牽引變電所基本情況介紹

1、牽引變電所基本情況介紹第1頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四目 錄電氣化鐵路中有五種供電方式 牽引變電所主變壓器牽引變電所開閉所分區(qū)亭AT所電力機車的種類第2頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四電氣化鐵路的五種供電方式1直接供電方式2帶吸流變壓器的供電方式3帶回流線的直接供電方式4自耦變壓器供電5同軸電力電纜供電。在高速電氣化鐵路中一般不再采用吸流變壓器供電方式和同軸電力電纜供電方式，前者是因為接觸線在吸流變壓器處存在斷開點，受電弓高速通過斷開點時產(chǎn)生電弧，后者是因為造價昂貴，施工復雜。 第3頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期

2、四直接供電方式 直接供電方式是牽引電網(wǎng)中不加特殊防護措施的一種供電方式。它以一根饋線接在接觸網(wǎng)上，另一根饋線接在鋼軌上，下圖所示。 這種供電方式最簡單，投資最省，牽引網(wǎng)阻抗小，能耗也較低。供電距離單線一般為30公里左右，雙線一般為25公里左右。電氣化鐵路是單相負荷，機車由接觸網(wǎng)取得電流，經(jīng)鋼軌流回牽引變電所。由于鋼軌與大地是不絕緣的，一部分回流由鋼軌流入大地，因此對沿線通信線路產(chǎn)生感應影響。這是直接供電方式的缺點。第4頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四帶回流線的直接供電方式 帶回流線的直接供電方式是在接觸網(wǎng)支架上架設一條與鋼軌并聯(lián)的回流線，如下圖示，利用接觸網(wǎng)與回流線之

3、間的互感作用，使鋼軌中的電流盡可能地由回流線流回牽引變電所，因而能部分抵消接觸網(wǎng)對鄰近通信線路的干擾。第5頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四自耦變壓器供電方式 自耦變壓器供電方式（簡稱AT供電方式），是每隔10km左右在接觸網(wǎng)與正饋線之間并聯(lián)接入一臺自耦變壓器，其中性點與鋼軌相連。自耦變壓器將牽引網(wǎng)的供電電壓提高一倍，而供給電力機車的電壓仍為25kV，如下圖所示。 第6頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四電力機車由接觸網(wǎng)受電后，牽引電流一般由鋼軌流回，由于自耦變壓器的作用，經(jīng)鋼軌流回的電流經(jīng)自耦變壓器繞組和正饋線流回變電所。當自耦變壓器的一個繞組流

4、回機車電流時，其另一個繞組感應出電流供給電力機車，因此，當機車負荷電流為？時，由接觸網(wǎng)和正饋線供給的電流為0。5，另外的負荷電流由自耦變壓器感應電流供給。這種供電方式的牽引網(wǎng)阻抗很小，電壓損失小，電能損耗低，供電能力大，供電距離長，可達4050公里。由于牽引負荷電流在接觸網(wǎng)和正饋線中的方向相反，因而對鄰近的通信線路干擾很小。第7頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四我國第一條電氣化鐵路始建于寶成線寶雞鳳州段，全長91km ，于1961年8月正式通車，至今已40余年，截止2002年底全國電氣化鐵路營業(yè)里程已達18336km 第8頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16

5、分，星期四牽引變電所主變壓器根據(jù)用途不同，分為主變壓器(牽引變壓器)、動力變壓器、自耦變壓器(AT)、所用變壓器幾種。1.牽引變電所內(nèi)的變壓器分類:牽引變壓器根據(jù)接線方式不同，又有單相變壓器、三相變壓器、三相-二相變壓器等（1）主變壓器（牽引變壓器）適合電力機車使用的27.5KV的單相電。由于牽引負荷具有極度不穩(wěn)定、短路故障多、諧波含量大等特點，運行環(huán)境比一般電力負荷惡劣的多， 因此要求牽引變壓器過負荷和抗短路沖擊的能力要強，這也是牽引變壓器區(qū)別于一般電力變壓器的特點。第9頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四(2)動力變壓器動力變壓器一般是給本所以外的非牽引負荷供電，電壓

6、等級一般為27.5/10KV，容量從幾百至幾千KVA不等。（3）自耦變壓器自耦變壓器(AT)是AT供電的專用變壓器，自身阻抗很小，一般沿牽引網(wǎng)每1020km設一臺，用以降低線路阻抗，提高網(wǎng)壓水平及減少通信干擾。 （4）所有變壓器所用變壓器(又稱自用電變壓器)是給本所的二次設備、檢修設備以及日常生活、照明負荷供電的設備，電壓一般為27.5/0.4KV或27.5/0.23KV，容量從幾十至幾百KVA不等。第10頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四2. 斯科特變壓器（三相變兩相平衡變壓器）的原理斯科特（Scott）變壓器，是一種特種變壓器。它能將供電電源的三相電變成兩相電（兩個

7、相位差90的單相），提供兩相電源，保證供電的三相電源平衡 該變壓器原邊有兩個繞組，接成倒T形，它的底部繞組（稱為底繞組）接入高壓系統(tǒng)的兩相間電壓（如A，C相間），另一繞組（稱為高繞組）則連接于底繞組中心點和高壓三個電壓中的另一相（如B相），底繞組和高繞組的匝數(shù)比為1：3/2；次邊匝數(shù)相同的兩個單相繞組，在空間結(jié)構(gòu)上分別與倒T形原邊繞組相對應、構(gòu)成互成2相位差的兩相次邊電壓U，U，分別向兩側(cè)不同的接觸網(wǎng)分段供電。當兩饋電分段電流為I，I時，通過電流變比和相位轉(zhuǎn)換，可得原邊三相電流IAIBIC且相位是對稱的，使原邊三相負荷實現(xiàn)了平衡，是其優(yōu)點。 第11頁，共32頁，2022年，5月20日，15點1

8、6分，星期四Scott結(jié)線牽引變壓器由兩臺單相變壓器連接而成。一臺單相變壓器的原邊繞組兩端引出，分別接到三相電力系統(tǒng)的兩相，稱為座變壓器；另一臺單相變壓器的原邊繞組一端引出，接到三相電力系統(tǒng)的另一相，另一端接到座變壓器原邊繞組的中點O，稱為座變壓器。這種結(jié)線形式把對稱三相電壓變換成對稱兩相電壓，用其一相供應一邊供電臂，另一相供應另一邊供電臂 。第12頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四牽引變電所1。牽引供電系統(tǒng) 將電能從電力系統(tǒng)傳送給電力機車的電力裝置的總稱叫電氣化鐵路的供電系統(tǒng)，又稱牽引供電系統(tǒng)，主要由牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分組成。牽引變電所將電力系統(tǒng)輸電線路電壓從1

9、10kV（或220kV）降到27.5kV，經(jīng)饋電線將電能送至接觸網(wǎng)；接觸網(wǎng)沿鐵路上空架設，電力機車升弓后便可從其取得電能，用以牽引列車。牽引變電所所在地的接觸網(wǎng)設有分相絕緣裝置，兩相鄰牽引變電所之間設有分區(qū)亭，接觸網(wǎng)在此也相應設有分相絕緣裝置。牽引變電所至分區(qū)亭之間的接觸網(wǎng)（含饋電線）稱供電臂。 第13頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四2。牽引供電回路是由牽引變電所饋電線接觸網(wǎng)電力機車鋼軌回流聯(lián)接（牽引變電所）接地網(wǎng)組成的閉合回路，其中流通的電流稱牽引電流，閉合或斷開牽引供電回路會產(chǎn)生強烈的電弧，處理不當會造成嚴重的后果。通常將接觸網(wǎng)、鋼軌回路（包括大地）、饋電線和回流

10、線統(tǒng)稱為牽引網(wǎng)。我國電氣化鐵路采用工頻單相交流電力牽引制，額定電壓25kV。牽引動力為電能，牽引供電設備將國家電力系統(tǒng)輸送的電能變換為適合電力機車使用的形式，電力機車則完成牽引任務，因此牽引供電設備和電力機車是電氣化鐵路的兩大主要裝備，鐵路其他裝備和基礎(chǔ)設施應與之相適應。第14頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四3。牽引變電所主接線 （1）牽引變電所外部電源 牽引供電系統(tǒng)一般又由鐵路以外的容量較大的電力系統(tǒng)供電。電力系統(tǒng)有許多種電等級網(wǎng)絡和設備，其中110KV及以上電壓等級的輸電線路，用區(qū)域變電所中的變壓器聯(lián)系起來，主要用于輸送強大電力，利用它們向電氣化鐵路的牽引變電所輸

11、送電力，供電牽引用力。為了保證供電的可靠性，由電力系統(tǒng)送到牽引變電所高壓輸電線路無一例外地為雙回線。兩條雙回線互為備用，平時均處于帶電狀態(tài)，一旦一條回路發(fā)生供電故障，另一條回自動投入，從而保證不間斷供電 第15頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四（2）牽引變電所的主接線由電源側(cè)、主變壓器、牽引側(cè)三部分組成。電源側(cè)主接線牽引變電所屬用戶變電所，沒有穿越功率，屬于終端型變電所，電源側(cè)主接線較簡單，多采用線路變壓器組接線方式，兩回進線間沒有跨條，每回進線與一臺變壓器組成一組，這種接線方式適用于主變壓器固定備用方式，要求兩回電源均為主供回路，隨時可以切換。第16頁，共32頁，20

12、22年，5月20日，15點16分，星期四牽引側(cè)主接線電力系統(tǒng)的三相高壓電源經(jīng)過牽引變壓器變壓后，要用27。5kV或者55kV的單相電源向接觸網(wǎng)供電，所以負荷以牽引負荷為主，因此稱為牽引側(cè)主接線。高速電氣化鐵路多為雙線，在牽引變電所內(nèi)一般設有四回饋電線，上下行方向各兩回。上行方向兩回線設一臺備用斷路器；下行方向兩回線設一臺備用斷路器。復線鐵路一般為四回饋電線，每兩回同相饋電線設一組備用斷路器。 第17頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四AT供電方式牽引變電所主接線 AT供電方式牽引變電所主接線向帶有自耦變壓器（AT）供電方式牽引網(wǎng)供電的交流牽引變電所電氣主接線。這種牽引變電

13、所多數(shù)采用特殊結(jié)構(gòu)的三相一兩相平衡變壓器為主變壓器，以減小單相不對稱牽引負荷對電力系統(tǒng)負序電流的影響，實現(xiàn)降壓和變相功能，并以2 25 kV電壓饋線向AT牽引網(wǎng)供電。其主接線圖見下圖 第18頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四第19頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四主接線特點 電源線進線為220 kV（或11kV）電壓輸電線，高壓側(cè)采用線路變壓器接線形式，設有兩組線路一變壓器組，正常運行時一組工作、一組備用。當工作主變壓器或電源進線故障時，由備用線路-變壓器組借助于備用電源自投裝置，自動轉(zhuǎn)換取代原工作線路一主變壓器組運行。按需要，高壓側(cè)也可在兩組主

14、變壓器的斷路器前面，連接帶兩組隔離開關(guān)的橫向跨條（三相），以增加運行的靈活性。第20頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四牽引側(cè)2 25 kV兩相電壓U，U間相位移為/2，且U=Ue-j/2 ，由相應于斯科特（scott）接線主變壓器高邊繞組T和低邊繞組M的次邊取得，其引出線分別為TT，F(xiàn)T和TM，F(xiàn)M 連接至相應的兩組帶雙極隔離開關(guān)分段的單母線系統(tǒng)（見圖）,正常運行時兩組隔離開關(guān)均合閘，僅在某段母線檢修時將其斷開。每段母線部設有電壓互感器（PT）,以便某段母線檢修或故障而停電時，不至中斷對測量表計和繼電保護電壓回路的供電.從U，U相的兩段牽引母線各饋出兩回路饋線T，F(xiàn)（正

15、饋線）和T，N，F(xiàn)，分別向復線牽引網(wǎng)左、右兩次側(cè)供電區(qū)上、下行線路供電。在兩回路饋線斷路器之間，設有備用斷路器RQ，通過相關(guān)隔離開關(guān)的轉(zhuǎn)換操作，可使RQ代替任一饋線斷路器工作。此外，每相母線還連接有并聯(lián)無功補償裝置PC。因斯科特（scott）接線主變壓器次邊繞組不能連獲得與地電連接（通過火花間隙）的中性點N，故在每路饋線T，F(xiàn)的斷路器后面設置一臺自耦變壓器（AT）、其容量與線路牽引網(wǎng)所設AT容量相同.使列車在鄰近牽引變電所的AT段（約10 km）內(nèi)運行時，仍能產(chǎn)生吸流效應。若主變壓器次邊繞組具有可以接地運行的中性點或變壓器內(nèi)部帶有自耦變壓器及輸出端子,則可不另設AT。 第21頁，共32頁，20

16、22年，5月20日，15點16分，星期四 帶三相一兩相平衡主變壓器的牽引變電所，為使其交流自用電系統(tǒng)獲得三相電源，普遍采反變換的斯科特接線（兩陽一三相式）自用電變壓器，連接在主變壓器次邊，見主接線圖 應用與展望 供電方式牽引變電所由于饋線供電電玉提高至225kV（牽引網(wǎng)電壓仍為25 Kv），與25kV饋線電壓相比，變電所間距離成倍擴大，主變壓器容量相應增大（單機最大容量為63MVA以上），采用三相一兩相平衡接線主變壓器有利于改善變電所的主要運行技術(shù)指標（電壓水平和負序電流等），提高供電質(zhì)量。但牽引變電所主接線相對較復雜，使其一次投資費用增大。它適用于高速、重載和繁忙干線電氣化鐵路，特如在歐洲等

17、一些國家的高速鐵路牽引變電所應用較廣泛。 第22頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四牽引變電所是電氣化鐵路系統(tǒng)供電系統(tǒng)的心臟，無論一般線路還是高速線路都要求它具有高度的可靠性，除后者在變壓器容量的選擇上要考慮高速運行條件之外，其他方面區(qū)別不大。接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)的主動脈，其功能是通過與受電弓在運行中的良好接觸將電能傳給電力機車。良好接觸的概念包括的內(nèi)容有：弓網(wǎng)振動小、相互沖擊小、離線次數(shù)和時間少、導線和滑板磨耗小。為取得弓網(wǎng)間的“良好接觸”，各國專家花費了大量的時間和精力研究接觸網(wǎng)和受電弓的結(jié)構(gòu)和主要參數(shù)，有的國家以針對不用的運行速度確定了不同的受電弓類型。第23頁，共

18、32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四開閉所所謂開閉所，是指不進行電壓變換而用開關(guān)設備實現(xiàn)電路開閉的配電所，一般有兩條進線，然后多路饋出向樞紐站場接觸網(wǎng)各分段供電。 進線和出線均經(jīng)過斷路器，以實現(xiàn)接觸網(wǎng)各分段停、供電靈活運行的目的。又由于斷路器對接觸網(wǎng)短路故障進行保護，從而可以縮小事故停電范圍。 開閉所的主要設備是斷路器。電源進線一般設兩回，復線時可由上、下行牽引網(wǎng)各引一回，出線則按需要設置。當出線數(shù)量較多時，也可將開閉所母線實行分段。單線時如就近無法獲得第二電源，也可只引一回電源。 第24頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四開閉所多設于樞紐站、編組場、電力

19、機務段和折返段等處。在供電分區(qū)范圍較大的復線AT牽引網(wǎng)中，有時為了進一步縮小接觸網(wǎng)事故停電范圍和降低牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失，也可在分區(qū)所與牽引變電所之間增設開閉所，也稱輔助分區(qū)所。 AT牽引網(wǎng)輔助分區(qū)所（SSP）的典型結(jié)構(gòu)見圖。圖中，T為接觸網(wǎng)；F為正饋線，PW為與鋼軌并聯(lián)的保護線（protection wire）；B為斷路器；SD為保安接地器；LA為避雷器；OT為控制回路電源；PT為電壓互感器；AT為自耦變壓器。保護線的作用是當接觸網(wǎng)或正饋線絕緣子發(fā)生閃絡接地時，可與保護線形成金屬性短路，便于斷電保護動作。 第25頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四分區(qū)亭 分區(qū)亭設于

20、兩個牽引變電所的中間，可使相鄰的接觸網(wǎng)供電區(qū)段(同一供電臂的上、下行或兩相鄰變電所的兩供電臂)實現(xiàn)并聯(lián)或單獨工作。 如果分區(qū)廳兩側(cè)的某一區(qū)段接觸網(wǎng)發(fā)生短路故障，可由供電的牽引變電所饋電線斷路器及分區(qū)亭斷路器，在繼電保護的作用下自動跳閘，將故障段接觸網(wǎng)切除，而非故障段的接觸網(wǎng)仍照常工作，從而使事故范圍縮小一半。 第26頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四AT所牽引網(wǎng)采用AT供電方式時，在鐵路沿線每隔10km左右設置一臺自耦變壓器AT，該設置處所稱做AT所。 電力牽引自耦變壓器（AT）所AT牽引網(wǎng)的重要組成部分。將自耦變壓器（AT）按一定間隔距離跨接在AT牽引網(wǎng)的接觸網(wǎng)、正饋

21、線和鋼軌間（下圖），起著支撐225kV饋電系統(tǒng)的作用。 AT牽引網(wǎng)構(gòu)成 T接觸網(wǎng)；F正饋線； R鋼軌；SS牽引變電所； AT自耦變壓器； ATPAT所；SP分區(qū)所。第27頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四上圖中如果只在牽引網(wǎng)兩端設置AT，當圖中位置的機車取流時，整個牽引網(wǎng)基本上都是按25kV直接供電方式工作的，但增設AT所后，相當于把225kV饋電系統(tǒng)延伸至AT3，只是在最后一個AT段才部分地按直接供電方式運行。AT所在的存在增強了AT網(wǎng)絡的供電能力，使變電所間的距離得以放大，以利降低變電所及外部電源的造價。另一方面，AT所也不宜設置過密，適當?shù)腁T間距約在10km左右。 第28頁，共32頁，2022年，5月20日，15點16分，星期四AT所間隔距離的選擇對牽引網(wǎng)多項技術(shù)經(jīng)濟指標的重要影響 間隔距離大，AT段中附加阻