《交流電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)》?精品課件合集第九章牽引供電系統(tǒng)設(shè)計和運行的若干問題

牽引供電系統(tǒng)設(shè)計的程序與內(nèi)容01

高速鐵路和準(zhǔn)高速電氣化鐵路

牽引供電系統(tǒng)設(shè)計的主要原則02

牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)急運行03

牽引變電所牽引側(cè)負(fù)序電壓與10kV

配電裝置中的三次諧波電壓04目錄頁01牽引供電系統(tǒng)設(shè)計的程序與內(nèi)容一、設(shè)計階段鐵路電氣化工程項目，現(xiàn)在一般按三階段設(shè)計，即初步設(shè)計、技術(shù)設(shè)計和施工圖。其中，

工程簡單、有條件的可按兩階段設(shè)計，即擴(kuò)大初步設(shè)計和施工圖。建設(shè)項目實際采用的設(shè)計

階段，在設(shè)計任務(wù)書中規(guī)定。

鐵路電氣化工程包括配合電氣化工程技術(shù)改造和電氣化兩部分。初步設(shè)計應(yīng)根據(jù)批準(zhǔn)的

設(shè)計任務(wù)書編制，文件一次提交審查。技術(shù)設(shè)計應(yīng)根據(jù)批準(zhǔn)的初步設(shè)計，首先進(jìn)行技術(shù)改造

部分；電氣化部分要與技術(shù)改造部分拉開時段，但涉及站場總圖所需的電氣化資料（機(jī)務(wù)段、

供電段、牽引變電所、開閉所或分區(qū)所、接觸網(wǎng)等）應(yīng)及時提供；兩部分文件分別報審。施

工圖應(yīng)根據(jù)批準(zhǔn)的技術(shù)設(shè)計或擴(kuò)大初步設(shè)計編制。要嚴(yán)格按基建程序辦事。沒有批準(zhǔn)的設(shè)計任務(wù)書，不得進(jìn)行初步設(shè)計（擴(kuò)大初步設(shè)計）；

前一階段的設(shè)計未經(jīng)批準(zhǔn)不開展下一階段的設(shè)計。兩階段的擴(kuò)大初步設(shè)計和三階段的技術(shù)設(shè)

計，按規(guī)定經(jīng)過批準(zhǔn)后，才能列入國家年度基本建設(shè)計劃，編制施工圖。初步設(shè)計 技術(shù)設(shè)計 施工圖二、設(shè)計步驟

設(shè)計步驟接受任務(wù)具體設(shè)計步驟要根據(jù)任務(wù)的緩急和客觀條件來決定，不能一概而論。一般可按以下步驟來進(jìn)行。根據(jù)設(shè)計任務(wù)書要求，深入了解設(shè)計任務(wù)的政治、經(jīng)濟(jì)意義，了解國家收集資料要求的輸送能力、

電氣化范圍、牽引定數(shù)、機(jī)車類型、機(jī)車交路、通信信號方式和建設(shè)時間等。①

經(jīng)濟(jì)行車資料，包括近期調(diào)查運量，客車、摘掛列車數(shù)，支線是否電氣化，鄰線技術(shù)條件，以及牽引計算結(jié)果等。②

線路縱斷面圖和車站地形圖?，F(xiàn)場調(diào)查研究方案比較③

電力系統(tǒng)資料，包括近、遠(yuǎn)期電力系統(tǒng)規(guī)劃圖，輸電線路路徑圖，正、負(fù)序阻抗圖等。主要指牽引變電所所址踏勘，落實電源，主要電氣設(shè)備調(diào)查，討論和決定設(shè)計原則等。根據(jù)收集的資料和調(diào)查研究的結(jié)果，經(jīng)過初步分析，提出

2～3

個可供比較的供電系統(tǒng)方案。最后經(jīng)過綜合比較，提出一個推薦方案。上述步驟，不是截然分開、按步進(jìn)行的。往往是一個逐步收集資料，多次現(xiàn)場調(diào)查和反復(fù)計算、分析比較的認(rèn)識深化過程。只有這樣，才能最后做出一個正確的設(shè)計來。三、設(shè)計內(nèi)容

1．初步設(shè)計

初步設(shè)計的編制內(nèi)容，其深度應(yīng)解決配合鐵路電氣化工程技術(shù)改造方案、牽引供電方案、

機(jī)車交路、主要技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、主要設(shè)計原則，提出主要工程數(shù)量、主要設(shè)備類型和概數(shù)、主要材料概數(shù)、用地及拆遷概數(shù)、施工組織設(shè)計方案意見及總概算。

三、設(shè)計內(nèi)容

1．初步設(shè)計

牽引供電系統(tǒng)初步設(shè)計內(nèi)容如下：

（1）確定主要設(shè)計原則

①

牽引變電所分布方案，包括牽引變電所的數(shù)量和分布地點，應(yīng)考慮布點合理、節(jié)省電力系統(tǒng)的送變電工程投資、減少對電力系統(tǒng)和通信光（電）纜線路、油氣管道與油氣庫等

的不利影響、運營成本低，牽引變壓器容量利用率高以及確保牽引網(wǎng)電壓水平等。②

牽引變壓器的聯(lián)結(jié)形式。

③

牽引變電所的檢修運輸方式（鐵路岔線還是公路）和牽引變壓器的備用方式。④

牽引變壓器容量，包括需要由牽引變電所供電的地區(qū)負(fù)荷的供電原則，并且考慮是否需要為相鄰鐵路電氣化預(yù)留牽引變壓器容量和臺位。

⑤

電力系統(tǒng)向牽引變電所的供電方案，包括向電業(yè)部門提供近、遠(yuǎn)期牽引負(fù)荷總?cè)萘浚?/p>

與電業(yè)部門共同商定牽引變電所一次側(cè)接線方式；配合電業(yè)部門計算牽引負(fù)荷引起的負(fù)序電

流與對發(fā)電機(jī)的影響，必要時研究和提出相應(yīng)的減少對電力系統(tǒng)不利影響的措施。⑥

牽引網(wǎng)的供電方式，包括接觸網(wǎng)的供電和分段方式；軌道地回路和回流線的連接方式；饋電線、接觸網(wǎng)導(dǎo)線和回流線的截面面積等。⑦

向通信設(shè)計部門了解電氣化鐵路沿線鄰近的路內(nèi)外通信光（電）纜線路的情況；提供計算對通信光（電）纜線路的危險影響、噪聲干擾影響的接觸網(wǎng)最大牽引電流曲線和短路電流曲線；必要時研究和提出減少對通信光（電）纜線路不利影響的措施。⑧

為提高某些困難地段的牽引網(wǎng)電壓水平而采取的補償措施。⑨

樞紐地區(qū)的供電方式。

⑩

考慮與相鄰鐵路電氣化的關(guān)系，除了確定是否需要預(yù)留牽引變壓器容量、臺位以外，

還要考慮是否需要預(yù)留饋電線間隔等。以及采用、推廣新技術(shù)。

（2）方案比選

牽引供電系統(tǒng)的初步設(shè)計，應(yīng)有

2～3

個方案進(jìn)行比選。比選的主要內(nèi)容如下：①牽引變電所的布點合理性。

②牽引變壓器的選用容量及容量利用率。

③牽引網(wǎng)的最低電壓水平。

④牽引供電系統(tǒng)的電能損失。

⑤電力系統(tǒng)的送變電工程及其投資。

⑥對電力系統(tǒng)和通信光（電）纜線路、油氣管道與油氣庫等的影響程度。

⑦電氣化工程投資和運營費用等。

為了進(jìn)行上述比選，根據(jù)行車組織專業(yè)所提供的牽引計算運行曲線、區(qū)間能耗、區(qū)間全運行和用電運行時分、計算列車對數(shù)等資料進(jìn)行電氣計算。最后根據(jù)計算結(jié)果與其他資料進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，提出推薦方案。（3）提供資料牽引供電系統(tǒng)專業(yè)應(yīng)向有關(guān)專業(yè)提供如下資料：

①

向牽引變電所專業(yè)提供的資料：牽引變電所、開閉所、分區(qū)所、自耦變壓器所的位置，一次接線，變壓器容量和聯(lián)結(jié)形式；牽引變電所的饋線數(shù)量，開閉所、分區(qū)所、自耦變

壓器所的進(jìn)出線數(shù)量；供電臂的相序；為提高某些困難區(qū)段的牽引網(wǎng)電壓水平而采取的補償措施；饋電線繼電保護(hù)需要的供電臂瞬時最大負(fù)荷電流和相應(yīng)的牽引側(cè)母線最低工作電壓；牽引網(wǎng)的短路電流；接觸網(wǎng)的電分相和電分段等。②

向接觸網(wǎng)專業(yè)提供的資料：接觸懸掛截面面積，加強(qiáng)線的截面面積和位置；帶回流線的直接供電方式區(qū)段，回流線和吸上線的參數(shù)和位置；AT

供電方式區(qū)段，自耦變壓器、正饋線和保護(hù)線的參數(shù)和位置；牽引網(wǎng)短路電流；接觸網(wǎng)的電分相和電分段等。③

向通信專業(yè)提供的資料：對通信光（電）纜線路產(chǎn)生不利影響的負(fù)荷電流和短路電

流，供電臂最大負(fù)荷電流和列車平均電流，供電臂的相序等。（4）設(shè)計方案的落實

上述工作完成后，征求有關(guān)單位的意見，完成推薦方案的最后落實工作。

①

征求運營單位（主要是鐵路局）和電業(yè)部門的意見。

②

與上述單位一起，對牽引變電所的場地和接線方式進(jìn)行最后的落實工作，并與電業(yè)部門換文確定場地和接線。

（5）編制初步設(shè)計文件，參加初步設(shè)計鑒定

2．技術(shù)設(shè)計

電氣化工程技術(shù)設(shè)計的編制內(nèi)容，其深度應(yīng)解決各項設(shè)計方案和技術(shù)問題，提出工程數(shù)量、勞動力數(shù)量、用地范圍及數(shù)量、拆遷數(shù)量、主要設(shè)備數(shù)量和主要材料數(shù)量、施工組織設(shè)計和修正總概算。牽引供電系統(tǒng)技術(shù)設(shè)計階段，應(yīng)根據(jù)上述要求和初步設(shè)計鑒定意見，修改、補充供電方案，補充各項計算、自耦變壓器等設(shè)備分布和選擇等。另外，要處理好與路外有關(guān)單位的問題，落實外部電源供電方案，與電業(yè)部門配合進(jìn)行負(fù)序等一系列技術(shù)問題的電氣計算，合理解決。還要與其他專業(yè)配合，為其他專業(yè)開展技術(shù)設(shè)計提供必要的資料。

3．施工圖

施工圖的編制內(nèi)容，其深度應(yīng)提供各項施工需要的圖表和必要的設(shè)計說明。

四、設(shè)計文件組成與內(nèi)容

設(shè)計文件是鐵路基本建設(shè)的依據(jù)。根據(jù)《鐵路基本建設(shè)鐵路電氣化工程設(shè)計文件編制規(guī)定》，有關(guān)牽引供電系統(tǒng)在不同設(shè)計階段，設(shè)計文件的組成與內(nèi)容如下。

1．初步設(shè)計

（1）總說明書其中包括：①

電力系統(tǒng)情況及對牽引變電所的供電方案（包括新建電力系統(tǒng)供電工程）。

②

牽引變電所、開閉所、分區(qū)所分布方案。③

牽引變壓器類型及備用方式。④牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式。⑤

按省劃分的用電量及需用功率。⑥

供電方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。⑦

負(fù)序電流對電力系統(tǒng)影響的估計。（2）牽引供電系統(tǒng)分冊

其中包括：①

主要設(shè)計原則及技術(shù)條件。②

供電方案：牽引網(wǎng)向電力機(jī)車的供電方式；牽引變電所、開閉所、分區(qū)所分布方案；

牽引變壓器容量計算；接觸懸掛、供電線選擇；牽引網(wǎng)電壓水平及補償措施；牽引能耗和電能損失計算；接觸網(wǎng)的供電方式。③

電力系統(tǒng)：有關(guān)電力系統(tǒng)情況；電力系統(tǒng)對牽引變電所供電方案；需要功率和用電量；負(fù)序電流、高次諧波對電力系統(tǒng)影響的估計。④

方案比選和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。⑤

存在問題。⑥

附件：有關(guān)協(xié)議、紀(jì)要和公文；圖紙目錄。⑦

附圖：牽引供電設(shè)施示意圖；接觸網(wǎng)供電方式示意圖。

2．技術(shù)設(shè)計

電氣化總說明書其中包括：①

電力系統(tǒng)對牽引變電所的供電方案（變更時說明）。

②

各項補充計算。牽引供電系統(tǒng)分冊

其中包括：①

初步設(shè)計審批意見執(zhí)行情況。②

電力系統(tǒng)對牽引變電所的供電方案（變更時說明）。

③

自耦變壓器等設(shè)備分布和選擇。④

各項補充計算。⑤

存在問題。⑥

附件：有關(guān)協(xié)議、紀(jì)要和公文；圖紙目錄。⑦

附圖：牽引供電設(shè)施示意圖；

接觸網(wǎng)供電方式示意圖；

自耦變壓器分布圖。

五、設(shè)計文件審批

遵照國家規(guī)定的相關(guān)程序和要求審批。

02高速鐵路和準(zhǔn)高速電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)設(shè)計的主要原則一般來說，鐵路的設(shè)計行車速度

160

km/h及以下為普速或常速；160

km/h～200

km/h為快速或準(zhǔn)高速；200

km/h

以上～350

km/h

為高速；超過

350

km/h

就屬超高速了。我國的高速客運專線鐵路設(shè)計行車速度分為

250

km/h，300

km/h，350

km/h

三級。根據(jù)《高速鐵路設(shè)計規(guī)范》

和《新建時速

200

km

客貨共線鐵路設(shè)計暫行規(guī)定》等文獻(xiàn)，將高速鐵路和準(zhǔn)高速電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)設(shè)計的主要原則闡述如下。前言一、牽引變電所進(jìn)線電源應(yīng)優(yōu)先采用

220

kV

牽引變電所進(jìn)線電源除了應(yīng)采用兩回獨立進(jìn)線，并且互為熱備用以外，

還應(yīng)優(yōu)先采用220kV。

這是因為采用

220kV有下列優(yōu)越性。1．送電能力增大

導(dǎo)線允許發(fā)熱、線路允許電壓損失、滿足電力系統(tǒng)運行的經(jīng)濟(jì)性和保證電力系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，是影響交流輸電線路送電能力的主要因素。這些因素，尤其是前三種因素，都與電流有著密切的關(guān)系。當(dāng)輸送功率一定時，電壓越高，電流就越小。采用

220

kV

電壓時，電流減小為采用

110

kV

電壓時的二分之一，可大大降低導(dǎo)線發(fā)熱、減小線路電壓損失以及功率損失和電能損失，因而輸電線路送電能力可以增大。110

kV

和

220

kV

輸電線路的送電容量大致范圍分別為

10～50

MW

和

100～300

MW。高

速鐵路追蹤列車間隔時間短，行車密度大，運行速度高，牽引變電所主變壓器單臺（組）容量較大，往往需要63～100

MVA。一般來說，設(shè)計行車速度為

350

km/h

的高速鐵路，按照

16

輛編組、追蹤列車間隔時間

3

min

運行時，牽引變電所負(fù)荷：瞬時可達(dá)

170

MVA，高峰小時

可達(dá)

130

MVA?？梢姡瑺恳冸娝M(jìn)線電源應(yīng)采用

220kV。2．承受負(fù)序影響的能力增強(qiáng)

由第六章第二節(jié)第三部分負(fù)序影響的計算中短路容量法可知［參見式（6.46）］，當(dāng)電力系統(tǒng)短路容量增大時，牽引變電所的最大負(fù)序功率可相應(yīng)的允許增大。一般標(biāo)稱電壓分別為

110

kV

和

220

kV

時，短路容量的大致范圍分別為

750～2

500

MVA

和

2

000～40

000

MVA。顯然，電力系統(tǒng)以

220

kV

輸電線向電氣化鐵路供電，可以增強(qiáng)承受負(fù)序影響的能力。

3．承擔(dān)諧波影響的能力增強(qiáng)

公用電網(wǎng)連接點的各次諧波電流允許值

In(A)，可按下式進(jìn)行近似的工程估算

式中，Sk

為公用電網(wǎng)連接點的三相短路容量（MVA）；Ku(%)為公用電網(wǎng)連接點的各次諧波電壓含有率限值（相電壓的百分值）；n

為諧波次數(shù)；UN

為公用電網(wǎng)額定線電壓（kV）。牽引變電所進(jìn)線電源電壓由

110

kV

改為

220

kV

后，上式雖然分母中的

UN

增大一倍，但分子中的Sk

增大至少一倍多，乃至幾倍，甚至更多。因此，其承擔(dān)諧波影響的能力增強(qiáng)。

4．供電可靠性提高

牽引變電所進(jìn)線電源采用

220

kV，更有利于實現(xiàn)兩邊供電或環(huán)形供電，當(dāng)任一座發(fā)電廠發(fā)生故障時，電氣化鐵路的供電都不會中斷，其供電可靠性顯著提高。

5．供電質(zhì)量明顯改善

牽引變電所進(jìn)線電源采用

220

kV，因其更有利于實現(xiàn)兩邊供電或環(huán)形供電，電力系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定、電壓波動的幅度不大、電壓損失小、電壓水平較高，能使電氣化鐵路的供電質(zhì)量明顯改善。

6．供電經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)可觀

為了提高電力網(wǎng)絡(luò)供電經(jīng)濟(jì)性，

就應(yīng)該降低其中的功率損失和電能損失。由電力系統(tǒng)分析和式可知，輸電線路的功率損失和電能損失與其電壓的二次方成反比，所以在輸電線路輸送功率一定的情況下，

降低其中的功率損失和電能損失的一個有效途徑就是提高輸電線路的電壓等級。由此可見，牽引變電所進(jìn)線電源采用220

kV，其供電經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)可觀。

綜上所述，高速鐵路牽引變電所進(jìn)線電源應(yīng)優(yōu)先采用

220kV。如果高速鐵路所在地區(qū)無

220

kV

電壓等級，則牽引變電所進(jìn)線電源可采用高于

220

kV，例如

330

kV。

從高速鐵路的特點來看，牽引變電所采用單相聯(lián)結(jié)變壓器向接觸網(wǎng)供電，接觸網(wǎng)電分相的數(shù)量一般是采用其他聯(lián)結(jié)牽引變壓器情況下的幾乎一半。為了減少接觸網(wǎng)的電分相數(shù)量，有利于高速列車運行，并充分發(fā)揮第一章第二節(jié)第二部分所述的優(yōu)點，牽引變電所牽引變壓器應(yīng)優(yōu)先采用單相聯(lián)結(jié)變壓器。至于其對電力系統(tǒng)的負(fù)序影響最大這個缺點，因牽引變電所進(jìn)線電源采用

220

kV

承受負(fù)序影響的能力增強(qiáng)而有所彌補，還可通過相鄰牽引變電所的牽引變壓器一次側(cè)換接相序、合理安排接觸網(wǎng)分段及其相序等措施而減輕。

如果有些高速鐵路所在的地區(qū)，采用單相聯(lián)結(jié)牽引變壓器，不能滿足電業(yè)部門的接入電力系統(tǒng)的（負(fù)序）要求，則可采用三相或單相Vv（Vx）聯(lián)結(jié)牽引變壓器或其他聯(lián)結(jié)牽引變壓器。

二、牽引變電所牽引變壓器應(yīng)優(yōu)先采用單相聯(lián)結(jié)變壓器對于新建設(shè)計行車速度為

200

km/h

客貨共線準(zhǔn)高速電氣化鐵路，牽引變電所的分布應(yīng)按滿足客運最高時速

200

km

和貨運最高時速

120

km

以及行車組織決定的追蹤列車間隔時間進(jìn)行設(shè)計，并應(yīng)保證在非正常情況下越區(qū)供電時，接觸網(wǎng)最低工作電壓不應(yīng)低于

19

kV。對于新建設(shè)計行車速度為

250

km/h～

350

km/h

的客運專線鐵路

，牽引變電所的分布應(yīng)按本線設(shè)計行車速度的動車組，以行車組織確定的列車編組和追蹤列車間隔時間進(jìn)行設(shè)計。

牽引變電所間距由每列列車電流數(shù)值、

追蹤列車間隔時間、牽引變壓器容量、牽引網(wǎng)向電力機(jī)車（動車組）的供電方式和接觸網(wǎng)的設(shè)計最低工作電壓等因素決定。在越區(qū)供電情況下，應(yīng)保證列車輔助設(shè)備和降速行駛等條件的供電。高速鐵路和準(zhǔn)高速電氣化鐵路牽引變電所的越區(qū)供電能力一般表現(xiàn)為兩種形式：一種是列車降速；另一種是延長追蹤列車間隔時間，卻不降速，只是減少運行列車數(shù)量，但保證至少一對動車組按設(shè)計行車速度正常運行。

三、牽引變電所的分布

不過對高速鐵路來說，AT

供電

方式牽引變電所的平均間距一般為

50～60

km，這也是明顯優(yōu)于其他供電方式的。通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)和運營成本等方面的綜合比較可知，AT

供電方式在提高供電能力和供電質(zhì)量、減少接觸網(wǎng)電分相和牽引變電所數(shù)量、改善電磁環(huán)境以及降低外部電源投資等方面的優(yōu)勢比較明顯。鑒于高速鐵路正線列車行駛速度快、行車密度高、負(fù)荷電流大等特點，設(shè)計行車速度為

300km/h

及以上的高速鐵路應(yīng)采用

AT

供電方式，設(shè)計行車速度為

250

km/h

的高速鐵路宜采

用

AT供電方式。不過對于時速

200

km

客貨共線和時速

200～250

km

客運專線電氣化鐵路也

可采用帶回流線的直接供電方式；對于樞紐地區(qū)跨線列車聯(lián)絡(luò)線、動車組走行線和動車段（所、場）、站場側(cè)線等可采用直接供電方式。

四、牽引網(wǎng)向電力機(jī)車（動車組）的供電方式采用

AT

供電方式接觸網(wǎng)的標(biāo)稱電壓應(yīng)為

25

kV，長期最高電壓應(yīng)為

27.5

kV，短時最高電壓應(yīng)為

29

kV，設(shè)計最低工作電壓應(yīng)為

20kV。

對于時速

200

km

客貨共線準(zhǔn)高速電氣化鐵路，在供電系統(tǒng)非正常運行情況下，接觸網(wǎng)最低工作電壓不得低于

19

kV。接觸網(wǎng)最低工作電壓的選擇，不但關(guān)系到電氣化工程的投資，而且關(guān)系到高速列車的運行速度和運行時分。接觸網(wǎng)電壓是一波動電壓，最低工作電壓

20

kV

僅僅在列車緊密運行時出現(xiàn)在供電臂末端很短的一段距離內(nèi)，而供電臂絕大部分區(qū)段的接觸網(wǎng)電壓都高于該值，故對列車運行不會造成影響。

五、接觸網(wǎng)的設(shè)計最低工作電壓為

20

kV牽引變壓器和自耦變壓器的容量按交付運營后第五年運量的最大負(fù)荷進(jìn)行選擇和校核，并按遠(yuǎn)期運量預(yù)留條件，其過負(fù)荷能力應(yīng)滿足高峰小時牽引負(fù)荷的需要。雙線自耦變壓器備用方式采用上、下行兩臺互為備用的固定備用方式，以提高牽引供電系統(tǒng)運行的可靠性和靈活性。動車段（所）及有整備檢查作業(yè)的動車存車場，應(yīng)采用兩回電源供電，其中至少應(yīng)有一回為獨立電源。

樞紐（地區(qū)）供電應(yīng)綜合考慮各線引入供電要求，合理設(shè)置電分相。樞紐（地區(qū)）供電宜由同一相電源供電；樞紐（地區(qū)）由同一相電源供電困難的情況下，應(yīng)保證樞紐主體部分

由同一相電源供電，并將電分相設(shè)置在股道數(shù)量少、坡道平緩的區(qū)段。樞紐內(nèi)有各種類型的

聯(lián)絡(luò)線，聯(lián)絡(luò)線的長度、曲線和坡度等技術(shù)參數(shù)也各不相同，在條件允許的情況下，聯(lián)絡(luò)線可由單獨饋線供電。在大型樞紐（地區(qū)）及動車段、所，一般采用分場、分線、分束供電，

以實現(xiàn)獨立、靈活、交叉供電。關(guān)于正線接觸網(wǎng)電分相，雖然可通過牽引變電所牽引變壓器采用單相聯(lián)結(jié)變壓器、牽引網(wǎng)向電力機(jī)車（動車組）的供電方式采用AT

供電方式而大大減少其數(shù)量，但是不可因此而使其消除。在必要的情況下，應(yīng)設(shè)計安裝自動過電分相裝置（相分段自動轉(zhuǎn)換裝置）。

六、其他03牽引供電系統(tǒng)的應(yīng)急運行牽引供電系統(tǒng)為了保證不間斷行車可靠供電，除了牽引變電所須具備雙電源和雙回路進(jìn)線、

牽引變壓器采用固定備用方式、并裝設(shè)自動投入裝置、饋電線斷路器（連帶二次設(shè)備）需要

100%（或

50%）備用等以外，下面還闡述其他應(yīng)急運行情況。前言一、越區(qū)供電

所謂越區(qū)供電，是指當(dāng)某個牽引變電所全所停電時，該牽引變電所所承擔(dān)的供電臂由相鄰的牽引變電所供電。

牽引變電所全所停電的概率雖然很小，但如果一旦發(fā)生，其不良后果有時是十分嚴(yán)重的。例如，1987

年

6

月

27

日，寶成電氣化鐵路任家灣牽引變電所，由于兩回

110

kV

輸電線都發(fā)生斷線鐵磁諧振過電壓，引起該牽引變電所多組避雷器爆炸，導(dǎo)致全所停電。成都方向供電臂中斷供電

6

h

52min，耽誤列車

31

列。寶雞鐵路樞紐中斷供電

2

h37

min，蘭州方向耽誤列車

9

列。計算鐵路運輸經(jīng)濟(jì)損失達(dá)

118

萬余元。寶雞鐵路樞紐中斷供電時間較短，是因為采取了越區(qū)供電的措施。成都方向供電臂中斷供電時間較長，

則是由于未采取越區(qū)供電的措施。如果事故發(fā)生后，經(jīng)過分析、研究，果斷地采取越區(qū)供電的措施，那么兩個方向供電臂中斷供電的時間都可以縮短，耽誤列車數(shù)可以減少，鐵路運輸經(jīng)濟(jì)損失可以降低。由此可見，在牽引變電所全所停電的情況下，越區(qū)供電是可以發(fā)揮作用的。至于牽引變電所全所停電的原因，除了類似上述不可抗拒的事故以外，另一種情況是牽引變電所牽引側(cè)高壓室內(nèi)與高壓母線相連的個別電氣設(shè)備清掃維修，也需要全所停電。

在越區(qū)供電的情況下，供電臂成倍延長，如圖

9.1

所示。

圖

9.1越區(qū)供電示意圖為了確保必要的越區(qū)供電可靠性和安全性，應(yīng)分析、研究和解決下列技術(shù)問題。1．牽引網(wǎng)（延伸）供電臂末端的電壓水平應(yīng)保證一列車在（延伸）供電臂末端（全所停電牽引變電所附近）能夠啟動，電力機(jī)車受電弓處牽引網(wǎng)電壓不得低于

19kV。

2．牽引變電所饋電線繼電保護(hù)整定值

對直接供電方式、帶回流線的直接供電方式而言，應(yīng)確保在（延伸）供電臂末端發(fā)生牽引網(wǎng)短路時，饋電線繼電保護(hù)第Ⅱ段靈敏系數(shù)不低于

1.5（按主保護(hù)要求）。為此，應(yīng)選用性能優(yōu)良的四邊形特性方向阻抗繼電器構(gòu)成的饋電線繼電保護(hù)裝置。因為四邊形特性的

ab

邊與

bc

邊是分別整定的，如圖9.2

所示。

圖

9.2

四邊形特性方向阻抗繼電器整定原則

2．牽引變電所饋電線繼電保護(hù)整定值

圖

9.2

四邊形特性方向阻抗繼電器整定原則

bc

邊由最小負(fù)荷阻抗確定。ab

邊僅由線路阻抗確定，

不受負(fù)荷阻抗的制約，完全可以根據(jù)牽引網(wǎng)線路繼電保護(hù)對靈

敏系數(shù)的要求確定

ab

邊的整定阻抗。在繼電保護(hù)整定計算和通電調(diào)試時，就按滿足越區(qū)供電的要求整定好饋電線繼電保護(hù)第Ⅱ段的整定值。

有關(guān)電氣設(shè)備的性能

在相鄰兩牽引變電所（正常）供電臂末端的電分段（相）處，為必要時實現(xiàn)越區(qū)供電而

裝設(shè)的聯(lián)絡(luò)隔離開關(guān)及其與接觸網(wǎng)之間的連接線，應(yīng)性能良好，能安全可靠地操作和運行。

對應(yīng)的運輸能力

在越區(qū)供電的情況下，相鄰牽引變電所之間的行車量應(yīng)予限制，否則牽引網(wǎng)（延伸）供電臂的電壓水平過低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足列車運行的要求。其允許列車數(shù)量估算表見表

9.1，每列列車電流不得超過200

A，必要時減速運行；本表不包括不同供電方式之間的越區(qū)供電；當(dāng)線路坡度大于

12‰

或列車數(shù)量超過本表時，需要另作檢算。

（單位：列）表

9.1 越區(qū)供電情況下相鄰牽引變電所之間允許列車數(shù)量估算表

相鄰牽引變電所之間距離/km

單線區(qū)段

雙線區(qū)段

直供方式

AT

方式

直供方式

AT

方式

40

以下

3———40～50

2—5—50～60

2—4—60～70

143770～80

—4—680～90

—3—590

以上

—2—4注：本表不包括高速鐵路和準(zhǔn)高速電氣化鐵路。二、AT

供電網(wǎng)絡(luò)的一臺自耦變壓器解列

AT供電網(wǎng)絡(luò)中，當(dāng)AT

發(fā)生故障（或檢修）時，作為應(yīng)急措施，

就是將該

AT

撤除運行。

在這種情況下，AT

供電回路的阻抗將發(fā)生很大的變化，如圖

9.3

所示（日本東北新干線的小山綜合試驗線實測結(jié)果）。

該圖是將最靠近牽引變電所（主變壓器二次側(cè)屬中點不接地方式）的

AT1

和供電臂末端的

AT3

撤除運行時的情況。

圖9.3 單獨供電、AT1

和AT3

解列時的

Z-l

特性

當(dāng)

AT1

撤除運行時，對于靠近牽引變電所的牽引負(fù)荷，由于要通過

AT2

供電，所以阻抗增大；當(dāng)牽引負(fù)荷向

AT2

接近時，阻抗逐漸減小。而在

AT3

撤除運行時，由于

AT2

以遠(yuǎn)僅相當(dāng)于接觸網(wǎng)和軌道的直接供電方式，所以其阻抗大幅度地增加了。到供電回路末端，其阻抗值大約是

AT3

正常接入時的3～4倍。若

AT1，

AT3

正常接入，僅

AT2

撤除運行時，就相當(dāng)于加長了AT

之間的距離，其阻抗特性與兩臺

AT

之間的特性基本上相同，所以就省略了。

圖9.3 單獨供電、AT1

和AT3

解列時的

Z-l

特性

在

AT

解列的情況下，AT

供電回路不僅其阻抗將發(fā)生很大的變化，而且對鄰近受影響設(shè)施的防干擾效果也要發(fā)生變化。從圖

9.4

可以看出，當(dāng)供電臂首端AT1

解列、電力牽引列車在牽引變電所（主變壓器二次側(cè)屬中點不接地方式）與

AT2

之間運行時，由于要由AT2

供電，于是

I2＝I，I1＝0，l2

在

0～l

之間變化。

對鄰近受影響設(shè)施的電磁感應(yīng)影響［參見式（7.8）］，與牽引負(fù)荷電流和鄰近受影響設(shè)施平行長度的乘積成正比。這個短回路的電磁感應(yīng)影響不能被抵消，從而削弱了

AT

供電方式對鄰近受影響設(shè)施的防干擾效果。

圖

9.4AT

供電回路

當(dāng)供電臂末端

ATm

解列、列車行駛在

ATm

－1與供電臂末端之間時，正饋線中無電流，接觸網(wǎng)與軌道、地中有電流，相當(dāng)于直接供電方式一樣，對鄰近受影響設(shè)施的電磁感應(yīng)影響較大，即

AT

供電方式對鄰近受影響設(shè)施的防干擾效果受到了較大的削弱。當(dāng)供電臂中間任一臺

AT

解列、列車在與解列

AT相鄰的

兩臺

AT

之間運行時，從接觸網(wǎng)及正饋線中都有大小相等、方向相反的電流和

I1l1＝I2l2

來看，AT

供電方式對鄰近受影響設(shè)施的防干擾效果好像不會被削弱。

圖

9.4AT

供電回路

然而，如前所述，AT

供電方式采用小漏抗的

AT

和10km

左右的

AT

間隔，地中電流才能大大減少，對鄰近受影響設(shè)施的防

干擾效果才能相當(dāng)好。在供電臂中間任一臺AT

解列時，相當(dāng)于跟解列

AT

毗連的兩臺

AT

之間的距離加大到兩倍。這樣，AT

供電方式對鄰近受影響設(shè)施的防干擾效果也會被削弱。

另外，當(dāng)一臺

AT

解列后，因為它原先承擔(dān)的牽引負(fù)荷要由相鄰的

AT

供電，所以還加重了相鄰

AT

的負(fù)荷，而使其運行溫度隨著升高。圖

9.4AT

供電回路

綜上所述，AT

因故障或檢修等緣由解列后，應(yīng)將它盡快檢修好，及時恢復(fù)正常運行，以縮短產(chǎn)生不利影響的時間。

至于

AT

撤除和投入運行的操作，一般應(yīng)在接觸網(wǎng)停電情況下進(jìn)行；如果該供電臂確實無負(fù)荷，也可以在接觸網(wǎng)不停電情況下進(jìn)行。無論在接觸網(wǎng)停電還是不停電情況下進(jìn)行操作，

操作人員都必須按照安全工作規(guī)則進(jìn)行操作。如果自耦變壓器采取固定備用，并納入遠(yuǎn)動系統(tǒng)，則無須考慮上述情況和問題。

圖

9.4AT

供電回路04 牽引變電所牽引側(cè)負(fù)序電壓與10kV

配電裝置中的三次諧波電壓一、牽引變電所牽引側(cè)的負(fù)序電壓

在三相

YNd11聯(lián)結(jié)牽引變電所和

Vv

聯(lián)結(jié)牽引變電所中，必要時由

27.5

kV

牽引側(cè)引出三相電壓，接到供電給地區(qū)用戶的動力變壓器一次側(cè)。這種動力變壓器將

27.5

kV

三相電壓降低到9.5

kV，送入電力線路。

由于單相牽引負(fù)荷造成牽引變壓器三相負(fù)載不對稱，因此

27.5

kV

牽引側(cè)的三相電壓也不對稱，其中將出現(xiàn)負(fù)序電壓。負(fù)序電壓的存在量可用電壓不對稱系數(shù)

KU

表示。電壓不對稱將影響地區(qū)負(fù)荷的運行，特別是影響地區(qū)的動力負(fù)荷。動力負(fù)荷的大部分為感應(yīng)電動機(jī)。感應(yīng)電動機(jī)受負(fù)序電壓影響的情況以及對負(fù)序電壓的允許值。負(fù)序電壓一般可按牽引變電所兩供電臂的有效電流、牽引變壓器阻抗和電力系統(tǒng)阻抗進(jìn)行計算。下面以三相

YNd11

聯(lián)結(jié)牽引變電所和

Vv

聯(lián)結(jié)牽引變電所為例進(jìn)行簡明敘述。

1．三相YNd11

聯(lián)結(jié)牽引變電所牽引側(cè)負(fù)序電壓計算=其等效電路如圖

9.5所示，圖中，E

表示電源相電壓，反應(yīng)在牽引側(cè) ；XS

表示電力系統(tǒng)歸算到牽引變電所進(jìn)線電源側(cè)的正序阻抗標(biāo)么值，近似地也等于負(fù)序阻抗標(biāo)么值；XT

表示三相

YNd11

聯(lián)結(jié)牽引變壓器的阻抗。S（1）將電力系統(tǒng)阻抗

X 換算成

27.5

kV

牽引側(cè)的有名值歸算到牽引變電所進(jìn)線電源側(cè)的系統(tǒng)阻抗，通常由電業(yè)部門提供為基準(zhǔn)容量

Sd＝100

MVA時的標(biāo)么值

X*S

，可按下式換算為

27.5kV

側(cè)的有名值。

式中，Ud＝27.5

kV，

Sd

＝100

MVA。

圖

9.5三相

YNd11

聯(lián)結(jié)牽引變電所牽引側(cè)負(fù)序電壓計算的等效電路（2）確定三相YNd11

聯(lián)結(jié)牽引變壓器阻抗值

將該變壓器阻抗看成

Y

聯(lián)結(jié)阻抗，并換算成

27.5

kV

側(cè)的有名值。由于三相

YNd11

聯(lián)結(jié)變壓器短路阻抗的給定值一般就是

Y

聯(lián)結(jié)阻抗值，所以只需要進(jìn)行有名值的變換。電阻值

RT

可忽略，電抗有名值

XT

按式（4.16）計算。兩臺并聯(lián)運行時，XT

取并聯(lián)值。

（3）確定牽引負(fù)荷電流的負(fù)序分量由圖

1.13

、圖

1.14

和式（6.18），可得牽引負(fù)荷電流的負(fù)序分量絕對值為

式中，I

`，I

2分別為兩供電臂的牽引負(fù)荷電流（A）。

將

U2

代入式（6.9），即可得牽引側(cè)的電壓不對稱系數(shù)

KU。

另外，為了用式（6.9）計算牽引側(cè)的電壓不對稱系數(shù)，其中的正序電壓（絕對值）要按下式計算（4）計算牽引側(cè)的負(fù)序電壓

牽引側(cè)的負(fù)序電壓

U2

可按下式計算

式中，I1

為牽引負(fù)荷電流的正序分量（絕對值），由圖1.13、圖1.14

和式（6.18）可知2．Vv

聯(lián)結(jié)牽引變電所牽引側(cè)負(fù)序電壓計算

Vv

聯(lián)結(jié)、頂點接于

A

相的兩臺單相牽引變壓器，與電力系統(tǒng)聯(lián)系的等效電路如圖

9.6所示。圖中，XT分別為接于

BA

相間、CA

相間的單相牽引變壓器的阻抗；E，XS

的含義與圖

9.5相同。

Vv

聯(lián)結(jié)牽引變電所牽引側(cè)負(fù)序電壓計算的步驟與方法，跟三相

YNd11

聯(lián)結(jié)牽引變電所比較而言，系統(tǒng)阻抗

XS

有名值的計算完全相同；牽引負(fù)荷電流的負(fù)序分量與正序分量絕對值的計算公式也無區(qū)別，從圖

1.10（a），（b）

和式（6.15）不難看出；牽引側(cè)的負(fù)序電壓、正序電壓與電壓不對稱系數(shù)的計算公式都一致。需要稍微說明的是牽引變壓器阻抗的計算。

Vv

聯(lián)結(jié)牽引變電所牽引側(cè)負(fù)序電壓計算的等效電路2．Vv

聯(lián)結(jié)牽引變電所牽引側(cè)負(fù)序電壓計算

單相牽引變壓器的電阻

RT

也可忽略，電抗有名值

XT

用式（4.10）計算。兩臺單相牽引變壓器作

Vv

聯(lián)結(jié)運行，因此

XT

只需要計算單臺值，而不能取并聯(lián)值。

Vv

聯(lián)結(jié)牽引變電所牽引側(cè)負(fù)序電壓計算的等效電路

通常的情況是，牽引負(fù)荷電流愈大，接近或超過牽引變壓器容量時，負(fù)序電壓現(xiàn)象愈嚴(yán)重。牽引變壓器牽引負(fù)載較輕時，負(fù)序電壓一般可予忽略。牽引變電所兩供電臂牽引負(fù)載不平衡的情形，對負(fù)序電壓存在量的影響相對較小。無論是

Vv

聯(lián)結(jié)牽引變電所，還是三相

YNd11

聯(lián)結(jié)牽引變電所，情況都是這樣。

二、10

kV配電裝置中的三次諧波電壓

10

kV配電裝置中的三次諧波電壓主要表現(xiàn)在

10kV

電壓互感器柜上。所以先將

10

kV

電壓互感器柜的設(shè)備簡單介紹一下。在牽引變電所設(shè)置

10

kV

配電裝置的情況下，10

kV

配電室內(nèi)都安裝三臺

10kV

單

相電壓互感器，聯(lián)結(jié)方式為Ynyn

，接線圖如圖

9.7

所示。每臺單相電壓互感器電壓為圖中，左邊為引自動力變壓器二次側(cè)的

10

kV

母線，TV

表示電壓互感器，QS

表示隔離開關(guān)。通常，電壓互感器柜上安裝四塊電壓表，其中三塊測量相電壓（見圖

9.7），另一塊通過轉(zhuǎn)換開關(guān)測量線電壓（圖

9.7

中未畫）。電壓互感器輔助繞組

aD，xD

端開口處接有電壓繼電器，作為

10

kV

電力線路對地絕緣監(jiān)視之用。

圖

9.710

kV

電壓互感器柜的設(shè)備

當(dāng)

10

kV

電力線路發(fā)生一相接地故障時，電壓繼電器動作，給出信號。由于

10

kV

系統(tǒng)是中性點不接地系統(tǒng)，所以一相接地時，允許繼續(xù)運行。這時，應(yīng)根據(jù)電壓表的指示判定故障相，進(jìn)一步找出故障點，并及時消除故障。發(fā)生一相接地故障的特征是：

接地相電壓表指示為為零，正常的兩相電壓表指示上升到線電壓。圖

9.710

kV

電壓互感器柜的設(shè)備

10

kV

配電裝置中的三次諧波電壓產(chǎn)生的原因，主要是由于動力變壓器空載，或

10

kV

電壓互感器一次（YN）側(cè)中性點接地不良。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理，要產(chǎn)生正弦波的主磁通，勵磁電流必須呈尖頂波，即含有足夠大的三次諧波電流。

如果勵磁電流中的三次諧波分量不能流通，則磁通波將為平頂波，也就是說，在磁通波中將有諧