铁路基础设施维护课件：铁路电力

铁路电力电力为铁路运输生产提供重要的能源，是铁路的重要组成部分。铁路电力系统对提高铁路的运输能力，以及保障行车安全起着非常重要的作用，其供电可靠性直接关系到铁路设备运行稳定与铁路运输的畅通，提供安全、稳定、可靠的电源，是铁路电力工作的基本任务。铁路电力具有特殊性，由于铁路运输是连续的，哪怕一个车站（信号）的停电，也可能打乱整条铁路线的运输秩序，造成列车晚点，甚至引发设备故障。为此，铁路建立了独立的庞大的电力系统，以保证铁路沿线车站、枢纽、信号、通信、动车段、调度所等关键处所的供电可靠性。本章主要介绍电力系统、电力设备的基本组成、特点及功能。铁路电力系统由外部电源、变配电所、沿线两回高压电力贯通线及箱式变电站（以下简称箱变）、10/0.4kV变电所、站场电力线路等构成。铁路电力沿铁路线平均50～60km设置1座中高压变配电所，从电网取得外部电源，通过电力贯通线将各所连接起来，形成配电网络；沿线用电处所设置10/0.4kV变电所、箱变，从电力贯通线接引电源，通过所内、箱内配电柜供给铁路用电设备使用。为保证铁路电力系统运行可靠，及时排除故障并恢复无故障区段供电，铁路同步建设了电力SCADA系统。高速铁路电力系统由铁路局集团公司供电调度负责监控网络运行，普速铁路电力系统由站段电力调度负责监控网络运行。其网络运行示意如后图所示。第一节铁路电力系统的基本组成SCADA系统网络运行示意铁路电力系统供电方式分为电力贯通线供电方式和枢纽、站区供电方式。电力贯通线主要是向与行车密切相关的通信、信号、信息、防灾安全监控等设备供电，枢纽、站区供电主要是给旅客服务、站区照明、动力设备等供电。一、电力贯通线供电方式铁路车站、信号、通信等重要负荷需要双电源，为此，修建了双回电力贯通线。电力贯通线具备分别从两个方向供电、主备运行的能力，因此，即使其中一座变配电所外电源停电，也不影响相关设备的正常运行。二、枢纽、站区供电方式枢纽、站区供电方式主要分环形供电和放射式供电两种。铁路枢纽、编组站、动车段等大型场所一般采用环形供电方式，从变配电所两段馈出母线分别引出站馈回路，组成环状网络，线路中间设置高压开关。第二节铁路电力系统的基本组成放射式供电是电源设置在中间，负载遍布在周围的方式，如图所示。大型铁路客站及低压配电一般采用放射式供电方式。放射式供电方式铁路用电负荷根据供电可靠性要求及中断供电对人身安全、经济损失或影响程度，分为一级负荷、二级负荷及三级负荷。第三节铁路用电负荷划分及供电原则铁路电力系统从公共电网获取电能后，通过变电、配电和用电等环节，将电能供到各铁路用户。变电、配电和用电的各环节都离不开电力设备，以下主要对变配电所、10/0.4kV变电所、箱变、架空线路、电力电缆线路、电力变压器、电力电抗器、高压开关、高压熔断器、互感器、低压开关、电缆分接箱、投光灯塔（桥）、接地、接零和防雷保护等电力设备进行介绍。一、变配电所变配电所可分为变电所和配电所。变电所主要是将35kV、110kV公用电力系统电源经变压器降压为10kV电源再分配给铁路沿线的站房、箱变等。第四节铁路电力主要设备二、10/0.4kV变电所10/0.4kV变电所是用以变换电压、交换功率和汇集、分配电能的设施，主要是将10kV电源经变压器降压为0.4kV后通过配电柜供给铁路用电设备使用。三、箱变铁路箱变是针对铁路自动闭塞和电力贯通线路供电特点而专门设计的产品，作用与10/0.4kV变电所相同，与10/0.4kV变电所相比，箱变相当于将配电设备设置在“铁房子”内，其特点结构紧凑、安装简便。四、架空线路架空线路是将导线用绝缘子固定在直立于地面杆塔上用于输送分配电能的线路，主要由导线、绝缘子、避雷器、金具、横担、拉线、杆塔等部件组成，如图所示。架空线路主要组成1.导线导线是用来传导电流、输送电能的载体，具有良好的导电性能、足够的机械强度、耐振动疲劳、抵抗空气中化学腐蚀的能力。2.绝缘子绝缘子将带电导线与杆塔等接地体可靠地进行电气绝缘，将导线固定在杆塔上。3.避雷器避雷器用于保护电气设备免受高瞬态过电压危害，并限制续流时间和续流幅值，防止过电压损坏变压器及其他电器。4.金具金具是连接和组合电力线路中各装置的元件，传递机械、电气负荷或起某种防护作用的金属附件。5.横担横担将绝缘子与杆塔固定连接在一起，并使导线与杆塔保持一定的绝缘距离，起支撑作用。6.拉线拉线用以平衡杆塔各方向的拉力，防止杆塔弯曲或倾斜。7.杆塔杆塔用来支持和固定导线、绝缘子及其他附属金具，并使带电部分与其他物体保持有足够的安全距离。五、电力电缆线路电力电缆线路是铁路主要的电力输电线路，承担电能输送任务。电缆线路常见敷设方式为直埋、排管、电缆沟（槽）等，如图1-6-15所示，它具有受环境影响小、安全性好、故障率低、供电可靠性高、不占地面与空间、不暴露目标、美化城市环境等优点。1.电缆本体电缆本体起输送电能的作用，按电压等级分为高压型和低压型电缆，按芯数分为单芯与三芯电缆。2.电缆中间接头电缆中间接头主要是把各段电缆连接起来，并密封成一个整体的电缆线路。3.电缆终端头电缆终端头装配在电缆末端，把电缆头密封起来，保证电缆的绝缘水平，并用以完成与其他电气设备连接的装置。4.电缆标志桩电缆标志桩标志电缆埋设路径。六、电力变压器电力变压器是变配电所中最重要的一次设备之一，其主要功能是变换电压和传输电能，将一次侧的电能通过电磁能量转换的方式传输到二次侧，同时根据应用的需要将电压升高或降低，完成电能的输送和分配。七、电力电抗器电力电抗器主要并联在全电缆的电力贯通线上，用于补偿吸收电缆线路的容性无功功率，限制系统中工频电压的升高，改善沿线电压分布。八、高压开关高压开关在系统正常运行时，能切断和接通线路及各种电气设备的空载和负载电流。九、高压熔断器高压熔断器是最简单的保护电器，用来保护电气设备免受过载和短路电流的损害。十、互感器互感器按用途分为电压互感器和电流互感器两类。1.电压互感器电压互感器是将系统高电压按一定比例变换成100V标准低电压的设备。2.电流互感器电流互感器是将一次侧大电流转换成二次侧小电流，用来串接在测量仪表和保护回路中将大电流降到用仪表直接测量的小电流的设备。十一、低压开关低压开关是最普通、使用最早的电气设备，其作用是隔离、转换、接通、分断电路。常用的有低压断路器、刀开关、低压隔离开关等。1.低压断路器低压断路器既能在正常情况下切断负载电流，又能在发生短路时自动切断短路电流，对人身安全起到保护作用。2.刀开关刀开关是用来接通和断开电路的手动开关，常用于电压低于500V、电流小于500A的不经常操作的电路中。十二、电缆分接箱电缆分接箱是将电缆分接、中间连接或转接的设备，常见电缆分接箱有地埋式电缆对接箱、电缆开关箱等。十三、投光灯塔（桥）投光灯塔（桥）是一种专门用于远距离投射光线的照明设备，其安装在铁路站场或车站内横跨股道的桁梁上，为站场部分区域提供照明。十四、接地、接零和防雷保护接地、接零和防雷保护是电力系统中必不可缺的，它们在保护设备和人身安全方面起到关键性作用。1.接地接地分为工作接地和保护接地，一般使用黄绿色线缆。2.接零接零是将电器设备的零线连接到电源零线，起到工作续流，一般使用蓝色线缆。3.防雷保护防雷保护是利用防雷装置防止雷电击中供电设备过电压导致设备故障。新技术与新材料在铁路电力电气化领域的应用前景广阔。它们将共同推动铁路电力系统的转型升级，提升