第二三章電力牽引供電系統(tǒng)(16323)

1、第二章第二章 電力牽引供電系統(tǒng)電力牽引供電系統(tǒng)參考教材 譚秀炳譚秀炳 主編，主編， 西南交通大學出版社西南交通大學出版社華東交通大學華東交通大學 電氣與電子工程學院電氣與電子工程學院 羅杰羅杰 2-1 電力系統(tǒng)術語電力系統(tǒng)術語 電力系統(tǒng)電力系統(tǒng): : (Power System) (Power System) 生產、輸送、分配、消費電能的發(fā)電機、生產、輸送、分配、消費電能的發(fā)電機、變壓器、電力線路、各種用電設備聯(lián)系在變壓器、電力線路、各種用電設備聯(lián)系在一起組成的統(tǒng)一體。一起組成的統(tǒng)一體。 1 1、電力系統(tǒng)：生產、輸送、分配與消費電能的系、電力系統(tǒng)：生產、輸送、分配與消費電能的系 統(tǒng)。包括：發(fā)電

2、機、電力網和用電設備組成。統(tǒng)。包括：發(fā)電機、電力網和用電設備組成。 2 2、電力網：電力系統(tǒng)中輸送與分配電能的部分。、電力網：電力系統(tǒng)中輸送與分配電能的部分。 3 3、動力系統(tǒng)：動力部分與電力系統(tǒng)組成的整體。、動力系統(tǒng)：動力部分與電力系統(tǒng)組成的整體。 發(fā)電廠發(fā)電廠 電力網電力網 電力用戶電力用戶 2-2 電力牽引電流制式與基本內容電力牽引電流制式與基本內容一、一、 電流制與額定電壓電流制與額定電壓 根據(jù)電流形式：根據(jù)電流形式： HzHz 25,3216（1）直流制）直流制:主要用于城市軌道交通，額定電壓有主要用于城市軌道交通，額定電壓有1500V和和750V、3000V或或6000V。（2）交

3、流制）交流制低頻單相交流制低頻單相交流制:( )目前已不采用，目前已不采用，額定電壓額定電壓15KV或或11KV 。工頻工頻(50HZ)單相交流制單相交流制:主要用于大運量、重載的主要用于大運量、重載的鐵路運輸，額定電壓為鐵路運輸，額定電壓為25kV，廣泛采用。，廣泛采用。二、二、電力牽引供電系統(tǒng)主要內容電力牽引供電系統(tǒng)主要內容(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)牽引變電所主變壓器的牽引變電所主變壓器的結線方式結線方式(三三)供電方式供電方式和供電回路和供電回路(四四)牽引網對通信線路的影響牽引網對通信線路的影響 電力牽引系統(tǒng)電力牽引系統(tǒng) electric tr

4、action system electric traction system ： 1 1、電力牽引供電系統(tǒng)、電力牽引供電系統(tǒng) electric traction supply systemelectric traction supply system 保證實現(xiàn)電力牽引方式且能夠安全可靠的、不間斷保證實現(xiàn)電力牽引方式且能夠安全可靠的、不間斷工作的電力供應系統(tǒng)工作的電力供應系統(tǒng). . （1 1）牽引變電所）牽引變電所 traction substationtraction substation （2 2）牽引網）牽引網 traction networktraction network 饋電線饋電線

5、 feeder line feeder line 接觸網接觸網 overhead contact lineoverhead contact line 鋼軌及回流線鋼軌及回流線 rail, negative feederrail, negative feeder 2 2、電力機車、電力機車 electric locomotiveelectric locomotive2-3 交流電力牽引系統(tǒng)概述交流電力牽引系統(tǒng)概述G電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)( (發(fā)電廠）發(fā)電廠）輸電線輸電線牽引變電所牽引變電所電力機車電力機車接觸網接觸網饋電線饋電線回流線回流線鋼軌、地鋼軌、地3、電力牽引系統(tǒng)組成原理圖、電力牽引系統(tǒng)組成原

6、理圖電力牽引系統(tǒng)電力牽引系統(tǒng)2-4 直流牽引供電系統(tǒng)概述直流牽引供電系統(tǒng)概述 發(fā)發(fā)電電廠廠升壓升壓變壓器變壓器升壓升壓變壓器變壓器輸電線路輸電線路接觸網接觸網饋線饋線回回流流線線走行軌道走行軌道主降壓變電站主降壓變電站直流牽引變電所直流牽引變電所發(fā)發(fā)電電廠廠G電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)(發(fā)電廠）發(fā)電廠）輸電線輸電線直流牽引變電所直流牽引變電所接觸網接觸網饋電線饋電線回流線回流線電動車輛電動車輛走行軌走行軌主（降壓）變電站主（降壓）變電站電力地鐵或者表示為：或者表示為： 2-5 電力系統(tǒng)與電力牽引供電系統(tǒng)電力系統(tǒng)與電力牽引供電系統(tǒng)一、構成一、構成1.電力系統(tǒng)電力系統(tǒng)是一個包括發(fā)電廠、輸電是一個包括發(fā)電廠、

7、輸電(線線)、變電、配、變電、配電、用電裝置的完整工作系統(tǒng)。電、用電裝置的完整工作系統(tǒng)。發(fā)發(fā)電電機機升壓升壓變壓器變壓器降壓降壓變壓器變壓器輸電線路輸電線路用戶用戶發(fā)電廠發(fā)電廠配電系統(tǒng)配電系統(tǒng)GTMTML接觸網接觸網饋饋線線2727. .5 5kVkV回回流流線線牽引變電所牽引變電所鋼軌鋼軌110110kVkV專用高壓輸電線路專用高壓輸電線路( (牽引牽引) )供電系統(tǒng)供電系統(tǒng)電電氣氣化化鐵鐵道道供供電電系系統(tǒng)統(tǒng)2、電力牽引供電系統(tǒng)的組成部分與作用、電力牽引供電系統(tǒng)的組成部分與作用 （1）牽引變電所）牽引變電所:把電力系統(tǒng)供應的電能變換成適合電力機車牽把電力系統(tǒng)供應的電能變換成適合電力機車牽引

8、要求的電能。引要求的電能。 （2）饋電線）饋電線:連接牽引變電所和接觸網的導線。它將牽引變電所連接牽引變電所和接觸網的導線。它將牽引變電所變換后的電能送到接觸網。變換后的電能送到接觸網。 （3）接觸網）接觸網:是一種懸掛在軌道上方，沿軌道敷設的、和鐵路軌是一種懸掛在軌道上方，沿軌道敷設的、和鐵路軌道保持一定距離的輸電網。通過電動車組受電弓和接觸網的滑動接道保持一定距離的輸電網。通過電動車組受電弓和接觸網的滑動接觸，牽引電能就由接觸網進入電動車組，從而驅動牽引電動機使列觸，牽引電能就由接觸網進入電動車組，從而驅動牽引電動機使列車運行。車運行。 （4）軌道）軌道:在非電牽引情形下只作為列車的導軌。

9、在電力牽引時，在非電牽引情形下只作為列車的導軌。在電力牽引時，軌道除仍具有導軌功能外，還需要完成導通回流的任務。因此，電軌道除仍具有導軌功能外，還需要完成導通回流的任務。因此，電力牽引的軌道，需要具有良好的導電性能。力牽引的軌道，需要具有良好的導電性能。 （5）回流線）回流線: 是連接軌道和牽引變電所的導線。通過回流線把軌是連接軌道和牽引變電所的導線。通過回流線把軌 道中的回路電流導入牽引變電所的主變壓器。道中的回路電流導入牽引變電所的主變壓器。 牽引網牽引網: 通常將接觸網、饋電線、鋼軌回路通常將接觸網、饋電線、鋼軌回路(包括大地包括大地)和回和回 流線稱為牽引網。流線稱為牽引網。 牽引變電

10、所和牽引網構成牽引變電所和牽引網構成牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng) 。 專用高壓輸電線路和牽引供電系統(tǒng)稱為專用高壓輸電線路和牽引供電系統(tǒng)稱為電氣化鐵路供電系統(tǒng)電氣化鐵路供電系統(tǒng) 。二、牽引變電所一次側的供電方式二、牽引變電所一次側的供電方式(1)單邊供電：單邊供電：牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中的一個牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中的一個方向的發(fā)電廠送來。方向的發(fā)電廠送來。1C2C3C1A1B2B2A3A3B110kV35kV(2)兩邊供電：兩邊供電：就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中兩個方向的發(fā)電廠送來。兩個方向的發(fā)電廠送來。(3)環(huán)形供電：環(huán)形供電：若干個發(fā)電廠、地方變電

11、所通過高壓輸電線連若干個發(fā)電廠、地方變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)形電力系統(tǒng)的一接成環(huán)形的電力系統(tǒng)，牽引變電所處于環(huán)形電力系統(tǒng)的一段環(huán)路之中。段環(huán)路之中。三、牽引供電系統(tǒng)的構成方式三、牽引供電系統(tǒng)的構成方式(1)牽引供電系統(tǒng)向接觸網的供電方式牽引供電系統(tǒng)向接觸網的供電方式、單線區(qū)段、單線區(qū)段 一邊供電一邊供電 兩邊供電兩邊供電、雙線區(qū)段、雙線區(qū)段 同相一邊并聯(lián)供電同相一邊并聯(lián)供電 同相一邊分開供電同相一邊分開供電 雙邊紐結供電雙邊紐結供電(2)牽引供電系統(tǒng)向電力機車的供電方式牽引供電系統(tǒng)向電力機車的供電方式 直接供電方式直接供電方式(DF) Direct feed

12、帶回流線的直接供電方式帶回流線的直接供電方式(DN供電方式供電方式) 自耦變壓器供電方式自耦變壓器供電方式(AT供電方式供電方式) Auto-Transformer 吸流變壓器供電方式吸流變壓器供電方式(BT供電方式供電方式) Booster-Transformer 同軸電力電纜供電方式（同軸電力電纜供電方式（CC） Coaxial cable(3)牽引變電所主變壓器的主結線型式牽引變電所主變壓器的主結線型式 YN,d11三相接線三相接線廣泛應用于廣泛應用于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)廣泛應用于廣泛應用于AT方式方式 阻抗匹配平衡變壓器接線阻抗匹配平

13、衡變壓器接線 非阻抗匹配平衡變壓器接線非阻抗匹配平衡變壓器接線第三章第三章 牽引變電所牽引變電所一、牽引變電所的分類一、牽引變電所的分類 1、按牽引變壓器的結線形式分類、按牽引變壓器的結線形式分類 純單相結線；純單相結線；單相單相V,v結線結線; 三相三相V,v結線；結線； 三相三相YN,D11結線；結線；斯柯特結線；斯柯特結線；阻抗阻抗匹配平衡結線；匹配平衡結線；非阻抗匹配平衡結線非阻抗匹配平衡結線2、按高壓輸電線的引入方式分類、按高壓輸電線的引入方式分類 T接線（又稱分支接線）接線（又稱分支接線） ；橋接線（內橋橋接線（內橋和外橋接線）和外橋接線） 3、按承擔供電臂的供電任務分類、按承擔供

14、電臂的供電任務分類 集中供電方式和分散供電方式集中供電方式和分散供電方式 集中供電方式：每個牽引變電所單獨承擔所轄供集中供電方式：每個牽引變電所單獨承擔所轄供電臂的供電任務。（居多方式）電臂的供電任務。（居多方式） 分散供電方式：每個牽引變電所除了在正常情況分散供電方式：每個牽引變電所除了在正常情況下承擔所轄供電臂的供電任務外，還能在事故或下承擔所轄供電臂的供電任務外，還能在事故或檢修的情況下承擔相鄰牽引變電所所轄供電臂的檢修的情況下承擔相鄰牽引變電所所轄供電臂的供電任務，即越區(qū)供電。（較少采用）供電任務，即越區(qū)供電。（較少采用）1、純單相結線牽引變壓器結線、純單相結線牽引變壓器結線 （1）結

15、線）結線 （2）原理與特點）原理與特點 原邊（高壓側）：接電網的原邊（高壓側）：接電網的AB（BC、CA） 次邊（牽引側）：一端接鋼軌，另一端接供電臂次邊（牽引側）：一端接鋼軌，另一端接供電臂 優(yōu)點：優(yōu)點： 主接線結構簡單主接線結構簡單 ; 設備少設備少 ;占地面積小，投資較少占地面積小，投資較少; 容量利用率（額定輸出容量與變容量利用率（額定輸出容量與變 壓器的額定容量之比）為壓器的額定容量之比）為100%； 缺點：缺點： 不能實現(xiàn)對接觸網的雙邊供電不能實現(xiàn)對接觸網的雙邊供電, 副邊不能提供三相電源副邊不能提供三相電源; 對電力系統(tǒng)的不對稱性對電力系統(tǒng)的不對稱性 （負序）影響（負序）影響 最

16、嚴重（不對稱系數(shù)為最嚴重（不對稱系數(shù)為1）; （3）應用）應用 純單相結線主要適合于電力系統(tǒng)容量較大，地方電力網發(fā)達的地區(qū)。我國的哈純單相結線主要適合于電力系統(tǒng)容量較大，地方電力網發(fā)達的地區(qū)。我國的哈-大線大線 （哈爾濱（哈爾濱-大連）全部采用純單相結線，牽引變電所接入容量較大的大連）全部采用純單相結線，牽引變電所接入容量較大的220KV電力網。電力網。 二、單相牽引變電所二、單相牽引變電所、純單相牽引變電所純單相牽引變電所、單相、單相V,v結線牽引變電所結線牽引變電所3、三相、三相 V,v結線牽引變電所結線牽引變電所2、開口三角形、開口三角形(單相單相V/V結線結線)牽引變壓器結線牽引變壓器

17、結線（1）結線 （2）原理與特點原理與特點 單相變電所的一種變形；單相變電所的一種變形； 原邊：以開口三角形的形式實現(xiàn)獲取兩相電能（原邊：以開口三角形的形式實現(xiàn)獲取兩相電能（A、BC）兩高壓繞組有公用端子；）兩高壓繞組有公用端子； 故構成了原邊的故構成了原邊的V接。接。 次邊：各取一端連接于牽引母線次邊：各取一端連接于牽引母線a相和相和C相，各自的另一端聯(lián)結成相，各自的另一端聯(lián)結成公共端接至鋼軌構成了副邊的公共端接至鋼軌構成了副邊的V接；接；不對稱性分析結論：雖然其變壓器的三端都是聯(lián)向三相電力系統(tǒng)，即使在兩牽不對稱性分析結論：雖然其變壓器的三端都是聯(lián)向三相電力系統(tǒng)，即使在兩牽 引供電臂電流相等

18、的情況下，三相系統(tǒng)的電流也不是對稱的，仍然會影響三相引供電臂電流相等的情況下，三相系統(tǒng)的電流也不是對稱的，仍然會影響三相 電力系統(tǒng)的對稱運行。電力系統(tǒng)的對稱運行。 牽引變電所裝設兩臺單相牽引變電所裝設兩臺單相結線牽引變壓器，作結線牽引變壓器，作V,v接線。接線。 V,v接線牽引變壓器接線牽引變壓器原邊原邊接入電力系統(tǒng)的接入電力系統(tǒng)的兩個線電壓兩個線電壓。 次邊次邊各有一端分別接到牽各有一端分別接到牽引側的兩相母線上，各有另引側的兩相母線上，各有另一端與軌道及接地網連接。一端與軌道及接地網連接。（1）原、次邊電流關）原、次邊電流關系系221111()()12cos ,ABabBCbcTTAABa

19、bTBABBCabbcTCBCbcTbabbcabbcIIIIKKIIIKIIIIIKIIIKIIIII (2) 額定利用率額定利用率當當Iab=Ibc=Ie時，時，額定輸出容量：額定輸出容量： S=IabUe+IbcUe=2UeIe額定容量：額定容量： S=2UeIe所以，所以，K=100%(3) 跨相供電跨相供電 當一臺變壓器因故停電時，另一臺變壓器當一臺變壓器因故停電時，另一臺變壓器必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電分區(qū)的必須跨相供電，即兼供左右兩邊供電分區(qū)的牽引網。牽引網。 3、三相、三相 V,v牽引變壓器結線牽引變壓器結線 （1）結線）結線 （2）原理與特點）原理與特點 高壓繞組引出高

20、壓繞組引出3個端子個端子A，B，C接三相電源，接三相電源，同單相同單相V/V結線一樣，第一個高壓繞組的尾端結線一樣，第一個高壓繞組的尾端X1與與第二個繞組的首端第二個繞組的首端A2構成原邊的構成原邊的V接，頂點為接，頂點為C。 副邊繞組的四個端子副邊繞組的四個端子a1,x1,a2,x2全部引出在全部引出在油箱的外部，根據(jù)牽引供電的要求，可以接成正油箱的外部，根據(jù)牽引供電的要求，可以接成正V（V，V-12）即）即a2與與x1連接成為連接成為c即正的頂點，即正的頂點，a1，x2分別為分別為a相和相和b相。相。 也可以接成反也可以接成反V（V，V-）即）即a與與x連接連接成為成為c即反的頂點，即反的

21、頂點，x1，a2分別為分別為a相和相和b相。相。 優(yōu)缺點：優(yōu)缺點： 三相三相V/V結線的牽引變電所不但保持了結線的牽引變電所不但保持了單相單相V/V結線牽引變電所的所有優(yōu)點，而且結線牽引變電所的所有優(yōu)點，而且完全克服了單相完全克服了單相V/V結線牽引變電所的缺點。結線牽引變電所的缺點。最可取的是解決了單相最可取的是解決了單相V/V結線牽引變電所結線牽引變電所不便于采用固定備用及自動投入的問題。不便于采用固定備用及自動投入的問題。同時同時2臺變壓器的容量可以相等也可以不等；臺變壓器的容量可以相等也可以不等；副邊電壓可以相等也可以不等，這樣大大副邊電壓可以相等也可以不等，這樣大大提高了供電的靈活性

22、。提高了供電的靈活性。三、三相三、三相YN,d11接線牽引變電所接線牽引變電所 目前在三相牽引變電所中大多采用的是目前在三相牽引變電所中大多采用的是110KV油浸風冷式油浸風冷式變壓器，該牽引變壓器的接線采用變壓器，該牽引變壓器的接線采用YN,d11標準聯(lián)結組。標準聯(lián)結組。1.原理電路圖及展開圖原理電路圖及展開圖a. 原理電路圖原理電路圖（）（）內符號表示端子號，內符號表示端子號，大寫為原邊，小寫為次邊大寫為原邊，小寫為次邊其中繞組其中繞組(ax)，(by)為負荷相繞組；為負荷相繞組；繞組繞組(cz)為自由相繞組為自由相繞組b. 展開圖展開圖 為分析的直觀與方便，為分析的直觀與方便，更常見使用

23、更常見使用YN,d11接線接線牽引變壓器的展開圖。牽引變壓器的展開圖。畫展開圖有如下約定：畫展開圖有如下約定： (1)為施工和運行安全起見，為施工和運行安全起見，統(tǒng)一規(guī)定次邊繞組的統(tǒng)一規(guī)定次邊繞組的(c)端子接鋼軌和地；端子接鋼軌和地； (2)原、次邊對應繞組相互平行；原、次邊對應繞組相互平行； (3)原、次邊每相繞組的同名端放在同一側；原、次邊每相繞組的同名端放在同一側；由此，先畫次邊，后畫原邊，可作出展開圖。由此，先畫次邊，后畫原邊，可作出展開圖。 (4)畫成畫成“ ， ”形式形式如約定次邊繞組的如約定次邊繞組的(a)端子放在圖左邊，端子放在圖左邊，(b)端子放在端子放在圖右邊，則得展開圖

24、圖右邊，則得展開圖(圖圖1),反之則得展開圖反之則得展開圖(圖圖2)圖圖1 1圖圖2簡單講就是：簡單講就是： 對于原邊：電壓對于原邊：電壓U首端為正尾端為負；電流首端為正尾端為負；電流I首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。 對于次邊：電壓對于次邊：電壓U首端為正尾端為負；電流首端為正尾端為負；電流I首端流出，尾端流入。首端流出，尾端流入。2.電壓、電流相量的電壓、電流相量的規(guī)格化定向規(guī)格化定向 在牽引供電系統(tǒng)分析中，對所有牽引變壓器均采用規(guī)格化在牽引供電系統(tǒng)分析中，對所有牽引變壓器均采用規(guī)格化定向。定向。規(guī)格化定向的具體含義：規(guī)格化定向的具體含義：(1)原邊繞組電壓、電流采用電動機慣例定向

25、，即牽引變壓器從原邊繞組電壓、電流采用電動機慣例定向，即牽引變壓器從電力系統(tǒng)吸收電能。電力系統(tǒng)吸收電能。(2)次邊繞組電壓、電流采用發(fā)電機慣例定向，即牽引變壓器是次邊繞組電壓、電流采用發(fā)電機慣例定向，即牽引變壓器是次邊負荷的電源。次邊負荷的電源。(3)負荷吸收正功率。負荷吸收正功率。 就某一就某一YN,d11接線牽引變電所而言，規(guī)格化定向還應接線牽引變電所而言，規(guī)格化定向還應注意以下兩條：注意以下兩條：(1)原邊繞組電壓與實際進線電壓相別一致；原邊繞組電壓與實際進線電壓相別一致；(2)次邊繞組按同名端與原邊繞組電壓一致；次邊繞組按同名端與原邊繞組電壓一致； 通常，完成電壓定向后通常，完成電壓定

26、向后(先原邊，后次邊先原邊，后次邊)，先標次邊先標次邊電流，再標原邊電流電流，再標原邊電流。 這種方法不僅方便于單個變電所的電氣分析，也方便這種方法不僅方便于單個變電所的電氣分析，也方便多個變電所的相量圖和相量分析。多個變電所的相量圖和相量分析。下標確定原則：下標確定原則：(1)電流、電壓相量的下標表示其實際相別，與繞組端子電流、電壓相量的下標表示其實際相別，與繞組端子號無關。號無關。(2)臂負荷的電壓相別與其對應的工作繞組相別一致。臂負荷的電壓相別與其對應的工作繞組相別一致。CIAIBI+CU- -+- -AUBU+- -bIcIaI+- -bU+- -cU+- -aU*UC*ABCUa(A

27、)(B)(C)(a)(b)(c)*Ia*Ib*31Ib*31Ia*31Ib*32Ia*31Ia*32Ib（1）當只有）當只有Ib流通時，流通時，bc繞組中的電流為繞組中的電流為 ，而而ca與與ab繞組電流為繞組電流為 23bI13bI（2）當只有）當只有Ia流通時，流通時，ca繞組中的電流為繞組中的電流為 ，而而ca與與ab繞組電流為繞組電流為 23aI13aI、供電臂電流與繞組電流關系、供電臂電流與繞組電流關系babcbaabbacaIIIIIIIII323131313132(A)(B)(C)(a)(b)(c)*Ia*Ib*31Ib*31Ia*31Ib*32Ia*31Ia*32Ib（3）同時

28、流通時，各繞）同時流通時，各繞組電流應疊加處理。組電流應疊加處理。(A)(B)(C)(a)(b)(c)*Ia*Ib*31Ib*31Ia*31Ib*32Ia*31Ia*32Ib1AcaIIk1BabIIk1CbcIIk從而得出三相電力系統(tǒng)從而得出三相電力系統(tǒng)的原邊電流不對稱。的原邊電流不對稱。*Ua*Uc*UbbUa*cUb*aUc*aUc*Ia*Ib36.960*UacbUa*次邊電壓、電流相量圖：次邊電壓、電流相量圖：(以以 為參考相量為參考相量)bcU在兩供電臂功率因數(shù)相等時，在兩供電臂功率因數(shù)相等時，由圖知由圖知Ib滯后滯后Ia角角度為度為60度度。*Ubc2140.960199.160

29、2121111111331212737AcaaaBabbbCbcIIIIIIIKIIkIIIkeee ba取供電臂電流I =I為參考相量，則I4 4、供電臂電流與原邊電流關系、供電臂電流與原邊電流關系21212.6560040.933333caabIIIIII 122.65600199.1333bcIIII 11160060333abIIII 現(xiàn)假設現(xiàn)假設: Ia=Ib=I（供電臂電流大小），（供電臂電流大小），0 ,60 ,cos0.8baIIII 且兩供電臂功率因數(shù)5、供電臂電流與次邊繞組的電流關系、供電臂電流與次邊繞組的電流關系6、幾個結論：、幾個結論：在兩負荷端口電流大小及功率因數(shù)角相

30、等的條件下（即在兩負荷端口電流大小及功率因數(shù)角相等的條件下（即 ）有）有:(1)兩負荷相繞組電流相等，等于供電臂上負荷電流的兩負荷相繞組電流相等，等于供電臂上負荷電流的2.65/3；(2)自由相繞組電流是兩負荷相繞組電流的自由相繞組電流是兩負荷相繞組電流的1/2.65，即即0.378倍，倍，等于供電臂負荷電流的等于供電臂負荷電流的1/3。(3)兩負荷相繞組稱為重負荷相繞組兩負荷相繞組稱為重負荷相繞組(又稱臂繞組或接地相繞組又稱臂繞組或接地相繞組)，自由相繞組稱為輕負荷相繞組自由相繞組稱為輕負荷相繞組(又稱非接地相繞組又稱非接地相繞組)。0 ,60 ,cos0.8baIIII 且兩供電臂功率因數(shù)

31、7、YN,d11變壓器額定利用率變壓器額定利用率 （1）變壓器額定利用率）變壓器額定利用率K定義：定義： K=(額定輸出容量額定輸出容量/額定容量額定容量) * 100% （2）YN,d11變壓器額定利用率變壓器額定利用率 K=75.6%8 8、三相牽引變電所優(yōu)缺點、三相牽引變電所優(yōu)缺點 (1)(1)優(yōu)點：優(yōu)點： （）變壓器原邊采用接線，中性點引出接（）變壓器原邊采用接線，中性點引出接地方式與高壓電網相適應地方式與高壓電網相適應 （）變壓器結構相對簡單，又因中性點接地，（）變壓器結構相對簡單，又因中性點接地，繞組可采取分級絕緣，因此變壓器造價較低繞組可采取分級絕緣，因此變壓器造價較低 （）變電

32、所有三相電源，不但所內自用電可靠，（）變電所有三相電源，不但所內自用電可靠，而且必要時可以向地方負荷供電而且必要時可以向地方負荷供電 (2)(2)缺點：缺點： （）變壓器的容量不能充分利用，輸出容量只（）變壓器的容量不能充分利用，輸出容量只能達到其額定容量的能達到其額定容量的75.6%.75.6%. （）和單相結線牽引變電所相比，主接線比較（）和單相結線牽引變電所相比，主接線比較復雜，設備多，占地面積大，工程投資大，而且復雜，設備多，占地面積大，工程投資大，而且維護檢修的工作量和費用都相應增加維護檢修的工作量和費用都相應增加四、三相四、三相-兩相牽引變電所兩相牽引變電所1. 概述概述 這種牽引

33、變電所中變壓器為這種牽引變電所中變壓器為三相三相兩相平衡變壓器兩相平衡變壓器。 在電力系統(tǒng)中對稱和平衡是有區(qū)別的：在電力系統(tǒng)中對稱和平衡是有區(qū)別的： 平衡平衡 “0序序”，即無，即無“0序分量序分量”稱為平衡，否則為不平衡稱為平衡，否則為不平衡 對稱對稱 “負序負序”，即無，即無“負序分量負序分量”稱為對稱，否則為不對稱稱為對稱，否則為不對稱 在電氣化鐵道牽引負荷通過特定接線的牽引變壓器不會在電力系統(tǒng)中產在電氣化鐵道牽引負荷通過特定接線的牽引變壓器不會在電力系統(tǒng)中產生生“0序分量序分量”，但通常都會造成負序分量。因此，從三相系統(tǒng)看，牽引負，但通常都會造成負序分量。因此，從三相系統(tǒng)看，牽引負荷是

34、平衡而不對稱的。荷是平衡而不對稱的。 也正因為這個特點，電氣化鐵道正常運行時不考慮也正因為這個特點，電氣化鐵道正常運行時不考慮“0序序”，只，只考慮負序考慮負序，又把不對稱變壓器稱為平衡變壓器，目的都是消除或削弱負序。又把不對稱變壓器稱為平衡變壓器，目的都是消除或削弱負序。由兩臺單相變壓器構成。由兩臺單相變壓器構成。變壓器的原邊繞組聯(lián)成倒變壓器的原邊繞組聯(lián)成倒T形接入三相電力系統(tǒng)，副邊繞組聯(lián)形接入三相電力系統(tǒng)，副邊繞組聯(lián)成相位差為成相位差為90的的V形，公共端接地和鋼軌，兩個開口端分別形，公共端接地和鋼軌，兩個開口端分別接入接觸網相鄰的兩區(qū)段，相鄰兩接觸網對地電壓相位不同，接入接觸網相鄰的兩區(qū)

35、段，相鄰兩接觸網對地電壓相位不同，故相鄰兩接觸網區(qū)段必須用故相鄰兩接觸網區(qū)段必須用分相絕緣器斷開分相絕緣器斷開。2. Scott變壓器結線變壓器結線牽引變電所牽引變電所(1)原、次邊電壓關系及變比關系原、次邊電壓關系及變比關系(M)座變壓器座變壓器的繞組原邊接入電力系統(tǒng)的繞組原邊接入電力系統(tǒng)AB相相(線電壓線電壓)；(T)座變壓器座變壓器繞組原邊一端接繞組原邊一端接(M)座繞組的座繞組的中點中點D，另一端，另一端接入接入C相。相。分析：分析： 以原邊相電壓以原邊相電壓 為為參考相量，則：參考相量，則：(T)座原邊電壓座原邊電壓 為：為：AU303AABUUCDU1202330231503211

36、2021AAAABABABCAADCADACACDCADACDUUUUUUUUUUUUUUU (T)座原邊繞組匝數(shù)是座原邊繞組匝數(shù)是(M)座的座的 ，而副邊匝數(shù)相等，而副邊匝數(shù)相等( )。 (M)座變壓器變比座變壓器變比 (T)座變壓器變比座變壓器變比: 由于由于(M)與與(T)兩變壓器兩變壓器原邊電壓的關系原邊電壓的關系對應于等邊三角形底邊對應于等邊三角形底邊和高的關系，故通常和高的關系，故通常稱稱M座為底變壓器，座為底變壓器，T座為高變壓器。座為高變壓器。232221MKMTKK2323212190239023UKUKUUMABTCD(2)原、次邊電流關系原、次邊電流關系列寫電流和磁勢平衡

37、關系式：列寫電流和磁勢平衡關系式：原邊電流：原邊電流：若副邊兩相牽引負荷電流相等時，若副邊兩相牽引負荷電流相等時，且且M、T兩供電臂功率因數(shù)相等兩供電臂功率因數(shù)相等時，時， 以以 為參考相量：為參考相量： 列磁勢平衡方程：列磁勢平衡方程：0CBAIIII900IIII1121212022302ABCCIIIIIII 將將 代入得：代入得：0CBAIII21212112322IIIIIIICCBAMKIIII219009032150323032MCMBMAKIIKIIKII結論：結論： 在在M、T兩供電臂負荷電流大小相等、功率因數(shù)相等的條件下，兩供電臂負荷電流大小相等、功率因數(shù)相等的條件下，Sc

38、ott牽引變壓器原邊三相電流大小相等，相位互差牽引變壓器原邊三相電流大小相等，相位互差120，即，即原邊原邊三相電流對稱三相電流對稱。(3) Scott變壓器容量利用率變壓器容量利用率 達到額定輸出時，即達到額定輸出時，即 ，此時，此時 變壓器額定輸出容量：變壓器額定輸出容量： 變壓器設計額定容量：變壓器設計額定容量： eIIIeMCBAIKIII32eeUIUIUIS2eMMeABMeMeABCDBABAABCCDbUIKUKIUKIKIUUIUIUIUS)321 () 123(32) 123(3232)(2121%8 .92%1003212%100beMSSK (4)Scott結線結線變壓

39、器的優(yōu)缺點變壓器的優(yōu)缺點: 優(yōu)點優(yōu)點: 當當M座和座和T座兩供電臂電流相等座兩供電臂電流相等,且功率因且功率因數(shù)相同時數(shù)相同時,原邊三相電流對稱原邊三相電流對稱; 變壓器容量基本能夠全部利用變壓器容量基本能夠全部利用; 可利用逆可利用逆Scott結線結線變壓器產生三相對稱變壓器產生三相對稱電壓供牽引變電所的自用電電壓供牽引變電所的自用電; Scott結線結線變壓器的優(yōu)缺點變壓器的優(yōu)缺點: 缺點缺點: Scott結線結線變壓器制造難度大變壓器制造難度大,繞組需按全絕緣繞組需按全絕緣設計設計,變壓器造價較高變壓器造價較高; 變電所主接線復雜變電所主接線復雜,設備較多設備較多,工程投資較大工程投資較

40、大,日日常的維護、檢修工作量及費用都相應增加；常的維護、檢修工作量及費用都相應增加； Scott結線結線兩饋線之間的電壓為兩饋線之間的電壓為38.9KV,即分相即分相絕緣器兩端的電壓較高絕緣器兩端的電壓較高,故應適當加強其絕緣故應適當加強其絕緣; Scott結線結線變壓器的中性點難以引出變壓器的中性點難以引出,且無三角且無三角形繞組回路形繞組回路,電壓波形較差電壓波形較差;3.阻抗匹配平衡變壓器阻抗匹配平衡變壓器所謂平衡變壓器必須滿足：所謂平衡變壓器必須滿足：(1)無論二相側無論二相側(負荷側負荷側)負荷狀況如何，三相側負荷狀況如何，三相側(系統(tǒng)側系統(tǒng)側)均無零序均無零序電流。即三相側電流為電

41、流。即三相側電流為“平衡系平衡系”； (2)當二相側兩臂負荷相等時，三相側負序電流為零。即三相側電當二相側兩臂負荷相等時，三相側負序電流為零。即三相側電流為流為“對稱系對稱系”。這里介紹的阻抗匹配平衡變壓器就是在普通這里介紹的阻抗匹配平衡變壓器就是在普通YN,d11接線變壓器的接線變壓器的自由相上增加兩個繞組。這種結構是目前現(xiàn)有平衡牽引變壓器中自由相上增加兩個繞組。這種結構是目前現(xiàn)有平衡牽引變壓器中最簡單的。使副邊最簡單的。使副邊內各繞組阻抗?jié)M足阻抗匹配原則，從而使原邊內各繞組阻抗?jié)M足阻抗匹配原則，從而使原邊平衡，即三個繞組阻抗?jié)M足平衡，即三個繞組阻抗?jié)M足: Zab=Zbc=Zac (1)接線

42、圖接線圖: 原邊接線與普通原邊接線與普通YN,d11接線接線變壓器的原邊情況完全相同；變壓器的原邊情況完全相同； 次邊三角形接線結構有所改變，次邊三角形接線結構有所改變， 即在非接地相增設了即在非接地相增設了 兩個外移繞組：兩個外移繞組： 和和 。 (c)端子仍接地。端子仍接地。 、 兩端分別接到兩端分別接到 牽引側兩相母線上。牽引側兩相母線上。 由兩相牽引母線分別由兩相牽引母線分別 向兩側對應的供電臂向兩側對應的供電臂 供電。供電。ab (2)電流關系電流關系 次邊繞組電流與負荷端口電流關系為次邊繞組電流與負荷端口電流關系為IIIIIcba212121212121由磁勢平衡方程得由磁勢平衡方

43、程得:原邊三相電流與負荷端口電流關系為原邊三相電流與負荷端口電流關系為IIKIIICBA2121)21213()21213(21211122211KKIIKIIICBA13) 13(22) 13(133211當次邊兩相均載時，都等于當次邊兩相均載時，都等于I2時，有：時，有：2121C2161536135361053ABIIKIIKIIK電壓關系電壓關系BCbcBABAABaaUUKUUUUUKUUKKUKUUUU) 13(221) 13(221213121311111 變壓器容量利用率變壓器容量利用率 額定容量：額定容量：S1=3U1相相I1相相 額定輸出容量：額定輸出容量：22221 12

44、21 1121111212233263323263100%100%ebSU IU IU IU IUUIK ISUK IKU IU ISSSKSS阻抗匹配平衡變壓器的特點阻抗匹配平衡變壓器的特點a.阻抗匹配平衡變壓器的原邊仍為阻抗匹配平衡變壓器的原邊仍為YN接法，引出中性點，與現(xiàn)有接法，引出中性點，與現(xiàn)有110kV或或220kV系統(tǒng)匹配方便。系統(tǒng)匹配方便。b.阻抗匹配平衡變壓器的副邊仍有阻抗匹配平衡變壓器的副邊仍有接線繞組，三次諧波電流可以接線繞組，三次諧波電流可以流通，確保主磁通和電壓波形有良好的正弦度。流通，確保主磁通和電壓波形有良好的正弦度。c.容量利用率顯著高于容量利用率顯著高于YN,d

45、11接線變壓器。接線變壓器。d.次邊次邊 時，原邊三相電流為平衡系；次邊時，原邊三相電流為平衡系；次邊 時，原邊時，原邊三相電流轉化為對稱系。對牽引負荷來說，任何時刻都滿足兩邊負三相電流轉化為對稱系。對牽引負荷來說，任何時刻都滿足兩邊負荷電流相等的概率是很小的，盡管如此，阻抗匹配平衡變壓器原邊荷電流相等的概率是很小的，盡管如此，阻抗匹配平衡變壓器原邊三相電流的不對稱度較三相電流的不對稱度較YN,d11牽引變壓器仍有明顯改善。牽引變壓器仍有明顯改善。e.原邊三相制的視在功率完全轉化為次邊二相制的視在功率。原邊三相制的視在功率完全轉化為次邊二相制的視在功率。II II 4.主要平衡變壓器接線與符號

46、主要平衡變壓器接線與符號3-3 牽引網的供電方式牽引網的供電方式一、一、BT供電方式供電方式 在牽引網中，每相距在牽引網中，每相距1.5km4km間隔，設置間隔，設置一臺變比為一臺變比為1:1的吸流變壓器的吸流變壓器。吸流變壓器設在分。吸流變壓器設在分段中央，段中央，其原邊串入接觸網其原邊串入接觸網，副邊串入沿鐵路架副邊串入沿鐵路架設的回流線設的回流線?；亓骶€通常就懸掛在鐵路沿線的接?；亓骶€通常就懸掛在鐵路沿線的接觸網支柱外側的橫擔上。觸網支柱外側的橫擔上。1接觸網接觸網；2為為軌道軌道；3為為回流線回流線；4為為吸流變壓器吸流變壓器，變比，變比1:1，一次線圈，一次線圈串接串接入接觸網，入接

47、觸網，二次線圈串接入回流；二次線圈串接入回流；5為為吸上線吸上線，一端接回流線，另一端與軌道或吸流變壓，一端接回流線，另一端與軌道或吸流變壓器線圈中點連接，以提供從電力機車到軌道的返回電流流器線圈中點連接，以提供從電力機車到軌道的返回電流流到回流線中去的通路。到回流線中去的通路。6為位于遠端的吸上線處的為位于遠端的吸上線處的電力機車電力機車；121234551I2I 這種裝置的這種裝置的防護作用防護作用在于：把本來是尺寸很大的接觸在于：把本來是尺寸很大的接觸網網軌道大地回路改變成尺寸相對很小的接觸網軌道大地回路改變成尺寸相對很小的接觸網回流線回流線回路。回路。 當牽引電流流經吸流變壓器原邊時，

48、副邊在回流線中當牽引電流流經吸流變壓器原邊時，副邊在回流線中產生很大的互感電勢。吸流變壓器的作用也就是在接觸網產生很大的互感電勢。吸流變壓器的作用也就是在接觸網和回流線之間集中地和回流線之間集中地加大互感加大互感。即：。即： 設吸流變壓器原邊電流為設吸流變壓器原邊電流為I1，匝數(shù)為，匝數(shù)為1 1；副邊電流；副邊電流I I2 2，匝數(shù)為匝數(shù)為2 2。根據(jù)磁勢平衡關系：。根據(jù)磁勢平衡關系： I I2 2 2 2 I1 1 1又因為變比為又因為變比為1:11:1，則，則1 1=2 2，所以，所以 I I2 2II1 1 說明：說明：采用吸流變后，只有變壓器原邊的激磁電流仍采用吸流變后，只有變壓器原邊

49、的激磁電流仍流經軌道和大地，且電流數(shù)量很小。流經軌道和大地，且電流數(shù)量很小。 如果不設吸流變，單憑接觸網和回流線之間的分布互如果不設吸流變，單憑接觸網和回流線之間的分布互感，僅約感，僅約10-20%10-20%牽引電流經回流線流回牽引電流經回流線流回。 同時回流線和接觸網中的電流基本上同時回流線和接觸網中的電流基本上大小相等，方向大小相等，方向相反相反。兩者的交變磁場基本上可互相平衡。兩者的交變磁場基本上可互相平衡(抵消抵消)。顯著地。顯著地減弱了接觸網和回流線周圍空間的交變磁場，使牽引電流減弱了接觸網和回流線周圍空間的交變磁場，使牽引電流在鄰近的通信線路中的電磁感應影響大大地減小。在鄰近的通

50、信線路中的電磁感應影響大大地減小。 缺點：缺點：1. 電力機車處于吸流變壓器附近時防護效果差。電力機車處于吸流變壓器附近時防護效果差。機車電流經軌道與大地，然后經回流線流回，接觸網在機車電流經軌道與大地，然后經回流線流回，接觸網在a、b段中沒有電流，而回流線中有電流，則在段中沒有電流，而回流線中有電流，則在ab段的長度內段的長度內等于沒有防護。等于沒有防護。ab回流線回流線cd 中無電流，在中無電流，在接觸網接觸網cd 段的長度內等于段的長度內等于沒有防護。沒有防護。 兩種情形都使吸流變壓器兩種情形都使吸流變壓器回流線在半段長度里失去回流線在半段長度里失去效用，這種現(xiàn)象叫做效用，這種現(xiàn)象叫做半

51、段效應，失效區(qū)相當于分段長度之半段效應，失效區(qū)相當于分段長度之半半。 所以實際裝置是在供電臂內設置長度不大的許多所以實際裝置是在供電臂內設置長度不大的許多吸上吸上分段分段，每個分段僅長，每個分段僅長24km，每個分段中央設置一臺吸，每個分段中央設置一臺吸流變壓器。分段以吸上線為界，吸上線一端接回流線，另流變壓器。分段以吸上線為界，吸上線一端接回流線，另一端焊入鋼軌。一端焊入鋼軌。cd 按照這種安排，按照這種安排，半段效應長度大大縮小半段效應長度大大縮小，且只有處在一個分段，且只有處在一個分段中的機車的電流而不是牽引網總電流在該分段產生半段效應影響。中的機車的電流而不是牽引網總電流在該分段產生半

52、段效應影響。2.使使牽引網阻抗顯著增大牽引網阻抗顯著增大。接觸網。接觸網回流線回路比通常牽引網阻抗回流線回路比通常牽引網阻抗要高。應用這種裝置的牽引網，其阻抗等于接觸網要高。應用這種裝置的牽引網，其阻抗等于接觸網回流線回路阻回流線回路阻抗與吸流變壓器短路阻抗之和?？古c吸流變壓器短路阻抗之和。 由于牽引網阻抗增高，有時可能必要由于牽引網阻抗增高，有時可能必要縮短牽引變電所間的距離，縮短牽引變電所間的距離，或增設串聯(lián)電容補償，來保證牽引網電壓水平或增設串聯(lián)電容補償，來保證牽引網電壓水平。 日本鐵路為防止通訊干擾，在實行交流電氣化的日本鐵路為防止通訊干擾，在實行交流電氣化的前前期期，在牽引網中普遍應

53、用了，在牽引網中普遍應用了BT供電方式供電方式。 但當高速、大功率機車在這種電路中通過吸流變壓器但當高速、大功率機車在這種電路中通過吸流變壓器分段時，在受電弓上會產生強烈電弧，為了克服此缺點，分段時，在受電弓上會產生強烈電弧，為了克服此缺點，后來后來發(fā)展了一種新的牽引網供電方式發(fā)展了一種新的牽引網供電方式自耦變壓器供電方自耦變壓器供電方式式。 我國的北京我國的北京-秦皇島秦皇島;大同大同-秦皇島秦皇島;鄭州鄭州-武昌等電氣化武昌等電氣化鐵路也是采用鐵路也是采用AT 供點方式。供點方式。二、自耦變壓器供電方式二、自耦變壓器供電方式(AT供電方式供電方式)T接觸網；接觸網；R軌道；軌道；F正饋線，沿接觸網架設；正饋線，沿接觸網架設；AT自耦變壓器自耦變壓器AT供電方式：供電方式：由接觸網由接觸網T、正饋線、正饋線F、軌道大地系統(tǒng)、軌道大地系統(tǒng)R以以及每隔一定距離的自耦變壓器及每隔一定距離的自耦變壓器(AT)構成。構成。AT并