1、电气化铁道牵引供电系统电气化铁道牵引供电系统主要内容主要内容第一部分：交流牵引供电系统概述第一部分：交流牵引供电系统概述第二部分：牵引变压器接线第二部分：牵引变压器接线第三部分：电气化铁路负荷特性第三部分：电气化铁路负荷特性第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置第五部分：保护配置及综合自动化系统第五部分：保护配置及综合自动化系统第六部分：朔黄铁路扩容工程设计技术标准第六部分：朔黄铁路扩容工程设计技术标准第一部分：交流牵引供电系统概述第一部分：交流牵引供电系统概述1.1 1.1 电气化铁路的诞生与早期发展电气化铁路的诞生与早期发展1825年英国修建了世界上第一条铁路18
2、79年世界上第一次采用电力牵引列车1881年世界第一条商业运营的电气化铁路第一部分：交流牵引供电系统概述第一部分：交流牵引供电系统概述1.2 1.2 我国电气化铁路的发展我国电气化铁路的发展第一条干线电气化铁路-宝成线（1975年） 第一条全线一次电气化完成铁路-阳安线（1978年）第一条双线电气化铁路-石太线（1982年）第一条采用AT供电方式的电气化铁路-京秦线（1985年）第一部分：交流牵引供电系统概述第一部分：交流牵引供电系统概述1.2 1.2 我国电气化铁路的发展我国电气化铁路的发展第一条开行万吨单元列车的电气化铁路-大秦线（1992年）第一条时速达200km/h电气化铁路-广深线（
3、1998年）第一条自主设计的高速电气化铁路-京沪高铁（2011年）第一部分：牵引供电系统概述第一部分：牵引供电系统概述1.3 1.3 牵引供电系统构成牵引供电系统构成 牵引供电系统：电气化铁路从电力系统接引电源，降压转换后给电力机车供电的电力网络。它由变电所和牵引网两部分组成。电力系统向电气化铁路供电示意图牵引变电所分区所接触网钢轨列车2040km牵引变电所电分相回流线牵引网三相电力系统馈线牵引供电系统原理示意图第一部分：牵引供电系统概述第一部分：牵引供电系统概述1.4 1.4 直接供电方式（直接供电方式（TRTR）我国早期电气化铁路（如宝成线、阳安线）建设时，采用直接供电方式。直接供电方式示
4、意图 结构简单，投资最少，维护费用低； 在负荷电流较大的情况下，钢轨电位高； 对弱电系统的电磁干扰较大；第一部分：牵引供电系统概述第一部分：牵引供电系统概述1.5 BT(1.5 BT(吸流变压器吸流变压器) )供电方式供电方式BT供电方式示意图 防干扰效果好； 牵引网阻抗偏大（以链形悬挂牵引网为例，牵引网单位等效阻抗会增大约50%）： 电力机车过BT时，易产生电弧； 增加了接触网的维修工作量和事故率，可靠性较低。第一部分：牵引供电系统概述第一部分：牵引供电系统概述1.6 1.6 带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式(TRNF)(TRNF)带回流线的直接供电方式示意图 防干扰效果不如BT
5、供电方式，但能满足对弱电系统电磁防护的需要。 牵引网阻抗较小； 目前应用比较广泛。第一部分：牵引供电系统概述第一部分：牵引供电系统概述1.7 AT(1.7 AT(自耦变压器自耦变压器) )供电方式供电方式AT供电方式示意图 防干扰效果与BT方式相当； 牵引网阻抗小，输送容量大，供电臂长（可达50km）； 结构复杂，投资大，维护费用高； 适于高速重载场合及外电源较少地区；第一部分：牵引供电系统概述第一部分：牵引供电系统概述供电方式供电方式直供方式直供方式回流线回流线+ +直供方式直供方式(DN)(DN)BTBT方式方式ATAT方式方式供电臂供电臂(km)(km)25-3025-303030202
6、045-5045-50牵引网阻抗牵引网阻抗(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牵引网结构牵引网结构由接触悬挂、钢轨组成。由接触悬挂、钢轨组成。最简单。最简单。由接触悬挂、钢轨由接触悬挂、钢轨和回流线组成。和回流线组成。由接触悬挂、钢轨、回由接触悬挂、钢轨、回流线和吸流变压器组成。流线和吸流变压器组成。由接触悬挂、钢轨、由接触悬挂、钢轨、自耦变压器、正馈线自耦变压器、正馈线和保护线组成。最复和保护线组成。最复杂。杂。牵引网电压水平牵引网电压水平较好较好良好良好较差较差最好最好牵引网电能损失牵
7、引网电能损失4545% %4545% %7878% %2323% %防干扰特性防干扰特性最差最差一般一般良好良好良好良好维护管理维护管理最少最少较少较少较多较多最多最多牵引网造价牵引网造价最少最少较少较少较大较大最大最大几种供电方式对比几种供电方式对比第二部分：牵引变压器接线第二部分：牵引变压器接线第二部分：牵引变压器接线第二部分：牵引变压器接线2.12.1牵引变压器分类牵引变压器分类 电气化铁道牵引变压器的结线方式多种多样，须根据实际线路情况选择合适的接线方式。常用的有单相接线(纯单相接线、V/v接线和V/x接线)、 Y/接线、三相/两相平衡接线。 应用于直接供电方式的变压器接线形式有：纯单
8、相接线、V/v接线、 Y/接线、三相/两相平衡接线（kbler、 Scott接线等）。 应用于AT供电方式的变压器接线形式有：纯单相接线、V/x接线、三相/两相平衡（Scott、Wood-Bridge接线等）、十字交叉接线等。第二部分：牵引变压器接线第二部分：牵引变压器接线2.2 2.2 纯单相牵引变压器纯单相牵引变压器ABabABTFN 纯单相结线特点：特点： 接线简单、可靠性高、设备数量少、工程投资低； 安装容量小、电能损耗小、运营费用低； 变压器容量利用率为100； 理论上可取消变电所出口的电分相； 二次侧不能直接提供三相电源； 对电力系统的负序影响大，负序功率等于牵引负荷功率，仅适用于
9、电网容量较大场合；二次侧中点抽出式单相结线第二部分：牵引变压器接线第二部分：牵引变压器接线2.3 2.3 V V结线牵引变压器结线牵引变压器 ABCabca1x1ABCa2x2A1X1A2X2特点：特点： 接线简单、可靠性高、工程 投资低； 安装容量小、电能损耗小、运营费用低； 变压器容量利用率为100； 能为变电所提供三相电源； 对电力系统的负序影响较小，负序功率等于牵引负荷功率的50%；ABC单相V/v结线三相V/v结线V/x结线第二部分：牵引变压器接线第二部分：牵引变压器接线2.4 2.4 Y/Y/接线牵引变压器接线牵引变压器 ABCa(y)b(z)c(x)*OAIBICIIIbyIax
10、IczIUU12特点：特点： 一次侧中性点可接地运行； 二次侧能直接提供三相电源； 负序方面优于纯单相结线，与V/v结线相当； 滞后相电压水平往往偏低； 变压器容量利用率仅为75.6；第二部分：牵引变压器接线第二部分：牵引变压器接线2.5 2.5 平衡接线牵引变压器平衡接线牵引变压器 平衡变压器通常是指那种具有变压和换相功能的三相/两相变压器，目的是消除或削弱负序。第二部分：牵引变压器接线第二部分：牵引变压器接线2.5 2.5 平衡接线牵引变压器平衡接线牵引变压器 ABCa(y)db(z)c(x)e*O1233ABCadDbc特点：特点： 二次侧能直接提供三相电源； 两臂牵引负荷相等的前提下，
11、变压器的原边三相是对称的，可改善牵引变电所发生三相不平衡的概率和减少对电力系统的负序影响； 过载能力强，容量利用率较高； 结构复杂，工程投资大； 列车采用再生制动后，牵引和制动电流相位相反，有可能导致平衡变压器的平衡效果严重恶化；kbler接线Scott接线第二部分：牵引变压器结线第二部分：牵引变压器结线2.6 2.6 几种接线形式牵引变压器对比几种接线形式牵引变压器对比 比较项目纯单相牵引变压器V接线牵引变压器Y/牵引变压器平衡变压器变压器结构简单简单较复杂较复杂容量利用率高，接近100%高，接近100%低，75.6较高电分相数量可取消变电所出口的电分相这3种接线形式电分相数量相同，变电所出
12、口均须设置电分相负序影响负序影响大，对电力系统短路容量要求高负序影响为纯单相牵引变压器的一半同V接线牵引变压器高密度行车条件下，两臂负荷较均衡，负序影响几乎为零再生电能利用利用率高利用率相当，均低于纯单相牵引变压器适用条件电网发达地区单供电臂容量不宜大于75MVA适用于容量不大的牵引变电所； 适用于大运量、高密度或沿线电网薄弱的高速重载铁路总评价纯单相牵引变压器具有过载能力大等优点，但安装容量过大时，负序治理和变电所设备选型均比较困难；具有纯单相牵引变压器的大部分优点，并且在大容量设计时不会给变电所设计带来困难；由于其过载能力小、利用率低，现已很少使用；优点等同于V接线变压器，变电所结构复杂，
13、运营和维护费用较高第三部分：电气化铁路负荷特性第三部分：电气化铁路负荷特性第三部分：电气化铁路负荷特性第三部分：电气化铁路负荷特性3.1 3.1 电气化铁路负荷特性电气化铁路负荷特性 一句话：波动剧烈的大容量单相不平衡非线性负荷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座无功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座无功Power (kVA)Time大秦线湖东变电所实测两臂负荷第三部分：电气化铁路负荷特性第三部分：电气化铁路负荷特性3.1 3.1 电气化铁路负荷特性电气化铁路负荷特性（非线性负荷）（非线性负荷） 受电弓断路器车载变压器钢轨交直型电力机车工作原理图辅助回路牵引电流从钢轨回流至变电所交流25kV 接触网独立他励系统整流器直流电机1500V韶山系列交流25kV 接触网受电弓断路器车载变压器钢轨牵引电流从钢轨回流至变电所辅助回路交流电机四象限变流器逆变器直流交直
15、交型电力机车工作原理图和谐系列CRH系列第三部分：电气化铁路负荷特性第三部分：电气化铁路负荷特性3.2 3.2 对电力系统的影响及治理措施（无功、谐波）对电力系统的影响及治理措施（无功、谐波） 固定并联电容补偿 干式变压器功率单元柜油浸变压器整 机高可靠的电源柜控制柜SVCSVG第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置4.1 4.1 牵引变电所主接线牵引变电所主接线第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置4.2 4.2
16、分区所主接线分区所主接线第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置4.3 AT4.3 AT所主接线所主接线第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置4.44.4牵引所总平面布置（户外布置方式）牵引所总平面布置（户外布置方式） 第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置 第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置4.5 4.5 牵引所总平面布置（室内布置方式）牵引所总平面布置（室内布置方式） 第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线
17、及平面布置 第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置4.6 4.6 分区所平面布置分区所平面布置 第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置4.7 AT4.7 AT所平面布置所平面布置 第四部分：变电所主接线及平面布置第四部分：变电所主接线及平面布置4.8 4.8 变电所防雷与接地变电所防雷与接地 第五部分：保护配置及综合自动化系统第五部分：保护配置及综合自动化系统第五部分：保护配置及综合自动化系统第五部分：保护配置及综合自动化系统5.15.1保护配置保护配置 保护配置牵引变电所（1）牵引变压器 差动保护 高压侧低压起动过电流保护 低压侧低压起动过
18、电流保护 过负荷保护 牵引变压器本体保护（瓦斯、温度、压力）（2）馈线 距离保护 电流速断保护 过电流保护分区所 双向距离保护 电流速断保护 过电流保护AT所（1）自耦变压器 差动保护 自耦变压器本体保护（瓦斯、温度、压力）（2）馈线 失压保护 电流速断保护 过电流保护第五部分：保护配置及综合自动化系统第五部分：保护配置及综合自动化系统5.2 5.2 综合自动化系统综合自动化系统 第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准 6.1 工程特
19、点和难点：工程特点和难点：重载货运电气化铁路；通过调整牵引供电方式来调高运输能力；在保证运输组织正常化、列车行车常态化、牵引供电 可靠化、改造施工可控化、临时过渡工程最少化前提下进行。第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准 6.2 牵引供电系统牵引供电系统（1）采用AT供电方式，供电臂中间范围增设AT所；（2）牵引变压器主要采用V/结线方式，牵引变电所变压器二次侧 母线为227.5kV。（3）牵引变电所227.5kV侧主要采用GIS开关柜，227.5kV馈线在 接触网的上、下行间设置电动隔离开关实现相互备用。（4）牵引网将既有加强线
20、改为正馈线。 第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准 6.3 关键设备及相关说明关键设备及相关说明（1）牵引变压器采用两台单相变压器通过外部接线组成V/结线 第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准 （2）牵引变电所227.5kV侧主要采用GIS开关柜 第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准 （3）牵引变压器与GIS开关柜间连接及27.5kV馈线均采用电缆方式， 馈线在接触网的上、下行间设置电动隔离开关实现相互备用 第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准第六部分：朔黄铁路牵引供电系统扩容工程设计技术标准 （4）结合工程实际情况和远期发展需要扩能工程将主接地网更换为铜材质，局部新建所根据场坪处的地质勘察情况进行地网特殊处理。（5）其它说明u 严格按照铁道部及国家有关规范进行设计；u除牵引变压器按本期运量要求核定安装容量外，其余设备均按工程远期一次实施到位；u27.5kV电缆金属护套采用单端接地方式，即一端直接接地，另一端通过电缆护层绝缘保护器接地。 谢谢！谢谢！
