牽引供電系統(tǒng)外部電源與供電方式課件

電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)

西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院.電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院.1一、電氣化鐵道概述二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析四、牽引供電系統(tǒng)供電方式一、電氣化鐵道概述一、電氣化鐵道概述一、電氣化鐵道概述一、電氣化鐵道概述

目前世界上運(yùn)行的交流電力牽引供變電系統(tǒng)主要有工頻（50Hz或60Hz）單相交流電力牽引供變電系統(tǒng)和低頻（162/3Hz）單相交流電力牽引供變電系統(tǒng)兩種制式。它們都由外部供電線(xiàn)路、牽引變電所、牽引網(wǎng)、分區(qū)所、開(kāi)閉所等裝置和環(huán)節(jié)組成。1、交流牽引供電制式一、電氣化鐵道概述目前世界上運(yùn)行的交流電力牽引供變

單相工頻交流制的牽引供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要在變電所設(shè)置整流和變頻設(shè)備；牽引供電電壓增高，既可保證大功率機(jī)車(chē)的供電，提高機(jī)車(chē)的牽引定數(shù)和運(yùn)行速度，又可使變電所之間的距離延長(zhǎng)，導(dǎo)線(xiàn)截面減少，建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用顯著降低；地中電流對(duì)地下金屬的腐蝕作用小，一般可不設(shè)專(zhuān)門(mén)防護(hù)裝置。一、電氣化鐵道概述（1）單相工頻交流制：1950年法國(guó)在埃克斯.累.班—里亞羅什休爾伏龍區(qū)段試建的25kV工頻單相交流電氣化鐵路成功，25kV工頻單相交流制在世界廣泛推廣，我國(guó)電氣化鐵路全部采用25kV工頻單相交流制。單相工頻交流制的牽引供電系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，不需要一、電氣化鐵道概述從電力系統(tǒng)接受電能，通過(guò)變壓、變相或變頻后，向電氣化鐵道電力機(jī)車(chē)（動(dòng)車(chē)組）負(fù)荷提供所需電壓、頻率制式的電能，并完成牽引電能傳輸、配電等全部功能的專(zhuān)用電氣系統(tǒng)。一、電氣化鐵道概述從電力系統(tǒng)接受電能，通過(guò)變壓、變相或變頻后（2）單相低頻交流制：許多西歐國(guó)家如奧地利、挪威、瑞典和德國(guó)等都采用這種電流制。低頻單相交流電力牽引供變電系統(tǒng)有兩種構(gòu)成形式：一種是早期歐洲部分國(guó)家所采用的電氣化鐵路專(zhuān)用低頻電力系統(tǒng)，建立完全獨(dú)立的電力牽引專(zhuān)用的低頻供電系統(tǒng)，由發(fā)電廠(chǎng)發(fā)出單相低頻電流，經(jīng)高壓輸電線(xiàn)輸送到牽引變電所，在牽引變電所降壓饋送到牽引網(wǎng)。一、電氣化鐵道概述（2）單相低頻交流制：許多西歐國(guó)家如奧地利、挪威、瑞典和德國(guó)另一種低頻單相交流電力牽引供變電系統(tǒng)，由三相工頻交流電力系統(tǒng)獲得電能，經(jīng)牽引變電所降壓變頻后，再經(jīng)過(guò)升壓變壓器將電壓升至15kV后饋送至牽引網(wǎng)。一、電氣化鐵道概述另一種低頻單相交流電力牽引供變電系統(tǒng)，由三相工頻交流電力系統(tǒng)低頻單相交流制牽引系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：電力機(jī)車(chē)或動(dòng)車(chē)組可采用牽引特性良好的單相整流子牽引電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，因?yàn)樵诘皖l（162/3Hz）情況下，這種電動(dòng)機(jī)的換向條件較工頻（50～60Hz）時(shí)更為有利，但由于設(shè)備復(fù)雜，大大限制了其經(jīng)濟(jì)性。在20世紀(jì)中期以前電力電子和傳動(dòng)控制技術(shù)尚不發(fā)達(dá)，這種技術(shù)選擇在當(dāng)時(shí)應(yīng)屬可取的。一、電氣化鐵道概述低頻單相交流制牽引系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)：電力機(jī)車(chē)或動(dòng)車(chē)組可采用牽引特性交直型電力機(jī)車(chē)電力機(jī)車(chē)從接觸網(wǎng)取得25kV工頻單相交流電，經(jīng)車(chē)載變壓器降壓為1500V，整流后向牽引電動(dòng)機(jī)供電。（1）電力機(jī)車(chē)的電氣特性

2、牽引供電系統(tǒng)的負(fù)荷特性

一、電氣化鐵道概述交直型電力機(jī)車(chē)（1）電力機(jī)車(chē)的電氣特性2、牽引供電系統(tǒng)的

交直型電力機(jī)車(chē)采用半控橋式整流，通過(guò)晶閘管控制導(dǎo)通角來(lái)控制機(jī)車(chē)出力，所以，交直機(jī)車(chē)在整流過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生諧波，功率因數(shù)較低。SS4型貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)

SS8型客運(yùn)電力機(jī)車(chē)一、電氣化鐵道概述交直型電力機(jī)車(chē)采用半控橋式整流，通過(guò)晶閘管控制導(dǎo)通角來(lái)

交直交型電力機(jī)車(chē)（動(dòng)車(chē)組）1979年德國(guó)開(kāi)發(fā)了世界首臺(tái)大功率干線(xiàn)交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)，克服了交直型電力機(jī)車(chē)的缺點(diǎn)。一、電氣化鐵道概述交直交型電力機(jī)車(chē)（動(dòng)車(chē)組）一、電氣化鐵道概述一、電氣化鐵道概述交流牽引電機(jī)功率大、過(guò)載能力強(qiáng)、噪聲小、調(diào)速范圍寬(0～5000r/min左右)、再生制動(dòng)力巨大。交直交機(jī)車(chē)采用四象限整流，通過(guò)GTO或IGBT控制導(dǎo)通和關(guān)斷角來(lái)控制機(jī)車(chē)的出力，可分別控制導(dǎo)通和關(guān)斷機(jī)車(chē)主變壓器的若干個(gè)低壓繞組的整流，使電流波形逼近正弦波，且電流與電壓的相位基本同步。交直交型電力機(jī)車(chē)的諧波含量很小、功率因數(shù)高。我國(guó)于1991年開(kāi)始進(jìn)行交流傳動(dòng)電力機(jī)車(chē)的研究，先后研制成功了交直交動(dòng)車(chē)組和交直交貨運(yùn)電力機(jī)車(chē)。鐵路計(jì)劃逐漸全面推廣交直交型電力機(jī)車(chē)和動(dòng)車(chē)組。一、電氣化鐵道概述交流牽引電機(jī)功率大、過(guò)載能力強(qiáng)、噪

列車(chē)的負(fù)荷大小，主要與列車(chē)牽引重量、運(yùn)行速度、線(xiàn)路坡度等因素有關(guān)。列車(chē)負(fù)荷與牽引重量的關(guān)系在運(yùn)行速度、線(xiàn)路坡度相同的情況下，列車(chē)負(fù)荷與牽引重量成正比。列車(chē)負(fù)荷與運(yùn)行速度的關(guān)系列車(chē)運(yùn)行速度越高，空氣阻力越大，空氣阻力隨速度呈幾何級(jí)數(shù)增長(zhǎng)。在牽引重量、線(xiàn)路坡度相同的情況下，運(yùn)行速度越高，牽引功率和能耗大幅度提高。高速時(shí)，列車(chē)主要克服空氣阻力運(yùn)行，持續(xù)受流時(shí)間長(zhǎng)。一、電氣化鐵道概述（2）列車(chē)的負(fù)荷特性

列車(chē)的負(fù)荷大小，主要與列車(chē)牽引重量、運(yùn)行速度、線(xiàn)路坡度負(fù)荷與線(xiàn)路坡度的關(guān)系列車(chē)爬坡的情況下克服重力運(yùn)行，在運(yùn)行速度較低時(shí)，空氣阻力較小，線(xiàn)路坡度對(duì)牽引負(fù)荷的影響較大。高速列車(chē)的空氣阻力較大，列車(chē)主要克服空氣阻力運(yùn)行，線(xiàn)路坡度對(duì)牽引負(fù)荷的影響較小。一、電氣化鐵道概述負(fù)荷與線(xiàn)路坡度的關(guān)系一、電氣化鐵道概述牽引變電所的負(fù)荷大小，與供電臂中運(yùn)行的列車(chē)數(shù)量、鐵路線(xiàn)路坡度及列車(chē)運(yùn)行速度等因素有關(guān)。實(shí)測(cè)牽引變電所負(fù)荷曲線(xiàn)實(shí)例一、電氣化鐵道概述（3）牽引變電所的負(fù)荷特性

牽引變電所的負(fù)荷大小，與供電臂中運(yùn)行的列車(chē)數(shù)量、鐵路

牽引變電所負(fù)荷具有如下特點(diǎn)：負(fù)荷波動(dòng)頻繁每一條鐵路沿線(xiàn)線(xiàn)路條件千差萬(wàn)別，列車(chē)在運(yùn)行時(shí)速度和線(xiàn)路坡度隨時(shí)都在變化；且列車(chē)在鐵路上按信號(hào)運(yùn)行，在鐵路運(yùn)輸狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，在供電臂內(nèi)列車(chē)數(shù)量疏密不等。所以，牽引變電所兩供電臂內(nèi)，列車(chē)的數(shù)量及每一列車(chē)的負(fù)荷狀態(tài)隨時(shí)都在變化，牽引變電所的負(fù)荷呈現(xiàn)出頻繁波動(dòng)的狀態(tài)。一、電氣化鐵道概述牽引變電所負(fù)荷具有如下特點(diǎn)：一、電氣化鐵道概述

牽引變電所負(fù)荷具有如下特點(diǎn)：負(fù)荷大小不均衡牽引變電所的負(fù)荷隨著兩供電臂內(nèi)列車(chē)的數(shù)量及每一列車(chē)的負(fù)荷狀態(tài)隨時(shí)波動(dòng)，有時(shí)輕載，甚至空載。有時(shí)負(fù)載較重，在節(jié)假日、鐵路故障后恢復(fù)行車(chē)等情況下，會(huì)出現(xiàn)列車(chē)緊密追蹤情況，在軍運(yùn)、煤電油運(yùn)、農(nóng)運(yùn)等特殊運(yùn)輸期間，也會(huì)出現(xiàn)列車(chē)緊密追蹤情況。此時(shí)，牽引變電所會(huì)出現(xiàn)負(fù)荷高峰值。一、電氣化鐵道概述牽引變電所負(fù)荷具有如下特點(diǎn)：一、電氣化鐵道概述負(fù)載率低牽引變電所的負(fù)荷是由鐵路運(yùn)量、列車(chē)速度、線(xiàn)路條件等因素決定的，列車(chē)運(yùn)行時(shí)受流狀態(tài)隨時(shí)都在發(fā)生變化，平均負(fù)荷較低。但牽引變電所供電能力必須適應(yīng)短時(shí)出現(xiàn)的高峰負(fù)荷的需要。所以，牽引變電所的負(fù)載率很低。一、電氣化鐵道概述負(fù)載率低一、電氣化鐵道概述二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求1、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求1、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的1、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求高壓輸電網(wǎng)：500/220/110kV低壓配電網(wǎng)：35/10/0.38kV1、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的牽引變電所牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)單相工頻交流25kV饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌牽引變壓器220kV或110kV發(fā)電機(jī)升壓變壓器高壓輸電線(xiàn)路降壓變壓器用電設(shè)備降壓變壓器三相工頻交流二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求牽引牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)單相工頻交流25kV饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼2、牽引供電系統(tǒng)外部電源供電方式單電源雙回輸電線(xiàn)路供電方式牽引變電所電源進(jìn)線(xiàn)來(lái)自一個(gè)電源點(diǎn)，需要雙回路輸電線(xiàn)，為保證電壓水平，輸電線(xiàn)路距離較短，牽引變電所數(shù)目不應(yīng)超過(guò)兩個(gè)，供電的可靠性和靈活性較差，變電所為雙T接線(xiàn)。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求2、牽引供電系統(tǒng)外部電源供電方式單電源雙回輸電線(xiàn)路供電方式牽2、牽引供電系統(tǒng)外部電源供電方式雙電源環(huán)網(wǎng)單回路供電方式牽引變電所電源進(jìn)線(xiàn)來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同電源點(diǎn)（地區(qū)變電所），變電所接入數(shù)目在2個(gè)及以上時(shí)應(yīng)采用橋形接線(xiàn)，可靠性較高，用于電力系統(tǒng)的非主要功率傳輸線(xiàn)上。電力系統(tǒng)向牽引變電所專(zhuān)門(mén)供電時(shí)采用。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求2、牽引供電系統(tǒng)外部電源供電方式雙電源環(huán)網(wǎng)單回路供電方式牽引2、牽引供電系統(tǒng)外部電源供電方式雙電源環(huán)網(wǎng)雙回供電方式牽引變電所電源進(jìn)線(xiàn)來(lái)自?xún)蓚€(gè)不同電源點(diǎn)（地區(qū)變電所），且若干變電所的一次側(cè)進(jìn)（出）線(xiàn)與電力系統(tǒng)連成環(huán)形網(wǎng)，可靠性高，不影響系統(tǒng)的功率傳輸。用于WL2為電力系統(tǒng)的主要功率傳輸線(xiàn)不能破口另需另設(shè)線(xiàn)路2為電氣化鐵路專(zhuān)用線(xiàn)時(shí)。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求2、牽引供電系統(tǒng)外部電源供電方式雙電源環(huán)網(wǎng)雙回供電方式牽引變2、牽引供電系統(tǒng)外部電源供電方式多電源混合供電方式它由多電源環(huán)網(wǎng)供電、雙回輸電線(xiàn)路和輻射供電（電源G3直接終端牽引變電所供電）等方式綜合構(gòu)成。用于電力系統(tǒng)電源點(diǎn)較多的情況。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求2、牽引供電系統(tǒng)外部電源供電方式多電源混合供電方式它由多電源優(yōu)質(zhì)的供、用電應(yīng)具有以下特征：

(1)供電電壓具有穩(wěn)定的標(biāo)稱(chēng)頻率、幅值和波形；

(2)保持三相電壓和電流的平衡，保證電網(wǎng)最大傳輸效率；

(3)持續(xù)穩(wěn)定和充足的電能供應(yīng)；

(4)低廉的電價(jià)；

(5)對(duì)環(huán)境的不良影響較小。3、電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的基本要求二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求優(yōu)質(zhì)的供、用電應(yīng)具有以下特征：3、電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的基本要求GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差GB/T15945-2008電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差GB/T15543-2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡度GB/T12326-2008電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T24337-2009電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波

GB/T18481-2001電能質(zhì)量暫時(shí)過(guò)電壓和瞬態(tài)過(guò)電壓電能質(zhì)量國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差電能牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)25kV饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌電力系統(tǒng)牽引變壓器電能質(zhì)量公共連接點(diǎn)（PCC）或供用電協(xié)議規(guī)定的電能計(jì)量點(diǎn)牽引供電系統(tǒng)與其電源，即三相電力系統(tǒng)（公用電網(wǎng)）之間通過(guò)PCC點(diǎn)的電能質(zhì)量相互約束。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)25kV饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌電力系統(tǒng)牽引電電能質(zhì)量——電壓偏差GB/T12325—2008電能質(zhì)量供電電壓允許偏差交流50Hz電力系統(tǒng)供電電壓偏差定義為實(shí)測(cè)電壓與額定電壓之差，以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示。

35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過(guò)額定電壓的10%；二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求電能質(zhì)量——電壓偏差GB/T12325—2008電能質(zhì)量機(jī)車(chē)受電點(diǎn)電壓=牽引變壓器空載電壓-牽引變電所壓損-牽引網(wǎng)壓損

在牽引供電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中要求牽引網(wǎng)電壓水平不低于19kV，需要考慮最小短路容量，即在系統(tǒng)短路阻抗較大的情況下，能否滿(mǎn)足列車(chē)牽引的需要。電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的電壓水平受電力系統(tǒng)電壓損失、牽引變壓器電壓損失和牽引網(wǎng)電壓損失三方面制約。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求機(jī)車(chē)受電點(diǎn)電壓=牽引變壓器空載電壓-牽引變電所壓損-牽引網(wǎng)壓牽引變電所牽引變電所饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌25kV二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求牽引牽引饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌25kV二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電電壓損失概念及計(jì)算方法壓降：壓損：矢量差算數(shù)差很小，近似工程上二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求電壓損失概念及計(jì)算方法壓降：壓損：矢量差算數(shù)差很小，近似工程計(jì)算到負(fù)荷端口，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下式中，XS為負(fù)荷端口看出的電網(wǎng)等值相電抗，；

Q為該相線(xiàn)路傳輸?shù)臒o(wú)功功率，kvar；

UN為線(xiàn)路額定相電壓，kV；

為負(fù)荷功率因數(shù)角，感性負(fù)荷取正值。忽略電阻或二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求計(jì)算到負(fù)荷端口，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下忽略電阻或二、牽引供電按三相負(fù)荷，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下式中，UN為線(xiàn)路額定相電壓，kV；

Sk為負(fù)荷端口的系統(tǒng)三相短路容量，MVA；

ST為負(fù)荷三相容量，kVA；負(fù)荷功率因數(shù)角。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求按三相負(fù)荷，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下式中，UN為線(xiàn)路額定相電壓進(jìn)一步，計(jì)算電壓偏差式中，Sk為負(fù)荷端口的系統(tǒng)三相短路容量，MVA；

ST為負(fù)荷三相容量，kVA；

負(fù)荷功率因數(shù)角。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求進(jìn)一步，計(jì)算電壓偏差二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求

當(dāng)前我國(guó)電氣化鐵路的已有牽引變電所用電容量最大達(dá)到80MVA，高速客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)牽引變遠(yuǎn)期規(guī)劃容量達(dá)120MVA。對(duì)應(yīng)不同容量的牽引變壓器，為保證供電臂未端電壓不低于20kV，系統(tǒng)短路容量如下：二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求當(dāng)前我國(guó)電氣化鐵路的已有牽引變電所用電容量牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌負(fù)荷的變化使PCC點(diǎn)電壓幅值在額定值附近變化①減小系統(tǒng)等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV②減小無(wú)功功率在系統(tǒng)的傳輸，即提高功率因數(shù)：采用交-直-交型電力機(jī)車(chē)；無(wú)功就地補(bǔ)償二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌負(fù)荷的變化使P電能質(zhì)量——諧波牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌電源為工頻（基波）50Hz的正弦波機(jī)車(chē)為非線(xiàn)性負(fù)載，是諧波電流源25kV負(fù)載的非線(xiàn)性使得系統(tǒng)的電壓、電流波形發(fā)生畸變二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求電能質(zhì)量——諧波牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼

根據(jù)GB/T14549-93，電網(wǎng)公共連接點(diǎn)第h次諧波電壓含有率HRUh按下式計(jì)算式中，Ih為注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的總h次諧波電流，A；

h為諧波次數(shù)；Sk為公共連接點(diǎn)的三相短路容量，MVA；

UN和UL分別為公共連接點(diǎn)的額定相電壓和線(xiàn)電壓，kV。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求根據(jù)GB/T14549-93，電網(wǎng)公共連牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌①減小系統(tǒng)等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV②減小注入系統(tǒng)的諧波電流：采用交-直-交型電力機(jī)車(chē)；裝設(shè)濾波器二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌①減小系統(tǒng)等值電能質(zhì)量——電壓不平衡度牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌三相對(duì)稱(chēng)電源（正序）負(fù)載的不對(duì)稱(chēng)使得系統(tǒng)電壓、電流不再對(duì)稱(chēng)機(jī)車(chē)為單相負(fù)載25kV二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求電能質(zhì)量——電壓不平衡度牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋線(xiàn)回流線(xiàn)

大功率單相負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)的沖擊，要求系統(tǒng)有足夠的承受能力。采用單相牽引變電所的負(fù)序功率等于牽引負(fù)荷功率。GB/T15543-2008三相電壓允許不平衡度電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)處的電壓不平衡度應(yīng)滿(mǎn)足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T15543-95）的要求，正常電壓不平衡度允許值為2％，短時(shí)不得超過(guò)4％。電壓不平衡度二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求大功率單相負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)的沖擊，要求系統(tǒng)有足夠的承受式中，I2為注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的A相負(fù)序電流，A；

Sk為公共連接點(diǎn)的三相短路容量，MVA；

UN和UL分別為公共連接點(diǎn)的額定相電壓和線(xiàn)電壓，kV。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌三相對(duì)稱(chēng)電源（正序）負(fù)載的不對(duì)稱(chēng)使得系統(tǒng)電壓、電流不再對(duì)稱(chēng)機(jī)車(chē)為單相負(fù)載①減小系統(tǒng)等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV②減小負(fù)載的不對(duì)稱(chēng)性：各牽引變電所的循環(huán)換相；平衡變壓器；補(bǔ)償裝置。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋線(xiàn)回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌三相對(duì)稱(chēng)電源（

電力系統(tǒng)短路容量大小是反映該點(diǎn)短路時(shí)短路電流的大小，同時(shí)也就反映了該點(diǎn)至恒定電壓點(diǎn)之間總電抗的大小。短路容量值越大，說(shuō)明該點(diǎn)與電源聯(lián)系越緊密，電氣量越穩(wěn)定。短路容量是估計(jì)電力系統(tǒng)供電能力的重要依據(jù)。

電力系統(tǒng)發(fā)電容量越大，短路容量越大；負(fù)載點(diǎn)距離電力系統(tǒng)電源越近，短路容量越大。一方面：電力系統(tǒng)短路容量越大，電能質(zhì)量越好。高速鐵路普遍采用高電壓、大容量電源供電。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求電力系統(tǒng)短路容量大小是反映該點(diǎn)短路時(shí)短路電流的大小，三、國(guó)外高鐵外部供電電源世界主要高速鐵路國(guó)家電鐵供電電源電壓等級(jí)國(guó)名鐵路名稱(chēng)最高速度(km/h)供電電壓(kV)附注日本東海道新干線(xiàn)300275個(gè)別站154kV山陽(yáng)新干線(xiàn)300275個(gè)別站154kV北陸新干線(xiàn)300275東北新干線(xiàn)260275個(gè)別站154kV上越新干線(xiàn)275275法國(guó)巴黎－里昂3002251個(gè)站400kV巴黎－圖爾3002251個(gè)站400kV巴黎－加萊3002251個(gè)站400kV里昂－瓦朗斯300225瓦朗斯－馬賽350225巴黎－斯特拉斯堡3502251個(gè)站400kV三、國(guó)外高鐵外部供電電源世界主要高速鐵路國(guó)家電鐵供電電源電壓世界主要高速鐵路國(guó)家電鐵供電電源電壓等級(jí)西班牙馬德里－塞維利亞2502203個(gè)站132kV，短路容量不小于2000MVA馬德里－巴塞羅那3504003個(gè)站220kV高速鐵路普遍采用高電壓、大容量電源供電。三、國(guó)外高鐵外部供電電源世界主要高速鐵路國(guó)家電鐵供電電源電壓等級(jí)西馬德里－塞維利亞韓國(guó)電鐵接入系統(tǒng)的短路容量韓國(guó)電力變電所短路容量(MVA)高速鐵路變電所陵谷10,140高陽(yáng)

一洞8,418安山

秋八4,003平澤

清原12,286新清州

沃川7,504沃川

金泉4,325金泉

凡川7,611釜山韓國(guó)電力系統(tǒng)最高電壓354kV，下一級(jí)是154kV，沒(méi)有220kV的電壓等級(jí)。由于354kV不能直接給用戶(hù)供電，所以電鐵的電力系統(tǒng)接入電壓等級(jí)為154kV，但其系統(tǒng)短路容量很大。三、國(guó)外高鐵外部供電電源韓國(guó)電鐵接入系統(tǒng)的短路容量韓國(guó)電力變電所短路容量(MVA)隨著電網(wǎng)發(fā)展，系統(tǒng)短路容量呈日益加大的趨勢(shì)，則系統(tǒng)的短路阻抗減小，對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響：①使得系統(tǒng)電壓損失降低，從而牽引變壓器出口電壓水平提高，牽引網(wǎng)電壓水平提高。②負(fù)序電壓、諧波電壓畸變對(duì)系統(tǒng)的影響相對(duì)減??；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得負(fù)序電流和諧波電流在系統(tǒng)中的滲透發(fā)生改變。③牽引變壓器進(jìn)線(xiàn)短路容量增大。牽引變電所高、低壓側(cè)的各種電氣設(shè)備、開(kāi)關(guān)電器等將承受更大的短路電流。系統(tǒng)短路容量不可能無(wú)限制變大，目前部分地區(qū)已經(jīng)因?yàn)槎搪啡萘刻髮?dǎo)致開(kāi)關(guān)選擇的困難。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求隨著電網(wǎng)發(fā)展，系統(tǒng)短路容量呈日益加大的趨勢(shì)，則系統(tǒng)的短路阻抗主要有兩種方案：（一）源頭控制。在干擾負(fù)荷主電路上改進(jìn)，如改交直型機(jī)車(chē)為交直交機(jī)車(chē)或動(dòng)車(chē)組，可以從根本上解決諸如功率因數(shù)、諧波等問(wèn)題。（二）綜合補(bǔ)償技術(shù)。綜合作用：提高功率因數(shù)、濾除諧波、減少負(fù)序電流。另一方面，作為用戶(hù)，牽引供電系統(tǒng)本身要采取措施減小對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求主要有兩種方案：另一方面，作為用戶(hù)，牽引供電系統(tǒng)本身要采牽引變電所換相連接

在減小負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)造成的負(fù)序電流方面，歐洲各國(guó)大都采用單相變壓器，為減小單相牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中的電流不平衡，各變電所采取按相序輪換方式接入系統(tǒng)，使全區(qū)達(dá)到平衡的措施。法國(guó)為改善不平衡狀態(tài)，最初采用Scott平衡變壓器，但沒(méi)能解決電壓不平衡對(duì)電力系統(tǒng)的影響。后來(lái)，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，全部以單相變壓器代替，并且使用輪換相序接入電力系統(tǒng)，使不同變電所產(chǎn)生的負(fù)序電流部分抵消，削弱了電鐵產(chǎn)生的負(fù)序電流。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求牽引變電所換相連接二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求單相牽引變電所換相連接方案1：由3臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán)電分相上承受電壓為二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求單相牽引變電所換相連接電分相上承受電壓為二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外方案2：由6臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán)電分相上承受電壓為二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求方案2：由6臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán)電分相上承受電壓為二、牽引供Vv接線(xiàn)變壓器換相連接（1）按對(duì)稱(chēng)要求規(guī)定供電分區(qū)電壓順序?yàn)?、、、等。兩相鄰變電所間分區(qū)所的供電分區(qū)的電壓相同。（2）所有變電所變壓器副邊以同名端接地。二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求Vv接線(xiàn)變壓器換相連接（1）按對(duì)稱(chēng)要求規(guī)定供電分區(qū)電壓順序?yàn)槎?、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求YNd11接線(xiàn)：AA-B-BCC-A25kV電分相電分相Vv接線(xiàn)：ABAB-BC-BCCACA-AB單相接線(xiàn)：AB-BC-BCCACA-AB-AB牽引變電所的換相連接二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求YNd11接線(xiàn)：AA-B采用平衡變壓器

與法國(guó)不同，日本采用Scott接線(xiàn)或變形WB接線(xiàn)的平衡變壓器，變壓器一次側(cè)不換相接入電源。當(dāng)兩個(gè)供電臂上的負(fù)荷完全相同時(shí)，一次側(cè)就不會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流，利用這種特殊接線(xiàn)方式的變壓器來(lái)消除電氣化鐵路負(fù)荷不對(duì)稱(chēng)對(duì)電力系統(tǒng)所造成的影響。日本RPC平衡變次邊電流兩供電臂負(fù)載電流二、牽引供電系統(tǒng)對(duì)外部電源的要求采用平衡變壓器日本RPC平衡變次邊電流兩供電臂負(fù)載電流二、牽三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析GB/T159451995《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率允許偏差》簡(jiǎn)介電力系統(tǒng)頻率偏差：系統(tǒng)頻率的實(shí)際值與額定值之差。頻率偏差允許值：電力系統(tǒng)正常頻率偏差允許值為0.2Hz；當(dāng)系統(tǒng)容量小于3000MW時(shí)，偏差值可以放寬到0.5Hz。沖擊負(fù)荷引起的系統(tǒng)頻率變動(dòng)一般不得超過(guò)0.2Hz，根據(jù)沖擊負(fù)荷性質(zhì)、大小以及系統(tǒng)的條件也可適當(dāng)調(diào)整限值，但應(yīng)保證電網(wǎng)發(fā)電機(jī)組和用戶(hù)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析GB/T159451995《中華人民共和國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)電能電網(wǎng)頻率實(shí)測(cè)案例：圖為成(都)-達(dá)(州)鐵路大英牽引變電所110kV電網(wǎng)頻率實(shí)測(cè)結(jié)果，其偏差遠(yuǎn)小于0.2Hz，表明我國(guó)主網(wǎng)有功功率比較充足。三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析電網(wǎng)頻率實(shí)測(cè)案例：圖為成(都)-達(dá)(州)鐵路大英牽引變電所1但在弱小電網(wǎng)，負(fù)荷較小的變動(dòng)都可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率較大波動(dòng),下圖是青藏線(xiàn)安多35kV配電所的頻率測(cè)試情況。當(dāng)雄－安多297km鐵路專(zhuān)用輸電線(xiàn)路退出時(shí),那曲－安多各個(gè)35kV鐵路配電所由查龍水電站（裝機(jī)容量8000kW）供電。從安多35kV配電所頻率測(cè)試結(jié)果可以看出，在這一過(guò)程中，電網(wǎng)頻率出現(xiàn)1~2分鐘的較大波動(dòng)。三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析但在弱小電網(wǎng)，負(fù)荷較小的變動(dòng)都可能導(dǎo)致電網(wǎng)頻率較大波動(dòng),下圖圖為內(nèi)－昆鐵路鹽津牽引變電所試運(yùn)行的測(cè)試情況，上圖為110kV母線(xiàn)A相電壓，下圖為A相電流。向該所供電的云南昭通電網(wǎng)較為薄弱，造成空載時(shí)變電所110kV母線(xiàn)電壓偏高，負(fù)荷時(shí)偏低。在昭通電網(wǎng)擴(kuò)能改造之后，這一狀況得以改變。三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析圖為內(nèi)－昆鐵路鹽津牽引變電所試運(yùn)行的測(cè)試情況，上圖為110k測(cè)試實(shí)例：測(cè)試期間，洛陽(yáng)東牽引變電所110kV電壓不平衡度最大值為2.33%，95%概率值為1.30%，符合國(guó)標(biāo)要求,說(shuō)明河南電網(wǎng)比較強(qiáng)大。三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析測(cè)試實(shí)例：測(cè)試期間，洛陽(yáng)東牽引變電所110kV電壓不平衡度最測(cè)試實(shí)例：江油牽引變電所，測(cè)試期間110kV電壓不平衡度最大值為1.70%，符合國(guó)標(biāo)要求。該所110kV母線(xiàn)三相電壓平衡狀況良好的原因除其緊鄰江油熱電廠(chǎng)外，牽引變壓器采用平衡接線(xiàn)方式也是一個(gè)重要原因。三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析測(cè)試實(shí)例：江油牽引變電所，測(cè)試期間110kV電壓不平衡度最大

瀘沽牽引變電所110kV母線(xiàn)最小短路容量不足400MVA。盡管該所負(fù)荷遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于洛陽(yáng)東牽引變電所，但從測(cè)試結(jié)果看，該所110kV母線(xiàn)三相電壓不平衡度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于洛東變電所。另一案例，成－昆鐵路瀘沽牽引變電所，裝接容量為220MVA，日通過(guò)能力為22對(duì)車(chē)／天。西昌電網(wǎng)為小電網(wǎng)，西昌220kV變電所供電設(shè)備容量180MVA；110kV公共連接點(diǎn)最小短路容量為613MVA；三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析瀘沽牽引變電所110kV母線(xiàn)最小短路容量不足400M

平果變A相電壓總諧波畸變率田東變A相電壓總諧波畸變率典型案例：南昆電氣化鐵道廣西境內(nèi)由南寧電網(wǎng)和百色地區(qū)電網(wǎng)供電，南寧電網(wǎng)主要由廣西主網(wǎng)供電，百色地區(qū)電網(wǎng)則由廣西電網(wǎng)一部分以及地方小水電、小火電廠(chǎng)聯(lián)合供電。平果和田東變電所相鄰，地理情況和鐵路運(yùn)量相當(dāng)。由于百色電網(wǎng)容量較小，所以田東變電所諧波電壓情況較平果變電所嚴(yán)重得多。三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析平果變A相電壓總諧波畸變率田東變A相田林變110kV側(cè)A相電壓總諧波畸變率百色變110kV側(cè)A相電壓總諧波畸變率田東變110kV側(cè)A相電壓總諧波畸變率平林變110kV側(cè)A相電壓總諧波畸變率南－昆電氣化鐵路百色電網(wǎng)諧波電壓測(cè)試情況三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析田林變110kV側(cè)A相電壓總諧波畸變率百色變110kV側(cè)A相洛陽(yáng)東牽引變電所諧波測(cè)試實(shí)例：河南電網(wǎng)較強(qiáng)大。該時(shí)段內(nèi)，最大諧波電壓綜合畸變率為2.62%；95%概率大值為1.89%，符合諧波國(guó)標(biāo)要求。三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析洛陽(yáng)東牽引變電所諧波測(cè)試實(shí)例：河南電網(wǎng)較強(qiáng)大。該時(shí)段內(nèi)，最諧波治理中值得關(guān)注的現(xiàn)象：背景諧波電壓2001年8月15日17時(shí)至16日17時(shí),成－昆鐵路黃聯(lián)關(guān)、瀘沽牽引變電所向西昌北牽引變電所實(shí)施24小時(shí)越區(qū)供電。西昌北變電所背景諧波測(cè)試如圖所示，可想而知,如果在西昌北變電所設(shè)置濾波裝置，將無(wú)法取得令人滿(mǎn)意的諧波電壓治理效果。三、牽引變電所實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析諧波治理中值得關(guān)注的現(xiàn)象：背景諧波電壓2001年8月1四、牽引供電系統(tǒng)供電方式四、牽引供電系統(tǒng)供電方式1、直接供電方式（TR）四、牽引供電系統(tǒng)供電方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投資最少，維護(hù)費(fèi)用低。直接供電方式的鋼軌電位高；對(duì)弱電系統(tǒng)的電磁干擾較大。改進(jìn)供電方式目標(biāo)：①降低鋼軌電位；②減小對(duì)弱電系統(tǒng)的電磁干擾。③具有更強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），供電距離更長(zhǎng)，變電所數(shù)量更少，減小分相數(shù)量。25kV1、直接供電方式（TR）四、牽引供電系統(tǒng)供電方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，投2、BT(吸流變壓器)供電方式四、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)中串接吸流變壓器，間隔約1.5km-4km。吸流變壓器變比：1：1；回流線(xiàn)與接觸網(wǎng)同桿架設(shè)牽引變電所回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIIIBT供電方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：①長(zhǎng)回路中鋼軌電位降為0；②長(zhǎng)回路磁場(chǎng)完全平衡，電磁干擾降至最低。III25kV2、BT(吸流變壓器)供電方式四、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)串入吸流變壓器牽引網(wǎng)阻抗增大供電臂電壓損失增大供電臂末端電壓水平降低為電壓水平，縮短供電臂的距離2、BT(吸流變壓器)供電方式牽引變電所回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌吸流變壓器吸流變壓器25kV四、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)串入吸流變壓器牽引網(wǎng)阻抗增大供電臂電壓損失增大供電臂末2、BT(吸流變壓器)供電方式四、牽引供電系統(tǒng)供電方式BT供電方式供電能力最差。BT供電方式不適合高速列車(chē)的運(yùn)行。牽引變電所回流線(xiàn)接觸網(wǎng)鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIII25kVIII2、BT(吸流變壓器)供電方式四、牽引供電系統(tǒng)供電方式BT供3、帶回流線(xiàn)的直接供電方式(TRNF)四、牽引供電系統(tǒng)供電方式回流線(xiàn)與接觸網(wǎng)同桿架設(shè)，兩組導(dǎo)線(xiàn)之間有互感，鋼軌電流部分由回流線(xiàn)回流。帶回流線(xiàn)的直接供電方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：相對(duì)直接供電方式，①鋼軌電位一定程度上有所降低；②電磁干擾一定程度上有所減小。IIII25kV3、帶回流線(xiàn)的直接供電方式(TRNF)四、牽引供電系統(tǒng)供電方3、帶回流線(xiàn)的直接供電方式(TRNF)回流線(xiàn)與鋼軌并聯(lián)牽引網(wǎng)阻抗減小供電臂電壓損失減小供電臂末端電壓水平提高供電臂的距離增長(zhǎng)約30%25kV四、牽引供電系統(tǒng)供電方式3、帶回流線(xiàn)的直接供電方式(TRNF)回流線(xiàn)與鋼軌并聯(lián)牽引網(wǎng)3、帶回流線(xiàn)的直接供電方式(TRNF)四、牽引供電系統(tǒng)供電方式帶回流線(xiàn)的直接供電方式實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：③具有更強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），變電所數(shù)量更少，減小分相數(shù)量。IIII25kV3、帶回流線(xiàn)的直接供電方式(TRNF)四、牽引供電系統(tǒng)供電方4、AT(自耦變壓器)供電方式四、牽引供電系統(tǒng)供電方式nn自耦變壓器器兩端繞組