11牽引網(wǎng)電壓水平與改善

1、第六章 牽引網(wǎng)電壓水平與改善概述：概述：牽引供電系統(tǒng)的電壓損失，包括牽引變壓所電壓損失和牽引網(wǎng)電壓損失。由于電力機(jī)車的工作電壓有一定的范圍，一般為19kV-29kV，由于饋電臂的平均電壓水平影響列車的運(yùn)行速度，以至饋電臂的平均電壓水平將直接影響區(qū)段的通過能力，因此，在考慮變電所分區(qū)亭的布置方案時，要計算牽引供電系統(tǒng)的電壓損失。在進(jìn)行工程計算時要計算饋電臂的最大電壓損失，它是指列車在緊密運(yùn)行時，可能出現(xiàn)的短時(1-2min)最大損失，與此相應(yīng)的為饋電臂最低電壓。此外還要計算列車在限制區(qū)間和饋電臂末端追蹤間隔的平均電壓損失，依據(jù)具體條件(線路運(yùn)行情況)進(jìn)行計算。機(jī)車受電點(diǎn)電壓機(jī)車受電點(diǎn)電壓= =牽

2、引變壓器空載電壓牽引變壓器空載電壓- -牽引變電所壓損牽引變電所壓損- -牽引網(wǎng)牽引網(wǎng)壓損壓損21(kV)21(kV)壓損計算是為了對設(shè)計方案進(jìn)行電壓水平校驗。6.1 電壓損失的計算方法一、壓損概念及計算方法1.壓降和壓損 給定線路(負(fù)荷)首端電壓 及末端電壓 UUUUUIZUUUUU一般：算術(shù)差壓損：矢量差壓降： -UUUUUUUcoscos工程上認(rèn)為 角很小，近似認(rèn)為一般2.壓損計算 以單線牽引網(wǎng)壓損計算為例：UlKmjXrZI求求)/(已知：解法1：Z為實(shí)數(shù)，可稱之為牽引網(wǎng)單位等效阻抗用于電壓損失計算。IlXrIlXIlrUIljXrIlZUUUZ)sincos(sincos)(IlZU

3、IlZU 對對應(yīng)應(yīng)解法2：若以負(fù)載端電壓為基準(zhǔn)定。定。由其傳遞的無功功率決由其傳遞的無功功率決線路一的電壓損失主要線路一的電壓損失主要抗抗觀察，對單位長線路阻觀察，對單位長線路阻為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)以以上的投影上的投影在在UXQUIUXXIXIrIUXlIrlIUUXlIrlIjXlIrlIlIjXrUUUUUU/sinsinsincossincos)Re(90)()Re(6.2 單線牽引網(wǎng)電壓損失計算 按以下條件計算壓損1.供電分區(qū)每個區(qū)間均有一取流列車；2.最未端列車處于起動狀態(tài)設(shè)有n個區(qū)間，各區(qū)間 取流Ik，功率因數(shù)均為牽引網(wǎng)單位阻抗 ，Ik距牽引變電所距離求Ik處的壓損。cosZRjXkl)(

4、.11111111sincos nkiikkiiinkikikiiikknkiikiiskkiikiiiikiXRZkksIllIZlZIlZIlZIUUUUlZIUllblZIUllalZIU綜合之：處引起的壓損：k(2)同行車取流在I引起的壓損：k(1)自身取流IniiiniiiiiiiiniiiiniiinnnniiniinkkklIZIXlIrlUlIjXrlIZIllZIllZIZlUIlZUkIkl11111212111max)sincos()()()(則：均相等為若各區(qū)末端壓降率因數(shù)不等，求供電分對實(shí)際情況下，各車功電流矩稱末端車上，即：顯然，單線最大壓損在：，為6.3 復(fù)線牽引

5、網(wǎng)電壓損失計算 一、復(fù)線牽引網(wǎng)電流分配規(guī)律 已知：復(fù)線牽引網(wǎng)上、下行 自阻抗：ZI=Z=Z(/km) 互阻抗：ZI=Zm (/km) 變電所至機(jī)車處的電壓降方程為：IIIIImImIIIIImImIIIImIIIIIllZZIlZZIIIIllZIlZIllZUIlZIZlU111111111)2)()()(2)2(整理整理長回路：長回路：短回路：短回路：比。的大小與所經(jīng)路徑成反與律，復(fù)線牽引網(wǎng)電流分配規(guī)解之得：IIIIIIllIIlllIIII1111222jmjiiniiIIjmjiiniiIILlLILlIILlILlLI1111222222應(yīng)用疊加原理：二、復(fù)線牽引網(wǎng)壓損計算計算條件：

6、1)按上、下行連發(fā)，供電分區(qū)上盡可能排車 2)分區(qū)末端列車啟動 3)計算分流點(diǎn)電壓損失:電流(4)計算各段牽引網(wǎng)(3)計算阻抗參數(shù)：(2)取得復(fù)線牽引網(wǎng)車位置及取流：(1)按條件，確定列例：計算步驟)(5 .26230040252004010200405)(5 .437300401520040302004035/1 . 0/6 . 0AIAIIIkmZkmZIIIIIIm(5)導(dǎo)線電流分界點(diǎn)原則：1)某機(jī)車電流由相鄰兩段的電流供給 或2)相鄰兩段中有一段中的電流是零原因：當(dāng)兩邊電流均流入該點(diǎn)時，該點(diǎn)電位最低(類似水位)(75.2718)55 .3755 .23755 .437(1 . 0 5

7、.262156 . 0VU網(wǎng)壓損：(6)計算分流點(diǎn)牽引一、 單相變壓器 若饋線負(fù)荷為 ，功率因數(shù)為 (滯后)歸 算至次邊時，系統(tǒng)短路阻抗 ， 牽引變壓器的漏抗 ， 則變電所壓損為：FIcossssjXRZbbbjXRZsin)(cos)(sFbsbsFZIXXRRIU nkkknkksIlZIZU11max當(dāng)考慮變電所壓損時弓上最大壓損為：6.4 單相及三相-兩相平衡變壓器電壓損失ZsZbIFcosEUZsZb二、三相-兩相平衡變壓器因為各種三相-兩相接線（如Scott、LeBlance等）牽引變壓器在完成對稱變換后，次邊兩相阻抗基本上是相互獨(dú)立的，因此，可以像對待單項變電所那樣處理。6.5

8、YNd11牽引變壓器電壓損失一、YNd11牽引變阻抗參數(shù) 根據(jù)變壓器銘牌參數(shù)可知，變壓器短路電壓百分比（ ），變壓器額定容量 變壓器額定銅損 ，以及變壓器原次邊額定電壓。 在牽引系統(tǒng)中主要關(guān)心牽引側(cè)母線電壓，故將變壓器阻抗參數(shù)以及系統(tǒng)阻抗參數(shù)均歸算到次邊側(cè)（注意阻抗的 變換）。%dubSdPYbedbbedbSUPRSUuX22223100%3 即有：二、繞組壓損計算1.壓損計算公式已知：歸算到側(cè)系統(tǒng)及變壓器阻抗 繞組電流jXRZZZbs角）為繞組電壓與電流的夾( II情況1：UI滯后于 )90()()U( )(0IXIRIjXRIZUEU為基準(zhǔn)以)sincos()Re(XRIUU)90()(

9、)U( 0IXIRIZUEU為基準(zhǔn)以)sincos()Re(XRIUU情況2：UI引前于 注意：注意：采用以上公式計算各繞組電壓損失時，均需以本繞組電壓為基準(zhǔn)向量3、計算步驟 計算變電所阻抗（包括系統(tǒng)阻抗和變壓器阻抗）； 畫出臂負(fù)荷矢量圖； 計算繞組電流及與本繞組功率因數(shù)角； 根據(jù)公式計算繞組壓損。三、算例已知：某變電所2臺YNd11牽引變壓器并列運(yùn)行，單臺阻抗其他參數(shù)如圖所示。求：caUU 、 )(9 .1509. 1jZ解：1、求變電所阻抗)(95. 7545. 029 .1509. 12jjjXRZ2、畫出矢量圖3、計算引前相C相繞組電流 （以 為基準(zhǔn)）ccUI )( )87.36120

10、(400 )( )87.36(400000AIAIac)( )75.17(79.35231320AIIIacc4、計算滯后相A相繞組電流 （以 為基準(zhǔn)）aaUI )( )87.36120(400 )( )87.36(400000AIAIca)( )97.55(79.35231320AIIIcaa5、計算caUU 和1038.1(V)855183.1 )75.17sin(95. 7)75.17cos(545. 079.352 )sincos(00ccccXRIU(V)42323 .3242108.7 )97.55sin(95. 7)97.55cos(545. 079.352 )sincos(00

11、aaaaXRIU（亦可先計算 然后取其實(shí)部）acU 、U說明：1滯后相在同等負(fù)荷情況下，比引前相壓損大，所以重載相一般應(yīng)安排在引前相。2通常情況下，無功分量引起的壓損占主導(dǎo)地位，即cossinIRIX四、繞組壓損的解析計算已知：求兩工作繞組的電壓損失2211cos cos )(IIjXRZ解：21UU引前于設(shè)1計算引前相壓損，以 為基準(zhǔn)向量。)120( )(2022111IIII1U)12090()90(2 )120()(2 )120()()(20021013120211312023111321111IIXIIRIIjXRIZUEU60sin(sin2 60sin(sin2 )60cos(co

12、s2Re202113120211312021131111IIXIIXIIR)U(UU工程計算中為基準(zhǔn)以2計算滯后相壓損，以 為基準(zhǔn)向量。)( )120(2221011IIII2U)12090()90(2 )120()(2 )120()()(10012023110122311013122322222IIXIIRIIjXRIZUEU30cos(sin2 30cos(sin2 )60cos(cos2Re101223110122311022231222IIXIIXIIR)U(UU工程計算中為基準(zhǔn)以 牽引網(wǎng)電壓水平可由下式表示UUU其中U為牽引母線空載電壓U為壓損可見提高牽引網(wǎng)電壓的方法包括1.提高U牽

13、引變壓器直接調(diào)壓2.降低U降低牽引網(wǎng)阻抗降低變壓器阻抗采用串/并聯(lián)補(bǔ)償裝置直接補(bǔ)償電壓敷設(shè)加強(qiáng)導(dǎo)線敷設(shè)捷接線（多用于山區(qū)迂回線路）縮小區(qū)間間距6.6 牽引網(wǎng)電壓水平的改善一、牽引變壓器分接頭調(diào)壓 常用牽引變壓器高（低）壓側(cè)設(shè)有多個分接頭用來調(diào)壓。通用的YNd11牽引變壓器高壓側(cè)電壓分接頭有 及 等，為調(diào)節(jié)牽引變此邊輸出電壓，可在一次系統(tǒng)電壓不變的情況下，將原邊進(jìn)線接于適當(dāng)?shù)姆纸宇^處，通過改變牽引變壓器變比來調(diào)整變壓器次邊輸出電壓。 如對于原次邊額定電壓為110kV/27.5kV的牽引變壓器，將原邊110kV電壓進(jìn)線接于110-11022.5%=104.5kV分接頭上，則變壓器次邊輸出電壓上升為

14、約28.95kV。達(dá)到直接提高牽引母線電壓的目的。但是按照但是按照規(guī)定，變壓器是不允許超電壓長期運(yùn)行的，故此方法有一定局限性。規(guī)定，變壓器是不允許超電壓長期運(yùn)行的，故此方法有一定局限性。%5 . 22110%5 . 211031二、專用變壓器調(diào)壓 用于調(diào)壓的專用變壓器多采用自耦變壓器。為不使接觸網(wǎng)出現(xiàn)開口，一般接在牽引母線與牽引變壓器次邊出線之間，多用于YNd11接線。這種方法受網(wǎng)上最高電壓限制，同時調(diào)壓范圍也受自耦變調(diào)壓特性的限制。如：設(shè)k=U2/U1，U1側(cè)系統(tǒng)阻抗為 ，自耦變阻抗為 ，則SZATZIZZkUkUATs)(212可見，自耦變調(diào)整時，隨著k的增大，U2呈拋物線形，U2的最大值

15、出現(xiàn)在當(dāng)k繼續(xù)增大時，U2開始下降IZZUkATS)(21三、串聯(lián)電容補(bǔ)償 采用補(bǔ)償方式改善牽引網(wǎng)電壓水平是行之有效的方法，這里只介紹串聯(lián)電容補(bǔ)償，并聯(lián)電容補(bǔ)償將在以后章節(jié)介紹。（一）串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)脑?由于牽引負(fù)荷為感性負(fù)荷，若在牽引網(wǎng)中串入集中式電容器，可以達(dá)到提高牽引網(wǎng)電壓水平的目的。如下圖補(bǔ)償前，網(wǎng)損為lIXRU)sincos(補(bǔ)償后，網(wǎng)損為sin)(cosIXXlRlIUC可見，由串聯(lián)電容器引起的壓損為sinIXUCC顯然，由于串入電容器，可以減少牽引系統(tǒng)的電壓損失，從而改善牽引網(wǎng)電壓水平。（二）串聯(lián)電容補(bǔ)償?shù)膬?yōu)缺點(diǎn) 1優(yōu)點(diǎn) Uc隨著I成正比變化，可以實(shí)現(xiàn)平滑無慣性補(bǔ)償； 可以改善供

16、電臂功率因數(shù)； 可降低變電所運(yùn)行不對稱度。 2缺點(diǎn)可能造成接觸網(wǎng)開口；電容器通過牽引負(fù)荷全電流，要求其容量較大；實(shí)際應(yīng)用中，負(fù)荷的感性阻抗和電容器容性阻抗可能對某次諧波電流產(chǎn)生諧振 （三）串聯(lián)補(bǔ)償?shù)陌惭b位置1、設(shè)置在接觸網(wǎng)上優(yōu)點(diǎn)：補(bǔ)償效果較理想缺點(diǎn)：1）接觸網(wǎng)有開口，造成機(jī)械和電氣上的弱點(diǎn) 2）維修管理不方便。2、設(shè)置在饋線上優(yōu)點(diǎn)：消除了接觸網(wǎng)開口，維修管理方便。缺點(diǎn)：可能造成牽引網(wǎng)前段電壓偏高。3、設(shè)置在變電所回流線處 優(yōu)點(diǎn)是電容器絕緣水平較低，綜合效果較好（四）加入串聯(lián)電容補(bǔ)償后饋線電壓的提高為通用起見，在饋線及回流線處均加入串聯(lián)電容補(bǔ)償器。將系統(tǒng)參數(shù)歸算到Y(jié)Nd11牽引變壓器二次側(cè)。設(shè)

17、引前 畫出矢量圖為1U2U1.引前相饋線電壓的提高以 為基準(zhǔn)，則近似認(rèn)為在加入串聯(lián)補(bǔ)償后相位關(guān)系不變1U)120( )120()( 00220221111IIUUIIUU)()(3132213112111IIjXIjXIIZUE)30sin()30cos( )90sin()90cos()()12090()90()()(20202310101312002310131213111(C)jIXjIXXIXIXXIIjXIjXU 即)30cos(sin)()Re(20231131)(1)(1IXIXXUUCC 即引前相饋線電壓的提高為01()1()1311322()sincos(30)CCUUXXIX

18、 I 2.滯后相饋線電壓提高以 為基準(zhǔn)，則近似認(rèn)為在加入串聯(lián)補(bǔ)償后相位關(guān)系不變按照與1相同的方法可得2U)( 0)120( 12022022011011IIUUIIUU)()(3132123221222IIjXIjXIIZUE)210sin()210cos( )90sin()90cos()()12090()90()()(10102320202321001320232123222(C)jIXjIXXIXIXXIIjXIjXU 即)30cos(sin)()Re(10132232)(2)(2IXIXXUUCC 即滯后相饋線電壓的提高為)30cos(sin)(10132232)(2)(2IXIXXUU

19、CC總結(jié)：總結(jié)：由于牽引負(fù)荷功率因數(shù)角一般在370左右，可見在一般情況下，串聯(lián)電容補(bǔ)償對滯后相饋線電壓的提高效果明顯引前相饋線電壓的提高為01()1()1311322()sincos(30)CCUUXXIX I 滯后相饋線電壓的提高為)30cos(sin)(10132232)(2)(2IXIXXUUCC在實(shí)際應(yīng)用中，多采用集中式串聯(lián)電容補(bǔ)償。例：在回流線處加入以串聯(lián)電容補(bǔ)償，分析其補(bǔ)償效果解：1、引前相)(3737071080 )3929. 06 . 0(3006 )30cos(sin033)(VIXIXUbbaaCa2、滯后相)(286717871080 )9928. 06 . 0(3006

20、 )30cos(sin033)(VIXIXUaabbCb進(jìn)一步討論各種工況1080-70730001787108003002867373300300)( )( )()()(VU(V)UAIAICbCaba結(jié)論：結(jié)論：在回流線處設(shè)置串聯(lián)電容補(bǔ)償，對改善滯后相饋線電壓水平效果較好。（五）串聯(lián)電容的設(shè)計與選擇以一個實(shí)際情況下的串聯(lián)電容補(bǔ)償設(shè)計為例已知：通過電容器的負(fù)荷電流為 ，要求：試確定串聯(lián)電容器組的參數(shù)。 )(8 . 0cos 662滯后AIVU2100C1、選擇單臺電容器參數(shù) 根據(jù)實(shí)際需要選擇某型號電容器，再根據(jù)其額定參數(shù)選擇數(shù)量。 如選擇型號為“YY-1-50-1”的電容器，其額定參數(shù)為20

21、 50 vark50 000V1ccececeXAIQU2、確定并聯(lián)電容器支路數(shù)m14)(24.1350662取整ceIIm3、確定每支路串聯(lián)電容器個數(shù)4)(5 . 3sin10002100sinsinsin)90cos( )90()(00取整而nUUUIXIXUIXUIXjXIUccccccccccc4、電容器組總?cè)萘繛関ark280050414ccemnQQ5、電容器組總?cè)菘?(714. 514204cecXmnX要求電容器容抗不能大于牽引變壓器電抗，以免空載時牽引系統(tǒng)對一次系統(tǒng)表現(xiàn)容性，并可能造成諧振放大等有害后果。6、校驗牽引網(wǎng)最大容許電流AAXUIcc662)(700714. 510004max7、校驗