电气化铁路供电系统.ppt

1、电气铁道的供电系统是从电力系统向电力机车传输电能的电气设备，统称为电气铁道的供电系统。 牵引供电系统主要包括牵引变电所和接触网两部分。 一、电气铁路牵引供电系统的设置、供电系统的示意图、图3-53的电力牵引系统的构成、来自发电站(1)的电流在升压变压器(2)提高电压后，从高压输电线(3)输送到铁路沿线的牵引变电站(4)。 在牵引变电站将电流转换为所需的电流或电压后，经由馈线(5)转送到邻近区间和车站线路的接触网(6)，在电力机车中使用。 (1)定义牵引变电所的是设置于电气化铁路沿线、设置有受电变电站配电设备的建筑物。 1牵引变电站、(2)任务牵引变电站的任务是将电力系统的高压输电线输送来的11

2、0千伏(或220千伏)的三相交流电力变压为27.5千伏的单相交流电力，输送到其邻近区间和所在站的电场线路的接触网，可靠且断续地向接触网供给电力(3)设备牵引变电站主要设有主变压器、变压器、变流器、高压断路器、各种高压隔离开关及避雷器等电气设备。 (4)牵引变电所供电安全a )电网给牵引变电站供电：我国电气化铁路是国家一级电力负荷。 因此，各牵引变电站采用两条输电线供电，并且两条输电线分别有各自的杆塔、走线，保证在一条输电线发生故障时，牵引变电站的供电不会长时间中断。 牵引变电所还内置有各种控制、测量、监视、校正、继电器保护装置等。 b )牵引变电所向接触网供电：现在。 供电方式有单边供电和双边

3、供电两种。 在单边供电方式中，接触网在相邻的两个牵引变电站之间的中央部分断开，将两个牵引变电站之间的接触网分为两个供电区，电力机车只从一个牵引变电站提取电能。 单边供电的操作和保护比较简单，故障范围也比较小，因此我国的电气化铁路接触网采用单边供电方式。 通常，由接触网、轨道、回流线组成的线路称为牵引网。 接触网和轨道是牵引网的主体。 2牵引网、接触网(图3-54 )架设在电气铁路上空，是向电力机车供电的特殊形式的输电线，其质量和运行状态直接影响电气铁路的输送能力。 接触网根据其接触悬架的类型，可分为简单接触悬架和链状接触悬架两种。图3-54接触网、链接接触悬挂将接触导线经吊弦挂在受力电缆上。

4、简单接触悬架是将接触导线直接固定在支撑装置上的悬架类型。图3-56简单接触悬挂、图3-55链状接触悬挂、二牵引供电系统的原理概要、图1、牵引供电系统的示意图、牵引供电系统的主要组成部分：电源接通线、牵引变压器、高压开关设备、导线、绝缘子、变压器、变流器、变流器牵引供电系统的主要指标供电电压227.5kV供电频率： 50Hz变电站间距离： 4050km (直供方式) 80100km(AT方式)相数：单相、主要牵引供电方式：直供方式、BT供电方式AT供电方式的优点：供电距离长、通信干扰小、供电电力大等。 目前常速电气化铁路的供电方式多为直接回流线方式，高速和重负载电气化铁路多采用AT供电方式，对牵

5、引供电系统的基本要求：可靠性：一级负载，电源为二电源，电源接通电压电平高(110kV，220kV，330kV )，两台主变压器，供电信号。 补充措施：根据需要实施切换供电(切换供电时，由于供电能力不足，列车不能按正常运行图运行)。 供电能力：满足不同牵引工况下的电能输送。关键点：牵引供电臂前端的电压电平。 运行方式的灵活性：在确保供电的基础上，为设备的检查、运行方式的调整等提供灵活的操作方式。 改变驾驶方式的动作很快。 确保一次系统运行可靠性的完整措施。 目前牵引供电系统面临的主要问题：谐波问题、负序电流问题、功率因数问题、机车过相问题、接地问题、继电保护问题、弓网关系问题、绝缘合作问题、电磁

6、兼容问题，谐波问题无论是整流型机车还是交直交机车，都向供电系统注入谐波电流，前者注入低频谐波电流(以3、5、7次谐波为主)。 高次谐波电流注入供电系统的危害： 1、导致通信设备(系统)、控制设备(系统)的可靠性不利因素2、降低功耗设备的运行效率。 谐波问题整改措施：牵引变电所增加滤波器(单调谐滤波器、高通滤波器)，存在增加投资的问题。 限制：谐波电流问题是铁路部门和电力部门之间争论的焦点问题。反相电流问题牵引供电系统的负载为单相负载，导致来自电力系统三相的电力不平衡，向电力系统注入反相电流。 反相电流的危害：降低用户的电能利用率，引起用户旋转电机转子表面的温度上升。 整改措施：牵引供电系统采用

7、换相方式接入电力系统，采用新的供电方式。 限制：电力部门始终限制牵引供电系统向电力系统注入的负相电流。 功率因数问题列车从牵引供电系统获取的电能根据列车牵引常数、道路状况(限坂、拐弯)、运行图、司机操作技术等因素的影响，改变列车所采取的有效功率和无效功率，使功率因素发生变化。 电力部门要求大工业用户功率因数达到0.9以上，提高部分奖励，低于该数值处罚款。 整改措施：加上功率因数补偿装置，由于负载变动，功率因数大范围变动，难以达到理想的补偿效果。交直交机车的功率因数几乎接近1.0。 但是，中国的电气化铁路依然存在大量的交直机车，所采用的功率因数动态补偿装置由于电气电子技术、零部件成本等问题，仍无

8、法大规模应用。 在机车的过度相问题牵引变电站中，通常将电力系统的电能从高压降低到牵引供电系统所需的电压，并且将三相系统变换为二相系统，该二相系统分别向牵引变电站的两侧供电，因此列车通过某一点时，从一相(例如a相)到另一相(例如b相) 机车电分相时，其过程为，受电弓从带电的接触导线(a相)向中性段滑入，中性段通过两台断路器分别与分相两侧的带电部分连接，在机车进入中性段时，首先使中性段带电(a相)，机车在分相相反侧的带电导线(b相)上机车电分相时出现的电磁现象： 1、中性段(或机车)停电时出现过电压现象，其过电压电平有时达到破坏接触导线绝缘体的数值，出现的电弧可能烧坏接触网吊弦2 .机车再带电时出

9、现过电流现象， 其过电流水平可达机车正常运行电流的5-7倍，过电流可能损害设备的正常寿命，影响继电保护工作的准确性。机车自动分相的几种方式：地面控制方式：机车到达分相之前，地面控制系统发出接通断路器的命令，使中性段带电，机车运行到中性段的某个位置后，地面控制系统发出断路器断路的命令，发出接通另一台断路器的命令。 车上控制方式：工作原理与地面过电相基本相同，不同之处在于检测和控制系统安装在机车上。 柱上控制方式：中性段由相互断开的几个段组成，利用机车的运行进入中性段或离开中性段时电流的变化自动关闭或断开相应的断路器。 机车过电分相的问题在常速电气化铁路中不明显。 原因之一是列车速度低，但高速电气

10、化铁路不能忽视。 接地问题的接地问题也随着列车的高速化而逐渐推进。 高速和重负荷电气化铁路的主要特点(与供电系统有关)是： 1、机车电流越来越大，机车电流通过整流变压器后进入轨道和大地，大电流提升轨道电位，阶跃电压可能达到威胁有关设备和人员安全的水平2、 由于供电系统与电力系统连接时的短路容量大，牵引供电系统发生短路故障时的短路电流大幅增加，在同一泄漏流路中发生的轨道电位的上升和步进电压电平大幅提高。 3 .新型轨道电路的应用要求轨对地阻抗足够大，不易降低轨对地电压电平。 接地的目的： 1、漏电流(雷电流、商用频率电流)2.限制接地电位、相关设备电位的上升，确保人员、设备的安全。 接地系统评价

11、指标： 1、接地电阻2、轨道电位、步进电压。 接地系统要求的技术指标：欧洲标准规定接触电压和轨道电位值(EN50122-1 )系统状态接触电压允许值(v )轨道电位(60 120正常运行的状态(t=300s )设置正常运行的状态(t=300s横接线， 将上下轨道充分横向连结的上下各架设保护线，在轨道和保护线之间利用每隔一定距离横向连接的接触网支柱的基础的沿线增设综合接地线，利用与轨道保护线充分连接的线路自身、线路旁边的建筑和构造等自然接地体设置接地的几个接地极。 降低轨道电位的技术措施难以实现： 1、改变轨道漏电阻，设横接线，上下轨道充分横接，上下各架设保护线； 在轨道和保护线之间每隔一定距离

12、横向连接等技术措施的采用必须考虑对轨道信号电路的传输信号距离的影响2 .降低接地电阻是确保大电流泄漏的有效技术措施，但是也可以考虑土壤电阻率、设置接地网的场所的地理环境、接地极配置方式、电阻剂对环境的影响及有效期等环境因素的实现限制轨道电位和接触电压的有效技术手段是综合接地技术的应用。 综合接地技术的特点可以总结为：利用各种地形、自然接地体、结构，达到降低漏流路阻力的目的。 继电保护问题继电保护装置(系统)是自动检测故障的特征，完成故障定位，按照一定的规则将故障的影响限制在一定范围内(切断故障部分的电源)的自动化装置(系统)。 继电保护面临的问题：牵引供电系统供电方式的变更故障和特征信息的变更

13、修正计算方法和电气化铁路变更的更新综合在自动化系统中的综合等。、牵引供电方式的变更：1)新的牵引变压器接线的应用，使继电保护工作原理发生了变化，这一变化没有运行经验的支持，需要通过牵引新型牵引变压器的试验、分析、修正来逐渐完善新型牵引变压器对电磁关系的认识。 2 )新型供电方式的应用改变了现有的供电系统模型，但由于这种变化影响因素很多，获得精确的模型拓扑和残奥仪表，使得继电保护工作残奥仪表存在偏差，需要通过实验、分析校正计算来完善模型. 机车类型和负载特征的变化：1)整流型机车的正常运行，牵引电流存在明显的3、5、7次高次谐波，交直交机车运行时只存在较高频率的高次谐波，两者的负载特征也存在差异

14、，这可以研究机车各运行状况下的负载特征，与原继电保护负载2 )故障特征高速电气化铁路对综合自动化系统提出了更高的要求：更高的可靠性，嵌入综合调度系统。 这影响了综合自动化系统中继保护系统的整合。 在集成自动化系统中，继电保护装置(系统)与其他设备之间的信息交换经由网络进行，调度系统的需求不同，从而影响继电保护装置(系统)的通信接口技术、通信协议等。 弓网关系问题接触网系统没有备用系统。 机车通过受电弓与接触网折接，取出电能。 机车在运动中存在不同方向的振动，这些振动通过受电弓传递到接触网，随之接触网振动。 良好的弓网关系与接触网振动特性和受电弓振动特性一致，两者之间为各随动系统，使接触网与受电弓良好接触。 问题1、接触网的振动特性受到很多因素的影响，如导线的材料、接触网的结构形式等，导致受电弓与接触网之间存在暂时脱离现象(脱机)，受电弓与接触网处于脱机状态时，会出现引弧现象2 .列举运行速度的提高解决手段： 1、改变接触网悬挂方式2、改变接触网结构和材料3、优化布局4、新的检测技术5、新的施工技术和维护手段。 绝缘嵌合问题高压机器的带电部分和机器外壳、大地之间需要绝缘，电压电平、相别高压机器之间也需要绝缘。 所谓绝缘合作，就是在一个供电系统中，由于存在许多绝缘部分，选择各部分的绝缘电平(耐商用电压、浪涌电压能力)，在满足系统