模块3.高速铁路电力供电系统《高速铁路牵引供电》教学课件

《高速铁路牵引供电》高速铁路电力供电系统第三章目录电力供电系统3.1高速铁路电力SCADA系统3.2目录电力供电系统电力系统概述高速铁路电力系统第一节电力系统是由发电厂、变电站、输电线、配电系统和负荷组成的有机整体，是现代社会最重要、最庞杂的系统之一。通常把包括动力、发电、变电、输电、配电及用电的全部系统称为动力系统。将电力系统中输送、变换和分配电能的整个环节称为电力网。它们的关系如图所示（以水力发电为例）。3.1.1

电力系统概述3.1.1

电力系统概述发电厂发电厂就是将煤、水力、原子能等一次能源转换为电能——二次能源的工厂，分为火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂等，除此之外，还有风力、地热和太阳能发电等。电力网电力网担负着将发电厂和电能用户连接起来组成系统的任务。右图是电力系统组成示意图，虚线框内是电力系统的电力网部分。3.1.1

电力系统概述电力网电力网由各种电压等级的输、配电线路和变（配）电站（所）组成。其任务是将电能从发电厂输送和分配到电能用户。按其功能常分为输电网和配电网两大部分。此外，电力网还担负着改变电压等级的作用，即变（配）电所（站）。变电所（站）由电力变压器和配电装置组成，它是改变电压和分配电能的场所：将电压升高的称为升压变电所（站），将电压降低的称为降压变电所（站），而配电所（站）只负担分配电能的任务。电能用户电能用户主要包括工矿企业、铁路企业和居民区等。高速铁路电力系统承担着铁路运输生产调度指挥、通信信号、旅客服务等系统供电任务，是确保铁路安全、稳定、高效运营的基础设施之一。高速铁路供配电系统主要由外部电源、变（配）电所、沿线两回高压电力贯通线路、站场电力线路构成。高速铁路电力系统示意图如图所示。3.1.2

高速铁路电力系统3.1.2

高速铁路电力系统高速铁路电力系统构成高速铁路电力系统的外部电源高速铁路供电电源应优先采用公共电网中可靠的外部电源。技术经济合理时，可与牵引变电所共用电源，外部电源应保证高速铁路电力供电的安全性、可靠性、可用性和可维护性。电力变（配）电所(1）110

kV、10

kV变（配）电所①

设置及其规模。每间隔40～60

km设置铁路变（配）电所1座。② 变（配）电所电气主接线。双电源10 kV变（配）电所采用单母线分段接线，单电源10 kV变（配）电所采用单母线接线；综合负荷贯通线、一级负荷贯通线分别经调压器调压后供电。3.1.2

高速铁路电力系统变（配）电所电气主接线图2）电力变（配）电所(1）110

kV、10

kV变（配）电所3.1.2

高速铁路电力系统1.

高速铁路电力系统构成2）电力变（配）电所(1）110kV、10

kV变（配）电所③

10

kV变（配）电所设备类型及布置。高压开关柜采用免维护、少维修SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS），断路器采用真空断路器；高压无功补偿采用先进的补偿技术，进行动态跟踪补偿；变压器采用智能化、低损耗干式变压器；调压器采用干式；直流电源设备采用智能高频开关铅酸免维护电池直流电源柜。高压开关设备及调压器分别布置在独立的房间内，变压器及低压柜布置在一个房间内。3.1.2

高速铁路电力系统1.

高速铁路电力系统构成2）电力变（配）电所(1）110kV、10

kV变（配）电所④

10

kV变（配）电所继电保护及自动装置。变（配）电所采用综合自动化系统，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，对配电所的二次设备进行功能的组合和优化设计，从而实现对变（配）电所的主要设备（变压器、电容补偿装置和输、配电线路等）进行自动监视、测量、控制和保护，以及与调度通信等综合性的自动化功能。它由保护测控单元、当地监控单元、现场总线、视频监控单元和通信单元等组成。3.1.2

高速铁路电力系统单元名称继电保护自动装置电源电流速断、定时限过电流、低电压母联电流速断带故障自动闭锁功能的备用电源自投变压器电流速断、定时限过电流、温度、过负荷调压器电流速断、定时限过电流、温度、过负荷、零序过电流一般馈出线电流速断、定时限过电流单相接地信号贯通馈出线电流速断、定时限过电流、低电压、零序过电流一次自动重合闸、备用电源自投、单相接地信号无功补偿柜电流速断、过电压、低电压母线电压互感器母线绝缘监察⑤

配电所房屋：区间配电所及无站房综合楼的车站配电所单独设置。⑥

值班方式：配电所采用无人值班有人值守的工作方式。2）电力变（配）电所(1）110

kV、10

kV变（配）电所④

10

kV变（配）电所继电保护及自动装置。变（配）电所继电保护及自动装置配置情况如下表所示。3.1.2

高速铁路电力系统1.

高速铁路电力系统构成2）电力变（配）电所(2）10/0.4

kV变电所① 变电所的设置。各站、段（所）负荷集中的地方设变电所，车站站房变电所一般与站房综合楼合建。② 接线型式。10/0.4 kV变电所变压器由配电所主母线高压馈出回路直接供电，低压侧采用单母线分段接线并设电容补偿装置。③

变电所设备类型及布置。高压环网开关柜采用SF6负荷开关，变压器采用干式变压器带外罩，低压开关柜采用组合式柜型并配置数字化仪表便于远方监控。10/0.4

kV变电所内高压环网柜、变压器、低压开关柜布置在同一房间内。3.1.2

高速铁路电力系统1.

高速铁路电力系统构成2）电力变（配）电所(3）10/0.4

kV箱式变电站①

接线型式。10/0.4

kV箱式变电站10

kV侧进出线回路设高压负荷开关，环网接线，变压器回路采用带熔断器负荷开关保护。箱式变电站内负荷开关均采用电动操作机构纳入SCADA系统，实现自动隔离故障电力线路、故障定位、非故障段自动恢复供电等功能。区间10

kV电力贯通线路上设置箱式电抗器，补偿贯通线路电容电流。②

设备类型及布置。箱式变电站采用中压预装箱式变电站，SF6负荷开关，其操作电源采用交流并配置UPS装置作为备用电源。沿线区间供电的箱式变电站采用基本统一模式。通信、信号双电源专用箱变与通信基站、信号中继站机房相邻设置，其他箱变独立设置。箱式变电站设高压环网开关间隔和变压器、低压开关、RTU间隔。3.1.2

高速铁路电力系统1.

高速铁路电力系统构成3）10

kV电力贯通线(1）10

kV电力贯通线路的设置方式高速铁路设置两条10

kV电力贯通线：一条称为一级负荷贯通线，另一条称为综合负荷贯通线，分别沿铁路两侧预制电缆槽敷设。(2）高压电缆选择高压电力贯通线路和站场电力线路宜采用铜芯电缆线路，全电缆电力贯通线宜采用单芯电缆。石太、甬台温、温福等客专贯通线路采用架空与单芯电缆混合方案。其他客专采用全电缆电力贯通线单芯电缆。3.1.2

高速铁路电力系统1.

高速铁路电力系统构成3）10

kV电力贯通线(3）接地要求10

kV电力贯通线电缆金属护层宜采用在线路一端或中央部位单点直接接地方式，另一端金属护层应经护层电压限制器接地。(4）电力电缆敷设方式交流单芯电力电缆宜采用“品”字形敷设或三相全换位敷设方法。应特别注意在路基区段、桥梁区段、隧道区段、场站区段的不同敷设方式。变（配）电所电源电缆线路根据城市管网布置、地形等环境因素可采用沿电力电缆沟或直埋、穿管敷设。3.1.2

高速铁路电力系统1.

高速铁路电力系统构成4）高速铁路用电负荷及供电原则(1）电力负荷的分布① 车站、段（所）负荷主要包括：通信、信号、信息系统、接触网上电动隔离开关操作电源、动车检修设备、综合维修设备、空调、通风、电（铁）梯、给排水、照明等。② 区间负荷主要包括：信号中继站、无线通信基站、光纤直放站、电力牵引各所用电、隧道照明、通风及监控设备、立交桥排水设备等。(2）电力负荷的等级电力负荷应根据对供电可靠性的要求及中断供电在政治、经济上所造成损失或影响的程度分为一、二、三级。3.1.2

高速铁路电力系统1.

高速铁路电力系统构成4）高速铁路用电负荷及供电原则(2）电力负荷的等级其中，一级负荷应包括：与行车密切相关的通信、信号、信息、防灾安全监控设备等。二级负荷主要包括：为通信、信号主要设备配置的专业空调等。(3）供电原则①

高速铁路供配电系统应保证各级供配电系统的相互匹配，除发生不可抗拒因素外，其可靠性应符合每天24

h的运输需要（含“维修天窗”时间），并应符合不同负荷等级的供电要求。3.1.2

高速铁路电力系统1.

高速铁路电力系统构成4）高速铁路用电负荷及供电原则(3）供电原则② 一级负荷应由两路相互独立电源分别供电至用电设备或低压双电源切换装置处，当两路电源中一路电源发生故障时，另一路电源不应同时受到损坏。③ 二级负荷：有条件时提供两路高压电源供电，当两路电源供电确有困难时可为一路高压电源供电。④

三级负荷：一般采用单回路供电，当供电系统为非正常运行方式时，允许将其切除。3.1.2

高速铁路电力系统高速铁路电力工程设计主要特点采用线路入地、设备进屋、全程监控的设计理念线路入地、设备进屋，提高了系统抵抗自然灾害能力。全程监控，提高了供电可靠性。采用大量新技术、新设备、新工艺高速铁路变（配）电所采用免维护或少维修设备。高速铁路电力电缆采用YJV62型交联单芯电缆。高速铁路电力系统采用远动智能箱变替代普速铁路的杆上变压器、落地式变压器。高速铁路电力SCADA系统第二节SCADA系统基本理论高速铁路电力SCADA系统现场应用高速铁路电力SCADA系统常见故障及处理3.2.1

SCADA系统基本理论SCADA（SupervisoryControland

Data

Acquisition）系统，即数据采集与监视控制系统，是以计算机为基础的生产过程控制与调度自动化系统。可以对现场的运行设备进行监视和控制，以实现数据采集、设备控制、测量、参数调节以及各类信号报警等各项功能。1.

SCADA系统基本理论1）

SCADA基本概念2）

SCADA主要功能遥控(YK)遥测(YC)

遥信(YX)遥调(YT)遥视(YS)对被控对象进行远距离控制对被测对象的某些参数进行远距离测量将被控站的设备状态信号远距离传送给调度端调度端直接对被控站某些设备的工作状态和参数的调整调度端直接对被控站设备进行远程监视控制3.2.1

SCADA系统基本理论1.SCADA系统基本理论3）高速铁路电力SCADA系统构成高速铁路电力SCADA系统，由调度端（主站）、通信通道、被控端（被控站）三个部分构成。基本结构如图所示。调度端是整个SCADA系统的大脑，一般设于各路局、铁道部调度所。负责协调、组织、指挥、指导电力系统相关工作。3.2.1

SCADA系统基本理论1.

SCADA系统基本理论3）高速铁路电力SCADA系统构成调度端主要结构如图所示。通信通道是指网络中任意两点或两个节点之间的路径，起数据的上传及下载作用，如图所示。高速铁路SCADA系统调度端结构图高速铁路SCADA系统接线方式图3.2.1

SCADA系统基本理论1.

SCADA系统基本理论3）高速铁路电力SCADA系统构成被控端也叫被控站，完成SCADA数据采集、预处理、接收、及输送执行能力。主要的功能是实现调度端对箱变的信号、电量的监控及对RTU开关的控制，如图所示。高速铁路箱变RTU示意图3.2.1

SCADA系统基本理论SCADA系统基本理论SCADA系统实现调度自动化的基本过程采集被控对象信息并将其传送到调度端；对远动装置传来的信息进行实时处理；做出调度决策；将调度决策传送到被控站去执行。3.2.2

高速铁路电力SCADA系统现场应用调度主站系统电力SCADA系统调度主站是整个系统的核心。由局域网、服务器、通信前置机、操作员工作站、数据文档工作站、UPS、打印机等设备组成。其构成方式一般是采用10/100

Mbit/s自适应的双网结构，传输协议为TCP/IP。具有以下功能：①遥控、遥信、遥测功能；②信息采集和处理功能等。通信通道高速铁路电力SCADA系统，采用铁路专用传输通道，光纤传输介质，1+1点对点备用形式，10/100

Mbit/s网络接口，带宽满足信息的传输要求。电力变（配）电所综合自动化系统监控终端监控终端一般设置在高速铁路10

kV电力配电所内，完成保护、测量、控制等传统四遥功能（遥测、遥信、遥控、遥调）、采集保护动作节点信息或与保护装置通信获取动作保护报告。电力箱变远动监控终端电力箱变远动监控终端RTU设置在高速铁路区间、站场箱变（包括通信、信号、直放站、隧道箱变等）、高压环网柜、10/0.4kV低压变电所内，通过三遥功能，实现调度端对被控站设备的监视和控制，在故障情况下通过监视信息及远程操作快速查找和判别故障。3.2.2

高速铁路电力SCADA系统现场应用SCADA系统常见故障类型按故障发生的部位可分为调度端故障、被控站RT