1、電氣化鐵道牽引供電系統電氣化鐵道牽引供電系統主要內容主要內容第一部分：交流牽引供電系統概述第一部分：交流牽引供電系統概述第二部分：牽引變壓器接線第二部分：牽引變壓器接線第三部分：電氣化鐵路負荷特性第三部分：電氣化鐵路負荷特性第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置第五部分：保護配置及綜合自動化系統第五部分：保護配置及綜合自動化系統第六部分：朔黃鐵路擴容工程設計技術標準第六部分：朔黃鐵路擴容工程設計技術標準第一部分：交流牽引供電系統概述第一部分：交流牽引供電系統概述1.1 1.1 電氣化鐵路的誕生與早期發展電氣化鐵路的誕生與早期發展1825年英國修建了世界上第一條鐵路18

2、79年世界上第一次采用電力牽引列車1881年世界第一條商業運營的電氣化鐵路第一部分：交流牽引供電系統概述第一部分：交流牽引供電系統概述1.2 1.2 我國電氣化鐵路的發展我國電氣化鐵路的發展第一條干線電氣化鐵路-寶成線（1975年） 第一條全線一次電氣化完成鐵路-陽安線（1978年）第一條雙線電氣化鐵路-石太線（1982年）第一條采用AT供電方式的電氣化鐵路-京秦線（1985年）第一部分：交流牽引供電系統概述第一部分：交流牽引供電系統概述1.2 1.2 我國電氣化鐵路的發展我國電氣化鐵路的發展第一條開行萬噸單元列車的電氣化鐵路-大秦線（1992年）第一條時速達200km/h電氣化鐵路-廣深線（

3、1998年）第一條自主設計的高速電氣化鐵路-京滬高鐵（2011年）第一部分：牽引供電系統概述第一部分：牽引供電系統概述1.3 1.3 牽引供電系統構成牽引供電系統構成 牽引供電系統：電氣化鐵路從電力系統接引電源，降壓轉換后給電力機車供電的電力網絡。它由變電所和牽引網兩部分組成。電力系統向電氣化鐵路供電示意圖牽引變電所分區所接觸網鋼軌列車2040km牽引變電所電分相回流線牽引網三相電力系統饋線牽引供電系統原理示意圖第一部分：牽引供電系統概述第一部分：牽引供電系統概述1.4 1.4 直接供電方式（直接供電方式（TRTR）我國早期電氣化鐵路（如寶成線、陽安線）建設時，采用直接供電方式。直接供電方式示

4、意圖 結構簡單，投資最少，維護費用低； 在負荷電流較大的情況下，鋼軌電位高； 對弱電系統的電磁干擾較大；第一部分：牽引供電系統概述第一部分：牽引供電系統概述1.5 BT(1.5 BT(吸流變壓器吸流變壓器) )供電方式供電方式BT供電方式示意圖 防干擾效果好； 牽引網阻抗偏大（以鏈形懸掛牽引網為例，牽引網單位等效阻抗會增大約50%）： 電力機車過BT時，易產生電弧； 增加了接觸網的維修工作量和事故率，可靠性較低。第一部分：牽引供電系統概述第一部分：牽引供電系統概述1.6 1.6 帶回流線的直接供電方式帶回流線的直接供電方式(TRNF)(TRNF)帶回流線的直接供電方式示意圖 防干擾效果不如BT

5、供電方式，但能滿足對弱電系統電磁防護的需要。 牽引網阻抗較小； 目前應用比較廣泛。第一部分：牽引供電系統概述第一部分：牽引供電系統概述1.7 AT(1.7 AT(自耦變壓器自耦變壓器) )供電方式供電方式AT供電方式示意圖 防干擾效果與BT方式相當； 牽引網阻抗小，輸送容量大，供電臂長（可達50km）； 結構復雜，投資大，維護費用高； 適于高速重載場合及外電源較少地區；第一部分：牽引供電系統概述第一部分：牽引供電系統概述供電方式供電方式直供方式直供方式回流線回流線+ +直供方式直供方式(DN)(DN)BTBT方式方式ATAT方式方式供電臂供電臂(km)(km)25-3025-303030202

6、045-5045-50牽引網阻抗牽引網阻抗(km)km)0.6-0.650.6-0.650.5-0.550.5-0.550.85-0.90.85-0.90.16-0.20.16-0.2牽引網結構牽引網結構由接觸懸掛、鋼軌組成。由接觸懸掛、鋼軌組成。最簡單。最簡單。由接觸懸掛、鋼軌由接觸懸掛、鋼軌和回流線組成。和回流線組成。由接觸懸掛、鋼軌、回由接觸懸掛、鋼軌、回流線和吸流變壓器組成。流線和吸流變壓器組成。由接觸懸掛、鋼軌、由接觸懸掛、鋼軌、自耦變壓器、正饋線自耦變壓器、正饋線和保護線組成。最復和保護線組成。最復雜。雜。牽引網電壓水平牽引網電壓水平較好較好良好良好較差較差最好最好牽引網電能損失牽

7、引網電能損失4545% %4545% %7878% %2323% %防干擾特性防干擾特性最差最差一般一般良好良好良好良好維護管理維護管理最少最少較少較少較多較多最多最多牽引網造價牽引網造價最少最少較少較少較大較大最大最大幾種供電方式對比幾種供電方式對比第二部分：牽引變壓器接線第二部分：牽引變壓器接線第二部分：牽引變壓器接線第二部分：牽引變壓器接線2.12.1牽引變壓器分類牽引變壓器分類 電氣化鐵道牽引變壓器的結線方式多種多樣，須根據實際線路情況選擇合適的接線方式。常用的有單相接線(純單相接線、V/v接線和V/x接線)、 Y/接線、三相/兩相平衡接線。 應用于直接供電方式的變壓器接線形式有：純單

8、相接線、V/v接線、 Y/接線、三相/兩相平衡接線（kbler、 Scott接線等）。 應用于AT供電方式的變壓器接線形式有：純單相接線、V/x接線、三相/兩相平衡（Scott、Wood-Bridge接線等）、十字交叉接線等。第二部分：牽引變壓器接線第二部分：牽引變壓器接線2.2 2.2 純單相牽引變壓器純單相牽引變壓器ABabABTFN 純單相結線特點：特點： 接線簡單、可靠性高、設備數量少、工程投資低； 安裝容量小、電能損耗小、運營費用低； 變壓器容量利用率為100； 理論上可取消變電所出口的電分相； 二次側不能直接提供三相電源； 對電力系統的負序影響大，負序功率等于牽引負荷功率，僅適用于

9、電網容量較大場合；二次側中點抽出式單相結線第二部分：牽引變壓器接線第二部分：牽引變壓器接線2.3 2.3 V V結線牽引變壓器結線牽引變壓器 ABCabca1x1ABCa2x2A1X1A2X2特點：特點： 接線簡單、可靠性高、工程 投資低； 安裝容量小、電能損耗小、運營費用低； 變壓器容量利用率為100； 能為變電所提供三相電源； 對電力系統的負序影響較小，負序功率等于牽引負荷功率的50%；ABC單相V/v結線三相V/v結線V/x結線第二部分：牽引變壓器接線第二部分：牽引變壓器接線2.4 2.4 Y/Y/接線牽引變壓器接線牽引變壓器 ABCa(y)b(z)c(x)*OAIBICIIIbyIax

10、IczIUU12特點：特點： 一次側中性點可接地運行； 二次側能直接提供三相電源； 負序方面優于純單相結線，與V/v結線相當； 滯后相電壓水平往往偏低； 變壓器容量利用率僅為75.6；第二部分：牽引變壓器接線第二部分：牽引變壓器接線2.5 2.5 平衡接線牽引變壓器平衡接線牽引變壓器 平衡變壓器通常是指那種具有變壓和換相功能的三相/兩相變壓器，目的是消除或削弱負序。第二部分：牽引變壓器接線第二部分：牽引變壓器接線2.5 2.5 平衡接線牽引變壓器平衡接線牽引變壓器 ABCa(y)db(z)c(x)e*O1233ABCadDbc特點：特點： 二次側能直接提供三相電源； 兩臂牽引負荷相等的前提下，

11、變壓器的原邊三相是對稱的，可改善牽引變電所發生三相不平衡的概率和減少對電力系統的負序影響； 過載能力強，容量利用率較高； 結構復雜，工程投資大； 列車采用再生制動后，牽引和制動電流相位相反，有可能導致平衡變壓器的平衡效果嚴重惡化；kbler接線Scott接線第二部分：牽引變壓器結線第二部分：牽引變壓器結線2.6 2.6 幾種接線形式牽引變壓器對比幾種接線形式牽引變壓器對比 比較項目純單相牽引變壓器V接線牽引變壓器Y/牽引變壓器平衡變壓器變壓器結構簡單簡單較復雜較復雜容量利用率高，接近100%高，接近100%低，75.6較高電分相數量可取消變電所出口的電分相這3種接線形式電分相數量相同，變電所出

12、口均須設置電分相負序影響負序影響大，對電力系統短路容量要求高負序影響為純單相牽引變壓器的一半同V接線牽引變壓器高密度行車條件下，兩臂負荷較均衡，負序影響幾乎為零再生電能利用利用率高利用率相當，均低于純單相牽引變壓器適用條件電網發達地區單供電臂容量不宜大于75MVA適用于容量不大的牽引變電所； 適用于大運量、高密度或沿線電網薄弱的高速重載鐵路總評價純單相牽引變壓器具有過載能力大等優點，但安裝容量過大時，負序治理和變電所設備選型均比較困難；具有純單相牽引變壓器的大部分優點，并且在大容量設計時不會給變電所設計帶來困難；由于其過載能力小、利用率低，現已很少使用；優點等同于V接線變壓器，變電所結構復雜，

13、運營和維護費用較高第三部分：電氣化鐵路負荷特性第三部分：電氣化鐵路負荷特性第三部分：電氣化鐵路負荷特性第三部分：電氣化鐵路負荷特性3.1 3.1 電氣化鐵路負荷特性電氣化鐵路負荷特性 一句話：波動劇烈的大容量單相不平衡非線性負荷2008-1-8 10:002008-1-8 16:002008-1-8 22:002008-1-9 04:002008-1-9 10:00-500005000100001500020000250003000035000 M座有 功 M座無功Power (kVA)Time2008-1-8 10:002008-1-8 16:002008-1-8 22:002008-1-9

14、 04:002008-1-9 10:00-500005000100001500020000250003000035000 T座有 功 T座無功Power (kVA)Time大秦線湖東變電所實測兩臂負荷第三部分：電氣化鐵路負荷特性第三部分：電氣化鐵路負荷特性3.1 3.1 電氣化鐵路負荷特性電氣化鐵路負荷特性（非線性負荷）（非線性負荷） 受電弓斷路器車載變壓器鋼軌交直型電力機車工作原理圖輔助回路牽引電流從鋼軌回流至變電所交流25kV 接觸網獨立他勵系統整流器直流電機1500V韶山系列交流25kV 接觸網受電弓斷路器車載變壓器鋼軌牽引電流從鋼軌回流至變電所輔助回路交流電機四象限變流器逆變器直流交直

15、交型電力機車工作原理圖和諧系列CRH系列第三部分：電氣化鐵路負荷特性第三部分：電氣化鐵路負荷特性3.2 3.2 對電力系統的影響及治理措施（無功、諧波）對電力系統的影響及治理措施（無功、諧波） 固定并聯電容補償 干式變壓器功率單元柜油浸變壓器整 機高可靠的電源柜控制柜SVCSVG第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置4.1 4.1 牽引變電所主接線牽引變電所主接線第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置4.2 4.2

16、分區所主接線分區所主接線第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置4.3 AT4.3 AT所主接線所主接線第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置4.44.4牽引所總平面布置（戶外布置方式）牽引所總平面布置（戶外布置方式） 第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置 第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置4.5 4.5 牽引所總平面布置（室內布置方式）牽引所總平面布置（室內布置方式） 第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線

17、及平面布置 第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置4.6 4.6 分區所平面布置分區所平面布置 第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置4.7 AT4.7 AT所平面布置所平面布置 第四部分：變電所主接線及平面布置第四部分：變電所主接線及平面布置4.8 4.8 變電所防雷與接地變電所防雷與接地 第五部分：保護配置及綜合自動化系統第五部分：保護配置及綜合自動化系統第五部分：保護配置及綜合自動化系統第五部分：保護配置及綜合自動化系統5.15.1保護配置保護配置 保護配置牽引變電所（1）牽引變壓器 差動保護 高壓側低壓起動過電流保護 低壓側低壓起動過

18、電流保護 過負荷保護 牽引變壓器本體保護（瓦斯、溫度、壓力）（2）饋線 距離保護 電流速斷保護 過電流保護分區所 雙向距離保護 電流速斷保護 過電流保護AT所（1）自耦變壓器 差動保護 自耦變壓器本體保護（瓦斯、溫度、壓力）（2）饋線 失壓保護 電流速斷保護 過電流保護第五部分：保護配置及綜合自動化系統第五部分：保護配置及綜合自動化系統5.2 5.2 綜合自動化系統綜合自動化系統 第六部分：朔黃鐵路牽引供電系統擴容工程設計技術標準第六部分：朔黃鐵路牽引供電系統擴容工程設計技術標準第六部分：朔黃鐵路牽引供電系統擴容工程設計技術標準第六部分：朔黃鐵路牽引供電系統擴容工程設計技術標準 6.1 工程特點和難點：工程特點和難點：重載貨運電氣化鐵路；通過調整牽引供電方式來調高運輸能力；在保證運輸組織正常化、列車行車常態化、牽引供電 可靠化、改造施工可控化、臨時過渡工程最少化前提下進行。第六部分：朔黃鐵路牽引供電系統擴容工程設計技術標準第六部分：朔黃鐵路牽引供電系統擴容工程設計技術標準 6.2 牽引供電系統牽引供電系統（1）采用AT供電方式，供電臂中間范圍增設AT所；（2）牽引變壓器主要采用V/結線方式，牽引變電所變壓器