牵引变电所基本知识 Document serial number【UU89WT-UU98YT-UU8CB-UUUT-UUT108】
XXX供电段教育培训教材牵引变电所基本知识
2012年
目录
第一章电力牵引供电系统组成
用电能做为铁路运输动力能源的牵引方式称为电力牵引。电气化铁路沿线设置一套完善的、不间断地向电力机车供电的设备，通常将这种完整的、可靠的工作系统称为电力牵引供电系统。电力牵引供电系统由地方发电厂、110KV高压输电线、牵引变电所、馈电线、接触网、轨地回流线等组成。
在电气化铁路沿线，为了保证可靠供电、检修方便，每隔一定的距离就会分布着具有一定功能的所亭，有牵引变电所、分区亭、开闭所、AT所组成。
一、牵引变电所
牵引变电所是电气化铁路的心脏，其作用是将110KV（220 KV）三相交流电变换成（或55）KV单相工频交流电，并供给电力牵引网和电力机车，此外，有少数牵引变电所还需担负10KV动力负荷。所以，牵引变电所具有三个主要功能：接受三相电能；降压分配电能；减相以单相馈出供给牵引网。
二、分区亭
在电气化铁道上，为了提高运行可靠性，增加供电工作的灵活性，在相邻变电所供电的相邻两供电分区的分界处常用分相绝缘器断开，若在断开处设置开关设备和相应的配电装置，则组成分区亭。
在复线电气化区段，分区亭的主要功能：
（1）使同一供电臂上的上、下行接触网并联工作或单独工作。当并联工作时，分区亭内的断路器闭合以提高接触网的末端电压；单独工作时，断路器打开。
（2）同一供电臂上的上、下行接触网（并联工作）发生短路事故时，由牵引变电所相应的馈线断路器和分区亭中的断路器配合动作，切除事故区段，缩小事故范围。非事故区段仍可正常供电。
（3）当某牵引变电所全所停电时，可闭合分区亭中的越区隔离开关，有相邻牵引变电所向停电牵引变电所进行越区供电。
总之，分区亭的作用是：对单线牵引网，使两相邻供电臂单独工作或实现越区供电。对双线牵引网，使上、下行接触网并联，提高末端电压，缩小事故范围和必要时的越区供电。
三、开闭所
在远离牵引变电所的大宗负荷，如枢纽站、电力机务段、站场等需要多条馈电线向这些接触网分组供电时，一般采取建立开闭所的办法进行解决。
所谓开闭所，是指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所，一般有两条进线，然后多路馈出向枢纽站场接触网各分段供电。进线和出线均经过断路器，以实现接触网各分段停、供电灵活运行的目的。又由于断路器对接触网短路故障进行保护，从而可以缩小事故停电范围。
其作用是增加馈线数目，将主线接触网与分支接触网分开，缩小事故范围，提高供电可靠性，保证枢纽站、站场装卸作业和接触网分组检修的灵活性和安全性；降低牵引变电所的复杂程度。还可实现上下行纽接，保证在事故情况下供电，正常情况下纽接有利于改善牵引网电压水平，降低电能损失。
四、AT所（自耦变压器站）
牵引网采用AT供电方式时，在铁路沿线每隔10km左右设置一台自耦变压器相应的配电装置，该设置处所称做AT所。其作用是提高供电能力。
五、牵引网供电方式的分类：
1、按分区运行状态：单边供电、双边供电。
2、按设备类型分类：直接供电方式、BT（吸流变压器）供电方式、AT（自耦变压器）供电方式。
知识点一、电力牵引、电力牵引供电系统；
知识点二、牵引变电所及其主要功能；
知识点三、分区亭、开闭所、AT所。
1、什么是发电厂、变电所、电力系统和电力网
2、变电所分哪些类型
3、牵引变电所中常用的额定电压有哪些
4、牵引供电系统有哪几部分构成其作用是什么
5、牵引供电的方式有哪几种分别具有什么特点
第二章牵引变电所的设备及电气接线
一、牵引变电所的设备
牵引变电所中，直接生产、输送和分配电能的设备称为一次设备。
牵引变电所一次设备主要有：牵引变压器、断路器、隔离开关、电压互感器、电流互感器、自用电变压器、母线、避雷器、电抗器、电容器、接地装置等。
牵引变电所中，对一次设备的工作进行控制、保护、监测和测量的设备称为二次设备。
二、牵引变电所的电气接线
牵引变电所(包括分区亭、开闭所、AT所等)，为了完成接受和分配电能的工作，设备按照一定的顺序连接组成。其电气接线可分为两大部分：一次接线(主接线)和二次接线。
主接线是指牵引变电所内一次主设备(即高压、强电流设备)的联接方式，也是变电所接受电能、变压和分配电能的通路。其功能为：它反映了牵引变电所的基本结构和功能；运行中表明电能的输送和分配关系、一次设备的运行方式。
主接线是根据变电所的容量规模、性能要求、电源条件及配电出线的要求确定的，电气主接线应在电路转换、设备检修、事故处理等情况下，保证向牵引负荷可靠供电。
二次接线是指牵引变电所内二次设备(即低电压、弱电流的设备)的联接方式。其作用是对主接线中的设备工作状态进行控制，监测、测量以及实现继电保护与远动化等。二次接线对一次主设备的安全可靠运行起着重要作用。
知识点一、变电所内一次设备、一次接线；
知识点二、变电所内二次设备、二次接线
1、什么是变电所的电气主接线与二次接线有什么区别
第三章牵引变压器
一、牵引变压器概述
牵引变电所内的变压器，根据用途不同，分为主变压器(牵引变压器)、动力变压器、自耦变压器(AT)、所用变压器几种；根据接线方式不同，又有单相变压器、三相变压器、三相-二相变压器等。
尽管变压器的类型、容量、电压等级千差万别，但其基本原理都是一样的，其作用都是变换电压，传输电能，以供给不同的电负荷。
主变压器：是牵引变电所内的核心设备，担负着将电力系统供给的110KV或220KV的三相电源变换成适合电力机车使用的的单相电。由于牵引负荷具有极度不稳定、短路故障多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电力负荷恶劣的多，因此要求牵引变压器过负荷和抗短路冲击的能力要强，这也是牵引变压器区别于一般电力变压器的特点。
动力变压器：一般是给本所以外的非牵引负荷供电，电压等级一般为110或55KV/10KV，容量从几十至几千KVA不等。
自耦变压器(AT)：是AT供电的专用变压器，自身阻抗很小，一般沿牵引网每10～20km设一台，用以降低线路阻抗，提高网压水平及减少通信干扰。
所用变压器(又称自用电变压器)：是给本所的二次设备、检修设备以及日常生活、照明负荷供电的设备，电压一般为或10/或或10/，容量从几十至几百KVA不等。
二、变压器的工作原理
变压器是根据电磁感应原理，将交流电的电压和电流升高或降低而使其频率保持不变的电能转换设备。即是一种按电磁感应原理工作的电气设备。我们把变压器接电源的一侧叫一次侧，也叫原边；一次侧线圈叫一次线圈，也叫原线圈。把变压器接负载的一侧叫二次侧，也叫副边；二次侧线圈叫二次线圈，也叫副线圈。
三、牵引变压器的组成
牵引变压器主要部件：铁芯，一、二次线圈，油箱，高、低压绝缘套管，油枕，分接开关，呼吸器，防爆管，散热器，瓦斯继电器，温度计等部分组成。
（1）铁芯：是变压器最基本的组成部分之一，它由硅钢片叠装而成，变压器的一、二次线圈都绕在铁芯上。
（2）线圈：用铜线或铝线绕成圆筒形的多层线圈，有一次侧线圈和二次侧线圈，都绕在铁芯柱上。导线外边用纸或纱布等绝缘。
（3）油箱：是变压器的外壳，内部充满变压器油，使铁芯与线圈浸在变压器油内。变压器油的作用是绝缘与散热。
（4）绝缘套管：变压器各侧引线必须使用绝缘套管，为了线圈的引出线从油箱内引到油箱外，使带电的引线穿过油箱时与接地的油箱绝缘。绝缘套管有纯瓷和充油等不同种类。
（5）油枕：变压器油因温度变化会发生热胀冷缩现象，油面也将随温度变化而上升或下降。油枕的作用就是储油与补油，使油箱内保证充满油，同时油枕缩小了变压器与空气的接触面，减少油的劣化速度。油枕侧面的油位计，还可以监视油的变化。
（6）呼吸器：油枕内空气随变压器油的体积膨胀或缩小，排出或吸入的空气都经过呼吸器。呼吸器内装有干燥剂（硅胶）来吸收空气中的水分，过滤空气，从而保持油的清洁。
（7）防爆管：现多用压力释放器替代，装于变压器顶盖上。变压器内部故障时，油箱内温度升高，产生大量气体，压力也增大，油和气体便冲破防爆管口薄膜向外喷出，防止变压器油箱爆炸或变形。
（8）散热器：当变压器上层油和下层油产生温差时，通过散热器形成油的对流，经散热器冷却后流回油箱以降低变压器温度。为提高冷却效果可采用风冷、强迫油循环风冷、强迫油循环水冷等措施。
牵引变压器多采用风冷式，在散热器框内，装上冷却风扇，以加速散热器内油的冷却。
（9）瓦斯继电器：装在油箱与油枕的连接管上。当变压器内部严重故障时，接通跳闸回路；当变压器内部不严重故障时，接通信号回路。瓦斯保护是变压器内部故障的主保护。
（10）温度计：用来测量油箱里上层油温，监视变压器是否正常运行。
四、变压器的技术参数
变压器的额定容量（Pe）、额定电压（Ue）、额定电流（Ie）、变比
额定容量（Pe）——指变压器在厂家铭牌规定的条件下，在额定电压、电流连续运行时所输送的容量。单位为千伏安（kVA）。计算公式是：三相变压器 Pe=Ue·Ie·COSΦ
单相变压器 Pe=Ue·Ie
额定电压（Ue）——指变压器长时间运行时能承受的工作电压。
额定电流（Ie）——指变压器在额定容量下，允许长期通过的电流。
变比——即变压器电压比，指变压器各侧的额定电压比。如：变压器的变比为110千伏／千伏，就说明一次额定电压为110千伏，二次额定电压为千伏。
变压器在图纸中的符号是用字母“B”表示。
变压器的连接组别：为了表明三相变压器两侧线电压的相位关系，将变压器接线分为若干组，称为连接组别。按时钟方式一般以变压器一次侧的线电压的向量做长针，固定在12点钟，以二次侧线电压向量做短针（时针），其所指的点数，即为该组别的标号。
变压器并列运行必须满足的条件是：
（1）连接组别相同；
（2）一、二次侧额定电压分别相等（变比相等）；
（3）阻抗电压相等。
当不符合并列条件时会引起的后果：
（1）、连接组别不同时，各台变压器二次线电压相位不同，至少相差30度，由于存在这个相位差，将产生很大的电压差，这个电压差将在线圈中产生很大的环流，会使变压器严重损伤，甚至烧坏。因此连接组别不同的变压器绝对不能并联。
（2）、变比不等的变压器并联时，其二次侧线圈感应的电势不等，会产生电势差，变压器二次线圈间也将有环流存在，因此要求并联变压器的变比相等。
（3）、两台阻抗电压不等的变压器并联时，阻抗电压大的负载分配少。当这台变压器满载时，另一台阻抗电压小的变压器就要过载，因而要求并联变压器阻抗电压相等。
五、变压器的巡视及检查项目
1、变压器除巡视一般项目外，还应注意以下几点：
（1）防爆管口薄膜应无破裂，密封良好；
（2）呼吸器内应无油，干燥剂颜色应正常；
（3）冷却装置、风扇电机应齐全，运行正常；
（4）回流线要连接良好，零序系统设备应无异常。
2、主变压器的特殊检查项目：
（1）大风时，检查变压器高压引线接头有无松动，变压器顶盖及周围有无杂物可能吹上设备。
（2）雾天、阴雨天应检查套管瓷瓶有无电晕、闪络、放电现象。
（3）雷雨、暴雨后应检查套管瓷瓶有无闪络、放电痕迹，避雷器及保护间隙的动作情况。
（4）下雪天应检查套管积雪是否溶化，并检查其溶化速度。
（5）夜间应检查套管引线接头有无发红、发热现象。
（6）大修及新安装的变压器投运后几小时应检查散热器排管的散热情况。
（7）天气趋冷应检查油面的下降情况。
（8）瓦斯保护动作时要对变压器进行全面检查。
3、变压器出现下列情况之一者，立即将其切除：
（l）变压器音响很大且不均匀或有爆炸声；
（2）油枕或防爆管喷油；
（3）冷却及油测量系统正常，但油温较平常相同条件下运行时高出10摄氏度以上或不断上升时；
（4）套管严重破损或放电；
（5）由于漏油致使油位不断下降或低于下限；
（6）油色不正常或油内有碳质等杂物；
（7）变压器着火．；
（8）重瓦斯保护动作；
（9）由于变压器内部故障引起差动保护动作。
知识点一、牵引变压器种类、作用；
知识点二、变压器工作原理、组成；
知识点三、变压器技术参数；
能力点一、变压器巡视和检查项目；
能力点二、变压器异常时应采取的措施。
1、你所在的变电所主变额定容量、电压、电流和变比各是多少
2、你所在的变电所中变压器有几类其用途是什么
3、变压器各主要部件的作用各是什么
第四章高压断路器
高压断路器又叫高压开关，它是变电所的重要设备之一。断路器具有灭弧功能，可切断或闭合高压电路的空载电流与负荷电流。在系统发生故障时，与保护装置、自动装置配合，迅速切断故障电流，减小停电范围，防止事故扩大，实现自动重合闸，减少故障停时，保证供电可靠性。
一、高压断路器的分类：
1、按灭弧原理，灭弧介质不同可分为：
（1）油断路器（包括多油断路器与少油断路器）；
（2）空气断路器；
（3）磁吹断路器；
（4）真空断路器；
（5）六氟化硫断路器。
2、按操作机构性质可分为：
（1）电动操作机构断路器；
（2）液压操作机构断路器；
（3）气动操作机构断路器；
（4）弹簧储能操作机构断路器；
（5）手动操作机构断路器。
3、按安装地点可分为：
（l）户内式断路器；
（2）户外式断路器；
（3）防爆式断路器。
高压断路器在图纸中的符号是用字母DL表示。
二、高压断路器主要结构
高压断路器主要结构大体分为：导流部分、灭弧部分、绝缘部分、操作机构部分、框架支持和固定部分。
当高压断路器切断电路时，触头虽已分开，但电流靠触头间的电弧维持，电路仍处于接通状态，电弧产生的高温会烧损触头，使其附近的绝缘遭到破坏，电弧长久不熄，还会引起断路器爆炸。因此断路器装有灭弧装置，以达到灭弧的目的。
三、高压断路器的主要技术参数
（1）额定电压U
N
断路器正常、长期工作的电压称为额定电压。一般指线电压。U
的大
N
小主要决定于断路器的绝缘。
（2）额定电流 I
N
在标准环境温度下，电气设备长期通过的、发热不超过允许值的最大负荷电流称为额定电流。
（3）额定断流容量：表示断路器的开断能力。
（4）分闸时间：在额定操作电压或压力下，从断路器分闸线圈带电开始至三相电弧完全熄灭为止，这段时间称为分闸时间。
（5）合闸时间：在额定操作电压或压力下，从断路器合闸线圈通电开始至主触头刚接触为止，这段时间称为合闸时间。
四、真空断路器的主要特点：
真空断路器是利用真空做为灭弧与绝缘介质的，其优点主要有以下四点。
（1）真空断路器利用真空扩散灭弧，有很高的断流能力（又称为自然灭弧方式），断路器处于分闸位置时，若触头间发生击穿，无论何时都具有与断路器分闸时相同的开断能力。所以发展性故障与多次雷击的情况对真空断路器不会构成威胁，仍能断开。
（2）真空断路器的电弧电压很低，触头间的电磨损很轻微。只要触头烧损不大于允许的烧损量，但能满足规定的耐压要求，断路器则仍然具有开断电弧的能力。
（3）不产生有害气体，装配容易，维护简单。
（4）灭弧室采用对电弧有强大的电磁推力的触头结构，以驱使电弧高速旋转，防止电弧集中燃烧，迫使电弧在电流自然过零时熄灭，灭弧室结构具有散热效果好，电场分布均匀，不受其它因素影响，外形尺寸小的优点。
知识点一、高压断路器分类；
知识点二、高压断路器技术参数；
知识点三、真空断路器的特点