第1讲 牵引供电系统

1、Page 1SWJTU OCS2014.02.28弓网系统教学第1讲吴积钦Page 2SWJTU OCS2014.02.28电力系统与牵引供电系统电力系统由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统。牵引供电为电力系统的一级负荷。牵引供电的目标就是保证电力牵引车辆不间断、可靠和安全地运行；从技术角度看，牵引供电系统包括电力牵引系统的全部固定设施；可以细分为牵引电能的产生、传输和馈出，以及运行中的电力牵引车辆受流。牵引负荷变化且移动。Page 3SWJTU OCS2014.02.28牵引供电系统电流制式DC：750V 北京地铁等1.5kV

2、上海、广州、成都等地铁3.0kV 意大利、前苏联等AC：15kV、（50/3）Hz 德国铁路等25kV、50Hz 中国、法国、日本新干线、前苏联等电流制式Page 4SWJTU OCS2014.02.28牵引供电系统电压等级电流制式标称电压U（V）最低持续电压Umin1（V）最高持续电压Umax1（V）最长持续时间5min的最高非持续电压Umax2（V）DC750V750500900950DC1500V1500100018001950AC15kV15000120001725018000AC25kV25000190002750029000Page 5SWJTU OCS2014.02.28电力牵引

3、车辆交直型电力机车交直交型电力机车交直交型动车组直交型动车组Page 6SWJTU OCS2014.02.28列车转向架（带动力）车轴 车轮 牵引电机 齿轮传动箱 Page 7SWJTU OCS2014.02.28n 交直型电力机车 电力机车从接触网取得25kV工频单相交流电，经车载变压器降为AC1.5kV，整流后向牵引电动机供电。受电弓断路器车载变压器钢轨交直型电力机车工作原理图辅助回路牵引电流从钢轨回流至变电所交流25kV 接触网独立他励系统整流器直流电机1500V电力牵引车辆的电气特性采用半控桥式整流，通过晶闸管控制导通角来控制机车出力，所以，交直机车在整流过程中会产生谐波，功率因数较低

4、。Page 8SWJTU OCS2014.02.28n 交直交型电力机车（动车组）1979年德国开发出世界首台大功率干线交流传动电力机车，克服了交直型电力机车的缺点。交流25kV 接触网受电弓断路器车载变压器钢轨牵引电流从钢轨回流至变电所辅助回路交流电机整流器逆变器直流交直交型电力机车工作原理图电力牵引车辆的电气特性采用四象限整流，通过GTO或IGBT控制导通和关断角来控制机车的出力，可分别控制导通和关断机车主变压器的若干个低压绕组的整流，使电流波形逼近正弦波，且电流与电压的相位基本同步。交直交型电力机车的谐波含量很小、功率因数高。Page 9SWJTU OCS2014.02.28牵引接触网受

5、电弓主变压器变流器牵引电机钢 轨接触网受电弓主变压器变流器牵引电机钢 轨再生交直交牵引控制系统Page 10SWJTU OCS2014.02.28电机整流器/逆变器/3牵引变流器由整流器、中间直流电路和逆变器组成。交交交交直直交直交变流器Page 11SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所牵引供电系统牵引网单相工频交流AC25kV馈线回流线接触网钢轨牵引变压器220kV或110kV发电机升压变压器高压输电线路降压变压器用电设备降压变压器三相工频交流牵引供电系统的组成Page 12SWJTU OCS2014.02.28直接供电方式（TR）结构简单，投资最少，维护费用低；钢轨电位高；对弱

6、电系统电磁干扰较大。25kV25kV牵引供电系统的供电方式目标：降低钢轨电位；减小对弱电系统的电磁干扰。具有更强的供电能力（更小的牵引网电压损失和电能损失），供电距离更长，变电所数量更少，减小分相数量。Page 13SWJTU OCS2014.02.28接触网中串接吸流变，间隔约1.54km；吸流变的变比为1：1；回流线与接触网同杆架设。牵引变电所回流线接触网钢轨吸流变压器吸流变压器IIIIIIII25kV25kV牵引供电系统的供电方式吸流变压器供电方式（BT）目标：长回路中钢轨电位降为0；长回路磁场完全平衡，电磁干扰降至最低。Page 14SWJTU OCS2014.02.28回流线与接触网

7、同杆架设，两组导线之间有互感，部分电流由回流线回流。IIII25kV25kV牵引供电系统的供电方式带回流线的直接供电方式（TRNF）目标：相对直接供电方式，钢轨电位一定程度上有所降低；电磁干扰一定程度上有所减小。Page 15SWJTU OCS2014.02.28nn自耦变两端绕组匝数相等，理想变压器；负馈线与接触线同杆架设，减少对通信线的干扰；钢轨电位降低。I/2I/2自耦变压器自耦变压器自耦变压器II/2I/225kV25kV牵引供电系统的供电方式自耦变压器供电方式（AT）目标：长回路中钢轨电位降为0；长回路磁场完全平衡，电磁干扰降至最低；具有最强的供电能力（更小的损耗），供电距离更长，减

8、小了分相数量。Page 16SWJTU OCS2014.02.2825kV25kV电分相电分相牵引供电系统的电气分段电分相绝缘装置串接在分区所或变电所出口的接触网中，将不同的供电分区分开，避免不同电压或不同相位的两相邻供电分区相互连通而形成短路。电分相（中性段）Page 17SWJTU OCS2014.02.28增加供电的灵活性，在两个牵引变电所的供电分区中间设分区所。分相绝缘装置并联断路器或隔离开关实现牵引网不同运行方式（单边供电、双边供电、越区供电）。25kV25kV分区所牵引供电系统的电气分段分区所Page 18SWJTU OCS2014.02.28只有配电设备而无牵引变压器，仅用于接受

9、和分配电能。 扩大馈线回路数，不进行电压变换； 保证枢纽站、场装卸作业和接触网分组检修的灵活性，可靠性。电力系统牵引变电所牵引变电所开闭所接触线馈线枢纽站或机务段各股轨道接触网25kV25kV牵引供电系统的电气分段开闭所Page 19SWJTU OCS2014.02.28分区所分区所分区所分区所内与分相绝缘装置并联的断路器或隔离开关打开，电力机车取流来自一个牵引变电所。25kV25kV牵引供电系统的运行方式单边供电Page 20SWJTU OCS2014.02.28分区所分区所分区所分区所内与分相绝缘装置并联断路器或隔离开关合上，电力机车取流来自两个牵引变电所。25kV25kV牵引供电系统的运

10、行方式双边供电Page 21SWJTU OCS2014.02.28越区供电分区所分区所分区所非正常供电方式。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，经开关设备由相邻牵引变电所进行临时供电。25kV25kV牵引供电系统的运行方式越区供电Page 22SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的外部供电方式规定：电力牵引为一级负荷，牵引变电所应有两路电源供电；当任一路故障时，另一路应能正常供电。其中两路电源可来自不同的地区变电所或同一地区变电所的不同母线或母线分段。原则：兼顾供电可靠性、电源容量及经济性。种类：环形供电、双侧（双边）供电、单侧（单边）供电、散射（辐射线）

11、供电等。Page 23SWJTU OCS2014.02.28地 区 变 电 所或发电厂地 区 变 电 所或发电厂牵引变电所牵引变电所牵引变电所的外部供电方式环形供电特点：牵引变电所在高压侧与一次系统联成环形网，易受电力系统结构限制。优点：供电可靠性好，能适应负荷的剧烈变化。要求：铁路附近有两个以上发电厂或地区变电所且其间有电力网互联。Page 24SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的外部供电方式双侧供电特点：电源来自电力系统的两个地区变电所，给铁路供电的输电线是联络这两个地区变电所的通路，应用广泛。优点：供电可靠性好，能适应负荷的剧烈变化。要求：牵引变电所两侧都有电源。双路输电线

12、牵引变电所牵引变电所牵引变电所双路输电线Page 25SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的外部供电方式单侧供电特点：由一个地区变电所给数个牵引变电所供电，为保证供电可靠性，应采用双路（或双回）输电线 ；供电可靠性比双侧供电方式和环形供电方式要差，而投资不会比环形供电方式和双侧供电方式少。要求：必须有两回路输电线供电，且有各自的杆塔和走线。双路输电线牵引变电所牵引变电所牵引变电所Page 26SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的外部供电方式散射供电特点：当各牵引变电所离开电源差不多等距并且比单边供电更经济时，可采用散射供电方式，但可靠性差。要求：相邻几个牵引变电所布置

13、成弧形，且地区变电所和发电厂的距离较近时，必须两回路输电。地区变电所或发电厂牵引变电所牵引变电所牵引变电所Page 27SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的主要设备主要设备：牵引变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、避雷器，控制与保护设备，附属设备等。牵引变电所Page 28SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的主要设备2#进线主接线T2牵引变压器TV2避雷器RV2电压互感器TA2电流互感器电流互感器F避雷器QF1断路器QS1隔离开关QS2隔离开关QF2断路器高压设备辅助设备Page 29SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的主要设备牵引变压器

14、Page 30SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的主要设备隔离开关Page 31SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的主要设备AC220kV组合电器Page 32SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的主要设备AC25kV组合电器Page 33SWJTU OCS2014.02.28牵引变电所的主要设备控制柜Page 34SWJTU OCS2014.02.28直流牵引供电系统牵引电机为直流电动机牵引电机为三相交流电动机三相整流器牵引变压器ACDC接触网电力系统直流牵引变电所直流电传动整流变电所Page 35SWJTU OCS2014.02.28弓网系统的作用接

15、 触 网 是 输电线路尽 可 能 长 的使用寿命弓网接触点是电能传输的瓶颈接 触 网 是 受电弓的滑道Page 36SWJTU OCS2014.02.28弓网系统的组成弓网系统是由相互作用相互依赖的受电弓和接触网结合而成的、具有向电力牵引车辆输电功能的有机整体，又是它从属的牵引供电系统的组成部分。Page 37SWJTU OCS2014.02.28接触网系统架空接触网系统架空接触网接触轨系统架空接触轨接触轨受电弓受电弓取流靴弓网系统的分类弓网系统靴轨系统集电系统Page 38SWJTU OCS2014.02.28接触网的分类简单悬挂弹性链形悬挂简单链形悬挂刚性悬挂柔性悬挂Page 39SWJT

16、U OCS2014.02.28接触点（纽带）固定设备移动设备机械作用电气作用电能传输！两个振动子系统小接触面传输大电流摩擦磨损（接触力与抬升）（接触电阻与燃弧）（机械摩擦与电气磨损）运行可靠性接触质量运行寿命材料匹配弓网系统的核心问题Page 40SWJTU OCS2014.02.28弓网相互作用技术范畴（4）几何特性（3）材料接口接触线不能离开受电弓与弓头的工作范围接触线和滑板的磨耗、接触点的最大允许电流很大程度上取决于接触线和滑板的材料 （1）接触点集流量（2）动态相互作用接触点不能出现过热 弓网是两个振动子系统，取决于受电弓与接触网的特性以及运行环境 Page 41SWJTU OCS20

17、14.02.28弓网相互作用技术规范弓网系统设计接触网施工设计动态验收静态验收施工（测量、预配、安装、调整）用户需求构建一个新的弓网系统几何特性材料组合集流量动态性能运营管理Page 42SWJTU OCS2014.02.28接触网的设计、施工与运营受电弓接触网接触点确定弓网接触点的技术要求（行业）确定受电弓的技术要求（行业）接触网的方案确定与参数选取（设计院）接触网的施工（工程局）接触网的运营维护（铁路局）Page 43SWJTU OCS2014.02.28架空接触网Page 44SWJTU OCS2014.02.28架空接触网Page 45SWJTU OCS2014.02.28架空接触网Page 46SWJTU OCS2014.02.28架空接触网Page 47SWJTU OCS2014.02.28架空接触网Page 48SWJTU OCS2014.02.28架空接触轨（刚性接触网）Page 49SWJTU OCS2014.02.28弓网系统的理论体系弓网系统电气电路高电压技术力学理论力学材料力学空气动力