供电系统课件1

电气化铁道供电系统张丽zhangli@教学内容第1章绪论电力系统基本概念、牵引供电系统概述第2章电力牵引与电气计算牵引计算，馈线电流第3章牵引变压器接线及其电气量分析单相牵引变压器、Vv接线牵引变压器、YNd11接线牵引变压器三相-两相平衡接线牵引变压器第4章牵引变压器容量选择牵引变压器容量计算校核容量与安装容量的确定教学内容（续）第5章牵引网阻抗单线牵引网阻抗计算，复线牵引网阻抗计算第6章牵引网电压水平与改善方法牵引变电所电压损失计算牵引网电压损失计算，串联电容补偿第7章牵引变电所负序电流及其影响计算单相牵引变电所负序电流三相牵引变电所负序电流三相－两相牵引变电所负序电流第9章并联无功补偿第11章AT供电系统参考教材李群湛、贺建闽编著.《牵引供电系统分析》西南交通大学出版社，2007曹建猷著. 《电气化铁道供电系统》中国铁道出版社，1983简克良主编.《电力系统分析》.西南交大出版社，1992李群湛著. 《牵引变电所供电分析及综合补偿技术》中国铁道出版社，2006李群湛著.《电气化铁道并联综合补偿及其应用》中国铁道出版社，1993李群湛连级三高仕斌编著. 《高速铁路电气化工程》西南交通大学出版社，2006第1章绪论1.1 电气化铁道发展概况1.2 电力系统基本概念电力系统简介电力系统元件参数和短路容量1.3 牵引供电系统概述牵引供电系统的构成牵引负荷特点一次（原边）系统的供电方式（外部供电方式）牵引供电系统对外部电源的要求内部供电方式（按牵引网设备类型的分类）牵引网的运行方式1.4 牵引供电系统设计概述第1章绪论1.1 电气化铁道发展概况一、电气化铁路发展历史1825年英国人修建了世界上第一条铁路，开创了人类轨道交通新纪元。

我国于1881年修建第一条铁路——唐山至胥各庄煤矿铁路，1909年由詹天佑工程师主持的我国第一条自主设计修建的铁路——京张铁路通车，拉开了我国铁路发展的序幕。

最早的蒸汽机车照片1879年，在柏林的世博会上，西门子和哈尔斯克制作展出了约550m的电气化铁路，人类第一次采用电力来牵引列车。

西门子和哈尔斯克制作的电气化铁路实验照片1881年5月，德国在柏林近郊的利希特菲尔德修建的一条长2.45km的电气化铁路投入运行，这是世界上第一条商业运行的电气化铁路，开启了铁路电力牵引的新时代。

20世纪初期，电气化铁路在世界各地得到迅速发展。

二、电气化铁路供电制式早期电气化铁路主要采用直流750V、1500V供电制式，上世纪30年代后开始采用直流3000V供电制式。

1950年法国在埃克斯.累.班—里亚罗什休尔伏龙区段试建的25kV工频单相交流电气化铁路成功，25kV工频单相交流制在世界广泛推广，我国电气化铁路全部采用25kV工频单相交流制。

目前世界电气化铁路主要有以下3种供电制式：（一）1.5kV、3kV直流制意大利、波兰、南非、西班牙、巴西、捷克、斯洛伐克，比利时、智利等国家主要采用3 000 V直流制（二）15kV 162/3Hz低频单相交流制德国、瑞典、奥地利、挪威等（三）25kV工频单相交流制俄罗斯、法国、日本、印度、英国、南斯拉夫、罗马尼亚、保加利亚、匈牙利和中国等大多数国家三、世界电气化铁路概况电气化铁路牵引动力大，能源利用率高，并能够综合利用能源，对环境污染小，具有其他牵引动力无可比拟的优越性。

采用电力牵引，能够减少对石油资源的依赖，减轻铁路运输对环境的影响，适应可持续发展，是铁路牵引动力的发展方向。

在石油资源逐渐枯竭，环保呼声日益高涨的今天，发展电力牵引具有十分重要的意义。

到2000年底，全世界电气化铁路总里程已达262179km，占世界铁路总营业里程1208843km的21.7%，承担世界铁路总运量的50%以上。

欧洲等发达国家电气化率约在50%，承担的运量比重在80%以上。

世界主要国家电气化铁路统计表序号国家铁路总里程电气化里程供电制式1俄罗斯8.8 4.125kV工频单相交流、直流2德国 4.7 2.115kV 16 2/3Hz单相交流3中国7.5 2.025kV工频单相交流4日本 2.8 1.720kV、25kV工频单相交流、直流5法国 3.4 1.525kV工频单相交流、直流6印度 6.4 1.425kV工频单相交流7南非 2.4 1.225kV工频单相交流、直流8波兰 2.5 1.23kV直流9意大利 2.0 1.125kV工频单相交流、直流单位：万公里世界第一条高速电气化铁路——日本东海道新干线（东京－新大阪）于1964年10月建成通车，最高时速210km/h，开创了高速铁路的先河。

随着1983年9月，法国东南高速线（巴黎－里昂）建成通车，掀起了世界高速铁路建设的高潮。

随后德国、西班牙等国家也开始大力发展高速铁路，到目前为止全世界已建成高速铁路约6050km。

德国1964年开始，新干线总长度达1835公里，高速列车客运量为世界之最。

高速铁路是指由新一代列车提供的时速在200～350km 甚至更高的铁路快速运营服务。

法国日本1983年开通第一条现代化高速铁路，高速列车TGV 运行速度为300～350km/h ，最高试验速度为515.3km/h1985年开始研究ICE 高速列车，1991年投入运营, 有高速铁路700多公里，高速列车最高运行速度达330km/h257315768155462468852181542650010001500200025003000日本法国德国西班牙意大利比利时法国/英国瑞典丹麦韩国世界高速铁路的已投入运营里程(2005年)四、我国电气化铁路概况我国第一条电气化铁路——宝成铁路宝鸡至凤州段，于1961年8月15日建成通车。

我国电气化铁路发展初期，主要局限在隧道多、坡度大的山区铁路。

到1980年底，共建成电气化铁路1676km。

发展速度十分缓慢。

改革开放后，电气化铁路开始从山区向平原，由标准低的边远地区铁路向主要长大干线、重载、高速发展。

到2005年底，我国电气化铁路已达20132公里。

电气化率为27%，承担的运量比重近50%。

根据2004年国务院批准的《中长期铁路网规划》，到2020年，我国铁路总里程将达到100,000km ，其中电气化50,000km ，主要干线铁路将实现电气化。

铁路电气化率约为50%，承担80%以上的运量。

其中，将建成以京沪、京广、京哈、杭涌深及徐兰、杭长、青太及沪汉蓉“四纵四横”客运专线（高速铁路）12,000km ，客货混跑快速线路20,000km ，形成我国铁路快速客运网。

到目前为止，铁道部已开工高速铁路项目12个，总里程3282km 。

计划新开工项目26个，总里程7420km ，项目总投资8195.9亿元。

项目需建设牵引变电所188座，近期牵引变压器安装容量8925MVA ，远期达到13077MVA ，近期用电量338.20亿度，远期826.40亿度。

四纵：北京-上海，北京-武汉-广州-深圳，北京-沈阳-哈尔滨（大连），杭州-宁波-福州-深圳。

四横：徐州-郑州-兰州，杭州-南昌-长沙，青岛-石家庄-太原，南京-武汉-重庆-成都。

三个城际客运系统：环渤海地区、长三角地区、珠三角地区，覆盖区域内主要城镇。

至2020年，中国铁路将形成以高/快速客运专线为主干网络的客运系统。

建成武汉—广州、郑州—西安、石家庄—太原三条客运专线，开工建设北京—武汉、哈尔滨—大连、天津—秦皇岛三条客运专线建成北京—天津、广州—珠海、广州—深圳、上海—南京、上海—杭州城际客运铁路对京沪、京广、京哈、京九、陆桥、沪蓉和沪昆七条主通道进行系统配套改造，扩大运输能力。

1.2 电力系统基本概念¾电力系统简介电力系统构成简图G ~M ~电力网电力系统动力系统水（汽）轮机及发电机升压变压器输电线路降压变压器用户用电设备M ~电力系统：由发电机、变压器、输电线路以及用电设备（或生产、输送、分配和消耗电能的各种电气设备）按照一定规律连接而成的系统。

发电厂：生产电能变(配)电所：变压或分配电能输配电线路：输送电能用户：消耗电能动力系统：电力系统+发电厂的动力部分（发电厂的动力部分，如火电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用热设备，水电厂的水轮机和水库，核电厂的核反应堆和汽轮机)电力网：电力系统中除发电机和用电设备外的部分，由变压器和不同电压等级输电线路组成的网络。

电力网是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分。

电力系统基本任务：1．保证供电可靠性按电力用户的种类及要求供电的连续性，一般将用户分成三级：一级负荷、二级负荷和三级负荷。

电力牵引负荷属于一级负荷。

2．保证良好电能质量为用户提供充足、可靠和具有良好电能质量的电能，保证电力系统安全（secure)、稳定(stable)、可靠（reliable) 和经济(economical)运行。

电能质量指标电能质量国家标准电能质量供电电压允许偏差GB 12325-90电能质量电压允许波动和闪变GB 12326-2000电能质量公用电网谐波GB/T 14549-1993 电能质量电力系统频率允许偏差GB/T 15945-1995电能质量三相电压允许不平衡度GB/T 15543-1995电能质量暂时过电压和瞬态过电压GB/T 18481-2001GB/T 15945 1995《中华人民共和国国家标准电能质量电力系统频率允许偏差》简介电力系统频率偏差：系统频率的实际值与额定值之差。

频率偏差允许值：电力系统正常频率偏差允许值为±0.2Hz ；当系统容量小于3000MW时，偏差值可以放宽到±0.5Hz。

冲击负荷引起的系统频率变动一般不得超过±0.2Hz，根据冲击负荷性质、大小以及系统的条件也可适当调整限值，但应保证电网发电机组和用户的安全稳定运行。

GB 12325—90《中华人民共和国国家标准电能质量供电电压允许偏差》简介交流50Hz电力系统供电电压偏差定义为实测电压与额定电压之差，以额定电压的百分数表示。

供电电压允许偏差：（1）35kV 及以上供电电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定电压的10%；（2）10kV 及以下三相供电电压允许偏差为额定电压的±7% ；（3）220V 单相供电电压允许偏差为额定电压的+7%、-10%。

说明：1 电压偏差按以下公式计算2 标准中“供电电压”指的是：•供电部门与用户的产权分界处的电压；•或由供用电协议所规定的电能计量点的电压。

对于电气化铁路牵引变电所，“供电电压”指110kV或220kV母线电压。

（％）额定电压实测电压－额定电压电压偏差（％）＝100×《TB10009－2005铁路电力牵引供电设计规范》牵引变电所牵引侧母线额定电压为27.5kV，AT供电方式为55kV；电力机车、电动车组受电弓和接触网的额定电压为25kV，最高电压为29kV，最低工作电压为20kV，非正常情况下不低于19kV;目的：对设计方案进行电压水平校验，保证电力机车（动车组）的正常运行三相电压不平衡度用电压负序分量与正序分量的均方根百分比表示。