02牵引供电系统与电力机车.ppt

（2）接触网
• 架在电气化铁道上空，向电力机车供电的输 电线路。
架空式接触网组成
2、电力机车
• 电力机车由车体、车底架、走行部、车钩缓 冲装置、制动装置和一整套电气设备等组成。 机车的走行部为两台三轴转向架。 • 电力机车是靠顶部升起的受电弓从接触网上 取得电能后并转换成机械能牵引列车运行的。
• 我国目前使用的干线电力机车主要是国产韶设备及其电路
– （1）主电路：
• • • • • 受电弓 主断路器 主变压器 调压装置 电抗器
– （2）辅助电路 – （3）控制电路
电力机车的电气设备及其电路
思考与练习
• 1. 电力机车主要由 、 、 车钩缓冲装 置、制动装置和一整套电气设备组成。 • 2.电力机车的电气设备主要由三条电路: 、 和 。 • 3. 电力机车上的主电路的电气设备依次是： 受电弓、主断电路、 调压装置、 、 、 制动电阻。
电气化铁道供电系统
三、电力机车
• 采用电力机车牵引的铁道称为电气化铁道。电气化 铁道由牵引供电系统和电力机车两部分组成。
1、牵引供电系统
• 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牵引供电系统，牵引 供电系统主要包括牵引变电所和接触网两部 分。
（1）牵引变电所
• 将电力系统高压输电线传来的110kV的三相交 流电，转换为单向交流电，并传送到邻近区 间的接触网上。

电力系统电力机车电能铁路牵引供电系统牵引变电所接触网电能是如何从发电厂到电力机车的发电厂升压变压站高压输电线铁路沿线牵引变电所邻近区间和站场线路的接触网电力机电能110kv220kv变流为要求的电压或电流什么是牵引变电所在电气化铁道沿线设置的一套完整的不间断地向电力机车供电的设备牵引变电所的设备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避雷器以及信号显示等设备牵引变电所的作用是什么
电力系统
电能
电力机车
铁路牵引供 电系统
牵引变电所
接触网
电能是如何从发电厂到电力机车的
发电厂
输电线
电能
110KV/220KV
升压变压站
高压
铁路沿线牵引变电所 变流为要求的 电压或电流
邻近区间和站场线路的接触网
车
电力机
什么是牵引变电所
在电气化铁道沿线设置的一套完整的、 不间断地向电力机车供电的设备
牵引变电所的设备 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、避雷器以及 信号显示等设备
电力机车
交流传动电力机车
交—直型电力机车工作原理：
受电弓从接触网上取得单相工频交流电经 机车内主变压器降压，再经变流装置将交
流电转换为直流电，供给直流牵引电动机，
经齿轮传动装置牵引列车运行。
电力机车上的电气设备分别装载哪3条电气回 路中？各自的作用是什么？ （1）主电路:
将产生机车牵引力和制动力的各种电气
• 机车交路 机车交路又称机车牵引区段，是指机车 担当运输任务的固定周转区段，即机车从 机务段所在站到折返段所在站之间往返运 行的线路区段。
机车运转制 机车从事列车牵引作业的方式称为机车运 转制 （1）肩回运转制 机车担当与机务段相邻区段的列车牵引 任务。除需进折返段整备和检查外，机车 每次返回机务段所在站时，也需要入段作 业

• 牵引变电所
拓扑结构三相不对称； 变压器接线特殊。
.
牵引供电系统主要技术问题
• 电压水平 • 无功功率 • 负序电流 • 谐波 • 通信干扰
电气化铁道的供电要求 • 安全可靠供电 • 保证供电质量 • 降低投资和运营费用 • 提高电磁兼容水平
.
.
目前多采用分散式供电
内桥接线
外桥接线
双T接线 .
单母线分段
1.3 牵引变电所向牵引网的供电
• 单线
电 分 相
SS1
SP
SS2
单 边 供 电
SS1
SS2
双 边 供 电
.
复线
SS1
SP
单边分开供电
SS1
SP
单边并联供电
SS1
SP
单边全并联供电
.
SS1
SS2
双边纽结供电Βιβλιοθήκη 1.4 牵引网向电力机车的供电
.
（3）带负馈线的直接供电方式
F T
Us
I
R
• 防干扰效果不如BT供电方式； • 牵引网阻抗界于直接供电方式和BT供电方式之间； • 目前应用比较广泛。
.
（4）自耦变压器供电方式（AT方式）
自耦变压器 Auto-transformer
T
Us
R
F
• 防干扰效果与BT方式相当 • 牵引网阻抗小，输送容量大，供电臂长（可达40～50km） • 结构复杂，投资大，维护费用高
• 变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。 • 变电所的主要设备
牵引变压器（有多种接线方式） 断路器（SF6、真空、少油、油断路器），隔离开关 避雷器、避雷针 电压互感器、电流互感器 二次设备（控制、保护、测量、计量、监视和电源设备） 无功补偿装置、调压装置

第三节 交直交型电力机车工作原理
交直交型电力机车属于交流传动机车。由逆变 器供电，机车和动车组采用交流异步电动机做牵引 动力。根据变流器结构的不同，目前交（直）交型 机车和动车组有电压型、电流型两种基本结构。 我们以电压型交直交变流器供电、三相异步电动机 作牵引电动机的机车为例分析，原理如图所示。
过各自的齿轮传动装置，驱动机车动轮牵引列车运行。
二、直流电力机车的特点
1.机车结构简单，造价低，经济性好； 2.采用适合于牵引的直流串励电动机、调速方便、控制 简单、运行可靠； 3.供电效率低。由于受牵引电动机端电压的限制，接触 网电压一般为1500伏～3000伏。传输一定功率时电流较 大，接触网导线损耗量较大，因此供电效率低。
⑵由于机车内设有变压器，调压十分方便，牵 引电动机的工作电压不再受接触网电压的限制，机 车就可以选择最有利的工作电压，使牵引电动机的 工作更为可靠。
⑶牵引电动机采用适合牵引的串励或复励电动机， 可以获得良好的牵引性能和启动性能，尤其启动时 它采用了调节整流电压的方式，省略了启动电阻， 不仅减轻了电气设备的重量、降低了启动能耗，而 且改善了电力机车的启动性能，提高了机车的运行 可靠性。
4.基建投资大。为了减少接触网上的压降，电气化区 段的牵引变电所数量较多，造成基建投资大。 5.效率低，有级调速。由于机车使用调压电阻进行启 动、调速，因此调节过程中有能量损耗使效率很低， 同时也难以实现连续、平滑地调节。随着电力电子技 术的发展，应用斩波器技术进行调速，可以对牵引电 动机端电压进行连续、平滑地调节，从而实现无级调 速。
①环节——整流电路基本作用是将交流电转换 为直流电。具体电路可以是不可控整流桥、相控 整流桥、四象限脉冲变流器。
②环节——直流环节滤波器基本作用是平滑Ａ 处的纹波（脉动），消除或减少谐波含量，改善机 车的功率因数。采用不同的整流电路，其滤波电路 也不同，功能有所差别。

*
Ib •
1• 1•
I ab I a I b
3
3
•
I bc
1
•
Ia
2
•
Ib
3
3
(A )
(B )
1 I A k ' Ica
如 设 变
(C )
*
Ia
(a)
（3）接触网:是一种悬挂在轨道上方，沿轨道敷设的、和铁路轨 道保持一定距离的输电网。通过电动车组受电弓和接触网的滑动接 触，牵引电能就由接触网进入电动车组，从而驱动牵引电动机使列 车运行。
（4）轨道:在非电牵引情形下只作为列车的导轨。在电力牵引时， 轨道除仍具有导轨功能外，还需要完成导通回流的任务。因此，电 力牵引的轨道，需要具有良好的导电性能。
•
I A I AB
1
•
I ab
•
U ab
KT
•
•
•
I B ( I AB I BC )
1
•
•
( I ab I bc )
KT
•
•
I C I BC
1
•
I bc
KT
Ib
I
2 ab
I
2 bc
2
I
ab I
bc co s ,
•
•
I AB
IB •
I BC
•
IC
•
I bc
•
U bc
(2) 额定利用率 当Iab=Ibc=Ie时， 额定输出容量：
同单相V/V结线一样，第一个高压绕组的尾端X1与
第二个绕组的首端A2构成原边的V接，顶点为C。
•
副边绕组的四个端子a1,x1,a2,x2全部引出在

When You Do Your Best, Failure Is Great, So Don'T Give Up, Stick To The End
感谢聆听
不足之处请大家批评指导
Please Criticize And Guide The Shortcomings
演讲人：XXXXXX 时 间：XX年XX月XX日
① 单相牵引负荷将会在电力系统中形成负序电流，当电力系统容量较 小时，负序电流的影响尤为突出。 ② 电力牵引负荷是感性负荷，功率因数低，特别是采用相控整流后， 牵引电流变为非正弦波，出现较大的谐波电流，将使功率因数更低。 ③ 牵引网中的单相工频电流将对沿线通信线路造成较大的电磁干扰。
• 二、变电所 • （一）变电所的分类 • 1、高压主变电所 • 2、牵引变电所 • 3、降压（动力）变电所
(2)地铁车辆制动的种类和特点 地铁车辆必须适应地铁运行的特点， 地铁线路的站间距一般都在1km左右，由于站间距离短，列车的调速 及制动都比较频繁。 (3)地铁车辆的制动方式 地铁车辆的制动方式一般有再生制动、电阻 制动和空气摩擦制动三种，它们分别为第一、第二和第三优先级制动， 并且还采取了程序制动措施。 (4)制动控制方式 有轨交通车辆的控制方式有气控制气、电控制气和 电—空控制等多种控制方式。 1)气控制气。 2)电控制气。 3)电—空控制。
(5)地铁列车制动系统 目前，地铁列车一般采用模拟式电—空制动系 统。
图5-16 列车气路示意图
(6)制动系统部件 1)空气压缩机。
图5-17 制动控制单元工作原理图
2)控制单元。 3)制动微机控制单元。 4)防滑系统。 5)单元制动机。
空气气路及制动系统检查 (1)对空压机单元及空气干燥器的日检检查 检查空压机及 空气干燥器外观、紧固件及工作状况，要求外观正常、紧 固件无松动。 (2)对各类气管及阀的日检检查 检查各类气管，要求无明 显泄漏；检查可见阀门，要求阀门位置正确。 (3)对单元制动机的日检检查 检查锁紧片、橡皮保护套、 闸瓦卡簧及其各螺栓，要求无异常；检查闸瓦，要求闸瓦 未磨耗到限，或更换闸瓦后检查其调整间隙。

图6-9 外部供电方式——放射式供电
【理论知识】 6.2 城市轨道交通电力牵引系统
1.城市轨道交通电力牵引概念 以电力系统城市电网的电力为动力源 ，在车辆上将电能转换为机械能，从而牵引列车组在轨道上运行的一 种城市交通牵引动力形式。
图6-10 城市轨道交通电力牵引结构图
【理论知识】 6.2 城市轨道交通电力牵引系统
【理论知识】 6.2 城市轨道交通牵引系统
(3)电力机车 电力牵引在现实生活中最好的体现就是电力机车。 4.牵引变电所容量的计算和确定 (1)确定牵引变压器的容量 1)确定计算容量。 2)确定校核容量。 3)确定安装容量。 (2)牵引变压器的安装容量 牵引变压器的安装容量是在计算容量和校 核容量的基础上，再考虑备用方式，最后按变压器的产品规格所确定 的变压器台数与容量。 1)移动备用。 2)固定备用。
【理论知识】 6.2 城市轨道交通牵引系统
5.电力牵引的远动监控装置 (1)地下迷流 在直流牵引供电中，牵引电流并非全部由钢轨直接流回 牵引变电所，而是有一部分由钢轨杂散泄漏流入大地，再由大地流回 钢轨和牵引变电所，这种地下杂散电流被称为地下迷流。 (2)谐波 由于牵引变电所大功率整流设备和其他变流装置等的非线性 负荷特性，使牵引供电系统成了城市电网的一个重要谐波源。 (3)电动车组 由牵引供电系统供给电能，驱动车辆上的电动机，产生 牵引力牵引在轨道上行驶的列车组。 (4)车辆电气 车辆电气包括车辆上各种电气设备及其连接导线。
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统
(1)牵引变电所 牵引变电所的作用是降压，并将三相电源转换成两个 单相电源，然后通过馈电线分别供电给牵引变电所两侧的接触网。 1)桥接线方式。
图6-1 牵引变电所的引入线方式
【理论知识】 6.1 城市轨道交通供电系统

适用：工矿企业、城市地上交通和地铁供电， 由于相对距离较近，对供电电压的安全性却要求 较高，所以采用电压较低的直流制供电更有优越 性。矿山运输的直流电电压为1500V，城市电车 为650~800V，地铁为720~820V。 2）低频单相交流制 即牵引网供电电流为低频单相交流的电力牵引 2 16 Hz，牵引电压为15KV或 电流制。电流频率为 3 11KV。 优点：导线截面减小，送电距离也可相应地提 高到50~70Km；电力机车上采用交流整流子式牵 引电动机，容易变压。且低频整流相对容易， 电抗也小。
4）标幺值 ●发电机 ●变压器
X d
''
S 100 S X T % Sd X T 100 SN Xd%

d N
''
取100MVA
●输电线（接触网） 2.短路容量
X X
S U
按表1.4 取
d 2 d
牵引供电计算和设计所需要的短路容量，主要 指电力系统在牵引变电所进线点（通常称为负载 点）短路时的短路容量。
Байду номын сангаас
3.牵引变电所一次侧的供电方式
1）一边供电：牵引变电所的电能由电力系统中 一个方向的发电厂送来。
国家规定，电气化铁道为一级负荷，牵引变电 所必须由两路输电线供电，而且每路输电线要有 各自的杆塔和走线。
2）两边供电：牵引变电所的电能由电力系统中 两个方向的发电厂送来。
3）环形供电：是指若干个发电厂、地区变电站 通过高压输电线路连接成环形的电力系统，牵引 变电所处于环形电力系统的一个环路之中。 牵引变电所一次侧供电方式，决定于电气化铁 路所经过的地区电力系统的具体情况。两边供电 或环形供电比一边供电的可靠性更高，且有更好 的供电质量（频率稳定、电压波动幅度较小）。 因此，牵引变电所一次侧供电方式，应尽可能采 用两边供电和环形供电。

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10
220KV 1#进线 CA B
M M
M
220KV 2#进线 CA B
M
M
接JD
至JD
T1 F1
M
M M
至JD M M
至JD
M
T2 F2
M
M
M
M
M
M
M M
M M
M T1 F1
T1 F1
M
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M
T2 F2 T2 F2
11
(2)分区所
为了增加供电的灵活性，在两个牵引变电所的供电区中间常增设 分区所。断路器1QF、2QF正常工作时闭合，实现上、下行牵引网并 联运行。隔离开关1QS、2QS在正常运行时断开，当相邻牵引变电所 发生故障而不能继续供电时，可以闭合1QS、2QS由非故障牵引变电
路器跳闸或发出信号的一种自动装置。 功能：
1.自动、迅速、有选择性地将故障元件从供电系统中切除，使故障元件免 于继续遭到损坏，保证其他无故障部分迅速恢复正常运行；
2.反应电力设备的不正常运行状态，并根据运行维护条件，而动作于发出 信号或跳闸。此时一般不要求迅速动作，而是根据对供电系统及其元件的危 害程度规定一定的延时，以免暂短的运行波动造成不必要的动作和干扰引起 的误动。
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6
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7
（二）牵引供电系统简介
1 2
3
4 5
7
9
6
2 8
G1 2
3 10
牵引供电系统示意图
1—区域变电所或发电厂；2—高压输电线；3—牵引变电所； 4—馈电线；5—接触网；6—钢轨；7—回流线； 8—分区所；9—电力机车；10—开闭所
PPT课件

牵引供电
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项目一：认知电力牵引供电系统
任务二：认知牵引供电系统
•任务描述：
通过学生绘制电气化铁道牵引供电系统示意图，列表说明 牵引变电所引入线方式、接触网供电方式、牵引供电系统供电 方式等技能训练，使学生认知牵引供电系统相关知识，能根据 实际线路设计合理的牵引供电方式。
•成果展示：
牵引电力系统原理示意图 变电所一次侧的主接线方式列表 接触网的供电方式列表 牵引供电系统供电方式列表 识别**变电所引入线方式、**线路接触网供电方式、 牵引供电系统供电方式
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• 开闭所是扩充馈线用的，象编组站、机务段等； • 分区所是复线电气化铁路不同供电臂之间为提供上下行接
触网并联和越区供电功能而设置的。
第22页/共58页
3）分段绝缘器：
分段绝缘器又称分区绝缘器，是接触网电气分段的常用 设备。它安装在各车站装卸线、机车整备线、电力机车库线、 专用线等处。在正常情况下，机车受电弓带电滑行通过。
第37页/共58页
×
×
×
×
×
×
× ×
×
双 “T”方式
第38页/共58页
C
C
B
A
第39页/共58页
第40页/共58页
2）双边供电：机车由相邻的两个变电所供电，由断路器合闸实现。 要求：设置分区所来缩小故障范围，和检修的停电范围。
复线双边供电设备复杂，保护困难，目前我国只采用复线单 边供电。 三、牵引供电系统向电力机车的供电方式 （ 一）直接供电方式
受电弓-接触网系统是高速列车获得动力的唯一途径
第4页/共58页
一、牵引供电系统的组成与作用
G 电力系统(发电厂）

2.1.4 高速铁路牵引供电系统
3. 高速铁路变电所、分区所主接线及接触网标称电压
1 牵引变电所电源侧主接线 电源侧主接线应结合外部电源条件确定，两路电压均可靠时，采用线路变压器组接线。 采用分支接线，在两回线间设置由隔离开关分段的跨条，实现电源进线与变压器交叉供电。 2 牵引变电所馈线侧接线 采用户外单体布置时，实现上、下行断路器互为备用的联络开关设置在所内线路侧；采 用GIS柜布置时，联络开关设置在所外上网开关的线路侧。
额定电压（kV） 输送功率（MV·A ） 输送距离（km）
110
10～50
50～150
220
100～150
100～300ຫໍສະໝຸດ 5001 000～1 500
150～850
世界各国采用工频、单相、交流接触网额定电压为25 kV的高速电气化铁路，毫无例外地 均采用高压供电。
日本山阳等新干线，牵引变电所的进线电压采用27.5 kV。电源的变动和不平衡承受能力 都有所提高，更能保证机车稳定、高速运行，也更加经济。法国大部分牵引变电所的进线电 压为225 kV，只有一个变电所为63 kV。德国牵引网电压采用15 kV，牵引变电所进线电压采 用110 kV。另外，它使用 Hz频率给铁路专门供电，有其特殊性。
带回流线的直接供电方式，机车部分电流通过钢轨和大地流回牵引变电所（约70%）， 其余通过回流线流回牵引变电所（约30%）。
2.2.3 BT供电方式
BT（Booster Transformer）供电方式又称吸流变压器供电方式，其主要目的是提高牵引 网防干扰能力，目前已经基本不采用，如图所示。
BT供电方式存在着一种现象：当机车处在BT间隔内时会失去吸流防护效果。同等条件下， BT供电方式变电所的间距要小很多，且每隔3～4 km在接触网内存在断口，机车通过断口时 可能会产生电火花，缩短接触网的使用寿命。

置，没有备用，线路上的负荷又随电力机车的运行而沿接触线移 动和变化，对接触网提出以下要求：
• 1 在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流， 要求接触网在机械结构上有良好的稳定性和弹性。
• 2 接触网设备对地绝缘要符合技术要求，安全可靠。
• 3 要求接触网的设备.零件具有足够的耐磨性和抗腐浊能力，以期 延长使用年限。
身的防干扰性能大为增强，考虑到接触网的运行
可靠性对电气化铁路的安全运行至关重要，所以 通常认为，一般情况下DN供电方式为首选，在 电力系统比较薄弱的地区，经过经济技术比较， 可采用AT供电方式，BT供电方式则尽量少采用 或不采用。
精选课件ppt
19
第三节 牵引供电系统的组成
主要由牵引变电所和牵引网两部分组成。主要作用 是从电力系统取得电能，并送给沿铁路线运行的 机车。
吸流变压器，保留了回流线，利用接触网与回流
线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由
回流线流回牵引变电所，因而部分抵消接触网对
临近通信线路的干扰，其防干扰效果不如BT供
电方式，通常在对通信线防干扰要求不高的区段
采用。这种供电方式设备简单，因此供电设备的
可靠性得到了提高；由于取消了吸流变压器，只
保留了回流线，因此牵引网阻抗比直供方式低一
缺点：机车供电线路复杂，异步电动机调速比较困
难。
精选课件ppt
9
牵引供电系统-电流制
4、工频单相交流制
是电气化铁道发展中的一项先进供电制，最早出现在匈牙利，电压
16kv，1950年法国试建了一条25kv的单相工频交流电气化铁道， 随后日本、前苏联等相继采用（20kv）目前该种电流制已占到 40%以上。我国电气化铁道均采用这种电流制。