电气化铁路供电系统课件

电气化铁路供电系统
一，电气化铁道牵引供电系统设置
将电能从电力系统传送到电力机车的电力设备，总称为电气化铁 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。
供电系统示意图
发电厂(1)发出的电 流，经升压变压器(2)提 高电压后，由高压输电 线(3)送到铁路沿线的牵 引变电所(4)。在牵引变 电所里把电流变换成所 要求的电流或电压后， 经馈流线(5)转送到邻近 区间和站场线路的接触 网(6)上供电力机车使用。
• 供电能力：满足在不同牵引工况下电能的输 送。关键点：牵引供电臂末端电压水平。
• 运行方式的灵活性：在确保供电的前提下， 为设备的检修、运行方式的调整等提供灵活 的操作方式。改变运行方式的动作迅速。
• 完备的确保一次系统运行可靠性的措施。
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 • 机车过分相问题 • 接地问题 • 继电保护问题 • 弓网关系问题 • 绝缘配合问题 • 电磁兼容问题
机车在过电分相时，其过程可举例说明 为：受电弓由带电的接触导线（a相）滑入中 性段，中性段由两台断路器分别连接到分相 两侧的带电部分，在机车进入中性段时，先 使中性段带电（a相），当机车接近分相另一 侧带电导线（b相）时，断开a相电，延时使 中性段带b相电，保证机车顺利运动到b相。
（4）牵引变电所的供电安全
a）电网向牵引变电所供电：我国电气化铁路为国家一级电力负 荷。因此，每个牵引变电所都采用两路输电线供电，且两路输电线有 各自的杆塔、走线，以保证在一路输电线发生故障时，牵引变电所供 电不致于长时间中断。牵引变电所内还装有各种控制、测量、监视仪 表和继电保护装置等。
b)牵引变电所向接触网供电：目前。供电方式有两种，即单边供 电和双边供电。在单边供电方式下，接触网在相邻两个牵引变电所之 间的中央部位是断开的，将两个牵引变电所之间的接触网分成为两个 供电分区，电力机车只从一个牵引变电所取用电能。单边供电的操作 和保护都比较简单，故障范围也比较小，所以我国电气化铁路接触网 普遍采用单边供电方式。
80~：
• 直供方式、BT供电方式、AT供电方式等。 • AT供电方式的优点：供电距离长、通信干扰小、
供电功率大等。
• 目前常速电气化铁路的供电方式多为直供+回流 线的方式，高速和重载电气化铁路多采用AT供电 方式
对牵引供电系统的基本要求：
• 可靠性：一级负荷、电源为双电源、电源接 入电压等级高（110kV、220kV、330kV）、两 座主变压器、馈出断路器备用。可靠性薄弱 环节：接触网系统（无备用、在运动中列车 作用下容易发生故障）。弥补措施：必要时 实施越区供电（越区供电时，由于供电能力 不足，列车无法按正常运行图运行）。
2 牵引网
通常，将接触网、钢轨、回流线构成的线路称为牵引网。接触网 和钢轨是牵引网的主体。
接触网（图3-54）是架设在电气 化铁路上空，向电力机车供电的一种 特殊形式的输电线路，其质量和工作 状态直接影响电气化铁路的运输能力。
接触网根据其接触悬挂类型，可 以分为简单接触悬挂和链形接触悬挂 两类。
图3-54 接触网
电力部门要求大工业用户的功率因数达 到0.9以上，高出部分奖励、低于该数值将罚 款。
整改措施：加功率因数补偿装置，困难 在于负荷波动导致功率因数大范围波动，难 以达到理想的补偿效果。
交-直-交机车的功率因数基本接近1.0。
但我国电气化铁路仍然存在大量的 交-直机车，所采用的功率因数动态补 偿装置由于电力电子技术、器件造价等 问题，仍然无法大规模应用。
链形接触悬挂是将接触 导线通过吊弦挂在承力索上。
简单接触悬挂是将接触导线 直接固定在支持装置上的悬挂 类型。
图3-55 链形接触悬挂
图3-56 简单接触悬挂
二牵引供电系统原理概述
图1、牵引供电系统示意图
●牵引供电系统的主要组成部分：
电源进线、牵引变压器、高压开关设备、导线、 绝缘子、电压互感器、电流互感器、避雷器、 馈出线等。 ●牵引供电系统主要指标 供电电压：27.5kV，2×27.5kV 供电频率：50Hz 变电所间距：40~50km（直供方式）
谐波问题
整改措施：在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：谐波电流问题一直是铁路部门 和电力部门之间争论的焦点问题。
负序电流问题
牵引供电系统的负荷为单相负荷，导致 从电力系统三相去用的电能不平衡，从而向 电力系统注入负序电流。
负序电流的危害：降低用户电能的利用 率，引起用户旋转电机转子表面温升过高。
整改措施：牵引供电系统采用换相方式 接入电力系统，采用新型供电方式。
限制：电力部门一直在对牵引供电系统 注入电力系统的负序电流进行限制。
功率因数问题
列车从牵引供电系统取用的电能会随着 列车牵引定数、路况（限坡、弯道）、运行 图、司机操作技术等因素的影响，因此改变 列车取用的有功功率和无功功率，导致功率 因素发生变化。
谐波问题
无论是整流型机车，还是交-直-交机 车，都会向供电系统注入谐波电流，前 者注入的是低频的谐波电流（以3、5、7 次谐波为主），后者注入的是高频的谐 波电流（以15到21次谐波为主）。
谐波电流注入供电系统带来的危害： 1、对通信设备（系统）、控制设备（系 统）的可靠性带来不利因素；
2、降低用电设备的运行效率。
机车过分相问题
在牵引变电所中，通常是把电力系统的 电能由高压降低为牵引供电系统所需要的电 压，同时把三相系统转变为两相系统，该两 相系统分别向牵引变电所两侧供电，因此， 列车在通过某些点时，需要从一相（如a相） 过渡到另外一相（如b相），在这两相之间需 要设置一个绝缘断口，这就是电分相。
与之相关的还有电分段，在同相之间设 置的绝缘断口。
图3-53 电力牵引系统的组成
1 牵引变电所
（1）定义 牵引变电所是设置于电气化铁路沿线，安装有受电、变电、配电 设备的建筑物。 （2）任务 牵引变电所的任务是将电力系统高压输电线输送来的110千伏 （或220千伏）的三相交流电，变压为27.5千伏的单相交流电，向其 邻近区间和所在站场线路的接触网送电，保证可靠而又不间断地向接 触网供电。 （3）设备 在牵引变电所里，主要设有主变压器、电压互感器、电流互感器、 高压断路器、各种高压隔离开关以及避雷器等电气设备。