电气化铁路供电系统教材.pptx

Click to edit Master title style,Click to edit Master text styles,Second level,Third level,Fourth level,Fifth level,*,*,电气化铁路供电系统,电气化铁路供电系统教材,第1页,将电能从电力系统传送到电力机车电力设备，总称为电气化铁道供电系统。牵引供电系统主要包含牵引变电所和接触网两部分。,一，电气化铁道牵引供电系统设置,供电系统示意图,电气化铁路供电系统教材,第2页,图,3-53,电力牵引系统组成,发电厂,(1),发出电流，经升压变压器,(2),提升电压后，由高压输电线,(3),送到铁路沿线牵引变电所,(4),。在牵引变电所里把电流变换成所要求电流或电压后，经馈流线,(5),转送到邻近区间和站场线路接触网,(6),上供电力机车使用。,电气化铁路供电系统教材,第3页,（,1,）定义,牵引变电所是设置于电气化铁路沿线，安装有受电、变电、配电设备建筑物。,1,牵引变电所,（,2,）任务,牵引变电所任务是将电力系统高压输电线输送来,110,千伏（或,220,千伏）三相交流电，变压为,27.5,千伏单相交流电，向其邻近区间和所在站场线路接触网送电，确保可靠而又不间断地向接触网供电。,（,3,）设备,在牵引变电所里，主要设有主变压器、电压互感器、电流互感器、高压断路器、各种高压隔离开关以及避雷器等电气设备。,电气化铁路供电系统教材,第4页,（,4,）牵引变电所供电安全,a,）电网向牵引变电所供电：我国电气化铁路为国家一级电力负荷。所以，每个牵引变电所都采取两路输电线供电，且两路输电线有各自杆塔、走线，以确保在一路输电线发生故障时，牵引变电所供电不致于长时间中止。牵引变电所内还装有各种控制、测量、监视仪表和继电保护装置等。,b),牵引变电所向接触网供电：当前。供电方式有两种，即单边供电和双边供电。在单边供电方式下，接触网在相邻两个牵引变电所之间中央部位是断开，将两个牵引变电所之间接触网分成为两个供电分区，电力机车只从一个牵引变电所取用电能。单边供电操作和保护都比较简单，故障范围也比较小，所以我国电气化铁路接触网普遍采取单边供电方式。,电气化铁路供电系统教材,第5页,通常，将接触网、钢轨、回流线组成线路称为牵引网。接触网和钢轨是牵引网主体。,2,牵引网,接触网（图,3-54,）是架设在电气化铁路上空，向电力机车供电一个特殊形式输电线路，其质量和工作状态直接影响电气化铁路运输能力。,接触网依据其接触悬挂类型，能够分为简单接触悬挂和链形接触悬挂两类。,图,3-54,接触网,电气化铁路供电系统教材,第6页,链形接触悬挂是将接触导线经过吊弦挂在承力索上。,简单接触悬挂是将接触导线直接固定在支持装置上悬挂类型。,图,3-56,简单接触悬挂,图,3-55,链形接触悬挂,电气化铁路供电系统教材,第7页,二牵引供电系统原理概述,图,1,、牵引供电系统示意图,电气化铁路供电系统教材,第8页,牵引供电系统主要组成部分：,电源进线、牵引变压器、高压开关设备、导线、绝缘子、电压互感器、电流互感器、避雷器、馈出线等。,牵引供电系统主要指标,供电电压：,27.5kV,，,227.5kV,供电频率：,50Hz,变电所间距：,4050km,（直供方式）,80100km,（,AT,方式）,相数：单相,电气化铁路供电系统教材,第9页,主要牵引供电方式：,直供方式、,BT,供电方式、,AT,供电方式等。,AT,供电方式优点：供电距离长、通信干扰小、供电功率大等。,当前常速电气化铁路供电方式多为,直供,+,回流线方式，高速和重载电气化铁路多采取,AT,供电方式,电气化铁路供电系统教材,第10页,对牵引供电系统基本要求：,可靠性：一级负荷、电源为双电源、电源接入电压等级高（,110kV,、,220kV,、,330kV,）、两座主变压器、馈出断路器备用。可靠性微弱步骤：接触网系统（无备用、在运动中列车作用下轻易发生故障）。填补办法：必要时实施越区供电（越区供电时，因为供电能力不足，列车无法按正常运行图运行）。,电气化铁路供电系统教材,第11页,供电能力：满足在不一样牵引工况下电能输送。关键点：牵引供电臂末端电压水平。,运行方式灵活性：在确保供电前提下，为设备检修、运行方式调整等提供灵活操作方式。改变运行方式动作快速。,完备确实保一次系统运行可靠性办法。,电气化铁路供电系统教材,第12页,当前牵引供电系统面临主要问题：,谐波问题,负序电流问题,功率因数问题,机车过分相问题,接地问题,继电保护问题,弓网关系问题,绝缘配合问题,电磁兼容问题,电气化铁路供电系统教材,第13页,谐波问题,不论是整流型机车，还是交,-,直,-,交机车，都会向供电系统注入谐波电流，前者注入是低频谐波电流（以,3,、,5,、,7,次谐波为主），后者注入是高频谐波电流（以,15,到,21,次谐波为主）。,谐波电流注入供电系统带来危害：,1,、对通信设备（系统）、控制设备（系统）可靠性带来不利原因；,2降低用电设备运行效率。,电气化铁路供电系统教材,第14页,谐波问题,整改办法：在牵引变电所增加滤波器（单调谐滤波器、高通滤波器），存在增加投资问题。,限制：谐波电流问题一直是铁路部门和电力部门之间争论焦点问题。,电气化铁路供电系统教材,第15页,负序电流问题,牵引供电系统负荷为单相负荷，造成从电力系统三相去用电能不平衡，从而向电力系统注入负序电流。,负序电流危害：降低用户电能利用率，引发用户旋转电机转子表面温升过高。,整改办法：牵引供电系统采取换相方式接入电力系统，采取新型供电方式。,限制：电力部门一直在对牵引供电系统注入电力系统负序电流进行限制。,电气化铁路供电系统教材,第16页,功率因数问题,列车从牵引供电系统取用电能会伴随列车牵引定数、路况（限坡、弯道）、运行图、司机操作技术等原因影响，所以改变列车取用有功功率和无功功率，造成功率原因发生改变。,电力部门要求大工业用户功率因数到达,0.9,以上，高出部分奖励、低于该数值将罚款。,整改办法：加功率因数赔偿装置，困难在于负荷波动造成功率因数大范围波动，难以到达理想赔偿效果。,电气化铁路供电系统教材,第17页,交,-,直,-,交机车功率因数基本靠近,1.0,。,但我国电气化铁路依然存在大量交,-,直机车，所采取功率因数动态赔偿装置因为电力电子技术、器件造价等问题，依然无法大规模应用。,电气化铁路供电系统教材,第18页,机车过分相问题,在牵引变电所中，通常是把电力系统电能由高压降低为牵引供电系统所需要电压，同时把三相系统转变为两相系统，该两相系统分别向牵引变电所两侧供电，所以，列车在经过一些点时，需要从一相（如,a,相）过渡到另外一相（如,b,相），在这两相之间需要设置一个绝缘断口，这就是电分相。,与之相关还有电分段，在同相之间设置绝缘断口。,电气化铁路供电系统教材,第19页,机车在过电分相时，其过程可举例说明为：受电弓由带电接触导线（,a,相）滑入中性段，中性段由两台断路器分别连接到分相两侧带电部分，在机车进入中性段时，先使中性段带电（,a,相），当机车靠近分相另一侧带电导线（,b,相）时，断开,a,相电，延时使中性段带,b,相电，确保机车顺利运动到,b,相。,电气化铁路供电系统教材,第20页,机车过电分相时出现电磁现象：,1,、中性段（或机车）断电时出现过电压现象，其过电压水平有时能到达击穿接触导线绝缘子数值，出现电弧有可能烧损接触网吊弦；,2,、机车重新带电时，出现过电流现象，其过电流水平有可能到达机车正常运行电流,5-7,倍，过流有可能损害设备正常寿命、影响继电保护动作正确性。,电气化铁路供电系统教材,第21页,机车自动过电分相几个方式：,地面控制方式：在机车抵达分相前，地面控制系统发出对断路器合闸命令，使中性段带电，在机车运行到中性段某一位置后，地面控制系统对断路器分闸命令，并延时发出对另外一台断路器合闸命令，在机车脱离中性段后，对断路器分出分闸命令。,电气化铁路供电系统教材,第22页,车上控制方式：工作原理与地面过电分相基本相同，所不一样是检测和控制系统安装在机车上。,柱上控制方式：中性段由若干相互断开段组成，利用机车运行进入中性段或离开中性段时电流改变自动合上或分开对应断路器。,机车过电分相问题在常速电气化铁路中并不突出，原因之一是列车速度较低，但在高速电气化铁路中将不容忽略,。,电气化铁路供电系统教材,第23页,接地问题,接地问题也是伴随列车提速而逐步涌向出来。,高速和重载电气化铁路主要特点（与供电系统相关）有：,1,、机车取流越来越大，机车电流在经过整流变压器后进入钢轨和大地，大取流电流有可能抬升轨道电位，使跨步电压到达危害相关设备和人员安全水平；,电气化铁路供电系统教材,第24页,2,、供电系统接入电力系统处短路容量大，这使得牵引供电系统发生短路故障时短路电流大大增加，在一样泄流通道上产生轨道电位抬升和跨步电压水平将大大提升。,3,、新型轨道电路应用要求钢轨对地阻抗要足够大，这使得轨道对地电压水平难以降低。,电气化铁路供电系统教材,第25页,接地目标：,1,、,泄流（雷电流、工频电流）；,2,、限制地电位、相关设备电位升高，确保人员、设备安全。,接地系统评定指标：,1,、接地电阻；,2,、轨道电位、跨步电压。,电气化铁路供电系统教材,第26页,对接地系统要求技术指标：,欧标要求接触电压和轨道电位値（,EN50122-1,）,系统状态 接触电压允许値（,V,）轨道电位（,V,）,正常运行,60 120,状态下（,t300s,）,正常运行,65 130,状态下（,t=300s,）,故障状态,842 1684,下（,t=100ms,）,电气化铁路供电系统教材,第27页,降低轨道电位技术办法：,降低钢轨泄漏电阻；,设置横连线，将上下行钢轨充分横向连接；,上下行各架设保护线，在钢轨与保护线间每隔一定距离做横向连接；,利用接触网支柱基础作接地极；,沿线增设综合接地线，与钢轨、保护线充分连接；,利用线路本身、线路旁建筑和结构等自然接地体接地；,设几个接地极。,电气化铁路供电系统教材,第28页,降低轨道电位技术办法实现困难：,1,、改变钢轨泄漏电阻、设置横连线，将上下行钢轨充分横向连接、上下行各架设保护线，在钢轨与保护线间每隔一定距离做横向连接等技术办法采取必须考虑对轨道信号电路传输信号距离影响；,2,、降低接地电阻是确保大电流泄流有效技术办法，但受环境原因影响很大，如土壤电阻率、设置接地网处地理环境、接地极布置方式、降阻剂对环境影响及使用期等。,电气化铁路供电系统教材,第29页,实现限制轨道电位和接触电压有效技术伎俩是综合接地技术应用。,综合接地技术特点能够归纳为：,充分利用各种地形、自然接地体、结构，以到达降低泄流通道电阻目标。,电气化铁路供电系统教材第30页,继电保护问题,继电保护装置（系统）是一个能自动检测故障特征、完成对故障定位并依据一定规则把故障影响限制（对故障部分断电）在一定范围内自动化装置（系统）。,继电保护面临问题：牵引供电系统供电方式改变；故障和特征信息改变；计算方法与电气化铁路改变更新；在综合自动化系统中集成等。,电气化铁路供电系统教材,第31页,牵引供电方式改变：,1,）新牵引变压器接线应用，使得继电保护工作原剪发生改变，这种改变没有运行经验支持，必须经过对牵引新型牵引变压器试验、分析计算逐步完善对新型牵引变压器电磁关系认识。,2,）新型供电方式应用，使得原有供电系统模型发生改变，而这种改变因为影响原因较多，难以经过取得准确模型拓扑结构和参数，使继电保护工作参数存在偏差，这需要经过试验、分析计算完善模型。,电气化铁路供电系统教材,第32页,机车类型和负荷特征改变：,1,）整流型机车正常运行是，牵引电流中存在着显著,3,、,5,、,7,次谐波，而交,-,直,-,交机车运行时只存在较高频谐波，二者负荷特征也存在差异，这需要对机车各种运行工况下负荷特征进行研究，以改变原有继电保护区分负荷和短路电流方法；,2,）故障特征和正常负荷特征区分方法需要新计算规则支持。,电气化铁路供电系统教材,第33页,高速电气化铁路对综合自动化系统提出了更高要求：更高可靠性、纳入综合调度系统。这影响到继电保护系统在综合自动化系统中集成。在综合自动化系统中，继电保护装置（系统）与其它设备交换信息经过网络完成，调度系统需求不一样，会影响到继电保护装置（系统）通信接口技术、通信规约等方面。,电气化铁路供电系统教材,第34页,弓网关系问题,接触网系统是无备用系统。,机车经过受电弓与接触网滑动连接，取得电能。,机车在运动过程中，存在不一样方向振动，这些振动经过受电弓传递到接触网，接触网随之振动。,良好弓网关系是接触网振动特征和受电弓振动特征一致，二者之间为一各随动系统，使接触网和受电弓保持良好接触。,电气化铁路供电系统教材,第35页,问题：,1,、接触网振动特征受到很多原因影响，如导线材料、接触网结构形式等，使得受电弓与接触网之间存在短暂脱离现象（离线），当受电弓与接触网处于离线状态时，将出现拉弧现象；,2,、列出运行速度提升，突出了一些新问题，如硬点、拉弧电流幅值以及离线率。,电气化铁路供电系统教材,第36页,处理伎俩：,1,、改变接触网悬挂方式；,2,、改变接触网结构及材料；,3,、优化布置；,4,、新检测技术；,5,、新施工技术和维护伎俩。,电气化铁路供电系统教材,第37页,绝缘配合问题,高压设备带电部分与设备外壳、大地之间需要绝缘，不一样电压等级、不一样相别高压设备之间也需要绝缘。,绝缘配合，就是在一个供电系统中，因为存在众多绝缘部分，经过对各部分绝缘水平（耐工频电压、冲击电压能力）选择，在满足系统绝缘水平要求前提下，到达一个技术指标和经济指标合理水平。,电气化铁路供电系统教材,第38页,绝缘配合问题是近年来电气化铁路研究主要课题之一，之所以引发重视，是因为在不一样环境下，假如不考虑绝缘配合问题，接地技术办法应用难以到达预期效果。,电气化铁路供电系统教材,第39页,1,、电力牵引系统是由哪几部分组成？,A.,发电厂、牵引供电装置和电力机车,B.,电力机车和牵引供电装置,C.,发电系统、输电系统和用电系统,D.,牵引变电所、接触网和电力机车,2,、辨析正误：牵引网是架设在电气化铁路上空，向电力机车供电一个特殊形式输电线路。,此次课习题,电气化铁路供电系统教材,第40页,