牵引变电系统教学课件附1章牵引变电所主接线

1、,小结,电力机车类型 列车运行的状况 电力机车的牵引特性的要求 牵引计算的结果(列车运行曲线、区间上行和下行能耗、区间运行时分及带电运行时分以及牵引平均电流） a.实测 需运行后才能获得。 b.牵引计算 图解法得到列车电流及列车能耗,牵引变电所进线铁塔(双回单塔),附1.1 概述 附1.2 电气主接线的基本形式 附1.3 牵引负荷侧电气接线 附1.4 牵引变电所电气主接线举例 附1.5 配电装置类型及要求,附1章 牵引变电所主接线,附1.1 概 述,电气主接线,主接线是变电所的重要组成部分，是进行变电所的设计、施工和运营管理的重要依据。大家在今后学习工作中都要养成按图设计、按图施工、按图检修和

2、按图操作的习惯。,变电所（含配电所、开闭所和分区所）的主接线，是由变压器（如果有的话）、高压开关、导线等高压电器组成的变换、分配电能的电路。 在主接线图上，各种设备用规定的文字符号、图形符号以及设备之间的连线来表示，并标明各主要设备的规格、数量和型号。,小结,牵引网向电力机车供电的供电方式 电力机车类型 列车运行的状况 电力机车的牵引特性的要求 牵引计算的结果(列车运行曲线、区间上行和下行能耗、区间运行时分及带电运行时分以及牵引平均电流） a.实测 需运行后才能获得。 b.牵引计算 图解法得到列车电流及列车能耗 主接线的作用和主接线图的组成,牵引变电所是一个统称，实际上它还包括供电系统中的开闭

3、所（SSP)、分区所(SP)和自耦变压器所。这些供电设施构成了电气化铁路的牵引供电系统，如图所示。,附1.1.1 牵引变电所,图1-2,中心变电所，具有4路及以上电源进线并有系统功率穿过，除了完成一般牵引变电所的功能，还向其他牵引变电所供电。 中间（或终端）牵引变电所，变电所有2路电源进线的为中间（或终端）牵引变电所，其中有系统功率穿越的称为通过式变电所；没有系统功率穿越的称为分接式变电所。 图1-2中SS1为中心牵引变电所，SS2为分接式牵引变电所，SS3为通过式牵引变电所。,图1-2牵引变电所高压输电线的引入方式,牵引变电所平面接线图,牵引变电所27.5kV侧设备,牵引变电所27.5KV侧

4、设备,1.分区亭/分区所 设在两相邻牵引变电所之间，起到开关作用的装置。 作用： 改变供电方式 （单边供电、双边供电） 实现“越区供电” 缩小事故范围,2.开闭所（SSP) 设置在电气化铁道的枢纽站场，能送出多路馈电线的装置。 开闭所相当于一个不变压的配电所。高压电网中称为开关站。,其特征是电源进线侧和出线侧的电压相同，一般两进多出（常用46出）。,中压电网中的开闭所一般用于10kV电力的接受与分配。,根据不同的要求，进出可以设置断路器、负荷开关。 在铁路电力系统中，开闭所（sub-section post）牵引网有分支引出时，为保证不影响电力牵引安全可靠供电而设的带保护跳闸断路器等设施的控制

5、场所。 多设于枢纽站、编组场、电力机务段和折返段等处。,开闭所,在供电分区范围较大的复线AT牵引网中，有时为了进一步缩小接触网事故停电范围和降低牵引网电压损失和电能损失，也可在分区所与牵引变电所之间增设开闭所，也称辅助分区所（SSP即subsectioning post） 铁路开闭所的主要设备是断路器。电源进线一般设两回，复线时可由上、下行牵引网各引一回，出线则按需要设置。单线就近无法获得第二电源时，也可只引一回电源。,开闭所,AT牵引网辅助分区所（SSP）的典型结构见下图。图中，T为接触网；F为正馈线，PW为与钢轨并联的保护线（protection wire）；B为断路器；SD为保安接地器；

6、LA为避雷器；OT为控制回路电源；PT为电压互感器；AT为自耦变压器。,开闭所,保护线的作用是当接触网或正馈线绝缘子发生闪络接地时，可与保护线形成金属性短路，便于断电保护动作。,附1.1.2电气主接线图的基本元素,附1.1.2电气主接线图的基本元素,附1.1.2电气主接线图的基本元素,附1.1.3电气主接线设计的基本要求,供电可靠性,运行灵活性,经济性,投资省,年运行费小,占地面积小,运行方式变换灵活,操作方便,断路器、母线等检修，不影响供电,设备故障，尽量减少停运设备， 保证、类负荷供电,满足牵引负荷和地区负荷供电需要,尽量避免停电的可能性,当技术与经济要求相矛盾时，则在满足技术要求的前提下

7、，做到经济合理,接线简单、明显，操作简便可靠。,简单明了,附1.2电气主接线的基本形式,单母线接线 1.单母线：简单，经济性好，可靠性低，适用于可靠性要求不高的1015kV地区符合； 2.单母线分段：提高了供电的可靠性与运行的灵活性； 3.带旁路母线的单母线：检修出线不停电。 双母线接线 无母线接线 1.桥形接线 2.简单接线,1.不分段的单母线,发电机 变压器,QS13,QS11,QS12,QF1,负荷均衡分配,特点： (1)接线简单、设备少、配电装置费用低、经济性好并能满足一定的可靠性； (2)每回路由断路器切断负荷电流和故障电流。检修断路器时，可用两侧隔离开关,附1.2.1 单母线接线,

8、使断路器与电压隔离，保证检修人员的安全。任一用电回路可从任何电源回路取得电能，不致因运行方式的不同而造成相互影响； (3)检修母线和与母线连接的隔离开关时，将造成全部停电。母线发生故障，将使全部电源回路断开，待修复后才能恢复供电； (4)检修任一回路及其断路器时，仅该回路停电，其它回路不受影响。,附1.2电气主接线的基本形式,单母线接线 1.单母线：简单，经济性好，可靠性低，适用于可靠性要求不高的1015kV地区符合； 2.单母线分段：提高了供电的可靠性与运行的灵活性； 3.带旁路母线的单母线：检修出线不停电。 双母线接线 无母线接线 1.桥形接线 2.简单接线,2.单母线分段接线,用断路器或

9、隔离开关将单母线分段，以提高供电的灵活可靠性。,这种接线，广泛应用在1035kV地区负荷和110kV电源进线回路较少的接线系统。,附1.2电气主接线的基本形式,单母线接线 1.单母线：简单，经济性好，可靠性低，适用于可靠性要求不高的1015kV地区符合； 2.单母线分段：提高了供电的可靠性与运行的灵活性； 3.带旁路母线的单母线：检修出线不停电。 双母线接线 无母线接线 1.桥形接线 2.简单接线,3.单母线带旁路母线接线,增设组旁路母线W3和一台公共备用的旁路断路器QFP，组成具有旁路母线的单母线接线,使检修出线断路器时不致停电。,这种接线，广泛应用在牵引负荷和35kV以上线路。特别是负荷较

10、重要，线路断路器多、检修断路器不允许停电的场合。,附1.2电气主接线的基本形式,单母线接线 1.单母线：简单，经济性好，可靠性低，适用于可靠性要求不高的1015kV地区负荷； 2.单母线分段：提高了供电的可靠性与运行的灵活性； 3.带旁路母线的单母线：检修出线不停电。 双母线接线 无母线接线 1.桥形接线 2.简单接线,1.双母线,设有两套母线为工作母线(W1)和备用母线(W2)，通过母联断路器(QFC)连接，每条电源线路和馈电线路经断路器后用两只隔离开关分别与两套母线连接。,附1.2.2双母线接线,特点：(1)运行灵活，可靠性高； (2)隔离开关数量多，配电装置结构复杂，转换操作步骤较繁琐；

11、 (3)一次投资费用增加。 适用于牵引变电所电源回路较多(四回路以上)，且具有通过母线给其它变电所输送大功率供电回路的场合。 110kV以上的母线，如线路较多且检修断路器不允许停电，即可采用具有旁路母线的双母线接线。,运行分析： 可靠性高，运行灵活。 (1)工作母线发生故障时，可将全部回路迅速转换到备用母线供电，缩短停电范围； (2)检修母线时可倒换到由另一母线工作而不断电，修理任一回路的母线隔离开关时，只需使本回路停电； (3)若无备用断路器，检修任一断路器，可通过一定的转换操作用母联断路器代替被检修的断路器，而停电时间很短。按单母线带旁路母线方式运行，被检修断路器两侧用导线跨接，如图所示；

12、 (4)还可按单母线分段的接线方式运行，通过QFC使两套母线并列运行。,2.双母线分段接线,母线倒闸操作,3.双母线带旁路母线接线,附1.2电气主接线的基本形式,单母线接线 1.单母线：简单，经济性好，可靠性低，适用于可靠性要求不高的1015kV地区符合； 2.单母线分段：提高了供电的可靠性与运行的灵活性； 3.带旁路母线的单母线：检修出线不停电。 双母线接线 无母线接线 1.桥形接线 2.简单接线,1.桥形接线,当牵引变电所只有两条电源回路和两台主变压器时，常在电源线路间用横向母线将它们连接起来，即构成桥形接线。四个连接元件仅需三个断路器，配电装置结构也较简单。 按中间横向桥接母线位置不同可

13、分为： 内桥形 外桥形 能满足牵引变电所的可靠性，具有一定的运行灵活性，使用电器少，建造费用低，结构上便于发展为单母线或带旁路母线的单母线接线。,附1.2.3 无母线接线,（1）.内桥,当任一线路故障或检修时，不影响变压器的并列工作。 在电气化铁道中，线路故障远比变压器故障多，故内桥接线在牵引变电所应用较广泛。 若两回电源线路接入系统的 环形电网，并有穿越功率通过桥 接母线，桥路断路器(QF)的检修 或故障将造成环网断开，为此可 在线路断路器外侧安装一组跨条， 如图中的虚线所示，正常工作时用 隔离开关将跨条断开。安装两组隔 离开关的目的是便于它们轮流停电检修。,（2）.外桥,外桥接线的特点与内

14、桥接线相反，当变压器发生故障或运行中需要断开时，只需断开它们前面的断路器1QF或2QF，而不影响电源线路的正常工作。但线路故障或检修时，将使与该线路连接的变压器短时中断运行，须经转换操作后才能恢复工作。 因而外桥接线适用于电源 线路较短、负荷不恒定、变压 器要经常切换(例如两台主变中 一台要经常断开或投入)的场合， 也可用在有穿越功率通过的与 环形电网连接的变电所中。,附1.2电气主接线的基本形式,单母线接线 1.单母线：简单，经济性好，可靠性低，适用于可靠性要求不高的1015kV地区符合； 2.单母线分段：提高了供电的可靠性与运行的灵活性； 3.带旁路母线的单母线：检修出线不停电。 双母线接

15、线 无母线接线 1.桥形接线 2.简单接线,某些中间式(或终端式)牵引变电所，如采用从输电线路分支连接(又称T型连接)的电源线路，且进线线路较短，变电所高压母线无穿越功率通过，在这种情况下桥形接线的桥路断路器没有任何作用，,考虑运行的灵活性，可在两电源线路间保留带有隔离开关的跨条，形成简单接线或称双T型接线。,2.简单结线或双T接线,2.简单接线或双T接线,与桥形接线相比，所用高压电器更少，配电装置结构更简单，线路继电保护也简单。,任一电源线路故障，则由输电线路(1SL或2SL)两侧继电保护动作，使两端断路器(3QF与5QF、4QF与6QF)跳闸而断开。,牵引变电所引入线的方式,又称牵引变电所

16、一次侧主接线方式。主要有以下3种，如图1-5所示。,小结,牵引变电所、分区所、开闭所、自耦变压器所、中心所、终端所、中间所、通过所、分接所的概念 电气设备的电气符号 电气主接线的基本要求 电气主接线的基本形式：单母线、双母线、无母线（桥型接线、双T接线）,牵引变电所主接线由两部分组成：高压侧和低压侧。 常见的牵引变电所高压侧主接线形式为双“T”接线，也有采用桥型接线的。 附1.3.1 牵引负荷及牵引供电系统的特点 1）接触网故障率高且无备用,对馈线断路器要求高 2）影响牵引侧接线的因素多；铁路的具体运行情况（运量、单复线、枢纽站场、馈线数目、负荷等）不同。,附1.3牵引负荷侧的电气主接线,3）

17、牵引网的供电方式（直供、BT、AT、CC）不同；牵引侧一般为单相母线； 4）馈线断路器动作频繁。 5)牵引变电所的主变类型（单、三、三二相）和备用方式不同； 牵引侧多采用单母线分段的接线形式。 馈出线与母线之间断路器采用100%或50%备用。,附1.3.2牵引侧母线的特点： 馈线结构简单，牵引侧均为单母线； 牵引母线为单相母线，只有两相； 要合理选择断路器的备用方式。 运行经验表明：母线较少故障和检修母线故障导致停电不突出，而接触网故障率高馈线QF跳闸多、检修多。,附1.3.3 断路器备用方式,每条馈线均设置备用QF的 单母线接线 （100%备用） 操作转换灵活简便，二次回路不用重新接线。 断

18、路器数目多，投资大 适合在馈线较少时采用。,单线区段27.5kV,单线区段55kV,具有公共备用QF的接线（50%备用） 两路馈线共用一台备用QF。 隔离开关倒闸操作繁琐。,附1.3.3断路器备用方式,单线区段27.5kV,至左臂,至右臂,单线区段55kV,复线区段,单母线带旁路母线接线 由旁路QF作为各馈线备用QF。 投资少，倒闸转换操作较繁琐。 适用于馈线数目较多的复线、靠近大型枢纽站向几个方向电气化铁路供电的单线牵引变电所。,附1.3.3断路器备用方式,附1.3.4 变压器备用方式,牵引变压器的备用方式: 移动备用：整个供电段管辖的几个牵引变电所设置一台或数台可移动的公共备用变压器，供运

19、行中的牵引变压器检修或故障时使用。 固定备用：安装固定的备用变压器，或者牵引变压器台数不变而增大变压器容量以使在正常情况下一台工作、一台备用(称为固定全备用)。,附1.3.4变压器备用方式,根据技术经济的全面比较，在一般牵引变电所不设专用铁路岔线作为变压器搬运、检修的情况下，对于三相牵引变压器采用固定全备用的方式是有利的和可取的。对于单相或V形结线的牵引变电所，一般增加一台固定备用变压器，在牵引负荷侧电气接线只增加一路电源进线及断路器与配电间隔，比较简单。 而采用移动备用变压器情况下，对单相或V-V型结线的单相变电所牵引侧电气接线的构成，将产生较大的影响。,附1.3.5 变压器低压侧主接线,小

20、结,牵引变电所、分区所、开闭所、自耦变压器所、中心牵引变电所、终端牵引变电所、中间牵引变电所、通过式牵引变电所、分接式牵引变电所的概念 电气设备的电气符号 电气主接线的基本要求 电气主接线的基本形式：单母线、双母线、无母线（桥型接线、双T接线）,小结,牵引负荷侧电气接线的特点 断路器的备用方式、DF/DN/AT和单复线以及变压器的接线等要求下的接线方法,附1.3.6 牵引负荷侧补偿电容接线,附1.3.7 牵引负荷侧电力变压器接线,附1.3.8 牵引负荷侧自用电变压器接线,附1.4 牵引变电所电气主接线举例,中心牵引变电所电气主接线 中间及终端式牵引变电所电气主接线 外桥接线 简单接线 AT（自

21、耦变压器）供电系统牵引变电所电气主接线 三相三绕组十字交叉接线 斯科特接线,中心牵引变电所,牵引变电所既给近区的牵引负荷及其他负荷供电，又通过高压母线馈出若干电源线路给邻近其它牵引变电所和地区变电所。 110kV QF数目较多，为使检修QF时不致停电，因此110kV电压侧采用带旁路母线的单母线分段接线。 主变采用两台单相变压器VV形结线，分别接两个分段母线。 高低压母线都设有供测量仪表与继电保护用的电压互感器、过电压保护用的阀型避雷器。,中心牵引变电所,为了停电检修时能方便地安全接地，线路隔离开关都带有接地刀闸，借助于机械联锁装置，保证在主刀闸从电路中隔断后接地刀闸才能闭合。 牵引负荷采用带辅

22、助母线的单母线接线，采用手车式断路器。连接有三相地区负荷变压器3B(27510KV)和两台单相自用电变压器。辅助母线是考虑移动变压器作备用时而设的。 正常情况下1M、2M并列运行，QFP闭合，3QS打开，PM带电。 检修2QF，合3QS断QFP断2QS、合2QSP将QFP继电保护转换为线路保护合QFP、断2QF断2QF两端隔离开关检修2QF。,附1.4牵引变电所电气主接线举例,中心牵引变电所电气主接线 中间及终端式牵引变电所电气主接线 外桥接线 简单接线 AT（自耦变压器）供电系统牵引变电所电气主接线 三相三绕组十字交叉接线 斯科特接线,外桥牵引变电所,外桥接线牵引变电所,高压侧采用外桥接线，

23、设有两台并联运行的三相主变压器（星角接地型）。 馈线数目较少，故牵引母线采用单母线形式。 负荷侧采用手车式断路器以简化设备。 供单线铁路使用。 馈线断路器100备用。 高压母线可以通过穿越功率，向相邻变电所供电。,附1.4牵引变电所电气主接线举例,中心牵引变电所电气主接线 中间及终端式牵引变电所电气主接线 外桥接线 简单接线 AT（自耦变压器）供电系统牵引变电所电气主接线 三相三绕组十字交叉接线 斯科特接线,简单接线牵引变电所,简单接线牵引变电所,又称双型接线，一般设两台三相主变压器，一备一用，进线用隔离开关。 牵引母线采用单母线用隔离开关分段带旁路母线的形式，并设有室外辅助母线，分相布置。

24、负荷侧采用手车式断路器以简化设备。 供复线线铁路使用。,简单接线牵引变电所,高压侧不设线路继电保护，无自动装置，电压互感器一般用于电量计量。 分段主母线正常情况下并列运行。 主母线上两个分段隔离开关的作用是便于隔离开关本身轮流检修时隔断电压。,分接式牵引变电所: 110kV侧采用双T接线、27.5 kV侧采用单母线接线的单线铁路三相牵引变电所,双T接线,1、单线区段：,1#馈线,2#馈线,2、复线区段,馈线侧停送电操作程序,站场停电操作： （1）断开211； （2）断开2111； （3）断开2114； （4）闭合2111； （5）闭合211。,站场送电操作： （1）断开211； （2）断开21

25、11； （3）闭合2114； （4）闭合2111； （5）闭合211。,附1.4牵引变电所电气主接线举例,中心牵引变电所电气主接线 中间及终端式牵引变电所电气主接线 外桥接线 简单接线 AT（自耦变压器）供电系统牵引变电所电气主接线 三相三绕组十字交叉接线 斯科特接线,AT（自耦变压器）供电系统牵引变电所主接线 AT牵引供电系统采用的是2*25kV电压供电，一般采用三相-二相变压器，即平衡变压器，这种供电方式的每个供电臂的供电距离可以达到约50km。由正馈线、负馈线（回流）和钢轨形成电能的通路。通常每隔10km设置一座AT站。 AT牵引供电系统的牵引变压器多采用如SCOTT、十字交叉、当量平衡

26、结线的变压器。 这种牵引变电所总的来说，在主接线上没有特殊的地方。,十字交叉牵引变电所,十字交叉牵引变电所,用于AT供电系统。 大秦线采用。 两台三相三绕组变压器，一备一用。 电源双进线，不设外跨条。 牵引母线采用单母线分段，馈线断路器为50备用。 无需在出线处设馈线自耦变压器。,附1.4牵引变电所电气主接线举例,中心牵引变电所电气主接线 中间及终端式牵引变电所电气主接线 外桥接线 简单接线 AT（自耦变压器）供电系统牵引变电所电气主接线 三相三绕组十字交叉接线 斯科特接线,AT牵引变电所,AT牵引变电所,用于AT供电系统。 京秦线采用。 两台斯科特变压器，一备一用。 电源双进线，不设外跨条。

27、 牵引母线采用单母线分段，馈线断路器为50备用。 变压器二次绕组无中心抽头，需在出线处加装馈线自耦变压器。 动力负荷由5510kV逆斯科特结线动力变压器供给。,开闭所、分区所主接线及其功用 1.开闭所主接线 开闭所的作用在于把供电系统划分为若干个区，以便在检修或电路出现故障时把停电限制在一个较小的范围内，所以实际上是一个与配电所类似的东西，主要类型有以下两种：,1）在电气化枢纽地区，设置开闭所，用于把从牵引变电所引来的馈线再作为开闭所的电源进线，这种开闭所通常采用单母线或单母线分段接线形式； 2）在AT供电系统中，设置开闭所，用于把供电区域划分为若干个小的区域。 2.分区所主接线 分区所常见于

28、复线牵引供电系统中，其功能有二： 1）.对接触网末端在必要时进行并联，以提高接触网末端电压水平； 2）.实施必要时的越区供电。,分区所的主接线形式主要有两断路器、三断路器 和四断路器接线几种。 图1-11 三断路器分区所接线示意,附1.5 确定主接线方案的技术经济分析与比较,主接线方案的确定主要地受到技术方面的因素 和经济方面的因素的影响。 在工程设计中，一般要根据设计任务提出若干个 方案，对每个方案分别分析其技术特点和经济指标， 最后进行比较分析，从中确定较优的方案。 1、主变压器类型、容量和台数选择及其备用方式问题 主变压器是一座牵引变电所的核心，影响到整个 工程的技术经济指标。,主变压器

29、的容量确定在供电系统课程中介绍。 牵引供电系统的供电方式一般来说也是在方案论 证阶段就已经确定的，需要根据现行运能的需求、 对运能需求的预测、对电源的调查以及整个工程的 地理环境等方面的分析后确定。 主变压器结线形式 主变压器容量、台数和备用方式 主变压器容量、台数和备用方式是互相关联的。 固定备用、移动备用。 2、有关主接线方案的若干技术原则与要求 技术原则,1）牵引变电所必须有两回电源供电，这两回电源线可以从不同发电厂或变电站获得，也可以从同一发电厂或变电站中的不同母线获得； 2）采用从较高电压等级的变电站母线获得电源， 一般来说，110kV或220kV电压等级； 3）如果存在地区负荷，则

30、必须考虑地区负荷对牵引负荷的影响。 对电能质量的技术要求 有些电能质量指标，不是我们能考虑的，如工频偏移、年平均停电时间等，因此对于电能质量的技术要求，从以下三个方面考虑：电压损失、电能损失和三相电压不平衡度，可以通过潮流计算确定,是否满足要求，其中的电压损失对电力机车的正常运行有很大的影响，要根据运行机车型号确定接触网最低电压；电压不平衡度，校验是否超过国家允许标准，如果超过允许值，则要采取相应的技术措施。 3、经济比较 在进行完技术分析比较后，还要计算考虑方案在经济上的合理性，每一个方案的经济性都包含两个方面。 一次投资 设备投资、安装费用（含配电装置）、占地和土石方工程费用等综合造价。,年运行费用 变压器电能损耗费、变压器和配电装置的折旧 费、设备的管理和维