第一章 及緒論

1、電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng) 緒緒 論論關(guān)于本課程o特點(diǎn)：特點(diǎn)： 供電系統(tǒng)是電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重點(diǎn)專(zhuān)供電系統(tǒng)是電氣工程與自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的重點(diǎn)專(zhuān)業(yè)課程之一，同時(shí)又是其它后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)。業(yè)課程之一，同時(shí)又是其它后續(xù)專(zhuān)業(yè)課程的基礎(chǔ)。o專(zhuān)業(yè)課與基礎(chǔ)課的差別：專(zhuān)業(yè)課與基礎(chǔ)課的差別： 1.1.工程應(yīng)用和理論性工程應(yīng)用和理論性 2.2.粗略與精確粗略與精確 3.3.模糊推理與邏輯推理模糊推理與邏輯推理o前修課程：電路分析、電機(jī)學(xué)、電磁場(chǎng)前修課程：電路分析、電機(jī)學(xué)、電磁場(chǎng)o后續(xù)課程：電氣化鐵道供變電工程后續(xù)課程：電氣化鐵道供變電工程 牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)牽引供電系統(tǒng)繼電保護(hù)參考書(shū)o曹建猷著

2、曹建猷著.電氣化鐵道供電系統(tǒng)電氣化鐵道供電系統(tǒng).西南交大出版社西南交大出版社 1988.o賀威俊，簡(jiǎn)克良主編賀威俊，簡(jiǎn)克良主編.電氣化鐵道供變電工程電氣化鐵道供變電工程中國(guó)中國(guó)鐵道出版社，鐵道出版社，1982o簡(jiǎn)克良主編簡(jiǎn)克良主編.電力系統(tǒng)分析電力系統(tǒng)分析.西南交大出版社，西南交大出版社，1992.o李群湛著李群湛著.并聯(lián)補(bǔ)償及其應(yīng)用并聯(lián)補(bǔ)償及其應(yīng)用.西南交大出版社，西南交大出版社，1989.o袁則富，何其光譯袁則富，何其光譯.電氣化鐵路供電電氣化鐵路供電，西南交大出，西南交大出版社，版社，1989.o鐵道部基建總局編譯組譯鐵道部基建總局編譯組譯.鐵路供電手冊(cè)鐵路供電手冊(cè).中國(guó)鐵道中國(guó)鐵道出版

3、社，出版社，1988. 蒸汽牽引蒸汽牽引(Steam traction) 蒸汽機(jī)車(chē)蒸汽機(jī)車(chē)(燒煤燒煤)有龐大的蒸汽鍋爐、專(zhuān)用煤水車(chē)箱等有龐大的蒸汽鍋爐、專(zhuān)用煤水車(chē)箱等缺點(diǎn)：牽引動(dòng)力小，效率低缺點(diǎn)：牽引動(dòng)力小，效率低內(nèi)燃牽引內(nèi)燃牽引(diesel traction) 內(nèi)燃機(jī)車(chē)內(nèi)燃機(jī)車(chē)(柴油柴油)利用柴油發(fā)電機(jī)利用柴油發(fā)電機(jī)-電動(dòng)機(jī)組牽引列車(chē)電動(dòng)機(jī)組牽引列車(chē)與蒸汽牽引相比，牽引力大，效率高與蒸汽牽引相比，牽引力大，效率高電力牽引電力牽引(electric traction) 電力機(jī)車(chē)電力機(jī)車(chē)(電能電能)動(dòng)力大、效率高；節(jié)省能源、經(jīng)濟(jì)效益好；動(dòng)力大、效率高；節(jié)省能源、經(jīng)濟(jì)效益好；優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，改善勞

4、動(dòng)條件優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，改善勞動(dòng)條件我們國(guó)家的鐵路發(fā)展分為三個(gè)階段：我們國(guó)家的鐵路發(fā)展分為三個(gè)階段： 采用電力牽引的鐵路稱(chēng)為電氣化鐵路采用電力牽引的鐵路稱(chēng)為電氣化鐵路 (electrified railway) 電氣化鐵路的牽引動(dòng)力是電氣化鐵路的牽引動(dòng)力是電力機(jī)車(chē)電力機(jī)車(chē)(electric locomotive)，它本身不帶能源，它本身不帶能源(非自給性非自給性)，必須，必須從外部電源和牽引供電系統(tǒng)獲得電能，經(jīng)過(guò)變從外部電源和牽引供電系統(tǒng)獲得電能，經(jīng)過(guò)變換后，輸送到牽引電動(dòng)機(jī)，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，換后，輸送到牽引電動(dòng)機(jī)，使?fàn)恳妱?dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)，來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而牽引列車(chē)運(yùn)行。來(lái)驅(qū)動(dòng)車(chē)輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而牽引列車(chē)運(yùn)行

5、。 電氣化鐵路除了一般的鐵路線(xiàn)路、車(chē)站、通電氣化鐵路除了一般的鐵路線(xiàn)路、車(chē)站、通訊、信號(hào)等設(shè)施外，還包括特殊的牽引供電系訊、信號(hào)等設(shè)施外，還包括特殊的牽引供電系統(tǒng)、電力機(jī)車(chē)以及相應(yīng)的運(yùn)行、維修和管理單統(tǒng)、電力機(jī)車(chē)以及相應(yīng)的運(yùn)行、維修和管理單位位(供電段、電力機(jī)務(wù)段、電力調(diào)度及其主管部供電段、電力機(jī)務(wù)段、電力調(diào)度及其主管部門(mén)門(mén)) 。 我國(guó)電氣化鐵路發(fā)展概況1. 電流制與額定電壓電流制與額定電壓根據(jù)電流形式電氣化鐵路可分為：根據(jù)電流形式電氣化鐵路可分為：HzHz 25,3216直流制直流制:主要用于城市軌道交通，主要用于城市軌道交通， 額定電壓有額定電壓有1500V和和750V。交流制交流制低頻單

6、相交流制低頻單相交流制:( )，主要用，主要用于工礦。于工礦。工頻單相交流制工頻單相交流制:主要用于大運(yùn)量、重載的主要用于大運(yùn)量、重載的鐵路運(yùn)輸，額定電壓為鐵路運(yùn)輸，額定電壓為25kV，廣泛采用。，廣泛采用。三相交流制，不采用。三相交流制，不采用。2.發(fā)展概況發(fā)展概況國(guó)外國(guó)外: 1881年年 巴黎巴黎 有軌電車(chē)有軌電車(chē) ； 1895年年 美國(guó)美國(guó) 直流制電車(chē)直流制電車(chē) 600V 1897年年 德國(guó)德國(guó) 電氣化鐵路；電氣化鐵路；我國(guó)：我國(guó)：1961年年 寶鳳線(xiàn)寶鳳線(xiàn) (寶雞寶雞鳳州鳳州) 第一條電氣化鐵路第一條電氣化鐵路 1986年年 大秦線(xiàn)大秦線(xiàn)(大同大同秦皇島秦皇島)第一條開(kāi)行重載單元雙第一

7、條開(kāi)行重載單元雙線(xiàn)電氣化鐵路線(xiàn)電氣化鐵路1995年年 干武線(xiàn)干武線(xiàn)(干塘干塘武威武威) 第一條沙漠電氣化鐵路第一條沙漠電氣化鐵路1997年年 廣深線(xiàn)廣深線(xiàn)(廣州廣州深圳深圳) 第一條準(zhǔn)高速電氣化鐵路第一條準(zhǔn)高速電氣化鐵路 平均時(shí)速平均時(shí)速 160公里公里2002年年 秦沈線(xiàn)秦沈線(xiàn)(秦皇島秦皇島沈陽(yáng)沈陽(yáng))第一條高速客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)第一條高速客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn) 最高時(shí)速最高時(shí)速318公里公里3.牽引供電系統(tǒng)設(shè)施的發(fā)展?fàn)恳╇娤到y(tǒng)設(shè)施的發(fā)展(1)牽引供電系統(tǒng)向電力機(jī)車(chē)供電的方式牽引供電系統(tǒng)向電力機(jī)車(chē)供電的方式直接供電方式直接供電方式(DF) Direct feeding帶回流線(xiàn)的直接供電方式帶回流線(xiàn)的直接供電方式(D

8、N) Negative feeder自耦變壓器供電方式自耦變壓器供電方式(AT) Auto-Transformer吸流變壓器供電方式吸流變壓器供電方式(BT) Booster-Transformer(2)牽引變電所主變壓器的主結(jié)線(xiàn)型式牽引變電所主變壓器的主結(jié)線(xiàn)型式Y(jié)N,d11接線(xiàn)接線(xiàn)廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于DF和和BT方式方式單相單相V,V接線(xiàn)接線(xiàn)斯科特斯科特(Scott)廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于AT方式方式Y(jié)N,d11,d1三相結(jié)線(xiàn)等等。三相結(jié)線(xiàn)等等。(3)斷路器：多油、少油、斷路器：多油、少油、SF6、真空斷路器。、真空斷路器。(4)繼電保護(hù)繼電保護(hù)(5)接觸網(wǎng)懸掛方式接觸網(wǎng)懸掛方式(6)調(diào)度方式

9、調(diào)度方式(7)檢測(cè)技術(shù)檢測(cè)技術(shù)4.電力機(jī)車(chē)的發(fā)展電力機(jī)車(chē)的發(fā)展(一一)電力系統(tǒng)及牽引供電系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)及牽引供電系統(tǒng)概述(二二)牽引變電所牽引變電所1.主變壓器的結(jié)線(xiàn)方式主變壓器的結(jié)線(xiàn)方式2.主變器的容量計(jì)算和選擇主變器的容量計(jì)算和選擇3.供電方式和供電回路供電方式和供電回路4.變電所換相聯(lián)接變電所換相聯(lián)接5.牽引變電所電壓損失牽引變電所電壓損失四、主要內(nèi)容四、主要內(nèi)容(三三)牽引網(wǎng)牽引網(wǎng)1.牽引網(wǎng)阻抗?fàn)恳W(wǎng)阻抗2.牽引網(wǎng)電壓損失牽引網(wǎng)電壓損失3.牽引網(wǎng)電壓改善的方法牽引網(wǎng)電壓改善的方法(四四)牽引網(wǎng)對(duì)通信線(xiàn)路的影響牽引網(wǎng)對(duì)通信線(xiàn)路的影響 第一章第一章 電力系統(tǒng)與牽引供電系統(tǒng)電力系統(tǒng)與牽引供

10、電系統(tǒng)1.1電力系統(tǒng)概述電力系統(tǒng)電力系統(tǒng) 是一個(gè)包括發(fā)電廠、輸電是一個(gè)包括發(fā)電廠、輸電(線(xiàn)線(xiàn))、變電、變電、配電、用電裝置的完整工作系統(tǒng)。配電、用電裝置的完整工作系統(tǒng)。一、發(fā)電廠一、發(fā)電廠 將其它形式的能源轉(zhuǎn)換為電能將其它形式的能源轉(zhuǎn)換為電能二、電力網(wǎng)二、電力網(wǎng) 由輸電線(xiàn)路、配電線(xiàn)路、變電所組由輸電線(xiàn)路、配電線(xiàn)路、變電所組成成輸電線(xiàn)路：輸送電能，電壓較高，線(xiàn)路較長(zhǎng)輸電線(xiàn)路：輸送電能，電壓較高，線(xiàn)路較長(zhǎng)配電線(xiàn)路：分配電能，電壓較低，線(xiàn)路較短配電線(xiàn)路：分配電能，電壓較低，線(xiàn)路較短地區(qū)電網(wǎng)地區(qū)電網(wǎng) 110kV220kV區(qū)域電網(wǎng)區(qū)域電網(wǎng) 330kV500kVo電力系統(tǒng)的表示方法采用單線(xiàn)圖來(lái)表示電力系統(tǒng)

11、，可以很方便地表示復(fù)雜的電力系統(tǒng)，采用單線(xiàn)圖來(lái)表示電力系統(tǒng)，可以很方便地表示復(fù)雜的電力系統(tǒng)，所謂單線(xiàn)圖，就是用單線(xiàn)來(lái)表示三相。所謂單線(xiàn)圖，就是用單線(xiàn)來(lái)表示三相。1發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)2變壓器變壓器3負(fù)荷負(fù)荷4電動(dòng)機(jī)電動(dòng)機(jī)5電燈電燈6汽輪機(jī)汽輪機(jī)7水輪機(jī)水輪機(jī)8鍋爐鍋爐9水庫(kù)水庫(kù)10熱力網(wǎng)熱力網(wǎng)三、變電所三、變電所1.樞鈕變電所樞鈕變電所 通常有兩個(gè)及以上電源匯通常有兩個(gè)及以上電源匯集，進(jìn)行電能的分配和交換，從而形成電能集，進(jìn)行電能的分配和交換，從而形成電能的樞鈕。規(guī)模大，采用三繞組變壓器獲得不的樞鈕。規(guī)模大，采用三繞組變壓器獲得不同級(jí)別的電壓，送到不同地區(qū)。同級(jí)別的電壓，送到不同地區(qū)。2.地區(qū)變電所地

12、區(qū)變電所 供電給一個(gè)地區(qū)用電，采供電給一個(gè)地區(qū)用電，采用三繞組變壓器，高壓受電，中壓轉(zhuǎn)供，低用三繞組變壓器，高壓受電，中壓轉(zhuǎn)供，低壓直配。壓直配。3.用戶(hù)變電所用戶(hù)變電所 電力系統(tǒng)的終端變電所，電力系統(tǒng)的終端變電所，直接供給用戶(hù)電能。采用雙繞組變壓器。直接供給用戶(hù)電能。采用雙繞組變壓器。1.2 牽引供電系統(tǒng)(Power supply system of electric traction)一、組成一、組成牽引變電所牽引變電所(Traction substation)把電力系統(tǒng)供應(yīng)的電能變換成適合電力機(jī)車(chē)牽引把電力系統(tǒng)供應(yīng)的電能變換成適合電力機(jī)車(chē)牽引要求的電能。要求的電能。接觸網(wǎng)接觸網(wǎng) (Ove

13、rhead contact system)是一種懸掛在軌道上方，沿軌道敷設(shè)的、和鐵路是一種懸掛在軌道上方，沿軌道敷設(shè)的、和鐵路軌頂保持一定距離的輸電網(wǎng)。通過(guò)電動(dòng)車(chē)組的受軌頂保持一定距離的輸電網(wǎng)。通過(guò)電動(dòng)車(chē)組的受電弓電弓(pantograph)和接觸網(wǎng)的滑動(dòng)接觸，牽引電能和接觸網(wǎng)的滑動(dòng)接觸，牽引電能就由接觸網(wǎng)進(jìn)入電動(dòng)車(chē)組，從而驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)就由接觸網(wǎng)進(jìn)入電動(dòng)車(chē)組，從而驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)使列車(chē)運(yùn)行。使列車(chē)運(yùn)行。饋電線(xiàn)饋電線(xiàn) (feeder)連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線(xiàn)。它將牽引變電連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線(xiàn)。它將牽引變電所變換后的電能送到接觸網(wǎng)。所變換后的電能送到接觸網(wǎng)。 軌道軌道 (Rail)在非

14、電牽引情形下只作為列車(chē)的導(dǎo)軌。在電力牽在非電牽引情形下只作為列車(chē)的導(dǎo)軌。在電力牽引時(shí)，軌道除仍具有導(dǎo)軌功能外，還需要完成導(dǎo)引時(shí)，軌道除仍具有導(dǎo)軌功能外，還需要完成導(dǎo)通回流的任務(wù)。因此，電力牽引的軌道，需要具通回流的任務(wù)。因此，電力牽引的軌道，需要具有良好的導(dǎo)電性能。有良好的導(dǎo)電性能?；亓骶€(xiàn)回流線(xiàn) (Return current line)是連接軌道和牽引變電所的導(dǎo)線(xiàn)。通過(guò)回流線(xiàn)把是連接軌道和牽引變電所的導(dǎo)線(xiàn)。通過(guò)回流線(xiàn)把軌道中的回路電流導(dǎo)入牽引變電所的主變壓器。軌道中的回路電流導(dǎo)入牽引變電所的主變壓器。由于鋼軌對(duì)地并非絕緣，所以部分電流沿大地流由于鋼軌對(duì)地并非絕緣，所以部分電流沿大地流回牽引變

15、電所，形成地中電流。回牽引變電所，形成地中電流。牽引網(wǎng)牽引網(wǎng) (Traction electric network)通常將接觸網(wǎng)、饋電線(xiàn)、鋼軌回路通常將接觸網(wǎng)、饋電線(xiàn)、鋼軌回路(包括大地包括大地)和和回流線(xiàn)稱(chēng)為牽引網(wǎng)?；亓骶€(xiàn)稱(chēng)為牽引網(wǎng)。牽引變電所沙盤(pán)牽引變壓器模型牽引變電所系統(tǒng)電源側(cè)門(mén)形框進(jìn)線(xiàn)牽引變電所110kV側(cè)(室外)27.5kV饋線(xiàn)側(cè)(室外)保護(hù)、計(jì)量盤(pán)(室內(nèi))1.保證向電氣化鐵路安全、可靠、不間斷的保證向電氣化鐵路安全、可靠、不間斷的供電；供電；2.提高供電質(zhì)量，保證必須的電壓水平；提高供電質(zhì)量，保證必須的電壓水平；3.提高功率因數(shù)，減少電能損失；提高功率因數(shù)，減少電能損失；4.盡量減

16、少單相牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中引起盡量減少單相牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中引起的負(fù)序電流、負(fù)序電壓和高次諧波的影響；的負(fù)序電流、負(fù)序電壓和高次諧波的影響；5.盡量減小對(duì)鄰近的通信線(xiàn)路的干擾影響。盡量減小對(duì)鄰近的通信線(xiàn)路的干擾影響。對(duì)電氣化鐵道供電系統(tǒng)的基本要求： 電氣化鐵道牽引供電屬于電氣化鐵道牽引供電屬于一級(jí)負(fù)荷一級(jí)負(fù)荷，中斷供，中斷供電將會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。因電將會(huì)造成重大經(jīng)濟(jì)損失和嚴(yán)重的社會(huì)影響。因此對(duì)一次供電的可靠性要求很高。此對(duì)一次供電的可靠性要求很高。 通常要求每個(gè)牽引變電所必須有通常要求每個(gè)牽引變電所必須有兩獨(dú)立電源兩獨(dú)立電源供電供電，或者由兩路非同桿架設(shè)的輸電線(xiàn)路供電，或者

17、由兩路非同桿架設(shè)的輸電線(xiàn)路供電，其中每路輸電線(xiàn)應(yīng)能承擔(dān)牽引變電所的全部負(fù)荷。其中每路輸電線(xiàn)應(yīng)能承擔(dān)牽引變電所的全部負(fù)荷。 兩路電源互為備用或一主一備，即一路可長(zhǎng)期兩路電源互為備用或一主一備，即一路可長(zhǎng)期供電，另一路由于某種原因只能作為短期備用。供電，另一路由于某種原因只能作為短期備用。 當(dāng)供電電源故障時(shí)，備用電源應(yīng)能立即投入。當(dāng)供電電源故障時(shí)，備用電源應(yīng)能立即投入。二、牽引變電所一次側(cè)的供電方式(外部供電方式)：C：牽引變電所；：牽引變電所；B：地區(qū)變電站；：地區(qū)變電站；A：發(fā)電廠：發(fā)電廠 牽引變電所牽引變電所C1、C2、C3只能從右側(cè)的發(fā)電廠只能從右側(cè)的發(fā)電廠A1用兩路用兩路輸電線(xiàn)供電。而發(fā)

18、電廠輸電線(xiàn)供電。而發(fā)電廠A1又通過(guò)地區(qū)變電所又通過(guò)地區(qū)變電所B1、B2、B3與發(fā)電廠與發(fā)電廠A2、A3相連，構(gòu)成一個(gè)可靠的供電網(wǎng)絡(luò)。相連，構(gòu)成一個(gè)可靠的供電網(wǎng)絡(luò)。(1)一邊供電：電能由一個(gè)方向送來(lái)(2)兩邊供電：就是牽引變電所的電能由電兩邊供電：就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中兩個(gè)方向的發(fā)電廠送來(lái)。牽引力系統(tǒng)中兩個(gè)方向的發(fā)電廠送來(lái)。牽引變電所變電所C，兩側(cè)都為電源。，兩側(cè)都為電源。(3)環(huán)形供電：若干個(gè)發(fā)電廠、地方變環(huán)形供電：若干個(gè)發(fā)電廠、地方變電所通過(guò)高壓輸電線(xiàn)連接成環(huán)形的電電所通過(guò)高壓輸電線(xiàn)連接成環(huán)形的電力系統(tǒng)，牽引變電所處于環(huán)形電力系力系統(tǒng)，牽引變電所處于環(huán)形電力系統(tǒng)的一段環(huán)路之中。統(tǒng)的

19、一段環(huán)路之中。1.橋形接線(xiàn)橋形接線(xiàn) 當(dāng)電力系統(tǒng)的功率需要穿越牽引變電所當(dāng)電力系統(tǒng)的功率需要穿越牽引變電所時(shí)，采用此種引入線(xiàn)方式。時(shí)，采用此種引入線(xiàn)方式。2.雙雙T接線(xiàn)接線(xiàn) 外部負(fù)荷不進(jìn)入牽引變電所。外部負(fù)荷不進(jìn)入牽引變電所。三、牽引變電所的引入線(xiàn)方式(一次側(cè)主接線(xiàn)方式)3.單母線(xiàn)分段方式單母線(xiàn)分段方式 通常用在通常用在110kV側(cè)兩路電源引入線(xiàn)外，還側(cè)兩路電源引入線(xiàn)外，還有其它出線(xiàn)的牽引變電所。有其它出線(xiàn)的牽引變電所。 指牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式。指牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式。 牽引變電所是沿著電氣化鐵道區(qū)段分布牽引變電所是沿著電氣化鐵道區(qū)段分布的，每一個(gè)牽引變電所有一定的供電范圍。的，每一個(gè)牽引變電所有一定的供電范圍。 在相鄰兩個(gè)牽引變電所之間的接觸網(wǎng)，在相鄰兩個(gè)牽引變電所之間的接觸網(wǎng)，為了使其安全、可靠的供電，通常在其中央為了使其安全、可靠的供電，通常在其中央處斷開(kāi)，即分成互相絕緣的兩個(gè)部分。每一處斷開(kāi)，即分成互相絕緣的兩個(gè)部分。每一部分稱(chēng)為供電分區(qū)，一個(gè)供電分