牽引供電系統(tǒng)開(kāi)題報(bào)告

一、選題意義牽引供電系統(tǒng)是鐵路的動(dòng)力來(lái)源,供電系統(tǒng)的供電能力直接關(guān)系到鐵路的整體運(yùn)輸能力。牽引變電所是牽引供電系統(tǒng)的核心設(shè)施，其主要功能是降壓、分相以及向牽引負(fù)荷供電，牽引變電所帶負(fù)荷能力的大小決定了鐵路線的供電能力。正常供電情況下，接觸網(wǎng)供電分區(qū)由牽引變電所供應(yīng)電能，相鄰變電所之間毗連的供電臂相互絕緣，牽引變壓器向各供電臂供應(yīng)電能為電力機(jī)車提供動(dòng)力。與一般電力負(fù)荷相比，牽引負(fù)荷有著自己的特點(diǎn)，如波動(dòng)頻繁、負(fù)荷大、短時(shí)集中、可靠性要求高、受電時(shí)間長(zhǎng)以及負(fù)載率高。鑒于牽引負(fù)荷的諸多特點(diǎn)，實(shí)踐運(yùn)行時(shí)通常會(huì)將此類供電系統(tǒng)留有很大的余量。目前國(guó)內(nèi)推行容量在315KVA以上的大工業(yè)類用戶采用兩部制電價(jià)計(jì)費(fèi)，此外電氣化鐵路自1994年就已開(kāi)始執(zhí)行兩部制電價(jià)。兩部制電價(jià)的執(zhí)行促使用戶提高設(shè)備利用率，改變“大馬拉小車”的狀況，同時(shí)降低最大負(fù)荷，提高電網(wǎng)負(fù)荷率，減少無(wú)功負(fù)荷，改善用電功率因數(shù)，提高系統(tǒng)的供電能力，使供用雙方從降低成本中都獲得一定經(jīng)濟(jì)效益。

對(duì)牽引電費(fèi)中基本電價(jià)研究，目前均采用固定容量法計(jì)費(fèi)，在當(dāng)前兩部制電價(jià)情況下,由于變壓器容量選取過(guò)大的原因致使鐵路局每年還要為此付出高額的基本電費(fèi)。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：一是，普速線的變壓器安裝容量較小且線路較為繁忙，基本電費(fèi)所占比例較小，尤其石太線、豐沙線經(jīng)常過(guò)負(fù)荷。因此，目前計(jì)費(fèi)方式較合理；二是，京廣高鐵、石太客專變壓器安裝容量較大且運(yùn)行初期列車密度小，應(yīng)按變壓器需量法方式計(jì)費(fèi)，尤其石太客專要加快推進(jìn)與供電公司的溝通協(xié)商力度，收集相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)費(fèi)方式變更的各項(xiàng)準(zhǔn)備工作；三是，京津城際變壓器容量較小，基本電費(fèi)所占比例較小，挖潛空間較小，做好進(jìn)一步數(shù)據(jù)積累和追蹤工作。《銷售電價(jià)管理辦法暫行規(guī)定》按照用戶向電網(wǎng)申報(bào)負(fù)荷用電功率收取基本電費(fèi)，但是超出申報(bào)值的部分加倍收費(fèi)，為保證申報(bào)值的合理性，能夠充分利用牽引變壓器的過(guò)負(fù)荷能力,提高牽引變壓器容量利用率，準(zhǔn)確地分析牽引負(fù)荷這樣隨機(jī)波動(dòng)大的牽引供電系統(tǒng)帶負(fù)荷能力是十分重要的，這對(duì)降低鐵路的運(yùn)輸成本具有重大意義。一旦外部電源失壓或牽引變電所設(shè)備故障引起全所停電時(shí),通常由相鄰的牽引變電所向停電的牽引變電所采取越區(qū)供電的方式向接觸網(wǎng)供電。當(dāng)采用越區(qū)供電時(shí)，電力機(jī)車的工作運(yùn)行狀況直接影響牽引變電所的供電能力，電力機(jī)車重載或行車密度大時(shí)會(huì)造成牽引變壓器出現(xiàn)過(guò)負(fù)載現(xiàn)象，輕則造成變壓器壽命縮短，重則導(dǎo)致變壓器燒毀；電力機(jī)車輕載或行車密度小時(shí)會(huì)使?fàn)恳儔浩魅萘坷寐实停到y(tǒng)供電能力弱。越區(qū)供電相應(yīng)地增加了兩相鄰牽引變電所的供電負(fù)荷，為滿足超長(zhǎng)距離供電，通常將變壓器容量和電纜截面選擇過(guò)大，除了造成供電設(shè)備容量閑置外，還給變壓器的制造成本和運(yùn)行成本造成較大的浪費(fèi)。為了削弱越區(qū)供電對(duì)運(yùn)輸能力的影響，減少電力資源的浪費(fèi)，避免過(guò)多地限制列車數(shù)量以及降低列車速度，需要在越區(qū)供電的情況下研究電力機(jī)車對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響,分析由于速度狀態(tài)的改變和負(fù)荷的增加而導(dǎo)致的供電能力的變化以及變電所設(shè)備、網(wǎng)壓、功率因數(shù)的變化,并對(duì)能力值進(jìn)行校驗(yàn)，給出最佳方案。通過(guò)本課題的研究，能夠明確越區(qū)供電情況下電力機(jī)車對(duì)牽引供電系統(tǒng)供電能力的影響,提前發(fā)現(xiàn)可能對(duì)運(yùn)營(yíng)安全帶來(lái)的隱患,為發(fā)生越區(qū)供電后列車的正常開(kāi)行提供有力的支持,具有十分重要的工程意義。在牽引供電領(lǐng)域，關(guān)于牽引供電系統(tǒng)的供電能力目前主要是在正常供電方式下的分析與研究，很少綜合考慮在非正常供電方式下的分析與研究。針對(duì)牽引負(fù)荷的特性，需要對(duì)牽引供電系統(tǒng)的供電能力作綜合分析來(lái)保證鐵路的安全可靠運(yùn)行。本文從安全和經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，在保證牽引供電安全性的前提下,從正常牽引供電方式和非正常牽引供電方式兩方面對(duì)牽引供電能力作了綜合的分析與研究。二、國(guó)內(nèi)外發(fā)展動(dòng)態(tài)強(qiáng)大而可靠的供電是保證高速鐵路正常運(yùn)輸?shù)幕緱l件，高速鐵路客觀上要求供電電源具有較大的系統(tǒng)短路容量。我國(guó)電網(wǎng)110kV電源的系統(tǒng)短路容量一般較小，難以滿足供電需要，鐵路和電力部門在京津、武廣、合寧等鐵路工程供電的研究和協(xié)調(diào)中，已基本上取得了高速鐵路采用220kV電源供電的共識(shí)。國(guó)外高速鐵路絕大多數(shù)都采用220kV或以上的電壓供電，電力系統(tǒng)短路容量在10000MVA左右，個(gè)別采用220kV以下電壓供電時(shí)，都要求有較大的系統(tǒng)短路容量，如韓國(guó)采用154kV電源供電，系統(tǒng)短路容量平均為8000MVA。日本高速鐵路建設(shè)最早，在電源問(wèn)題上曾走過(guò)彎路。東海道新干線1964年建設(shè)時(shí)，限于當(dāng)時(shí)電網(wǎng)的條件，采用了77kV電源供電。上世紀(jì)80年代，旅客運(yùn)輸量急增，供電能力嚴(yán)重不滿足需要，多次對(duì)牽引供電系統(tǒng)進(jìn)行了修修補(bǔ)補(bǔ)的改造，仍難以適應(yīng)鐵路運(yùn)輸?shù)男枰?。最終不得已對(duì)電源系統(tǒng)進(jìn)行了徹底改造，改用275kV電源供電，適應(yīng)了旅客運(yùn)輸?shù)男枰?，列車運(yùn)行速度也提高到了270公里，最高300公里。電氣化鐵路設(shè)計(jì)，應(yīng)高度重視牽引網(wǎng)供電能力問(wèn)題，積極與電力部門進(jìn)行溝通和協(xié)商，采用合理的外部電源供電方案。在鐵路系統(tǒng)中，關(guān)于供電能力的分析與研究主要停留在供電系統(tǒng)本身和機(jī)車本身單獨(dú)的考慮上，很少將車網(wǎng)耦合在一起考慮。對(duì)于越區(qū)供電情況下的供電能力也缺乏深入的研究。因此，有必要對(duì)機(jī)車和牽引網(wǎng)進(jìn)行研究，通過(guò)仿真和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)的方法，定性定量的分析機(jī)車負(fù)荷、電氣結(jié)構(gòu)與諧波特性，牽引網(wǎng)的結(jié)構(gòu)參數(shù)，分析車網(wǎng)耦合情況下的電磁暫態(tài)過(guò)程，研究牽引網(wǎng)供電電壓、牽引網(wǎng)載流能力以及牽引變壓器容量，為分析牽引供電系統(tǒng)的供電能力提供依據(jù)。三、課題研究要求與研究方案課題的主要內(nèi)容為牽引供電系統(tǒng)供電能力的研究。通過(guò)分析牽引網(wǎng)供電電壓、牽引網(wǎng)載流能力、牽引負(fù)荷以及牽引變壓器容量，以石太客專某一區(qū)間的供電能力為例來(lái)研究整個(gè)線路的供電能力。鐵路供電能力的大小與該線路上的固定設(shè)備、機(jī)車車輛類型、機(jī)車數(shù)量、運(yùn)行速度、運(yùn)行環(huán)境、行車組織方法以及列車運(yùn)行圖的類型等因素有關(guān)。流程圖：否否是最優(yōu)解正常供電能力分析越區(qū)供電能力分析供電能力仿真計(jì)算列車運(yùn)行方案生成運(yùn)營(yíng)實(shí)施具體內(nèi)容：1、確定鐵路牽引供電方式，機(jī)車類型和線路情況。2、從安全與經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)對(duì)正常情況下的供電能力進(jìn)行分析，擬采用基于閾交理論的負(fù)荷分析算法確定牽引供電系統(tǒng)的最大需量。3、越區(qū)供電情況下，擬采用具有變量范圍約束的交流潮流模型及其求解方法,可以更準(zhǔn)確地分析牽引供電系統(tǒng)對(duì)牽引負(fù)荷變化的適應(yīng)性及供電能力,找出制約供電能力的原因。4、建立牽引供電系統(tǒng)的各種運(yùn)行方式和各類車型的電氣仿真模型。利用電力電磁仿真軟件ATP-EMTP以及現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)搭建整個(gè)牽引供電回路及機(jī)車仿真模型。（1）搭建不同類型機(jī)車在正常供電條件下單一、混跑運(yùn)行的仿真模型。（2）搭建不同類型機(jī)車在越區(qū)供電條件下單一、混跑運(yùn)行的仿真模型。5、按照按照既有運(yùn)行圖，對(duì)牽引供電系統(tǒng)的不同運(yùn)行方式、運(yùn)行狀態(tài)及機(jī)車類型、駕駛操作方式進(jìn)行運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)。6、對(duì)牽引供電越區(qū)能力和保護(hù)定值進(jìn)行校驗(yàn)。7、依據(jù)運(yùn)行圖，分析越區(qū)供電時(shí)列車單跑以及混跑時(shí)對(duì)供電區(qū)段的變電所設(shè)備、網(wǎng)壓、功率因數(shù)以及牽引電流的影響，根據(jù)潮流計(jì)算所得結(jié)果驗(yàn)證仿真結(jié)果的可行性，制定合理的不同供電方式下的越區(qū)供電方案，使鐵路的供電能力達(dá)到最大，并給出不同車型的限行狀況。四、方案論證1電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)（TractionPowerSupplySystems）是由向電力機(jī)車提供電能的沿線供電設(shè)施從電能的傳輸、變換、分配角度所構(gòu)成。主要包括：牽引變電所、牽引網(wǎng)、專用高壓供電路，如圖1所示。

對(duì)電氣化鐵道供電系統(tǒng)的基本要求：①保證電氣化鐵路安全、可靠、不間斷地供電；②通過(guò)供電質(zhì)量，保證必須的電壓水平；③通過(guò)功率因數(shù)，減少電能損失，降低工程投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用；④盡量減少單相牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中引起的負(fù)序電流和高次諧波的影響；⑤盡量減少對(duì)鄰近的通信線路的干擾影響。圖1電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)示意圖2牽引供電系統(tǒng)的特點(diǎn)(1)負(fù)荷特點(diǎn)：移動(dòng)性，變化劇烈，非線性，單相；電流回路不可靠，存在薄弱環(huán)節(jié)（弓網(wǎng)受流）。(2)網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)：牽引網(wǎng)為單相含地的不平衡網(wǎng)絡(luò)；接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，無(wú)備用，運(yùn)行環(huán)境惡劣，故障率高；導(dǎo)線特殊：接觸線，鋼軌；牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)比一般電力線路復(fù)雜。(3)牽引變電所：拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)三相不對(duì)稱；變壓器接線特殊。3牽引變電所圖2牽引變電所主接線牽引變電所（TractionSubstation,SS），從公用電力系統(tǒng)（PublicElectricPowerSystems）接受電能，通過(guò)變壓器將電能從三相110kV220kV變換成單相27.5kV（對(duì)AT系統(tǒng)為2×27.5kV），并向鐵路上、下行兩個(gè)方向的牽引網(wǎng)供電。變電所兩側(cè)的牽引網(wǎng)區(qū)段被稱作供電臂。變電所的主要設(shè)備有牽引變壓器（有多種接線方式）、斷路器（SF6、真空、少油、油斷路器）、隔離開(kāi)關(guān)、避雷器、避雷針、電壓互感器、電流互感器、控制、保護(hù)、測(cè)量、計(jì)量、監(jiān)視和電源設(shè)備、無(wú)功補(bǔ)償裝置、調(diào)壓裝置。牽引變電所主接線如圖2所示。圖2牽引變電所主接線牽引變壓器是牽引變電所的核心電氣設(shè)備，我國(guó)電氣化鐵路的迅速地發(fā)展,使得牽引變電所內(nèi)所用的牽引變壓器需求量越來(lái)越大。變壓器的額定容量是視在功率的慣用詞,是指輸入的容量,它作為變壓器設(shè)計(jì)、制造廠保證其質(zhì)量和試驗(yàn)的基礎(chǔ),是用戶使其在預(yù)期負(fù)載條件下運(yùn)行的依據(jù);輸入容量是指變壓器一次側(cè)從電網(wǎng)所吸取的視在功率;輸出容量是指變壓器二次側(cè)輸出的視在功率;結(jié)構(gòu)容量是變壓器原副繞組和鐵芯設(shè)計(jì)所依據(jù)的視在功率。對(duì)于一般變壓器,其輸入容量與輸出容量基本相等,結(jié)構(gòu)容量與額定容量相等;但因鐵路牽引供電的特殊性,其容量關(guān)系存在較大的差別。主變壓器容量選擇不僅關(guān)系到變壓器容量及其壽命的合理利用，而且還直接關(guān)系到電氣化鐵道運(yùn)行質(zhì)量。牽引變電所負(fù)荷特點(diǎn)首先在于主變壓器全天平均負(fù)載率較低，據(jù)統(tǒng)計(jì)全路牽引變壓器容量利用率平均約為15%；其次在于牽引負(fù)荷幅值變化頻繁，大負(fù)荷工況下的短時(shí)負(fù)載率較高，個(gè)別達(dá)到主變壓器額定容量的2倍以上，這些特點(diǎn)給牽引變壓器容量合理選擇帶來(lái)一定的難度。在兩部制電價(jià)下，選擇過(guò)大容量的牽引變壓器在經(jīng)濟(jì)上是不可取的。牽引變壓器容量的選擇應(yīng)在不損害變壓器正常使用壽命的原則下，充分合理利用變壓器的過(guò)負(fù)載能力，這對(duì)變壓器的安全可靠運(yùn)行及變壓器的經(jīng)濟(jì)性有很重要的意義。4牽引網(wǎng)牽引網(wǎng)（TractionNetwork），主要由接觸網(wǎng)、饋線、鋼軌及大地、變電所軌地回流線等元件構(gòu)成，是由多條導(dǎo)線和各種感性和容性元件組成的網(wǎng)絡(luò)。在電氣化鐵路中，牽引供電系統(tǒng)與電力機(jī)車的電氣傳動(dòng)部分組成一個(gè)大的電氣系統(tǒng)，在正常情況下，牽引供電系統(tǒng)通過(guò)接觸網(wǎng)沿線路向電力機(jī)車提供電能，機(jī)車通過(guò)受電弓從接觸網(wǎng)上獲取電能驅(qū)動(dòng)機(jī)車行駛，這兩者共同工作，形成統(tǒng)一的整體，如圖3所示。圖3牽引網(wǎng)與機(jī)車系統(tǒng)圖5分區(qū)所分區(qū)所（SectionPost,SP），設(shè)于兩變電所之間，把電氣化鐵道牽引網(wǎng)分成不同供電區(qū)段，裝有開(kāi)關(guān)設(shè)備，根據(jù)運(yùn)行需要可以連接同一供電臂的上、下行接觸網(wǎng)，或連接相鄰供電臂以實(shí)現(xiàn)越區(qū)供電。6開(kāi)閉所開(kāi)閉所（Sub-feederSwitchingPost,SFSP），實(shí)際上是開(kāi)關(guān)站，多設(shè)于鐵路樞紐，一般兩路進(jìn)線、多路饋線，用以實(shí)現(xiàn)對(duì)站場(chǎng)各股道群的分別供電控制。①進(jìn)線和饋線都經(jīng)過(guò)斷路器，可靈活地對(duì)各分區(qū)接觸網(wǎng)停、供電。②在斷路器上可實(shí)現(xiàn)短路故障保護(hù)，從而縮小事故停電范圍。7牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式(1)單邊供電每個(gè)供電分區(qū)只從一端牽引變電所獲得電能。優(yōu)缺點(diǎn)：相鄰供電臂電氣上獨(dú)立。運(yùn)行靈活，接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，只影響到本供電分區(qū)，故障范圍小，牽引變電所饋線保護(hù)裝置較簡(jiǎn)單。(2)雙邊供電每個(gè)供電分區(qū)同時(shí)從兩個(gè)牽引變電所獲得電能。優(yōu)缺點(diǎn)：可提高接觸網(wǎng)電壓水平，減少電能損耗。但饋線及分區(qū)亭的保護(hù)及開(kāi)關(guān)設(shè)備都較復(fù)雜。（3）越區(qū)供電當(dāng)某一牽引變電所因故障不能正常供電時(shí)，故障變電所擔(dān)負(fù)的供電臂，經(jīng)分區(qū)亭開(kāi)關(guān)設(shè)備與相鄰供電臂接通，由相鄰變電所進(jìn)行臨時(shí)供電。越區(qū)供電增大了該變電所主變壓器的負(fù)荷，對(duì)電氣設(shè)備安全和供電質(zhì)量影響較大，因此，只能在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)行越區(qū)供電，是避免中斷運(yùn)輸?shù)呐R時(shí)性措施。（4）并聯(lián)供電復(fù)線區(qū)段同一側(cè)供電臂上、下行線通過(guò)開(kāi)關(guān)設(shè)備（或電氣連接線）實(shí)行并聯(lián)供電。優(yōu)缺點(diǎn)：并聯(lián)供電可提高供電臂末端電壓，但是接觸網(wǎng)發(fā)生故障時(shí)，影響范圍大，運(yùn)行檢修不夠靈活。8牽引網(wǎng)向電力機(jī)車供電方式接觸網(wǎng)對(duì)機(jī)車的供電方式主要有5種，直接供電（DF）方式、帶回流線的直接供電（DN）方式、自耦變壓器（AT）供電方式、吸流變壓器（BT）供電方式和同軸電力電纜（CC）供電方式。本課題以DF和AT供電方式為主。(1)直接供電方式，牽引變電所將電能通過(guò)饋電線傳輸?shù)浇佑|網(wǎng)，接觸網(wǎng)通過(guò)受電弓連接到機(jī)車的變壓器一次側(cè)，然后通過(guò)鋼軌，流回牽引變電所。這種方式結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，投資也最小，但由于鋼軌、大地承擔(dān)了較大的電流，所以鋼軌電位較高，對(duì)通信線的干擾最大，通信線路較少場(chǎng)合適應(yīng)。(2)帶回流線的直接供電方式，為保留直接供電方式的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)直接供電方式不足，沿接觸網(wǎng)增設(shè)了與軌道并聯(lián)的架空回流線，稱為帶回流線的直接供電方式，如圖4所示。原先經(jīng)過(guò)鋼軌大地的回流，部分經(jīng)由回流線回流，由于回流線與饋線距離較近，并且于回流線與饋線中的電流方向相反，對(duì)鄰近通信線路增加了屏蔽的效果，此外，鋼軌電位的降低，也會(huì)減少對(duì)通信的干擾；回流線的架設(shè)也降低了牽引網(wǎng)的阻抗，減小了牽引網(wǎng)的電壓損失，延長(zhǎng)了供電臂的供電長(zhǎng)度。圖4帶回流線的直接供電方式圖5AT供電方式TAFRT圖5AT供電方式TAFRT自耦變壓器鋼軌接觸網(wǎng)正饋線55kVAT方式與BT方式相比，在機(jī)車取流相同情況下，從變電所至最靠近機(jī)車的AT間，接觸網(wǎng)與正饋線上電流只有機(jī)車電流的一半，對(duì)通信明線干擾將大大減弱。另外，在機(jī)車取流的兩個(gè)AT間的區(qū)段內(nèi)，機(jī)車電流總是由左右兩側(cè)接觸網(wǎng)雙邊供給，方向相反，對(duì)通信明線的干擾互相抵消，因此具有更好的防護(hù)效果。AT供電方式成本也相對(duì)較高，由于并入自耦變壓器，AT牽引網(wǎng)的阻抗小，供電距離長(zhǎng)，網(wǎng)上壓損和能損都小，對(duì)于高速、重載等大電流牽引方式比較適應(yīng)。(4)BT供電方式，在牽引供電系統(tǒng)中，在直接供電方式的基礎(chǔ)上加裝了吸流變壓器-回流線裝置，用以抑制對(duì)通信的干擾，這種供電方式稱為吸流變壓器供電方式。BT供電方式使絕大部分的電流經(jīng)回流線流回牽引變電所，回流線中的電流與接觸網(wǎng)流過(guò)的電流大小基本相等，由于電流方向相反，回流線與接觸網(wǎng)形成的電磁場(chǎng)相互抵消，顯著的消弱了接觸網(wǎng)和回流線周圍空間的交變磁場(chǎng)，大大降低了磁場(chǎng)對(duì)于通信的干擾。但BT供電方式結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造價(jià)較高，吸流變壓器串入增大了牽引網(wǎng)阻抗變，減小了供電臂的供電長(zhǎng)度。此外，由于BT分段的存在，易造成火花間隙，不適合高速、重載鐵路選用此供電方式。(5)CC供電方式，是一種新型的供電方式，其同軸電纜埋設(shè)于鐵路沿線，電纜的內(nèi)部芯線與供電線和接觸網(wǎng)相連，電纜的外部導(dǎo)體與回流線和鋼軌相連，沿線每分段約隔5~10km。由于同軸電纜的內(nèi)外導(dǎo)體間的互感系數(shù)較大，因此相對(duì)于BT與AT供電方式，CC供電方式的吸流效果與抑制通信干擾的效果是最好的，其供電臂長(zhǎng)度與AT供電方式長(zhǎng)度相近，由于CC供電方式，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，鋼軌電位低，沒(méi)有凈空需求，所以適合重載高速鐵路。但由于同軸電纜的造價(jià)過(guò)高，限制了其應(yīng)用?，F(xiàn)在廣泛兩種主要的供電方式：(1)AT供電方式，供電臂長(zhǎng)度約30km，兩個(gè)AT段。(2)帶回流線的直接供電方式，供電臂長(zhǎng)度一般20～25km。99越區(qū)供電結(jié)構(gòu)根據(jù)鐵道部規(guī)程，牽引供電設(shè)備應(yīng)保證質(zhì)量良好地不間斷安全供電，當(dāng)某一牽引變電所故障不能正常供電時(shí)，故障變電所所擔(dān)負(fù)供電任務(wù)的供電臂經(jīng)有關(guān)開(kāi)閉所或分區(qū)所開(kāi)關(guān)設(shè)備與相鄰供電臂連通，由相鄰牽引變電所進(jìn)行臨時(shí)供電，這種非正常的供電方式稱為越區(qū)供電，如圖4所示。圖4越區(qū)供電示意圖當(dāng)變電所B因故障而導(dǎo)致停電時(shí)，由相鄰變電所A、C通過(guò)閉合開(kāi)閉所或分區(qū)亭開(kāi)關(guān)對(duì)B所進(jìn)行越區(qū)供電。這種非正常的供電方式會(huì)導(dǎo)致A、C所供電距離延長(zhǎng)，一般為原供電距離的兩倍。越區(qū)時(shí)供電臂上所帶列車運(yùn)行密度增大，重量增加，牽引網(wǎng)壓損失增多，造成牽引供電系統(tǒng)的供電可靠性降低，鐵路通過(guò)能力下降，影響鐵路的正常運(yùn)行。越區(qū)供電時(shí)需要對(duì)列車運(yùn)行組織問(wèn)題(表1-1)進(jìn)行選擇，但是牽涉的列車種類多。越區(qū)供電造成牽引變電所改變供電距離,承擔(dān)了其它類型列車的輸送任務(wù)。新投入運(yùn)營(yíng)的高速列車、既有城際線路的動(dòng)車、既有中高速列車等,都是列車運(yùn)行組織工作的對(duì)象。同時(shí)涉及的變量比較多。在本文中,列車數(shù)目變量和列車到發(fā)時(shí)刻變量等,共同構(gòu)成了本問(wèn)題的變量集合。在本文所定義的越區(qū)供電條件下,由運(yùn)輸環(huán)境的改變所帶的新的約束條件中變量的數(shù)目激增,使得本問(wèn)題所涉及的變量規(guī)模較大。表1-1正常條件下與突發(fā)事件條件下列車運(yùn)行組織的區(qū)別正常條件下越區(qū)條件下涉及路網(wǎng)范圍單個(gè)區(qū)段整個(gè)路網(wǎng)（局部）涉及列車種類區(qū)段內(nèi)車型所有類型列車列車數(shù)量選擇不需要需要10石太客專主要運(yùn)營(yíng)的車型列車主要有有動(dòng)車組以及重聯(lián)動(dòng)車組。列車主要型號(hào)有：CRH1、CRH2、CRH5。為了能夠充分的研究牽引供電系統(tǒng)的供電能力，現(xiàn)將普速列車SS4、SS7、SS8、SS9型列車也參與研究。(1)SS系列牽引變電所輸出的高壓交流電送到接觸網(wǎng)以后，由機(jī)車受電弓和接觸線接觸而引入機(jī)車，機(jī)車電流經(jīng)過(guò)主斷路器、高壓電流互感器，到機(jī)車變壓器高壓繞組，再經(jīng)過(guò)低壓電流互感、車體、接地電刷、輪軸、車輪到軌道，然后經(jīng)軌道、大地等流回牽引變電所；機(jī)車變壓器將高壓交流電變?yōu)榈蛪航涣麟?，再?jīng)過(guò)整流器組整流后變?yōu)橹绷麟姡┙o牽引電動(dòng)機(jī)；牽引電動(dòng)機(jī)得電旋轉(zhuǎn)，其轉(zhuǎn)軸輸出的機(jī)械功率通過(guò)齒輪傳動(dòng)裝置傳遞給輪對(duì)，輪對(duì)作用于軌道，軌道一大小相等、方向相反的力作用于輪對(duì)，從而形成牽引力，牽引列車運(yùn)行。SS型電力機(jī)車的主電路由網(wǎng)側(cè)高壓電路、牽引供電電路、整流調(diào)整電路、加饋電阻制動(dòng)電路、PFC電路和保護(hù)電路組成，由于本文所研究的課題主要針對(duì)諧振過(guò)電壓和分相過(guò)電壓，在建模仿真過(guò)程中，對(duì)主電路簡(jiǎn)化處理，主要分析網(wǎng)側(cè)高壓電路、牽引供電電路和整流調(diào)整電路。網(wǎng)側(cè)高壓電路的主要設(shè)備是主變壓器；整流調(diào)整電路采用的是大功率晶閘管和二極管構(gòu)成的不對(duì)稱三段半控橋橋式整流；牽引供電電路的主要部分是牽引電動(dòng)機(jī)。（2）CRH型動(dòng)車組CRH型動(dòng)車組主電路由主電壓器,兩電平或三電平四象限整流器,中間直流環(huán)節(jié)DC,電壓型二電平逆變器以及三相異步電機(jī)構(gòu)成。其工作過(guò)程:受電弓從接觸網(wǎng)接受25KV、50Hz的高壓交流電送到接觸網(wǎng)以后，由機(jī)車受電弓和接觸線接觸而引入機(jī)車，,經(jīng)過(guò)安裝在車底架上的主變壓器降成低壓交流電,降壓后的交流電經(jīng)網(wǎng)側(cè)變流器整即兩電平或三電平四象限脈沖整流器轉(zhuǎn)換成為直流電能,該直流電再由電機(jī)側(cè)變流器即二電平或三電平逆變器轉(zhuǎn)換成頻率可變、電壓可變的三相交流電送給牽引電機(jī),將電能轉(zhuǎn)換成牽引列車的機(jī)械能,驅(qū)動(dòng)列車運(yùn)行。11現(xiàn)有越區(qū)方案一旦發(fā)生越區(qū)供電，將影響石太線上所有列車的正常運(yùn)行。目前主要采用兩種方式來(lái)應(yīng)對(duì)這種情況：（1）將每條供電臂上允許均勻排列的列車對(duì)數(shù)減半，并且若有1列機(jī)車在一條供電臂上啟動(dòng)，則不允許有其他車通行。（2）對(duì)中高速列車限速運(yùn)行。因此，在越區(qū)供電情況下鐵路的通過(guò)能力不能發(fā)揮至最大，牽引變壓器容量沒(méi)有得到充分利用，致使資源浪費(fèi)，達(dá)不到鐵路運(yùn)營(yíng)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)可靠的要求。違背了鐵路設(shè)計(jì)遵循科學(xué)管理，減少能耗，經(jīng)濟(jì)運(yùn)行和節(jié)約成本的原則。12區(qū)間通過(guò)能力鐵路供電能力的大小同該線路的固定設(shè)備、機(jī)車車輛類型以及行車組織的方式和法或列車運(yùn)行圖的類型等因素有關(guān)。鐵路區(qū)段供電能力直接或間接地受到與行車有關(guān)的各種技術(shù)設(shè)備的限制,如受到線路區(qū)段的設(shè)備、車站的設(shè)備、機(jī)務(wù)段的設(shè)備,以及供電設(shè)備、供水設(shè)備等因素的限制。這些因素中最薄弱的環(huán)節(jié)就是確定區(qū)段通過(guò)能力的限制因素。這個(gè)薄弱環(huán)節(jié)所能提供的最大供電能力稱為區(qū)段最終通過(guò)能力,而最薄弱區(qū)段的供電能力即為全線的最終供電能力。由于機(jī)車車輛等活動(dòng)設(shè)備投入相對(duì)較低,決定運(yùn)輸能力的往往是線路和技術(shù)站。通過(guò)能力概念包括設(shè)計(jì)通過(guò)能力、實(shí)現(xiàn)通過(guò)能力兩種。設(shè)計(jì)通過(guò)能力指預(yù)計(jì)新線修建以后或現(xiàn)有鐵路技術(shù)改造以后,鐵路區(qū)段固定設(shè)備所能達(dá)到的能力;實(shí)現(xiàn)通過(guò)能力指在現(xiàn)有固定設(shè)備、現(xiàn)行的行車組織方法和現(xiàn)有的運(yùn)輸組織水平的條件下,鐵路區(qū)段可能達(dá)到的能力。在突發(fā)事件條件下,由于線路區(qū)間設(shè)備、區(qū)間設(shè)備、機(jī)務(wù)段設(shè)備、動(dòng)車組等受到突發(fā)事件條件的影響,不能發(fā)揮其正常的運(yùn)輸功能,線路(區(qū)間)的通過(guò)能力就會(huì)受到影響。這種影響具體體現(xiàn)在行車調(diào)度指揮部門遵守行車規(guī)則,對(duì)列車在突發(fā)事件出現(xiàn)的區(qū)間進(jìn)行限速，從而導(dǎo)致了供電能力的下降。目前,對(duì)鐵路區(qū)間通過(guò)能力的計(jì)算方法主要有兩種。一種方法通過(guò)公式進(jìn)行計(jì)算,即在明確線路區(qū)間運(yùn)行的各種列車的比例條件下,通過(guò)計(jì)算扣除系數(shù),從而計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)線路區(qū)間的通過(guò)能力。公式計(jì)算方法是指在明確線路區(qū)間運(yùn)行的各種列車的比例條件下,通過(guò)計(jì)算扣除系數(shù),從而計(jì)算單位時(shí)間內(nèi)線路區(qū)間的通過(guò)能力。公式計(jì)算是現(xiàn)在實(shí)際應(yīng)用較多的方法，然而越區(qū)供電所涉及因素眾多，公式計(jì)算要很好的考慮各種因素的影響，尚存在許多困難，從實(shí)際出發(fā)有時(shí)需要對(duì)許多設(shè)備參數(shù)進(jìn)行適當(dāng)簡(jiǎn)化，近似等效，所得結(jié)論有大量誤差。另外一種是模擬方法,即通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真線路區(qū)間的各種設(shè)備情況以及線路區(qū)間的狀態(tài),使盡可能多的列車在相關(guān)的線路和區(qū)間上進(jìn)行運(yùn)行模擬,從而發(fā)現(xiàn)線路區(qū)間的通過(guò)能力。模擬仿真方法是指通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真線路區(qū)間的各種設(shè)備情況以及線路區(qū)間的狀態(tài),使盡可能多的列車在相關(guān)的線路和區(qū)間上進(jìn)行運(yùn)行模擬,從而發(fā)現(xiàn)線路區(qū)間的通過(guò)能力。模擬研究在上述方面具有公式計(jì)算所無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，本文利用仿真軟件ATP-EMTP平臺(tái)進(jìn)行模擬仿真分析。13電氣校驗(yàn)各越區(qū)方案應(yīng)保證鐵路的安全運(yùn)行，對(duì)饋線保護(hù)定值、供電臂末端分相絕緣器電壓、供電臂負(fù)荷能力、接觸網(wǎng)電壓水平、繼電保護(hù)性能及操作電源等技術(shù)條件能否滿足要求進(jìn)行校驗(yàn)。五、總體安排2013年8月——2012年10月收集資料，查看文獻(xiàn)調(diào)研國(guó)內(nèi)外研究情況，確定系統(tǒng)整體方案，寫開(kāi)題報(bào)告；2013年11月—2013年12月：確定牽引變壓器最大容量算法，分析現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)得到最大容量；2013年12月—2014年3月：機(jī)車和牽引網(wǎng)仿真模型建模，系統(tǒng)制作；2014年3月—2014年6月：調(diào)試車網(wǎng)耦合仿真參數(shù)，方案試運(yùn)行，按照既有運(yùn)行圖，對(duì)牽引供電系統(tǒng)越區(qū)供電方案進(jìn)行運(yùn)行仿真實(shí)驗(yàn)；2014年6月—2014年10月：針對(duì)試運(yùn)行情況，系統(tǒng)進(jìn)一步完善，并進(jìn)行論文的寫作與修改。參考文獻(xiàn)：[1]曹建設(shè).牽引變壓器的過(guò)負(fù)荷能力及容量的合理選擇[J].電氣化鐵道,2008,1:10-13.[2]易運(yùn)軍,吳利仁，郭欲平等.牽引變壓器的容量及其過(guò)負(fù)載能力[J].電氣化鐵道,1997,4:4-10.[3]賀建閩,黃治清.牽引變壓器容量的合理選擇[J].電氣化鐵道,2005,6:1-5.[4]張子學(xué).電氣化鐵路站用牽引變壓器的過(guò)載能力問(wèn)題[J].變壓器,1992,7-10.[5]吳德范.牽引變壓器過(guò)載能力的研究[J].中國(guó)鐵道科學(xué),1993,14(1):1-23.[6]趙麗珍.高速鐵路區(qū)間通過(guò)能力計(jì)算分析[J].中國(guó)鐵道科學(xué),2001,22(6):54-58.[7]WeedyBH.SomeAspectsofTemperatureRiseinaNaturalCooledOil-Filledthree-phaseTransformer.ElectricMachinesandpowerSystem,1985,10:39~402.[8]黃永皓.關(guān)于兩部制電價(jià)問(wèn)題的研究[J].水電能源科學(xué)，1999,17(3):57-60.[9]李天友.兩部制電價(jià)的改進(jìn)與完善[J].供用電,1998,15(3):41-43.[10]郭明富.交直機(jī)車與交直交機(jī)車混跑仿真研究[D].西南交通大學(xué)，2011,5.[11]陳民武.高速鐵路牽引負(fù)荷特性及其對(duì)電能質(zhì)量的影響研究[J].高速鐵路,2011,3:14-17.[12]王碩禾,萬(wàn)健如,蔡承才,等.基于閾交理論電弧爐系統(tǒng)負(fù)荷容量分析方法[J].電工技術(shù)學(xué)報(bào),2008,23(3):125-130.[13]王彥博.地區(qū)電網(wǎng)供電能力分析研究系統(tǒng).華北電力大學(xué),2012,3.[14]馬利山.地區(qū)電網(wǎng)供電能力評(píng)估與分析.華北電力大學(xué),2012,3.[15]葛少云，韓俊，劉洪等.計(jì)及主變過(guò)載和聯(lián)絡(luò)容量約束的配電系統(tǒng)供電能力計(jì)算方法[J].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào),2011,31(25):97-103.[16]傅瑞斌,侯佑華,劉斌.變壓器過(guò)負(fù)荷能力的利用[J].內(nèi)蒙古電力技術(shù),2002,20(1):48-51.[17]卞超,李軍.大型電力變壓器過(guò)負(fù)荷能力計(jì)算[J].江蘇電機(jī)工程,2005,24(2):12-14.[18]劉盛松,蔣傳文,侯志儉.基于最優(yōu)潮流的最大傳輸能力計(jì)算[J].上海交通大學(xué)學(xué)報(bào),2004,38(8):1233-1237.[19]NERC.Availabletransfercapabilitydefinitionanddetermination,areferencedocumentpreparedbytransmissiontransfercapabilitytaskforce[R].Princeton:NewJersey,1996.[20]DocketNo.RM95-9-000.Openaccesssame-timeinformationsystem(formerlyreal-timeinformationnetworks)andstandardsofconduct[S].[21]EiebeGC,WeightJG,Santos-NietoM.Fastcalcu-lationoflinearavailabletransfercapability[J].IEEETransonPowerSystems,2000,15(3):1112-1116.[22]FlueckJ,ChiangHD,ShahKS.Investigatingtheinstalledrealpowertransfercapabilityofalargescalepowersystemunderaproposedmultiareainter-changescheduleusingCPFLOW[J].IEEETransonPowerSystems,1996,11(2):883-889.[23]DaiY,McC