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)化專業(yè)的重點(diǎn)專供電系統(tǒng)是電氣工程與自動(dòng)化專業(yè)的重點(diǎn)專業(yè)課程之一，同時(shí)又是其它后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。業(yè)課程之一，同時(shí)又是其它后續(xù)專業(yè)課程的基礎(chǔ)。o專業(yè)課與基礎(chǔ)課的差別：專業(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)車蒸汽機(jī)車(燒煤燒煤)有龐大的蒸汽鍋爐、專用煤水車箱等有龐大的蒸汽鍋爐、專用煤水車箱等缺點(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)車內(nèi)燃機(jī)車(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)組牽引列車電動(dòng)機(jī)組牽引列車與蒸汽牽引相比，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)車電力機(jī)車(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為電氣化鐵路采用電力牽引的鐵路稱為電氣化鐵路 (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)車電力機(jī)車(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)過變從外部電源和牽引供電系統(tǒng)獲得電能，經(jīng)過變換后，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)，來驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而牽引列車運(yùn)行。來驅(qū)動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)而牽引列車運(yùn)行

5、。 電氣化鐵路除了一般的鐵路線路、車站、通電氣化鐵路除了一般的鐵路線路、車站、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)車以及相應(yīng)的運(yùn)行、維修和管理單統(tǒng)、電力機(jī)車以及相應(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)度及其主管部門門) 。 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 有軌電車有軌電車 ； 1895年年 美國(guó)美國(guó) 直流制電車直流制電車 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 寶鳳線寶鳳線 (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 大秦線大秦線(大同大同秦皇島秦皇島)第一條開行重載單元雙第一

7、條開行重載單元雙線電氣化鐵路線電氣化鐵路1995年年 干武線干武線(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 廣深線廣深線(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 秦沈線秦沈線(秦皇島秦皇島沈陽(yáng)沈陽(yáng))第一條高速客運(yùn)專線第一條高速客運(yùn)專線 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)車供電的方式牽引供電系統(tǒng)向電力機(jī)車供電的方式直接供電方式直接供電方式(DF) Direct feeding帶回流線的直接供電方式帶回流線的直接供電方式(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)線型式牽引變電所主變壓器的主結(jié)線型式Y(jié)N,d11接線接線廣泛應(yīng)用于廣泛應(yīng)用于DF和和BT方式方式單相單相V,V接線接線斯科特斯科特(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)線等等。三相結(jié)線等等。(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)車的發(fā)展電力機(jī)車的發(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)線方式主變壓器的結(jié)線方式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)通信線路的影響牽引網(wǎng)對(duì)通信線路的影響 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(線線)、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) 由輸電線路、配電線路、變電所組由輸電線路、配電線路、變電所組成成輸電線路：輸送電能，電壓較高，線路較長(zhǎng)輸電線路：輸送電能，電壓較高，線路較長(zhǎng)配電線路：分配電能，電壓較低，線路較短配電線路：分配電能，電壓較低，線路較短地區(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圖來表示電力系統(tǒng)

11、，可以很方便地表示復(fù)雜的電力系統(tǒng)，采用單線圖來表示電力系統(tǒng)，可以很方便地表示復(fù)雜的電力系統(tǒng)，所謂單線圖，就是用單線來表示三相。所謂單線圖，就是用單線來表示三相。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.用戶變電所用戶變電所 電力系統(tǒng)的終端變電所，電力系統(tǒng)的終端變電所，直接供給用戶電能。采用雙繞組變壓器。直接供給用戶電能。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)車牽引把電力系統(tǒng)供應(yīng)的電能變換成適合電力機(jī)車牽引要求的電能。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)。通過電動(dòng)車組的受軌頂保持一定距離的輸電網(wǎng)。通過電動(dòng)車組的受電弓電弓(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)車組，從而驅(qū)動(dòng)牽引電動(dòng)機(jī)使列車運(yùn)行。使列車運(yùn)行。饋電線饋電線 (feeder)連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線。它將牽引變電連接牽引變電所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線。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的導(dǎo)軌。在電力牽在非電牽引情形下只作為列車的導(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。回流線回流線 (Return current line)是連接軌道和牽引變電所的導(dǎo)線。通過回流線把是連接軌道和牽引變電所的導(dǎo)線。通過回流線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?；貭恳冸娝?，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、鋼軌回路通常將接觸網(wǎng)、饋電線、鋼軌回路(包括大地包括大地)和和回流線稱為牽引網(wǎng)。回流線稱為牽引網(wǎng)。牽引變電所沙盤牽引變壓器模型牽引變電所系統(tǒng)電源側(cè)門形框進(jìn)線牽引變電所110kV側(cè)(室外)27.5kV饋線側(cè)(室外)保護(hù)、計(jì)量盤(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)鄰近的通信線路的干擾影響。盡量減小對(duì)鄰近的通信線路的干擾影響。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)的輸電線路供電，或者

17、由兩路非同桿架設(shè)的輸電線路供電，其中每路輸電線應(yīng)能承擔(dān)牽引變電所的全部負(fù)荷。其中每路輸電線應(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供電。而發(fā)

18、電廠輸電線供電。而發(fā)電廠A1又通過地區(qū)變電所又通過地區(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(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。牽引力系統(tǒng)中兩個(gè)方向的發(fā)電廠送來。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、地方變電所通過高壓輸電線連接成環(huán)形的電電所通過高壓輸電線連接成環(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.橋形接線橋形接線 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)，采用此種引入線方式。時(shí)，采用此種引入線方式。2.雙雙T接線接線 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方式(一次側(cè)主接線方式)3.單母線分段方式單母線分段方式 通常用在通常用在110kV側(cè)兩路電源引入線外，還側(cè)兩路電源引入線外，還有其它出線的牽引變電所。有其它出線的牽引變電所。 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，即分成互相絕緣的兩個(gè)部分。每一處斷開，即分成互相絕緣的兩個(gè)部分。每一部分稱為供電分區(qū)，一個(gè)供電分