牽引供電系統(tǒng)開題報告

一、選題意義牽引供電系統(tǒng)是鐵路的動力來源,供電系統(tǒng)的供電能力直接關(guān)系到鐵路的整體運(yùn)輸能力。牽引變電所是牽引供電系統(tǒng)的核心設(shè)施，其主要功能是降壓、分相以及向牽引負(fù)荷供電，牽引變電所帶負(fù)荷能力的大小決定了鐵路線的供電能力。正常供電情況下，接觸網(wǎng)供電分區(qū)由牽引變電所供應(yīng)電能，相鄰變電所之間毗連的供電臂相互絕緣，牽引變壓器向各供電臂供應(yīng)電能為電力機(jī)車提供動力。與一般電力負(fù)荷相比，牽引負(fù)荷有著自己的特點(diǎn)，如波動頻繁、負(fù)荷大、短時集中、可靠性要求高、受電時間長以及負(fù)載率高。鑒于牽引負(fù)荷的諸多特點(diǎn)，實(shí)踐運(yùn)行時通常會將此類供電系統(tǒng)留有很大的余量。目前國內(nèi)推行容量在315KVA以上的大工業(yè)類用戶采用兩部制電價計(jì)費(fèi)，此外電氣化鐵路自1994年就已開始執(zhí)行兩部制電價。兩部制電價的執(zhí)行促使用戶提高設(shè)備利用率，改變“大馬拉小車”的狀況，同時降低最大負(fù)荷，提高電網(wǎng)負(fù)荷率，減少無功負(fù)荷，改善用電功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的供電能力，使供用雙方從降低成本中都獲得一定經(jīng)濟(jì)效益。

對牽引電費(fèi)中基本電價研究，目前均采用固定容量法計(jì)費(fèi)，在當(dāng)前兩部制電價情況下,由于變壓器容量選取過大的原因致使鐵路局每年還要為此付出高額的基本電費(fèi)。通過研究發(fā)現(xiàn)：一是，普速線的變壓器安裝容量較小且線路較為繁忙，基本電費(fèi)所占比例較小，尤其石太線、豐沙線經(jīng)常過負(fù)荷。因此，目前計(jì)費(fèi)方式較合理；二是，京廣高鐵、石太客專變壓器安裝容量較大且運(yùn)行初期列車密度小，應(yīng)按變壓器需量法方式計(jì)費(fèi)，尤其石太客專要加快推進(jìn)與供電公司的溝通協(xié)商力度，收集相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)方式變更的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作；三是，京津城際變壓器容量較小，基本電費(fèi)所占比例較小，挖潛空間較小，做好進(jìn)一步數(shù)據(jù)積累和追蹤工作?！朵N售電價管理辦法暫行規(guī)定》按照用戶向電網(wǎng)申報負(fù)荷用電功率收取基本電費(fèi)，但是超出申報值的部分加倍收費(fèi)，為保證申報值的合理性，能夠充分利用牽引變壓器的過負(fù)荷能力,提高牽引變壓器容量利用率，準(zhǔn)確地分析牽引負(fù)荷這樣隨機(jī)波動大的牽引供電系統(tǒng)帶負(fù)荷能力是十分重要的，這對降低鐵路的運(yùn)輸成本具有重大意義。一旦外部電源失壓或牽引變電所設(shè)備故障引起全所停電時,通常由相鄰的牽引變電所向停電的牽引變電所采取越區(qū)供電的方式向接觸網(wǎng)供電。當(dāng)采用越區(qū)供電時，電力機(jī)車的工作運(yùn)行狀況直接影響牽引變電所的供電能力，電力機(jī)車重載或行車密度大時會造成牽引變壓器出現(xiàn)過負(fù)載現(xiàn)象，輕則造成變壓器壽命縮短，重則導(dǎo)致變壓器燒毀；電力機(jī)車輕載或行車密度小時會使?fàn)恳儔浩魅萘坷寐实?，系統(tǒng)供電能力弱。越區(qū)供電相應(yīng)地增加了兩相鄰牽引變電所的供電負(fù)荷，為滿足超長距離供電，通常將變壓器容量和電纜截面選擇過大，除了造成供電設(shè)備容量閑置外，還給變壓器的制造成本和運(yùn)行成本造成較大的浪費(fèi)。為了削弱越區(qū)供電對運(yùn)輸能力的影響，減少電力資源的浪費(fèi)，避免過多地限制列車數(shù)量以及降低列車速度，需要在越區(qū)供電的情況下研究電力機(jī)車對牽引供電系統(tǒng)的影響,分析由于速度狀態(tài)的改變和負(fù)荷的增加而導(dǎo)致的供電能力的變化以及變電所設(shè)備、網(wǎng)壓、功率因數(shù)的變化,并對能力值進(jìn)行校驗(yàn)，給出最佳方案。通過本課題的研究，能夠明確越區(qū)供電情況下電力機(jī)車對牽引供電系統(tǒng)供電能力的影響,提前發(fā)現(xiàn)可能對運(yùn)營安全帶來的隱患,為發(fā)生越區(qū)供電后列車的正常開行提供有力的支持,具有十分重要的工程意義。在牽引供電領(lǐng)域，關(guān)于牽引供電系統(tǒng)的供電能力目前主要是在正常供電方式下的分析與研究，很少綜合考慮在非正常供電方式下的分析與研究。針對牽引負(fù)荷的特性，需要對牽引供電系統(tǒng)的供電能力作綜合分析來保證鐵路的安全可靠運(yùn)行。本文從安全和經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，在保證牽引供電安全性的前提下,從正常牽引供電方式和非正常牽引供電方式兩方面對牽引供電能力作了綜合的分析與研究。二、國內(nèi)外發(fā)展動態(tài)強(qiáng)大而可靠的供電是保證高速鐵路正常運(yùn)輸?shù)幕緱l件，高速鐵路客觀上要求供電電源具有較大的系統(tǒng)短路容量。我國電網(wǎng)110kV電源的系統(tǒng)短路容量一般較小，難以滿足供電需要，鐵路和電力部門在京津、武廣、合寧等鐵路工程供電的研究和協(xié)調(diào)中，已基本上取得了高速鐵路采用220kV電源供電的共識。國外高速鐵路絕大多數(shù)都采用220kV或以上的電壓供電，電力系統(tǒng)短路容量在10000MVA左右，個別采用220kV以下電壓供電時，都要求有較大的系統(tǒng)短路容量，如韓國采用154kV電源供電，系統(tǒng)短路容量平均為8000MVA。日本高速鐵路建設(shè)最早，在電源問題上曾走過彎路。東海道新干線1964年建設(shè)時，限于當(dāng)時電網(wǎng)的條件，采用了77kV電源供電。上世紀(jì)80年代，旅客運(yùn)輸量急增，供電能力嚴(yán)重不滿足需要，多次對牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行了修修補(bǔ)補(bǔ)的改造，仍難以適應(yīng)鐵路運(yùn)輸?shù)男枰?。最終不得已對電源系統(tǒng)進(jìn)行了徹底改造，改用275kV電源供電，適應(yīng)了旅客運(yùn)輸?shù)男枰?，列車運(yùn)行速度也提高到了270公里，最高300公里。電氣化鐵路設(shè)計(jì)，應(yīng)高度重視牽引網(wǎng)供電能力問題，積極與電力部門進(jìn)行溝通和協(xié)商，采用合理的外部電源供電方案。在鐵路系統(tǒng)中，關(guān)于供電能力的分析與研究主要停留在供電系統(tǒng)本身和機(jī)車本身單獨(dú)的考慮上，很少將車網(wǎng)耦合在一起考慮。對于越區(qū)供電情況下的供電能力也缺乏深入的研究。因此，有必要對機(jī)車和牽引網(wǎng)進(jìn)行研究，通過仿真和現(xiàn)場試驗(yàn)的方法，定性定量的分析機(jī)車負(fù)荷、電氣結(jié)構(gòu)與諧波特性，牽引網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析車網(wǎng)耦合情況下的電磁暫態(tài)過程，研究牽引網(wǎng)供電電壓、牽引網(wǎng)載流能力以及牽引變壓器容量，為分析牽引供電系統(tǒng)的供電能力提供依據(jù)。三、課題研究要求與研究方案課題的主要內(nèi)容為牽引供電系統(tǒng)供電能力的研究。通過分析牽引網(wǎng)供電電壓、牽引網(wǎng)載流能力、牽引負(fù)荷以及牽引變壓器容量，以石太客專某一區(qū)間的供電能力為例來研究整個線路的供電能力。鐵路供電能力的大小與該線路上的固定設(shè)備、機(jī)車車輛類型、機(jī)車數(shù)量、運(yùn)行速度、運(yùn)行環(huán)境、行車組織方法以及列車運(yùn)行圖的類型等因素有關(guān)。流程圖：否否是最優(yōu)解正常供電能力分析越區(qū)供電能力分析供電能力仿真計(jì)算列車運(yùn)行方案生成運(yùn)營實(shí)施具體內(nèi)容：1、確定鐵路牽引供電方式，機(jī)車類型和線路情況。2、從安全與經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)對正常情況下的供電能力進(jìn)行分析，擬采用基于閾交理論的負(fù)荷分析算法確定牽引供電系統(tǒng)的最大需量。3、越區(qū)供電情況下，擬采用具有變量范圍約束的交流潮流模型及其求解方法,可以更準(zhǔn)確地分析牽引供電系統(tǒng)對牽引負(fù)荷變化的適應(yīng)性及供電能力,找出制約供電能力的原因。4、建立牽引供電系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式和各類車型的電氣仿真模型。利用電力電磁仿真軟件ATP-EMTP以及現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)搭建整個牽引供電回路及機(jī)車仿真模型。（1）搭建不同類型機(jī)車在正常供電條件下單一、混跑運(yùn)行的仿真模型。（2）搭建不同類型機(jī)車在越區(qū)供電條件下單一、混跑運(yùn)行的仿真模型。5、按照按照既有運(yùn)行圖，對牽引供電系統(tǒng)的不同運(yùn)行方式、運(yùn)行狀態(tài)及機(jī)車類型、駕駛操作方式進(jìn)行運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)。6、對牽引供電越區(qū)能力和保護(hù)定值進(jìn)行校驗(yàn)。7、依據(jù)運(yùn)行圖，分析越區(qū)供電時列車單跑以及混跑時對供電區(qū)段的變電所設(shè)備、網(wǎng)壓、功率因數(shù)以及牽引電流的影響，根據(jù)潮流計(jì)算所得結(jié)果驗(yàn)證仿真結(jié)果的可行性，制定合理的不同供電方式下的越區(qū)供電方案，使鐵路的供電能力達(dá)到最大，并給出不同車型的限行狀況。四、方案論證1電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)（TractionPowerSupplySystems）是由向電力機(jī)車提供電能的沿線供電設(shè)施從電能的傳輸、變換、分配角度所構(gòu)成。主要包括：牽引變電所、牽引網(wǎng)、專用高壓供電路，如圖1所示。

對電氣化鐵道供電系統(tǒng)的基本要求：①保證電氣化鐵路安全、可靠、不間斷地供電；②通過供電質(zhì)量，保證必須的電壓水平；③通過功率因數(shù)，減少電能損失，降低工程投資和運(yùn)營費(fèi)用；④盡量減少單相牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中引起的負(fù)序電流和高次諧波的影響；⑤盡量減少對鄰近的通信線路的干擾影響。圖1電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)示意圖2牽引供電系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)負(fù)荷特點(diǎn)：移動性，變化劇烈，非線性，單相；電流回路不可靠，存在薄弱環(huán)節(jié)（弓網(wǎng)受流）。(2)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：牽引網(wǎng)為單相含地的不平衡網(wǎng)絡(luò)；接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無備用，運(yùn)行環(huán)境惡劣，故障率高；導(dǎo)線特殊：接觸線，鋼軌；牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)比一般電力線路復(fù)雜。(3)牽引變電所：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三相不對稱；變壓器接線特殊。3牽引變電所圖2牽引變電所主接線牽引變電所（TractionSubstation,SS），從公用電力系統(tǒng)（PublicElectricPowerSystems）接受電能，通過變壓器將電能從三相110kV220kV變換成單相27.5kV（對AT系統(tǒng)為2×27.5kV），并向鐵路上、下行兩個方向的牽引網(wǎng)供電。變電所兩側(cè)的牽引網(wǎng)區(qū)段被稱作供電臂。變電所的主要設(shè)備有牽引變壓器（有多種接線方式）、斷路器（SF6、真空、少油、油斷路器）、隔離開關(guān)、避雷器、避雷針、電壓互感器、電流互感器、控制、保護(hù)、測量、計(jì)量、監(jiān)視和電源設(shè)備、無功補(bǔ)償裝置、調(diào)壓裝置。牽引變電所主接線如圖2所示。圖2牽引變電所主接線牽引變壓器是牽引變電所的核心電氣設(shè)備，我國電氣化鐵路的迅速地發(fā)展,使得牽引變電所內(nèi)所用的牽引變壓器需求量越來越大。變壓器的額定容量是視在功率的慣用詞,是指輸入的容量,它作為變壓器設(shè)計(jì)、制造廠保證其質(zhì)量和試驗(yàn)的基礎(chǔ),是用戶使其在預(yù)期負(fù)載條件下運(yùn)行的依據(jù);輸入容量是指變壓器一次側(cè)從電網(wǎng)所吸取的視在功率;輸出容量是指變壓器二次側(cè)輸出的視在功率;結(jié)構(gòu)容量是變壓器原副繞組和鐵芯設(shè)計(jì)所依據(jù)的視在功率。對于一般變壓器,其輸入容量與輸出容量基本相等,結(jié)構(gòu)容量與額定容量相等;但因鐵路牽引供電的特殊性,其容量關(guān)系存在較大的差別。主變壓器容量選擇不僅關(guān)系到變壓器容量及其壽命的合理利用，而且還直接關(guān)系到電氣化鐵道運(yùn)行質(zhì)量。牽引變電所負(fù)荷特點(diǎn)首先在于主變壓器全天平均負(fù)載率較低，據(jù)統(tǒng)計(jì)全路牽引變壓器容量利用率平均約為15%；其次在于牽引負(fù)荷幅值變化頻繁，大負(fù)荷工況下的短時負(fù)載率較高，個別達(dá)到主變壓器額定容量的2倍以上，這些特點(diǎn)給牽引變壓器容量合理選擇帶來一定的難度。在兩部制電價下，選擇過大容量的牽引變壓器在經(jīng)濟(jì)上是不可取的。牽引變壓器容量的選擇應(yīng)在不損害變壓器正常使用壽命的原則下，充分合理利用變壓器的過負(fù)載能力，這對變壓器的安全可靠運(yùn)行及變壓器的經(jīng)濟(jì)性有很重要的意義。4牽引網(wǎng)牽引網(wǎng)（TractionNetwork），主要由接觸網(wǎng)、饋線、鋼軌及大地、變電所軌地回流線等元件構(gòu)成，是由多條導(dǎo)線和各種感性和容性元件組成的網(wǎng)絡(luò)。在電氣化鐵路中，牽引供電系統(tǒng)與電力機(jī)車的電氣傳動部分組成一個大的電氣系統(tǒng)，在正常情況下，牽引供電系統(tǒng)通過接觸網(wǎng)沿線路向電力機(jī)車提供電能，機(jī)車通過受電弓從接觸網(wǎng)上獲取電能驅(qū)動機(jī)車行駛，這兩者共同工作，形成統(tǒng)一的整體，如圖3所示。圖3牽引網(wǎng)與機(jī)車系統(tǒng)圖5分區(qū)所分區(qū)所（SectionPost,SP），設(shè)于兩變電所之間，把電氣化鐵道牽引網(wǎng)分成不同供電區(qū)段，裝有開關(guān)設(shè)備，根據(jù)運(yùn)行需要可以連接同一供電臂的上、下行接觸網(wǎng)，或連接相鄰供電臂以實(shí)現(xiàn)越區(qū)供電。6開閉所開閉所（Sub-feederSwitchingPost,SFSP），實(shí)際上是開關(guān)站，多設(shè)于鐵路樞紐，一般兩路進(jìn)線、多路饋線，用以實(shí)現(xiàn)對站場各股道群的分別供電控制。①進(jìn)線和饋線都經(jīng)過斷路器，可靈活地對各分區(qū)接觸網(wǎng)停、供電。②在斷路器上可實(shí)現(xiàn)短路故障保護(hù)，從而縮小事故停電范圍。7牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式(1)單邊供電每個供電分區(qū)只從一端牽引變電所獲得電能。優(yōu)缺點(diǎn)：相鄰供電臂電氣上獨(dú)立。運(yùn)行靈活，接觸網(wǎng)發(fā)生故障時，只影響到本供電分區(qū)，故障范圍小，牽引變電所饋線保護(hù)裝置較簡單。(2)雙邊供電每個供電分區(qū)同時從兩個牽引變電所獲得電能。優(yōu)缺點(diǎn)：可提高接觸網(wǎng)電壓水平，減少電能損耗。但饋線及分區(qū)亭的保護(hù)及開關(guān)設(shè)備都較復(fù)雜。（3）越區(qū)供電當(dāng)某一牽引變電所因故障不能正常供電時，故障變電所擔(dān)負(fù)的供電臂，經(jīng)分區(qū)亭開關(guān)設(shè)備與相鄰供電臂接通，由相鄰變電所進(jìn)行臨時供電。越區(qū)供電增大了該變電所主變壓器的負(fù)荷，對電氣設(shè)備安全和供電質(zhì)量影響較大，因此，只能在較短時間內(nèi)實(shí)行越區(qū)供電，是避免中斷運(yùn)輸?shù)呐R時性措施。（4）并聯(lián)供電復(fù)線區(qū)段同一側(cè)供電臂上、下行線通過開關(guān)設(shè)備（或電氣連接線）實(shí)行并聯(lián)供電。優(yōu)缺點(diǎn)：并聯(lián)供電可提高供電臂末端電壓，但是接觸網(wǎng)發(fā)生故障時，影響范圍大，運(yùn)行檢修不夠靈活。8牽引網(wǎng)向電力機(jī)車供電方式接觸網(wǎng)對機(jī)車的供電方式主要有5種，直接供電（DF）方式、帶回流線的直接供電（DN）方式、自耦變壓器（AT）供電方式、吸流變壓器（BT）供電方式和同軸電力電纜（CC）供電方式。本課題以DF和AT供電方式為主。(1)直接供電方式，牽引變電所將電能通過饋電線傳輸?shù)浇佑|網(wǎng)，接觸網(wǎng)通過受電弓連接到機(jī)車的變壓器一次側(cè)，然后通過鋼軌，流回牽引變電所。這種方式結(jié)構(gòu)最簡單，投資也最小，但由于鋼軌、大地承擔(dān)了較大的電流，所以鋼軌電位較高，對通信線的干擾最大，通信線路較少場合適應(yīng)。(2)帶回流線的直接供電方式，為保留直接供電方式的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)直接供電方式不足，沿接觸網(wǎng)增設(shè)了與軌道并聯(lián)的架空回流線，稱為帶回流線的直接供電方式，如圖4所示。原先經(jīng)過鋼軌大地的回流，部分經(jīng)由回流線回流，由于回流線與饋線距離較近，并且于回流線與饋線中的電流方向相反，對鄰近通信線路增加了屏蔽的效果，此外，鋼軌電位的降低，也會減少對通信的干擾；回流線的架設(shè)也降低了牽引網(wǎng)的阻抗，減小了牽引網(wǎng)的電壓損失，延長了供電臂的供電長度。圖4帶回流線的直接供電方式圖5AT供電方式TAFRT圖5AT供電方式TAFRT自耦變壓器鋼軌接觸網(wǎng)正饋線55kVAT方式與BT方式相比，在機(jī)車取流相同情況下，從變電所至最靠近機(jī)車的AT間，接觸網(wǎng)與正饋線上電流只有機(jī)車電流的一半，對通信明線干擾將大大減弱。另外，在機(jī)車取流的兩個AT間的區(qū)段內(nèi)，機(jī)車電流總是由左右兩側(cè)接觸網(wǎng)雙邊供給，方向相反，對通信明線的干擾互相抵消，因此具有更好的防護(hù)效果。AT供電方式成本也相對較高，由于并入自耦變壓器，AT牽引網(wǎng)的阻抗小，供電距離長，網(wǎng)上壓損和能損都小，對于高速、重載等大電流牽引方式比較適應(yīng)。(4)BT供電方式，在牽引供電系統(tǒng)中，在直接供電方式的基礎(chǔ)上加裝了吸流變壓器-回流線裝置，用以抑制對通信的干擾，這種供電方式稱為吸流變壓器供電方式。BT供電方式使絕大部分的電流經(jīng)回流線流回牽引變電所，回流線中的電流與接觸網(wǎng)流過的電流大小基本相等，由于電流方向相反，回流線與接觸網(wǎng)形成的電磁場相互抵消，顯著的消弱了接觸網(wǎng)和回流線周圍空間的交變磁場，大大降低了磁場對于通信的干擾。但BT供電方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價較高，吸流變壓器串入增大了牽引網(wǎng)阻抗變，減小了供電臂的供電長度。此外，由于BT分段的存在，易造成火花間隙，不適合高速、重載鐵路選用此供電方式。(5)CC供電方式，是一種新型的供電方式，其同軸電纜埋設(shè)于鐵路沿線，電纜的內(nèi)部芯線與供電線和接觸網(wǎng)相連，電纜的外部導(dǎo)體與回流線和鋼軌相連，沿線每分段約隔5~10km。由于同軸電纜的內(nèi)外導(dǎo)體間的互感系數(shù)較大，因此相對于BT與AT供電方式，CC供電方式的吸流效果與抑制通信干擾的效果是最好的，其供電臂長度與AT供電方式長度相近，由于CC供電方式，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單，鋼軌電位低，沒有凈空需求，所以適合重載高速鐵路。但由于同軸電纜的造價過高，限制了其應(yīng)用?，F(xiàn)在廣泛兩種主要的供電方式：(1)AT供電方式，供電臂長度約30km，兩個AT段。(2)帶回流線的直接供電方式，供電臂長度一般20～25km。99越區(qū)供電結(jié)構(gòu)根據(jù)鐵道部規(guī)程，牽引供電設(shè)備應(yīng)保證質(zhì)量良好地不間斷安全供電，當(dāng)某一牽引變電所故障不能正常供電時，故障變電所所擔(dān)負(fù)供電任務(wù)的供電臂經(jīng)有關(guān)開閉所或分區(qū)所開關(guān)設(shè)備與相鄰供電臂連通，由相鄰牽引變電所進(jìn)行臨時供電，這種非正常的供電方式稱為越區(qū)供電，如圖4所示。圖4越區(qū)供電示意圖當(dāng)變電所B因故障而導(dǎo)致停電時，由相鄰變電所A、C通過閉合開閉所或分區(qū)亭開關(guān)對B所進(jìn)行越區(qū)供電。這種非正常的供電方式會導(dǎo)致A、C所供電距離延長，一般為原供電距離的兩倍。越區(qū)時供電臂上所帶列車運(yùn)行密度增大，重量增加，牽引網(wǎng)壓損失增多，造成牽引供電系統(tǒng)的供電可靠性降低，鐵路通過能力下降，影響鐵路的正常運(yùn)行。越區(qū)供電時需要對列車運(yùn)行組織問題(表1-1)進(jìn)行選擇，但是牽涉的列車種類多。越區(qū)供電造成牽引變電所改變供電距離,承擔(dān)了其它類型列車的輸送任務(wù)。新投入運(yùn)營的高速列車、既有城際線路的動車、既有中高速列車等,都是列車運(yùn)行組織工作的對象。同時涉及的變量比較多。在本文中,列車數(shù)目變量和列車到發(fā)時刻變量等,共同構(gòu)成了本問題的變量集合。在本文所定義的越區(qū)供電條件下,由運(yùn)輸環(huán)境的改變所帶的新的約束條件中變量的數(shù)目激增,使得本問題所涉及的變量規(guī)模較大。表1-1正常條件下與突發(fā)事件條件下列車運(yùn)行組織的區(qū)別正常條件下越區(qū)條件下涉及路網(wǎng)范圍單個區(qū)段整個路網(wǎng)（局部）涉及列車種類區(qū)段內(nèi)車型所有類型列車列車數(shù)量選擇不需要需要10石太客專主要運(yùn)營的車型列車主要有有動車組以及重聯(lián)動車組。列車主要型號有：CRH1、CRH2、CRH5。為了能夠充分的研究牽引供電系統(tǒng)的供電能力，現(xiàn)將普速列車SS4、SS7、SS8、SS9型列車也參與研究。(1)SS系列牽引變電所輸出的高壓交流電送到接觸網(wǎng)以后，由機(jī)車受電弓和接觸線接觸而引入機(jī)車，機(jī)車電流經(jīng)過主斷路器、高壓電流互感器，到機(jī)車變壓器高壓繞組，再經(jīng)過低壓電流互感、車體、接地電刷、輪軸、車輪到軌道，然后經(jīng)軌道、大地等流回牽引變電所；機(jī)車變壓器將高壓交流電變?yōu)榈蛪航涣麟?，再?jīng)過整流器組整流后變?yōu)橹绷麟姡┙o牽引電動機(jī)；牽引電動機(jī)得電旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率通過齒輪傳動裝置傳遞給輪對，輪對作用于軌道，軌道一大小相等、方向相反的力作用于輪對，從而形成牽引力，牽引列車運(yùn)行。SS型電力機(jī)車的主電路由網(wǎng)側(cè)高壓電路、牽引供電電路、整流調(diào)整電路、加饋電阻制動電路、PFC電路和保護(hù)電路組成，由于本文所研究的課題主要針對諧振過電壓和分相過電壓，在建模仿真過程中，對主電路簡化處理，主要分析網(wǎng)側(cè)高壓電路、牽引供電電路和整流調(diào)整電路。網(wǎng)側(cè)高壓電路的主要設(shè)備是主變壓器；整流調(diào)整電路采用的是大功率晶閘管和二極管構(gòu)成的不對稱三段半控橋橋式整流；牽引供電電路的主要部分是牽引電動機(jī)。（2）CRH型動車組CRH型動車組主電路由主電壓器,兩電平或三電平四象限整流器,中間直流環(huán)節(jié)DC,電壓型二電平逆變器以及三相異步電機(jī)構(gòu)成。其工作過程:受電弓從接觸網(wǎng)接受25KV、50Hz的高壓交流電送到接觸網(wǎng)以后，由機(jī)車受電弓和接觸線接觸而引入機(jī)車，,經(jīng)過安裝在車底架上的主變壓器降成低壓交流電,降壓后的交流電經(jīng)網(wǎng)側(cè)變流器整即兩電平或三電平四象限脈沖整流器轉(zhuǎn)換成為直流電能,該直流電再由電機(jī)側(cè)變流器即二電平或三電平逆變器轉(zhuǎn)換成頻率可變、電壓可變的三相交流電送給牽引電機(jī),將電能轉(zhuǎn)換成牽引列車的機(jī)械能,驅(qū)動列車運(yùn)行。11現(xiàn)有越區(qū)方案一旦發(fā)生越區(qū)供電，將影響石太線上所有列車的正常運(yùn)行。目前主要采用兩種方式來應(yīng)對這種情況：（1）將每條供電臂上允許均勻排列的列車對數(shù)減半，并且若有1列機(jī)車在一條供電臂上啟動，則不允許有其他車通行。（2）對中高速列車限速運(yùn)行。因此，在越區(qū)供電情況下鐵路的通過能力不能發(fā)揮至最大，牽引變壓器容量沒有得到充分利用，致使資源浪費(fèi)，達(dá)不到鐵路運(yùn)營系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠的要求。違背了鐵路設(shè)計(jì)遵循科學(xué)管理，減少能耗，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)約成本的原則。12區(qū)間通過能力鐵路供電能力的大小同該線路的固定設(shè)備、機(jī)車車輛類型以及行車組織的方式和法或列車運(yùn)行圖的類型等因素有關(guān)。鐵路區(qū)段供電能力直接或間接地受到與行車有關(guān)的各種技術(shù)設(shè)備的限制,如受到線路區(qū)段的設(shè)備、車站的設(shè)備、機(jī)務(wù)段的設(shè)備,以及供電設(shè)備、供水設(shè)備等因素的限制。這些因素中最薄弱的環(huán)節(jié)就是確定區(qū)段通過能力的限制因素。這個薄弱環(huán)節(jié)所能提供的最大供電能力稱為區(qū)段最終通過能力,而最薄弱區(qū)段的供電能力即為全線的最終供電能力。由于機(jī)車車輛等活動設(shè)備投入相對較低,決定運(yùn)輸能力的往往是線路和技術(shù)站。通過能力概念包括設(shè)計(jì)通過能力、實(shí)現(xiàn)通過能力兩種。設(shè)計(jì)通過能力指預(yù)計(jì)新線修建以后或現(xiàn)有鐵路技術(shù)改造以后,鐵路區(qū)段固定設(shè)備所能達(dá)到的能力;實(shí)現(xiàn)通過能力指在現(xiàn)有固定設(shè)備、現(xiàn)行的行車組織方法和現(xiàn)有的運(yùn)輸組織水平的條件下,鐵路區(qū)段可能達(dá)到的能力。在突發(fā)事件條件下,由于線路區(qū)間設(shè)備、區(qū)間設(shè)備、機(jī)務(wù)段設(shè)備、動車組等受到突發(fā)事件條件的影響,不能發(fā)揮其正常的運(yùn)輸功能,線路(區(qū)間)的通過能力就會受到影響。這種影響具體體現(xiàn)在行車調(diào)度指揮部門遵守行車規(guī)則,對列車在突發(fā)事件出現(xiàn)的區(qū)間進(jìn)行限速，從而導(dǎo)致了供電能力的下降。目前,對鐵路區(qū)間通過能力的計(jì)算方法主要有兩種。一種方法通過公式進(jìn)行計(jì)算,即在明確線路區(qū)間運(yùn)行的各種列車的比例條件下,通過計(jì)算扣除系數(shù),從而計(jì)算單位時間內(nèi)線路區(qū)間的通過能力。公式計(jì)算方法是指在明確線路區(qū)間運(yùn)行的各種列車的比例條件下,通過計(jì)算扣除系數(shù),從而計(jì)算單位時間內(nèi)線路區(qū)間的通過能力。公式計(jì)算是現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用較多的方法，然而越區(qū)供電所涉及因素眾多，公式計(jì)算要很好的考慮各種因素的影響，尚存在許多困難，從實(shí)際出發(fā)有時需要對許多設(shè)備參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)簡化，近似等效，所得結(jié)論有大量誤差。另外一種是模擬方法,即通過計(jì)算機(jī)仿真線路區(qū)間的各種設(shè)備情況以及線路區(qū)間的狀態(tài),使盡可能多的列車在相關(guān)的線路和區(qū)間上進(jìn)行運(yùn)行模擬,從而發(fā)現(xiàn)線路區(qū)間的通過能力。模擬仿真方法是指通過計(jì)算機(jī)仿真線路區(qū)間的各種設(shè)備情況以及線路區(qū)間的狀態(tài),使盡可能多的列車在相關(guān)的線路和區(qū)間上進(jìn)行運(yùn)行模擬,從而發(fā)現(xiàn)線路區(qū)間的通過能力。模擬研究在上述方面具有公式計(jì)算所無法比擬的優(yōu)勢，本文利用仿真軟件ATP-EMTP平臺進(jìn)行模擬仿真分析。13電氣校驗(yàn)各越區(qū)方案應(yīng)保證鐵路的安全運(yùn)行，對饋線保護(hù)定值、供電臂末端分相絕緣器電壓、供電臂負(fù)荷能力、接觸網(wǎng)電壓水平、繼電保護(hù)性能及操作電源等技術(shù)條件能否滿足要求進(jìn)行校驗(yàn)。五、總體安排2013年8月——2012年10月收集資料，查看文獻(xiàn)調(diào)研國內(nèi)外研究情況，確定系統(tǒng)整體方案，寫開題報告；2013年11月—2013年12月：確定牽引變壓器最大容量算法，分析現(xiàn)場數(shù)據(jù)得到最大容量；2013年12月—2014年3月：機(jī)車和牽引網(wǎng)仿真模型建模，系統(tǒng)制作；2014年3月—2014年6月：調(diào)試車網(wǎng)耦合仿真參數(shù)，方案試運(yùn)行，按照既有運(yùn)行圖，對牽引供電系統(tǒng)越區(qū)供電方案進(jìn)行運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)；2014年6月—2014年10月：針對試運(yùn)行情況，系統(tǒng)進(jìn)一步完善，并進(jìn)行論文的寫作與修改。參考文獻(xiàn)：[1]曹建設(shè).牽引變壓器的過負(fù)荷能力及容量的合理選擇[J].電氣化鐵道,2008,1:10-13.[2]易運(yùn)軍,吳利仁，郭欲平等.牽引變壓器的容量及其過負(fù)載能力[J].電氣化鐵道,1997,4:4-10.[3]賀建閩,黃治清.牽引變壓器容量的合理選擇[J].電氣化鐵道,2005,6:1-5.[4]張子學(xué).電氣化鐵路站用牽引變壓器的過載能力問題[J].變壓器,1992,7-10.[5]吳德范.牽引變壓器過載能力的研究[J].中國鐵道科學(xué),1993,14(1):1-23.[6]趙麗珍.高速鐵路區(qū)間通過能力計(jì)算分析[J].中國鐵道科學(xué),2001,22(6):54-58.[7]WeedyBH.SomeAspectsofTemperatureRiseinaNaturalCooledOil-Filledthree-phaseTransformer.ElectricMachinesandpowerSystem,1985,10:39~402.[8]黃永皓.關(guān)于兩部制電價問題的研究[J].水電能源科學(xué)，1999,17(3):57-60.[9]李天友.兩部制電價的改進(jìn)與完善[J].供用電,1998,15(3):41-43.[10]郭明富.交直機(jī)車與交直交機(jī)車混跑仿真研究[D].西南交通大學(xué)，2011,5.[11]陳民武.高速鐵路牽引負(fù)荷特性及其對電能質(zhì)量的影響研究[J].高速鐵路,2011,3:14-17.[12]王碩禾,萬健如,蔡承才,等.基于閾交理論電弧爐系統(tǒng)負(fù)荷容量分析方法[J].電工技術(shù)學(xué)報,2008,23(3):125-130.[13]王彥博.地區(qū)電網(wǎng)供電能力分析研究系統(tǒng).華北電力大學(xué),2012,3.[14]馬利山.地區(qū)電網(wǎng)供電能力評估與分析.華北電力大學(xué),2012,3.[15]葛少云，韓俊，劉洪等.計(jì)及主變過載和聯(lián)絡(luò)容量約束的配電系統(tǒng)供電能力計(jì)算方法[J].中國電機(jī)工程學(xué)報,2011,31(25):97-103.[16]傅瑞斌,侯佑華,劉斌.變壓器過負(fù)荷能力的利用[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2002,20(1):48-51.[17]卞超,李軍.大型電力變壓器過負(fù)荷能力計(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