下载文档原格式
电气化铁道供电系统新技术的发展电气化铁道供电系统是铁路运输系统中的重要组成部分，它是铁路列车正常运行的必要条件。
随着科技的不断发展，电气化铁道供电系统也在不断更新和改进，以适应新型列车和铁路运输的需求。
本文将探讨电气化铁道供电系统新技术的发展，以及这些新技术对铁路运输系统的影响。
一、电气化铁道供电系统的发展历程电气化铁道供电系统的发展可以追溯到19世纪末，当时国际上开始使用电气化铁道供电系统，用以替代蒸汽机车作为列车的动力来源。
20世纪初期，欧美国家相继开始建设电气化铁道，这些铁路系统以直流供电为主，采用了第一代的电气化铁道供电技术。
随着电气化铁道的发展，逐渐出现了交流供电系统，而后来又出现了高速铁路供电系统。
这些新的电气化铁道供电系统技术，不仅提高了线路的使用效率和运输速度，还为铁路运输系统的发展注入了新的活力。
目前，随着中国高铁的快速发展和不断完善，电气化铁道供电系统技术也在逐步升级和完善。
未来，随着国家对高铁和城市轨道交通运输的不断投资和建设，电气化铁道供电系统技术还将继续发展和创新，以满足不断增长的铁路运输需求。
二、电气化铁道供电系统新技术的发展1. 高效的牵引变流器技术牵引变流器是电气化铁道供电系统中的核心设备，它直接影响着列车的运行效率和能耗。
目前，国内外已经研发出了一系列高效的牵引变流器技术，其中包括控制技术、功率半导体技术、电磁兼容技术等方面的创新。
这些新技术的应用，不仅提高了牵引变流器的性能和稳定性，还降低了供电系统的能耗和成本。
2. 智能化的供电网监控技术随着数字化技术和互联网技术的发展，智能化的供电网监控技术已经开始在电气化铁道供电系统中得到应用。
智能化的供电网监控技术可以实时监测供电系统的运行状态和故障情况，实现供电系统的远程监控和故障预警。
这种技术的应用，对提高供电系统的安全性和可靠性具有重要意义，能够及时发现和排除供电系统的故障，保障列车运行的安全和稳定。
3. 高效的能量回馈技术能量回馈技术是一种节能减排的技术，它利用列车在制动和减速过程中产生的能量，通过逆变器将这些能量回馈至供电系统中，实现能量的再利用。
电气化铁道供电系统新技术的发展电气化铁道供电系统是现代铁路运输中至关重要的一环，它保障了列车的正常运行，成为现代化铁路运输的基础设施之一。
随着科技的不断进步和社会的发展，电气化铁道供电系统也在不断进行着新技术的研发和应用。
本文将围绕电气化铁道供电系统新技术的发展进行探讨，并分析其对铁路运输的影响和意义。
一、传统电气化铁道供电系统存在的问题传统的电气化铁道供电系统多采用单相交流供电的方式，存在着供电不稳定、能源浪费、运行成本高等问题。
一方面，由于单相交流供电的特性，当列车在运行过程中通过区间线路时，供电系统无法实现完全的隔离，容易出现电流波动等问题，影响列车的运行安全性；传统供电系统在能源利用方面存在不少问题，能源利用率低，存在大量的能源浪费现象；传统供电系统的运行成本也比较高，维护、管理费用居高不下。
二、新技术的应用为了解决传统电气化铁道供电系统存在的问题，国内外的研究人员和企业纷纷开展了新技术的研发和应用，取得了一系列的科研成果，并在实际的工程项目中进行了应用。
具体而言，新技术主要包括以下几个方面：1. 高压直流供电技术高压直流供电技术被认为是未来电气化铁道供电系统的发展趋势之一。
相对于传统的交流供电系统，高压直流供电系统具有输电损耗小、供电稳定等优点。
近年来，中国正大力发展高铁路网，为了满足其对电气化技术的需求，高压直流供电技术已经在诸多高铁项目中得到了广泛的应用，是国内外铁道领域的一个热门研究课题。
2. 智能化监测技术随着信息技术的不断进步，智能化监测技术在电气化铁道供电系统中的应用越来越广泛。
通过网络传感器等技术手段，可以实时监测供电系统的运行状态和故障情况，使得维护人员可以及时发现并处理问题，提高了供电系统的运行效率和安全性。
3. 新型供电设备除了高压直流供电技术和智能化监测技术外，新型的供电设备也在电气化铁道供电系统中得到了应用，如柔性直流输电技术、换流器技术等，这些新型设备不仅能够提高供电系统的稳定性和能源利用率，还能降低系统的运行成本。
电气化铁道主要供电方式
电气化铁道的主要供电方式通常有以下几种：
1.架空线供电（Overhead Line Electrification）：这是最常见的
供电方式，也称为接触网供电。
在架空线供电系统中，铁道上方架设一条称为接触网的电线，电动列车通过集电装置与接触网接触，从而获取所需的电能。
接触网将高压直流（DC）或交流（AC）电源通过变电站供应到铁道上，以满足列车运行的电力需求。
2.第三轨供电（Third Rail Electrification）：在第三轨供电系统
中，铁道旁边或中间安装一条额外的供电轨道，称为第三轨。
电动列车通过集电装置与第三轨接触，从而获得所需的电能。
第三轨通常使用直流供电，但也有一些使用交流供电的系统。
3.混合供电方式：某些铁路系统采用混合供电方式，同时使
用架空线和第三轨供电。
这种方式通常用于铁路线路的不同区段或分支线路，以适应不同的运行要求和设备技术。
不同地区和铁路系统可能采用不同的主要供电方式，其中选用的供电方式取决于多个因素，包括成本、技术要求、环境影响以及安全性等考虑。
另外，电气化铁道的供电方式也在不断发展和创新，例如可再生能源和蓄电池技术的引入，以提高能源效率和减少环境影响。
电气化铁道供电系统新技术的发展电气化铁道供电系统是指通过电力来为铁路交通提供动力和照明等所需的能源。
随着科技的不断发展和进步，电气化铁道供电系统的新技术也在不断涌现和应用，为铁路交通带来了诸多便利和安全。
一、无人值守供电系统传统的电气化铁道供电系统需要人工对供电设备进行定期检查和维护，而现在新兴的无人值守供电系统为我们解决了这个难题。
无人值守供电系统利用先进的传感技术和通信技术，可以实现对供电系统的远程监控和故障诊断，并可以通过自动化系统进行相应的处理和维修，不再需要人工介入。
这不仅提高了供电系统的安全性和可靠性，还节省了大量的人力成本，为铁路交通的运行提供了更好的保障。
二、智能化供电系统智能化供电系统是利用先进的计算机技术和人工智能技术来实现对供电系统的智能管理和优化控制。
智能化供电系统可以通过对铁路交通运行数据的分析和处理，实现对供电系统的实时监测和调控，以最大限度地提高供电系统的效率和稳定性。
智能化供电系统还可以根据铁路交通的实际运行情况进行智能化的供电调度，使供电系统更加符合实际需求，从而提高铁路交通的运行效率和安全性。
三、新能源供电系统随着能源问题的日益凸显，新能源供电系统也逐渐成为了电气化铁道供电系统的发展方向之一。
新能源供电系统主要利用太阳能、风能等清洁能源来为铁路交通提供电力，不仅可以减少对传统能源的依赖，还可以降低供电系统的运行成本和环境污染。
目前，一些国家已经开始在铁路交通中应用新能源供电系统，并取得了一些积极的成效，相信随着技术的不断发展和完善，新能源供电系统将会在未来得到更广泛的应用。
四、高效节能供电系统高效节能供电系统是指利用先进的供电技术和设备来实现对供电系统的高效能利用和节能减排。
高效节能供电系统主要包括高效节能变电设备、智能化调度系统、高效能利用设备等，通过提高供电设备的效率和减少能源的浪费，实现对供电系统的节能环保。
高效节能供电系统的应用不仅可以降低铁路交通的能源消耗和成本，还可以减少对环境的影响，为可持续发展和绿色铁路交通做出积极贡献。
电力牵引供电系统张丽西南交通大学电气工程学院牵引网供电方式目前单相工频25kV牵引网供电方式主要有:直接供电方式(TR)BT(吸流变压器)供电方式带回流线的直接供电方式(TRNF)AT(自耦变压器)供电方式直接供电方式(TR)牵引电流通过电力机车后直接从钢轨或大地返回牵引变电所。
结构简单，投资最少，维护费用低。
在负荷电流较大的情况下，钢轨电位高；对弱电系统的电磁干扰较大BT(吸流变压器)供电方式在接触网和回流线中串接吸流变压器，让牵引电流通过电力机车后从回流线返回牵引变电所。
电磁兼容性能好，对周围环境影响小接触网中串接吸流变压器，牵引网阻抗增大，供电臂压降增大，牵引变电所的供电距离缩短带回流线的直接供电方式(TRNF)牵引电流通过电力机车后部分从回流线返回牵引变电所，部分从钢轨地返回。
兼有直接供电方式结构简单，投资和维修量小、供电可靠性高等优点相对直接供电方式，钢轨电位和对通信线路的干扰有所改善。
钢轨电位降低；牵引网阻抗降低，供电距离增长；对弱电系统的电磁干扰减小相对BT方式，结构简单，投资少，维护费用低；牵引网阻抗减小，供电距离增长AT(自耦变压器)供电方式牵引电流通过电力机车后部分从正馈线返回。
供电电压提高，更能适应大功率负荷的供电，功率输送能力强，供电距离远，可减少牵引变电所数量，减少电分相数目，机车通过分相中性段短时失电产生的速度和功率损失得到降低；有效降低对通讯线路的干扰; 。
AT供电方式接触网结构复杂，供变电设施较多，运营维护难度较大9高速铁路特点：具有行车速度高，机车功率大、取流大9BT方式牵引网单位阻抗高，功率输送能力较弱9直接供电方式在负荷电流较大的情况下，对通讯线路干扰大，钢轨电位高的缺点更为突出9技术上AT和带回流线直供方式均能满足300km/b及以上高速牵引。
两者相比，AT供电方式更能适应大功率负荷的供电，同时由于电分相数目的减少。
但AT供电方式接触网结构复杂，供变电设施较多，运营维护难度较大。
、解答题1.请简述电气化铁路的优越性●重载、高速、运输能力大；●节约能源，综合利用能源；●经济效益高；●绿色环保，劳动条件好；●有利于铁路沿线实现电气化。
2.请简述电气化铁路存在的问题●造成电力网的负序电流和负序电压，产生高次谐波及功率因数低等；●一次投资大；●对通信线路有干扰；●接触网检修需要开“天窗”。
3.请简述电气化铁道牵引供电系统的基本要求电气化铁道供电系统基本要求是：(1)保证向电气化铁路安全、可靠、不间断地供电;(2)提高供电质量,保证必须的电压水平;(3)提高功率因数,减少电能损失,降低工程投资和运营费用;(4)尽量减少单相牵引负荷在电力系统中引起的负序电流、负序电压和高次谐波的影响; (5)尽量减小对邻近的通信线路的干扰影响。
1．牵引变电所一次侧(电源侧)的供电方式,可分为（一边）供电、两边供电和环形供电.2．牵引变电所一次侧(电源侧)的供电方式,可分为一边供电、（两边）供电和环形供电.3．牵引变电所一次侧(电源侧)的供电方式,可分为一边供电、两边供电和（环形）供电.4．电力牵引接牵引网供电电流的种类可分为：（直流）制、低频单相交流制和工频单相交流制。
5．电力牵引接牵引网供电电流的种类可分为：直流制、（低频）单相交流制和工频单相交流制。
6．电力牵引接牵引网供电电流的种类可分为：直流制、低频单相交流制和（工频）单相交流制。
7．电气化铁道牵引供电系统的高压进线供电方式中两边供电方式为：牵引变电所的电能由电力系统（电网）中（两个）方向的发电厂送电。
8．电气化铁道牵引供电系统的高压进线供电方式中（两边）供电方式为：牵引变电所的电能由电力系统（电网）中两个方向的发电厂送电。
9．电气化铁道牵引供电系统的高压（进线）供电方式中两边供电方式为：牵引变电所的电能由电力系统（电网）中两个方向的发电厂送电。
10．单相结线牵引变电所的优点之一是：（主接线）简单，故障少，设备少，占地面积小，投资省等。
11．单相结线牵引变电所的优点之一是：主接线简单，故障少，设备少，占地面积（小），投资省等。
电气化铁道供电系统与设计课程设计报告班级：学号：姓名指导教师：评语：1. 题目某牵引变电所丙采用直接供电方式向复线区段供电，牵引变压器类型为110/27.5kV，三相V-v接线，两供电臂电流归算到27.5kV侧电流如表1所示。
表1 已知参数供电臂供电臂长度km端子平均电流A有效电流A 短路电流A 穿越电流A左臂21.9 β238 318 917 206右臂24.7 α184 266 1052 2172. 题目分析及解决方案框架确定在设计过程中，先按给定的计算条件求出牵引变压器供应牵引负荷所必须的最小容量，然后按列车紧密运行时供电臂的有效电流与充分利用牵引变压器过负荷能力，求出所需要的容量，称为校核容量。
这是为确保牵引变压器安全运行所必须的容量。
最后计算容量和校核容量，再考虑其他因素（如备用方式等），然后按实际系列产品的规格选定牵引的台数和容量，称为安装容量或设计容量。
然后再变压器型号的基础之上，选取室外110kV侧母线，室外27.5kV侧母线以及室外10kV侧母线的型号。
三相V,v结线牵引变压器是近年新研制的产品，它是将两台容量相等或不相等的单相变压器器身安装于同一油箱内组成的。
三相V-v结线牵引变电所中装设两台V，v 结线牵引变压器，一台运行，一台固定备用。
三相V-v结线牵引变电所不但保持了单相V-v结线牵引变电所的牵引变压器容量得到充分利用，可供应牵引变电所自用电和地区三相负载，主接线较简单，设备较少，投资较省，对电力系统的负须影响比单线小，对接触网的供电可实现双边供电等优点，最可取的是，解决了单相V-v结线牵引变电所不便于采用固定备用及其自动投入的问题。
考虑到V-v接线中装有两台变压器的特点，在确定110kV侧主接线时我们采用桥形接线。
按照向复线区段供电的要求，其牵引侧母线的馈线数目较多，为了保障操作的灵活性和供电的可靠性，我们选用馈线断路器100%备用接线，这种接线也便于故障断路器的检修。
按照选取的变压器的容量以及110kV侧的和牵引侧的主接线，可以做出设计牵引变电所的电气主接线。
3.设计过程电气主接线一方面从电源系统接收电能，另一方面又通过馈电线路将电能分配出去。
电气主接线的电源回路和用电回路之间采用什么方式连接，以保证工作可靠.灵活是十分重要的问题。
牵引变电所（包括开闭所、分区所）的电气主结线是指由隔离开关、互感器、避雷器、断路器、主变压器、母线、电力电缆、移相电容器等高压一次电气设备，按工作要求顺序连接构成的接受和分配电能的牵引变电所内部的电气主电路。
安全可靠的要求是首要的。
运行检修时绝不允许发生人身事故和重大设备事故。
停电必然造成损失，尤其是牵引负荷和部分动力负荷（如地铁的动力、主要照明和信号电源等）为一级负荷，中断供电将直接造成运输阻塞，甚至造成人员生命伤亡、设备损坏。
在考虑主结线的可靠性时，应该辩证地看待以下几个问题：①可靠性的客观检验标准是运行实践。
主结线的故障率是它的各组成元件在运行中的故障率的总和，过多地增加主结线中的电气设备，会降低主结线的可靠性（增加了故障率）；②可靠性并不是绝对的。
同样的主结线对二、三级负荷来说是可靠的，而对一级负荷来说就可能不够可靠，因此分析和估价主结线的可靠性时，不能脱离负荷等级和供电电源的具体条件；③主结线的可靠性是发展的。
随着电力系统的发展，技术的进步，主结线的可靠性也是会改变的。
经济性也是设计主结线的重要原则。
经济性主要涉及主变压器、地区变压器的设备与安装费用，以及配电装置的设备、安装费用，还有占地面积和土石方工程等。
可靠性与经济性二者之间，既有矛盾的一面，也有统一的一面。
如果过分强调可靠性，势必造成设备增多，投资增大，结线系统复杂，其结果可能造成操作复杂，易产生误操作，增大故障率，反而降低了主结线的可靠性；如果过分强调经济性，减少设备，简化结线，必然又会影响可靠性，造成事故和停电停产，反而不经济。
所以在处理这些矛盾时，应当首先满足可靠而后再求经济。
因此，确定主结线时应深入调查分析用电负荷的性质和大小、对供电电源的要求、自动化装置的采用、发展的远景等等，找出主要矛盾，才能设计出高质量的主结线。
牵引变电所的电气主结线分为三个部分来分别设计：110kV电源侧的电气主接线、牵引侧的主接线、三相V-v直接供电方式变压器接线。
3.1牵引变电所馈线侧主接线设计由于27.5kV 馈线断路器的跳闸次数较多，为了提高供电的可靠性，按馈线断路器备用方式不同，牵引变电所27.5kV 侧馈线的接线方式一般有下列三种：1）带旁路母线和旁路断路器的接线如图3所示。
一般每2至4条馈线设一旁路断路器。
通过旁路母线，旁路断路器可代替任一馈线断路器工作。
这种接线方式适用于每相牵引母线馈线数目较多的场合，以减少备用断路器的数量。
旁路母线a 母线b 母线图3 带有旁路母线和旁路断路器的接线2）馈线断路器50%备用的接线如图4所示。
这种接线每两条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器可代替其中任一台断路器工作。
当每相母线的馈出线数目较多时，一般很少采用此种法方法。
左臂上行左臂下行右臂上行右臂下行a母线b母线图4 馈线断路器50%备用3）馈线断路器100%备用的接线如图5所示。
这种接线当工作断路器需检修时，此种接线用于单线区段，牵引母线不同的场合。
即由备用断路器代替。
断路器的转换操作方便，供电可靠性高，但一次投资较大。
送左臂上行送左臂下行送右臂上行送右臂下行a母线b母线图5 馈线断路器100%备用由于牵引变压器类型为三相V-v，而且此牵引变电所向两个相邻区间的复线供电，为提高供电的可靠性，保障断路器转换的操作方便，牵引变电所27.5kV 侧馈线断路器采用100%备用的接线。
3.2牵引变电所110kV侧主接线设计根据实际运行要求，三相V-v牵引变电所装设两回电源进线和两台变压器，因有系统功率穿越，属通过式变电所。
因此选取结构比较简单且经济性能高的桥式接线[1]。
图1为内桥接线，特点是连接在靠近变压器侧，适用于线路长，线路故障高，而变压器不需要频繁操作的场合，这种接线形式可以很方便地切换或投入线路。
图2为外桥接线，与内桥形接线相比，外桥接线靠近线路侧，适合于输电距离较短，线路故障较少，而变压器需要经常操作的场合，这种接线方便于变压器的投入以及切除。
为了配合三相V-v牵引变电所在出现变压器故障时备用变压器的自动投入，选择采用外桥接线便于备用变压器的投入以及故障变压器的切除。
图1 内桥接线图2 外桥接线3.3 三相V-v 直供方式变压器接线为了克服单相V,V 结线方式在变电所内需设置第三台同样的单相牵引变压器作固定备用，使变电所主接线较复杂，倒闸操作或备用自投装置麻烦的缺点可采用两台三相V,V 结线牵引变压器，一台运行，另一台固定备用[2]。
当采用直接供电方式时，三相V ，v 变压器低压侧两个绕组接成正“V ”或反“V ” ，原边绕组接成固定的V 结线。
低压侧两次边绕组，各取一端联至27.5kV 的a 相和b 相母线上，它们的公共端接至接地网和钢轨。
其主接线如图6所示。
V V V V至钢轨或回流线至钢轨或回流线27.5kV图6 三相V-v 变压器直接供电方式主接线3.4 牵引变压器容量计算为了确定牵引变电所的变压器安装容量和台数，需要进行变压器容量计算。
变压器容量计算一般分为三个步骤：首先根据铁道部任务书中规定的年运量大小和行车组织的要求确定计算容量，这是为供应牵引负荷所必须的容量。
其次根据列车紧密运行时供电臂的有效电流和充分利用牵引变压器的过载能力，计算校核容量，这是为确保变压器安全运行所必须的容量。
最后，根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素(如备用方式等)，并按实际变压器系列产品的规格选定变压器的数量和容量称为安装容量。
牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，其容量大小关系到能否完成国家交给的运输任务和运营成本。
从安全运行和经济方面来看，容量过小会使牵引变压器长期过载，将造成其寿命缩短，甚至烧损；容量过大将使牵引变压器长期不能满载运行，从而造成其容量浪费，损耗增加，使运营费用增大。
因此，在进行牵引变压器容量计算时，正确地确定计算条件，以便合理地选定牵引变压器的额定容量是十分重要的。
①三相V-v 接线牵引变压器绕组的有效电流三相V-v 结线变压器是由两台单相变压器安装于同一油箱内组成的,每台变压器供给所辖供电臂负荷｡所以其绕组有效电流I ve 即为供电臂的有效电流,故I 1ve = I 1eI 2ve = I 2e式中,I 1e ､I 2e 分别为供电左β､右臂α的馈线有效电流;I 1ve ､I 2ve 分别为三相V-v 结线变压器绕组的有效电流｡根据题意,I 1ve =318A,I 2ve =266A ｡②计算三相V-v 接线牵引变压器的计算容量三相V-v 接线牵引变压器供两个供电臂时,其计算容量为S 1 = UI 1ve S 2 = UI 2veS 1 = UI 1ve = 27.5×318(kVA)=8745(kVA)S 2 = UI 2ve = 27.5×266(KVA)=7315(kVA)③计算三相V-v 接线牵引变压器的校核容量三相V-v 接线中两台牵引变压器的最大容量分别为S 1max = UI 1maxS 2max = UI 2maxS 1max = UI 1max =27.5×917(kVA)=25217.5(kVA)S 2max = UI 2max =27.5×1052(kVA)=28930(kVA)在最大容量的基础之上,再考虑牵引变压器的过负荷能力后所确定的容量,就可以得到校核容量,即S 校 = KS S max 2max 1 （1） (2 ) (7)(3) (4) （5） （6）式中,K 为牵引变压器过负荷倍数,取K =1.5,则可得S 校=(25217.5+28930)/1.5(kV A)=36098.34(kV A)④确定三相V-v 接线牵引变压器的安装容量及型号选择将三相V-v 接线的变压器的计算容量和校核容量进行比较,并结合采用固定备用方式和系列产品,选用三相V-v 变压器的安装容量为2×40000kV A ｡通过查询附表1可选择SFY-40000/110型号的三相双绕组变压器｡3.5 导线选择导电材料可以是铜或铝按最大长期工作电流选择母线截面要求根据导线允许温度查表获得的允许电流大于母线长期工作电流。
按经济电流密度选择母线截面，导线发热损耗随着导线截面积的增加而降低，同时，导线截面积的增加将导致导线的投资和维护费用增加，考虑上述两条件可获得导线的年运行费用，对应年运行费用最小值，就是导线的经济截面积。
导线截面的选择有两种方法：根据最大长期工作电流，根据 经济电流密度。
