电力牵引供电系统.pptx
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1、 2-1 电力系统术语 电力系统电力系统: : (Power System) (Power System) 生产、输送、分配、消费电能的发电机、生产、输送、分配、消费电能的发电机、变压器、电力线路、各种用电设备联系在变压器、电力线路、各种用电设备联系在一起组成的统一体。一起组成的统一体。 第1页/共86页 1 1、电力系统:生产、输送、分配与消费电能的系、电力系统:生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括:发电机、电力网和用电设备组成。统。包括:发电机、电力网和用电设备组成。 2 2、电力网:电力系统中输送与分配电能的部分。、电力网:电力系统中输送与分配电能的部分。 3 3、动力系统:动力部分
2、与电力系统组成的整体。、动力系统:动力部分与电力系统组成的整体。第2页/共86页 发电厂发电厂 电力网电力网 电力用户电力用户第3页/共86页 2-2 电力牵引电流制式与基本内容一、 电流制与额定电压 根据电流形式: HzHz 25,3216(1)直流制:主要用于城市轨道交通,额定电压有1500V和750V、3000V或6000V。(2)交流制低频单相交流制:( )目前已不采用,额定电压15KV或11KV 。工频(50HZ)单相交流制:主要用于大运量、重载的铁路运输,额定电压为25kV,广泛采用。第4页/共86页二、电力牵引供电系统主要内容(一)电力系统及牵引供电系统概述(二)牵引变电所主变压
3、器的结线方式(三)供电方式和供电回路(四)牵引网对通信线路的影响第5页/共86页 电力牵引系统电力牵引系统 electric traction system electric traction system : 1 1、电力牵引供电系统、电力牵引供电系统 electric traction supply systemelectric traction supply system 保证实现电力牵引方式且能够安全可靠的、不间断保证实现电力牵引方式且能够安全可靠的、不间断工作的电力供应系统工作的电力供应系统. . (1 1)牵引变电所)牵引变电所 traction substationtractio
4、n substation (2 2)牵引网)牵引网 traction networktraction network 馈电线馈电线 feeder line feeder line 接触网接触网 overhead contact lineoverhead contact line 钢轨及回流线钢轨及回流线 rail, negative feederrail, negative feeder 2 2、电力机车、电力机车 electric locomotiveelectric locomotive2-3 交流电力牵引系统概述第6页/共86页G电力系统电力系统( (发电厂)发电厂)输电线输电线牵引变电
5、所牵引变电所电力机车电力机车接触网接触网馈电线馈电线回流线回流线钢轨、地钢轨、地3、电力牵引系统组成原理图、电力牵引系统组成原理图电力牵引系统电力牵引系统第7页/共86页2-4 直流牵引供电系统概述 发发电电厂厂升压升压变压器变压器升压升压变压器变压器输电线路输电线路接触网接触网馈线馈线回回流流线线走行轨道走行轨道主降压变电站主降压变电站直流牵引变电所直流牵引变电所发发电电厂厂第8页/共86页G电力系统(发电厂)输电线直流牵引变电所接触网馈电线回流线电动车辆走行轨主(降压)变电站电力地铁或者表示为:第9页/共86页 2-5 电力系统与电力牵引供电系统一、构成1.电力系统是一个包括发电厂、输电(
6、线)、变电、配电、用电装置的完整工作系统。发发电电机机升压升压变压器变压器降压降压变压器变压器输电线路输电线路用户用户发电厂发电厂配电系统配电系统GTMTML接触网接触网馈馈线线2727. .5 5kVkV回回流流线线牵引变电所牵引变电所钢轨钢轨110110kVkV专用高压输电线路专用高压输电线路( (牵引牵引) )供电系统供电系统电电气气化化铁铁道道供供电电系系统统第10页/共86页2、电力牵引供电系统的组成部分与作用 (1)牵引变电所:把电力系统供应的电能变换成适合电力机车牵引要求的电能。 (2)馈电线:连接牵引变电所和接触网的导线。它将牵引变电所变换后的电能送到接触网。 (3)接触网:是
7、一种悬挂在轨道上方,沿轨道敷设的、和铁路轨道保持一定距离的输电网。通过电动车组受电弓和接触网的滑动接触,牵引电能就由接触网进入电动车组,从而驱动牵引电动机使列车运行。 (4)轨道:在非电牵引情形下只作为列车的导轨。在电力牵引时,轨道除仍具有导轨功能外,还需要完成导通回流的任务。因此,电力牵引的轨道,需要具有良好的导电性能。 第11页/共86页 (5)回流线: 是连接轨道和牵引变电所的导线。通过回流线把轨 道中的回路电流导入牵引变电所的主变压器。 牵引网: 通常将接触网、馈电线、钢轨回路(包括大地)和回 流线称为牵引网。 牵引变电所和牵引网构成牵引供电系统 。 专用高压输电线路和牵引供电系统称为
8、电气化铁路供电系统 。第12页/共86页二、牵引变电所一次侧的供电方式(1)单边供电:牵引变电所的电能由电力系统中的一个方向的发电厂送来。1C2C3C1A1B2B2A3A3B110kV35kV第13页/共86页(2)两边供电:就是牵引变电所的电能由电力系统中两个方向的发电厂送来。第14页/共86页(3)环形供电:若干个发电厂、地方变电所通过高压输电线连接成环形的电力系统,牵引变电所处于环形电力系统的一段环路之中。第15页/共86页三、牵引供电系统的构成方式(1)牵引供电系统向接触网的供电方式、单线区段 一边供电 两边供电、双线区段 同相一边并联供电 同相一边分开供电 双边纽结供电第16页/共8
9、6页(2)牵引供电系统向电力机车的供电方式 直接供电方式(DF) Direct feed 带回流线的直接供电方式(DN供电方式) 自耦变压器供电方式(AT供电方式) Auto-Transformer 吸流变压器供电方式(BT供电方式) Booster-Transformer 同轴电力电缆供电方式(CC) Coaxial cable(3)牵引变电所主变压器的主结线型式 YN,d11三相接线广泛应用于DF和BT方式 单相V,V接线 斯科特(Scott)广泛应用于AT方式 阻抗匹配平衡变压器接线 非阻抗匹配平衡变压器接线第17页/共86页第三章 牵引变电所一、牵引变电所的分类 1、按牵引变压器的结线
10、形式分类 纯单相结线;单相V,v结线; 三相V,v结线; 三相YN,D11结线;斯柯特结线;阻抗匹配平衡结线;非阻抗匹配平衡结线2、按高压输电线的引入方式分类 T接线(又称分支接线) ;桥接线(内桥和外桥接线) 3、按承担供电臂的供电任务分类 集中供电方式和分散供电方式第18页/共86页 集中供电方式:每个牵引变电所单独承担所辖供电臂的供电任集中供电方式:每个牵引变电所单独承担所辖供电臂的供电任务。(居多方式)务。(居多方式) 分散供电方式:每个牵引变电所除了在正常情况下承担所辖供分散供电方式:每个牵引变电所除了在正常情况下承担所辖供电臂的供电任务外,还能在事故或检修的情况下承担相邻牵引电臂的
11、供电任务外,还能在事故或检修的情况下承担相邻牵引变电所所辖供电臂的供电任务,即越区供电。(较少采用)变电所所辖供电臂的供电任务,即越区供电。(较少采用)第19页/共86页1、纯单相结线牵引变压器结线 (1)结线 (2)原理与特点 原边(高压侧):接电网的AB(BC、CA) 次边(牵引侧):一端接钢轨,另一端接供电臂 优点: 主接线结构简单 ; 设备少 ;占地面积小,投资较少; 容量利用率(额定输出容量与变 压器的额定容量之比)为100%; 缺点: 不能实现对接触网的双边供电, 副边不能提供三相电源; 对电力系统的不对称性 (负序)影响 最严重(不对称系数为1); (3)应用 纯单相结线主要适合
12、于电力系统容量较大,地方电力网发达的地区。我国的哈-大线 (哈尔滨-大连)全部采用纯单相结线,牵引变电所接入容量较大的220KV电力网。 二、单相牵引变电所、纯单相牵引变电所、单相V,v结线牵引变电所3、三相 V,v结线牵引变电所第20页/共86页2、开口三角形(单相V/V结线)牵引变压器结线(1)结线 (2)原理与特点 单相变电所的一种变形; 原边:以开口三角形的形式实现获取两相电能(A、BC)两高压绕组有公用端子; 故构成了原边的V接。 次边:各取一端连接于牵引母线a相和C相,各自的另一端联结成公共端接至钢轨构成了副边的V接;不对称性分析结论:虽然其变压器的三端都是联向三相电力系统,即使在
13、两牵 引供电臂电流相等的情况下,三相系统的电流也不是对称的,仍然会影响三相 电力系统的对称运行。 第21页/共86页abcABC 牵引变电所装设两台单相结线牵引变压器,作V,v接线。 V,v接线牵引变压器原边接入电力系统的两个线电压。 次边各有一端分别接到牵引侧的两相母线上,各有另一端与轨道及接地网连接。第22页/共86页(1)原、次边电流关系ABCAIBICIABIBCIabIbcIabUbcU221111()()12cos ,ABabBCbcTTAABabTBABBCabbcTCBCbcTbabbcabbcIIIIKKIIIKIIIIIKIIIKIIIII 第23页/共86页(2) 额定利
14、用率当Iab=Ibc=Ie时,额定输出容量: S=IabUe+IbcUe=2UeIe额定容量: S=2UeIe所以,K=100%(3) 跨相供电 当一台变压器因故停电时,另一台变压器必须跨相供电,即兼供左右两边供电分区的牵引网。第24页/共86页 3、三相 V,v牵引变压器结线 (1)结线 (2)原理与特点 高压绕组引出3个端子A,B,C接三相电源,同单相V/V结线一样,第一个高压绕组的尾端X1与第二个绕组的首端A2构成原边的V接,顶点为C。 副边绕组的四个端子a1,x1,a2,x2全部引出在油箱的外部,根据牵引供电的要求,可以接成正V(V,V-12)即a2与x1连接成为c即正的顶点,a1,x
15、2分别为a相和b相。 也可以接成反V(V,V-)即a与x连接成为c即反的顶点,x1,a2分别为a相和b相。 第25页/共86页 优缺点: 三相V/V结线的牵引变电所不但保持了单相V/V结线牵引变电所的所有优点,而且完全克服了单相V/V结线牵引变电所的缺点。最可取的是解决了单相V/V结线牵引变电所不便于采用固定备用及自动投入的问题。同时2台变压器的容量可以相等也可以不等;副边电压可以相等也可以不等,这样大大提高了供电的灵活性。第26页/共86页三、三相YN,d11接线牵引变电所 目前在三相牵引变电所中大多采用的是110KV油浸风冷式变压器,该牵引变压器的接线采用YN,d11标准联结组。1.原理电
16、路图及展开图a. 原理电路图ABC*(A)(X)(B)(Y)(C)(Z)(a)(b)(c)(x)(y)(z)接供电臂接供电臂接供电臂接供电臂()内符号表示端子号,大写为原边,小写为次边其中绕组(ax),(by)为负荷相绕组;绕组(cz)为自由相绕组第27页/共86页b. 展开图 为分析的直观与方便,更常见使用YN,d11接线牵引变压器的展开图。画展开图有如下约定: (1)为施工和运行安全起见,统一规定次边绕组的(c)端子接钢轨和地; (2)原、次边对应绕组相互平行; (3)原、次边每相绕组的同名端放在同一侧;由此,先画次边,后画原边,可作出展开图。 (4)画成“ , ”形式(A)(B)(C)*
17、(a)*(b)(c)第28页/共86页如约定次边绕组的(a)端子放在图左边,(b)端子放在图右边,则得展开图(图1),反之则得展开图(图2)(A)(B)(C)*(a)*(b)(c)图1 1(A)(B)(C)*(a)(b)(c)图2第29页/共86页简单讲就是: 对于原边:电压U首端为正尾端为负;电流I首端流入,尾端流出。 对于次边:电压U首端为正尾端为负;电流I首端流出,尾端流入。2.电压、电流相量的规格化定向 在牵引供电系统分析中,对所有牵引变压器均采用规格化定向。规格化定向的具体含义:(1)原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向,即牵引变压器从电力系统吸收电能。(2)次边绕组电压、电流采用发
18、电机惯例定向,即牵引变压器是次边负荷的电源。(3)负荷吸收正功率。第30页/共86页 就某一YN,d11接线牵引变电所而言,规格化定向还应注意以下两条:(1)原边绕组电压与实际进线电压相别一致;(2)次边绕组按同名端与原边绕组电压一致; 通常,完成电压定向后(先原边,后次边),先标次边电流,再标原边电流。 这种方法不仅方便于单个变电所的电气分析,也方便多个变电所的相量图和相量分析。下标确定原则:(1)电流、电压相量的下标表示其实际相别,与绕组端子号无关。(2)臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致。第31页/共86页CIAIBI+CU- -+- -AUBU+- -bIcIaI+- -bU+
19、- -cU+- -aU*UC*ABCUa第32页/共86页(A)(B)(C)(a)(b)(c)*Ia*Ib*31Ib*31Ia*31Ib*32Ia*31Ia*32Ib(1)当只有Ib流通时,bc绕组中的电流为 ,而ca与ab绕组电流为 23bI13bI(2)当只有Ia流通时,ca绕组中的电流为 ,而ca与ab绕组电流为 23aI13aI、供电臂电流与绕组电流关系第33页/共86页babcbaabbacaIIIIIIIII323131313132(A)(B)(C)(a)(b)(c)*Ia*Ib*31Ib*31Ia*31Ib*32Ia*31Ia*32Ib(3)同时流通时,各绕组电流应叠加处理。第3
20、4页/共86页(A)(B)(C)(a)(b)(c)*Ia*Ib*31Ib*31Ia*31Ib*32Ia*31Ia*32Ib1AcaIIk1BabIIk1CbcIIk从而得出三相电力系统的原边电流不对称。第35页/共86页*Ua*Uc*UbbUa*cUb*aUc*aUc*Ia*Ib36.960*UacbUa*次边电压、电流相量图:(以 为参考相量)bcU在两供电臂功率因数相等时,由图知Ib滞后Ia角度为60度。*Ubc第36页/共86页2140.960199.1602121111111331212737AcaaaBabbbCbcIIIIIIIKIIkIIIkeee ba取供电臂电流I =I为参考
21、相量,则I4 4、供电臂电流与原边电流关系、供电臂电流与原边电流关系第37页/共86页21212.6560040.933333caabIIIIII 122.65600199.1333bcIIII 11160060333abIIII 现假设: Ia=Ib=I(供电臂电流大小),0 ,60 ,cos0.8baIIII 且两供电臂功率因数5、供电臂电流与次边绕组的电流关系第38页/共86页6、几个结论:在两负荷端口电流大小及功率因数角相等的条件下(即 )有:(1)两负荷相绕组电流相等,等于供电臂上负荷电流的2.65/3;(2)自由相绕组电流是两负荷相绕组电流的1/2.65,即0.378倍,等于供电臂
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