牵引变电所简介PPT课件

.,1,牵引变电专业,.,2,基本知识,.,3,一、牵引供电制式分类,（一）前言：我国电气化铁路采用单相50HZ，25KV牵引供电系统。牵引供电系统由牵引变电所（包括分区亭、开闭所、AT所）、馈电线、接触网、钢轨和回流线等组成。由于从电力部门供电系统的高压线路供给电气化铁路的电力参数为三相50HZ，110（或220）KV，故需在电气化铁路沿线布设牵引变电所，以完成供电参数的转换。牵引变电所的功用是：从电力系统引入电源后，经变电所牵引变压器将引入的三相电或两相电转换为27.5（或2*27.5，即55）KV单相电，馈送至牵引网。,.,4,下面是电力牵引的输、供电系统示意图：,.,5,（二）供电方式：随着交流电气化铁路的飞速发展和科学技术的不断进步,世界各国铁路研究采用了很多种新的牵引供电技术。目前,广泛采用和正在研究的有:直接供电方式、BT（吸流变压器）供电方式、AT（自耦变压器）供电方式和CC（同轴电力电缆）供电方式。交流电气化铁道对邻近通信线路的干扰主要是由接触网与地回路对通信线的不对称引起的。如果能实现由对称回路向电力机车供电，就可以大大减轻对通信线路的干扰。采用BT、AT、CC等供电方式就是为了提高供电回路的电气对称性，其中，CC供电方式效率最高，但投资过大。目前，电气化铁路多采用BT、AT供电方式。下面，对常用供电方式做一简单介绍。,.,6,1、直接供电方式,这是一种最简单的供电方式。在线路上，机车供电由接触网轨地直接构成回路，对通信干扰不加特殊防护措施，如下图所示。电气化铁路最早大都采用这种供电方式。这种供电方式最简单，投资最省，牵引网阻抗较小，能损也较低，供电距离一般为3040Km。电气化铁路的单相负荷电流由接触网经钢轨流回牵引变电所。由于钢轨与大地是不绝缘的，一部分回流由钢轨流入大地，因此对通信线路产生感应影响，这是直接供电方式的缺点，它一般用在铁路沿线无架空通信线路或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段，必要时，也常将通信线迁到更远处。,.,7,直接供电方式,.,8,还有一种直接供电方式称为带回流线的直接供电方式，它是在接触网支柱上架设一条与钢轨并联的回流线，称为负馈线（NF），如下图。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，减少了电气空间，因而能部分抵消接触网对邻近通信线路的干扰，但其防干扰效果不及BT供电方式。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，能进一步降低牵引网阻抗，供电性能要好一些，但造价稍高。,.,9,带负馈线的直接供电方式,.,10,2、BT供电方式,BT供电方式是在牵引网中架设有吸流变压器回流线装置的一种供电方式，目前在我国电气化铁路中应用较广。吸流变压器的变比为1：1，它的一次绕组串接在接触网（1）中，二次绕组串接在专为牵引电流流回变电所而设的回流线（NF）中，故称之为吸流变压器回流线供电方式，如下图所示。在两个吸流变压器中间用吸上线将钢轨与回流线连接起来，构成电力机车负荷电流由钢轨流向回流线的回路。两个吸流变压器之间的距离称为BT段，一般BT段长24Km。,.,11,BT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电气空间距离较近，流过的电流大致相等，方向相反，因此对邻近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的干扰。这种供电方式由于在牵引网中串联了吸流变压器，致使牵引网的阻抗比直接供电方式约大50%，能耗也较大，供电距离也较短（单线一般为25Km左右，双线一般为20Km左右），投资也比直接供电方式大。,.,12,BT供电方式（BT回流线方式）,.,13,在没有设置回流线的区段，也可以使用BT钢轨方式，如下图，以减少对通讯的干扰。,.,14,3、AT供电方式,AT供电方式既能有效地减轻牵引网对通信线路的干扰，又能适应高速、大功率电力机车的运行。这种供电方式每隔10Km左右在接触网与正馈线之间并联接入1台自藕变压器，其中性点与钢轨相接。自藕变压器将牵引网的供电电压提高1倍，而供给电力机车的电压仍为25KV，其工作原理如下图所示。,.,15,AT供电方式,.,16,电力机车由接触网受电后，牵引电流一般由钢轨流回，由于自藕变压器的作用，从钢轨流回的电流，经自藕变压器绕组和正馈线（AF）流回变电所。当自藕变压器的一个绕组流过机车电流时，其另一个绕组感应出电流供给电力机车。自藕变压器供电方式的牵引网阻抗很小，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4050Km。由于牵引变电所间的距离加大，从而减少了牵引变电所的数量，也减少了电力系统对电气化铁路供电的工程投资。但由于牵引变电所和牵引网比较复杂，因此加大了电气化铁路自身的投资。这种供电方式一般用在重载、高速等负荷大的电气化铁路上。在电力系统较薄弱的地区，为了减少电源部分投资，经技术经济比较也可采用这种供电方式。由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中方向相反，因而对邻近的通信线路干扰很小，其防干扰效果与吸流变压器回流线供电方式相当。,.,17,4、各种供电方式比较,由于高速电力牵引的速度快、电流大，因此要求供电系统的供电质量要高，并应尽量减少电分相、电分段的数量。BT供电方式虽然在通信线路防干扰方面性能较好，但由于它在接触导线中串入了吸流变压器，伴随一个火花间隙，使一个供电臂的接触导线分成很多段，因此会大大影响高速列车运行的安全性及列车速度；同时牵引网的阻抗大，变电所间距小，电分相数量多，因此不适合高速电力牵引。,.,18,二、开闭所、分区所、AT所,（一）开闭所：开闭所实际上是不降压而仅用于开关设备开、闭电路的配电所，多设于枢纽站，其功用是：1）将长供电臂分段，以便发生事故时缩小停电范围；2）复线区段，供电臂中间设开闭所，可实行上、下行牵引网并联供电；3）增多馈线回数,.,19,.,20,（二）分区所：分区所的功用主要是实施上、下行并联供电，以及在必要时实施越区供电。,.,21,.,22,（三）AT所：AT所的功用是用于AT区段供电及防通信干扰。,.,23,三、牵引变电所,（一）进线侧主接线：1、单母线分段接线：在2回以上进线时采用，特点是运行方式灵活，设备检修方便，线路或主变压器故障时互不影响。,.,24,2、桥型接线：当有2回以上进线且需要穿越功率时采用桥型接线。分内桥接线和外桥接线。（1）内桥接线：如下图所示。内桥接线中带有隔离开关构成的外跨条，作为检修桥断路器时旁路用。该接线的特点是线路中有一回故障时，不影响供电，但变压器故障时，造成线路中断。考虑到变压器故障率比进线线路少，因此这种接线可加强牵引负荷供电的可靠性而对电力系统不会带来多大影响，目前采用较多。由于解列变压器时也会造成线路中断，所以如经常需要操作主变压器时，则不宜采用内桥接线。必须注意，采用该接线时应与电力系统研究好断路器检修时的运行方式。,.,25,.,26,（2）外桥接线：如下图所示。该接线的特点是变压器故障不影响线路，变压器的投入和切除方便，线路穿越功率只经过桥断路器，但线路故障时影响一台变压器的供电。这种接线往往用于电力系统中比较重要的系统联络线上。,.,27,3、双T接线：双T进线是目前采用较普遍的一种接线方式，它在变电所要求有两回进线时采用。一般情况下，其中一回引自电源点的专用间隔，另一路进线可从电力系统的各供电线路上T接。双T接线比上述两种接线型式都简单，双回进线在供电要求不高的场合，采用一回主供，另一回备用。若两回进线均能作为主供回路，并能作为互为备用，可取消外跨条，在供电要求高的场合，应优先采用两回进线均能作为主供的方案。,.,28,牵引变电所中的受电设备、牵引变压器和馈电设备等的配置，连接方式形成牵引变电所的主接线，并以主接线图表示。牵引变电所的类型直接决定变电所牵引侧的馈线形式，而牵引变压器的接线方式对牵引侧的接线形式都有直接影响。我国现有牵引变电所采用的主接线，根据牵引变电所的类型和牵引变压器的接线方式，可分为四种，（1）三相YN/D11接线（Y/接线）（2）单相V/V接线（3）单相并联接线（4）三相/两相斯科特接线,（二）牵引变压器接线方式简要说明：,.,29,下面列表简要说明变压器各种接线方式的比较,.,30,（三）牵引变电所分类及典型接线牵引变电所，按照电压等级分，有110KV、220KV和330KV三种，下面列出四种变电所典型接线：（1）V/V变（2）平衡变（上海局）（3）全三相（霸州所）（4）AT所,.,31,（1）V/V接线示意,.,32,（2）平衡变主接线示意,.,33,（3）全三相变主接线示意,.,34,（4）AT变电所主接线示意,.,35,现状及发展客专供电系统概述,.,36,目录,1客运专线列车负荷特点2牵引供电方式3牵引变电所及接触网4设计暂行规定5国际咨询成果,.,37,1客运专线列车负荷特点,.,38,1客运专线列车负荷特点,负荷大,.,39,.,40,.,41,速度高密度大功率因数高谐波含量低动力集中型和动力分散,1客运专线列车负荷特点,.,42,2牵引供电方式,.,43,2.1国外供电方式,东海道、东北、上越、山阳、北陆、盛冈-秋田、盛岗八户等所有新干线总长2154km，全部采用AT供电方式，运营速度为260300km/h。,日本,东南线（426km，270km/h）为AT与直供混合供电方式，而大西洋线、北方线、地中海线总长918km，全部采用AT供电方式，运营速度为300350km/h。,法国,德国,曼海姆斯图加特、汉诺威维尔茨堡、汉诺威柏林、法兰克福科隆、纽伦堡英格尔斯塔特等所有高速线路全长880km，均采用直接供电方式，运营速度为250330km/h。,.,44,汉城釜山全长412km，采用AT供电方式，运营速度为300km/h。,韩国,马德里塞维利亚（471km，250km/h）采用直接供电方式，马德里巴塞罗那（730km，350km/h）采用AT供电方式。,西班牙,都灵佛罗伦萨，罗马那不勒斯（620km，300km/h）采用AT供电方式。,意大利,另外，中国台湾的台北高雄高速铁路也采用AT供电方式。,2.1国外供电方式,.,45,50Hz、25kV牵引供电方式（300350km/h）,2.1国外供电方式,.,46,牵引网电压系统结构供电能力:电压水平、越区供电能力运营成本防干扰外部电源适用场合,2.2AT方式与直供方式一般性比较,.,47,馈线电压,2.3AT方式的发展,.,48,2.3AT方式的发展,辅助分区所,GISAT间距,.,49,2.3AT方式的发展,高速接触网接地系统,.,50,法国TGV大西洋线接触网架空地线、钢轨和新增的预埋地线相连，连接点间距为1.21.5公里,国外接地方式,2.3AT方式的发展,客运专线接触网接地系统,.,51,国外接地方式,法国TGV大西洋线预埋地线埋设在接触网支柱外侧路堤内。,2.3AT方式的发展,客运专线接触网接地系统,.,52,3牵引变电所与接触网,.,53,3.1外部供电电压,国外高速铁路外部供电电压为154400kV供电电压高可以增加供电能力和承受负序、谐波的能力,.,54,3.2GIS,我国227.5kV开关设备过去采用户外型，布置分散、集成化程度低、施工安装复杂、占地面积大、运营维护条件差。,.,55,27.5kV户内开关柜（哈大线）,227.5kV户内开关柜（西班牙）,3.2GIS,.,56,GIS的使用寿命和维护使用寿命：30000次维护：5年一次外观检查10年一次简单检查20年一次换气检查,.,57,牵引变电所总平面布置,占用场地面积比较,27.5和227.5kV开关设备,3.2GIS,.,58,综合自动化系统结构示意图,综合自动化系统采用分层分布式系统结构，充分体现分散控制、集中管理的结构特点，详见下图。,3.3二次设备,全所自动化系统,.,59,3.3二次设备,牵引供电调度系统,安全监控系统,.,60,弓网受流系统是高速铁路关键系统之一，国外300km/h及以上高速铁路弓网系统选用如下：,3.4弓网受流系统,.,61,吊弦布置动态接触力硬点可靠性、安全性对支撑结构强度的要求使用寿命造价,3.4弓网受流系统,.,62,受电弓,GPU基本参数,DSA380基本参数,3.4弓网受流系统,.,63,弓网受流质量的评价标准采用欧洲标准，如下表。,3.4弓网受流系统,弓网系统受流评价标准,.,64,3.5接触网悬挂方式,国外动态不同悬挂方式对速度的适应性三种悬挂方的比较复链型悬挂受流质量电磨耗寿命跨距施工维护成本,.,65,3.6客运专线接触网可采用的参数（350km/h),接触线类型CuSn-150(0.2)接触线张力2527.5kN承力索张力20kN接触线高度5300mm跨距5060m结构高度14001600mm锚段长度12501400m侧面限界3.33.65m,.,66,3.7接触网检测设备与高速受流相关的测试要求,低速硬点、磨耗高速动态接触力离线率接触线抬升量日常受电弓滑板磨耗与更换,.,67,4.设计暂行规定的说明,.,68,4.1牵引供电,正线宜采用225kV(AT)供电方式牵引供电系统应保证独立性和完整性接触网标称电压为25kV，长期最高电压为27.5kV，短时（5min）最高电压为29kV，设计最低工作电压为20kV牵引变电所应采用两回进线，并互为热备用，进线电源优先采用220kV牵引供电系统应考虑再生和谐波对电力系统的影响牵引变压器宜采用单相变压器牵引变压器和自耦变压器采用固定备用方式；变压器的安装容量按近期运量需要确定，并按远期运量预留基础，其过负荷能力应满足高峰小时牵引负荷的需要正常情况下分区所及自耦变压器所处的上下行接触网实行并联,.,69,4.2牵引变电所,牵引变电所进线侧宜采用线路变压器组接线方式综合自动化系统宜具有供电臂自动组态，自耦变压器故障自动解列线路故障区段自动隔离，故障点自动测距功能。牵引变电所、分区所、开闭所、自耦变压器所宜采用无人值班、无人值守的运营方式牵引变电所227.5kV侧采用气体绝缘开关柜（GIS），进线电源侧在用地困难情况下，可采用气体绝缘组合电器（GIS）,.,70,4.3牵引供电调度,调度管理模式应符合以下规定：1.在综合调度中心内应设置电力调度系统,并作为子系统纳入综合调度系统,负责牵引供电系统和电力供电系统的调度工作。2.在牵引供电维修车间内应设置牵引供电维修调度管理层，负责在总调度层的督导下对牵引供电系统的维修/抢修调度管理工作。本层配置牵引供电维修调度管理系统，并与综合调度系统联网。3.综合工区内设置接触网维修、抢修作业层。负责在牵引供电维修车间的督导下对牵引供电系统接触网的维修、抢修管理工作。本层配置接触网工区维修管理系统，并与综合调度系统联网。4.在综合检测中心内应设置牵引供电检测设备及信息管理系统，并与综合调度系统联网。,.,71,在牵引变电所、分区所、开闭所、自耦变压器所内应设置安全监视系统，并实现在供电段、抢修基地的远程集中监视，主要配置功能宜包括：1.视频图象监视功能.2.防盗报警功能,.,72,4.4接触网,接触悬挂主要技术要求应符合以下规定:1.接触网宜采用全补偿简单链型悬挂或弹性链行悬挂,弓网受流质量可参照下表规定的评价标准。,弓网受流质量评价标准,.,73,平均接触力与运行速度的关系曲线,2.正线接触线宜采用铜合金材质,额定张力不宜小于25kN。3.承力索宜采用铜合金绞线。4.接触线允许工作应力应不超过其最小拉应力的65%，并应考虑有关不利因素引起的折减系数。,.,74,支柱、基础与支柱结构应符合以下规定：1.正线区间接触网支持结构应采用旋转腕臂结构形式，车站及多股道并行区段宜采用硬横跨结构，动车段（所）等低速场合宜采用软横跨结构。2.路基地段单腕臂柱可采用环形预应力钢筋混凝土支柱或钢柱,高架桥上应采用钢柱,腕臂柱外形宜全线统一。3.支柱基础宜采用法兰连接型基础。,.,75,接触网的主要技术参数应按以下规定执行：1.接触线悬挂点距轨面连线的高度宜全线采用5300mm2.采用简单链型悬挂时，正线接触线宜设置0.5L的预留驰度(L为跨距)3.正线接触网的结构高度不宜小于1400mm。4.正线接触线在最大风时对受电弓中心的偏移不宜大于400mm5.接触网标准跨距为60m,最大跨距不大于65m,最小跨距不宜小于48m,相邻距距之比不宜大于1.5：1,桥梁、隧道口、站场咽喉等困难区段不宜大于1.5：1。6.正线区段接触网锚段长度不宜大于2700mm。接触网宜与通信、信号等专业共用接地体，采用综合接地系统。,.,76,4.5电磁干扰防护,计算杂音干扰影响应根据机车、动车组的谐波特性。计算电磁影响应根据高速铁路的声屏障、桥梁、城市环境等综合屏蔽特性。确定无线干扰影响应根据高速铁路的弓网受流特性。防护措施的选用、应从干扰源、设备和线路各个方面进行技术经济比选后确定；防雷接地等电磁干扰防护措施应采用综合接地系统。,.,77,5.国际咨询成果,.,78,5.1背景,5.2牵引供电系统的牵引网供电方式和供电方案牵引变电所的合理间距,供电方式由于125kV供电方式分区所数量较多，因此不推荐CHI高速铁路远期运营（车速350km/h，列车追踪间隔3分钟）采用这种方式。同时125kV供电方式的电源供电点比225kV供电方式多一倍,.,79,远期牵引变压器容量届时需要130MVA的供电容量才能保证列车的正常运行。接触网最大电流，接触导线的载流能力CHI高速铁路的接触网系统，与法国高速铁路地中海的接触网相似，完全能够满足CHI高速铁路近期和远期运营的需要。接触网电压水平列车受电弓的最小电压表明设计能满足CHI高速铁路近期运营的要求，但不能满足运营要求，有必要对远期进行进一步研究，理由是根据EN50163：,尽管CHI预留了4kV电压储备，但在供电分区所附近还是可能出现较大的压降，应对这一点进行模拟检验。,.,8