电方式由于投资大 一般不采用 综上所述 早期电气化铁路均采用直接供电方式 为避免和减少对外部环境的电磁干扰 研发了BT AT和DN供电方式 就防护效果来看 AT方式优于BT和DN方式 就接触网的结构性能来讲 DN方式最为简单可靠 随着通信技术的快速发展 光缆的普遍应用 通信设施及无线电装置自身的防干扰性能大为增强 考虑到接触网的运行可靠性对电气化铁路的安全运行至关重要 所以通常认为 一般情况下DN供电方式为首选 在电力系统比较薄弱的地区 经过经济技术比较 可采用AT供电方式 BT供电方式则尽量少采用或不采用 第三节牵引供电系统的组成 主要由牵引变电所和牵引网两部分组成 主要作用是从电力系统取得电能 并送给沿铁路线运行的机车 一次供电网络牵引变电所牵引网分区所开闭所 第三节牵引供电系统的组成 一次供电网络 是指直接向牵引变电所供电的地区变电所 或发电厂 及高压输电线路 以牵引变电所进线门型架为分界点 第三节牵引供电系统的组成 牵引变电所 牵引变电所的功能是将三相的110KV 或220KV 高压交流电变换为两个单相的27 5KV的交流电 然后向铁路上 下行两个方向的接触网 额定电压为25KV 供电 牵引变电所的作用 1 变换电压 2 集中 分配电能 3 调整电压 第三节牵引供电系统的组成 牵引网 由馈电线 接触网 钢轨 回流线组成的双导线供电系统 馈电线是连接变电所和接触网之间的架空铝导线 接触网直接把从牵引变电所获得的电能供给电力机车 其质量和工作状态直接影响着电气化铁路运输能力 由于接触网是露天设置 没有备用 线路上的负荷又随电力机车的运行而沿接触线移动和变化 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有良好的稳定性和弹性 2接触网设备对地绝缘要符合技术要求 安全可靠 3要求接触网的设备 零件具有足够的耐磨性和抗腐浊能力 以期延长使用年限 4要求接触网结构 设备尽量简单 零件互换性好 便于施工 维修 在事故情况下便于抢修和迅速恢复送电 5尽可能降低成本 特别要注意节约有色金属及钢材 第三节牵引供电系统的组成 分区所为了增加供电的灵活性 提高运行可靠性 在相邻变电所供电的接触网区段通常加设分区所 其主要作用 1 可使相邻两供电区段或复线区段上下行实现并联或分开供电 2 实现越区供电 开闭所 枢纽站场 如编组场 客场 机车整备线等 为提高供电可靠性和灵活性 通常将其分组独立供电 为此增设了开闭所 如果是复线区段 通过开闭所的断路器可将接触网上下行并联起来 兼分区所运行 第四节牵引变电所一次供电方式 又称一次侧或外部供电方式 分为三种 1 一边供电 变电所两路电源由电力系统的一个方向送来 2 两边供电 变电所两路电源由电力系统的两个方向送来 3 环形供电 是指若干个发电厂 地区变电所通过高压输电线路连接成环形电力网 而牵引变电所处于环形电力网系统中的一段环路之中 第四节牵引变电所一次供电方式 不难看出 两边供电和环形供电比一边供电具有更高的可靠性和更好的供电质量 两边供电的优点是任一发电厂故障 电气化铁道的供电不会中断 环形供电则更为稳定 因此牵引变电所一次供电方式应尽可能采用两边供电或环形供电 牵引变电所的电源通常采用几种不同的供电方式 第五节牵引变电所的引入线方式 又称牵引变电所一次侧主接线 目前采用