第2章電力牽引與電氣計算課件

第2章電力牽引與電氣計算課件第二章

電力牽引與電氣計算第二章

電力牽引與電氣計算本章主要內(nèi)容牽引特性牽引計算饋線電流牽引網(wǎng)電壓本章主要內(nèi)容牽引特性§2.1概述

牽引供電系統(tǒng)是通過電力機車將電能轉化成機械能來牽引列車運動的。電車機車的型號：國產(chǎn)—SS1、SS3、SS4、SS7、SS8、SS9等進口—前蘇聯(lián)6G、日本6K、法國8K交直交機車—CRH系列動車組§2.1概述牽引供電系統(tǒng)是通過電力機車將電能轉化成機械

電力機車由于受運行圖及牽引重量、線路狀況、司機操作情況等因素的影響，使牽引過程包括了啟動、減速、惰性、正常牽引、制動等多種工況。其從牽引網(wǎng)的取流也在較大范圍內(nèi)變化，加上線路上列車的密度及種類的變化，使得饋線負荷的變化具有隨機性。進行牽引負荷及電氣量的精確計算是復雜而困難的。電力機車由于受運行圖及牽引重量、線路圖圖§2.2電力機車牽引特性交直（AC/DC)型電力機車：實現(xiàn)這一轉變過程的是機車主電路，以SS1為例。機車牽引變壓器全波整流電路直流牽引電機25kV,50Hz~降壓整流§2.2電力機車牽引特性交直（AC/DC)型電力機車：機車SS1型電力機車主電路25kV機車主變壓器平波電抗器直流牽引電機，串勵機整流機組700kW機車功率4200kWSS1型電力機車主電路25kV機車主變壓器平波電抗器直流牽引電力機車的工作過程牽引變電所輸出的高壓交流電送到接觸網(wǎng)以后，由機車受電弓和接觸線接觸而引入機車，機車電流經(jīng)主斷路器、高壓電流互感器，到機車變壓器高壓繞組，再經(jīng)過低壓電流互感器、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。電力機車的工作過程牽引變電所輸出的高壓交流電送到接觸網(wǎng)電力機車的工作過程機車主變壓器將高壓交流電變?yōu)榈蛪航涣麟?，再?jīng)過整流器組整流后變?yōu)橹绷鳎┙o牽引電動機，牽引電動機得電旋轉，其轉軸輸出的機械功率通過齒輪傳動裝置傳送給輪對，輪對作用于軌道，軌道以大小相等、方向相反的力作用于輪對，從而形成牽引力，牽引列車運行。電力機車的工作過程機車主變壓器將高壓交流電變?yōu)榈蛪航浑娏C車簡況及其牽引特性交流電力機車因主電動機和種類而異。a.接受交流電后變換為直流利用直流電動機運行b.直接將交流降壓后利用交流整流子電動機運行目前多采用的是將交流變換為直流后利用直流串勵電動機運行。電力機車簡況及其牽引特性交流電力機車因主電動機和種類而異。1.電力機車特性的要求：①電力機車出發(fā)時，速度為零，需要很大的力；要求起動加速力大。②充分利用牽引電動機容量；列車輕載時，運行速度高；重載時，運行速度低。2.直流串勵電動機特性：①起動轉矩大，過載能力強。②當負載轉矩增加時，電動機轉速會自動下降。即低速時所需轉矩大，高速時所需轉矩小。1.電力機車特性的要求：§2.3牽引計算

牽引計算是根據(jù)機車類型、牽引重量及必要的線路條件等原始數(shù)據(jù)，為電氣化鐵路設計提供必要的結果的過程。牽引計算需要的原始數(shù)據(jù)主要有：1.機車參數(shù)，包括機車類型及其牽引特性，機車重量；2.上、下行單列牽引重量；3.線路情況，如區(qū)段總長度，最小曲線半徑，上、下行坡道等。§2.3牽引計算牽引計算是根據(jù)機車類型、牽引重量及要求提供的主要結果有：1.區(qū)間運行時分及帶電運行時分；2.區(qū)間上、下行能耗；3.列車運行曲線(速度-距離、時間-距離、取流-距離等）牽引計算中獲得列車運行曲線是問題的關鍵！要求提供的主要結果有：列車運行曲線列車電流曲線與列車運行的狀況有關。通過司機操作，機車可在啟動、正常牽引、惰行、制動等多種狀態(tài)下運行。惰行：機車斷電運行，靠慣性行駛。制動：對列車加制動力，使列車減速或停止前進。列車運行曲線列車電流曲線與列車運行的狀況有關。機械制動—通過司機操縱，啟動車輛制動閥來實現(xiàn)；電能制動（電氣制動）—將電動機轉換為他勵發(fā)電機，從而將制動中的機械能轉化為電能。

電阻制動（能耗制動）—將制動產(chǎn)生的電能消耗在電阻器上，變成熱能散發(fā)；

再生反饋制動—將電能反送到牽引網(wǎng)，供其他處于牽引狀態(tài)的機車使用或返回電力系統(tǒng)。機械制動—通過司機操縱，啟動車輛制動閥來實現(xiàn)；a.列車運行速度v與列車走行距離的關系，v=f(l)可由原始資料中獲得；b.列車走行時間t與列車走行距離的關系，t=f(l)在v=f(l)曲線基礎上得到；c.列車取用電流i與列車走行距離的關系，i=f(l)在帶電牽引區(qū)段，結合機車網(wǎng)上電流特性i=f(v)曲線得到；d.列車取用電流i與列車走行時間的關系，i=f(t)由t=f(l)、i=f(l)曲線作出。列車電流曲線和列車能耗a.列車運行速度v與列車走行距離的關系，v=f(l)列車電流列車能耗：將列車電流曲線積分，乘上牽引網(wǎng)電壓。將時間[0，τ]劃分為m等份Δt(分鐘)，對應電流i0，i1，i2，…im則供電分區(qū)總走行時分ττ=mΔt列車能耗（使用曲線）能耗的計算列車能耗：將列車電流曲線積分，乘上牽引網(wǎng)電壓。將時間[0，τ其中U—25kV，取牽引網(wǎng)平均值；Δt—單位為分鐘。牽引電流的平均值I為列車在供電分區(qū)內(nèi)走行時間總能耗列車用電平均功率：其中U—25kV，取牽引網(wǎng)平均值；牽引電流的平均值I為列小結電力機車的牽引特性牽引計算(列車運行曲線、區(qū)間上行和下行能耗、區(qū)間運行時分及帶電運行時分以及牽引平均電流）列車電流曲線(i-t曲線)a.實測—需運行后才能獲得。b.牽引計算—圖解法得到列車電流及列車能耗小結電力機車的牽引特性列車取流i與距離l曲線機車電流與走行時間曲線列車運行速度v與走行公里l曲線列車運行時分t與走行公里l曲線牽引計算小結列車取流i與距離l曲線機車電流與走行時間曲線列車運行速度v與1、牽引負荷的特點：波動性、間斷性①列車以變化的速度沿區(qū)間運行，因而牽引負荷是運動的；②負荷的大小是隨時間而變化的，線路上列車密集負荷大，反之則小以至為零；③列車可以在供電區(qū)段上任意布置，即負荷在供電區(qū)段上任意分布?！?.4饋線電流1、牽引負荷的特點：波動性、間斷性§2.4饋線電流2、饋線電流的數(shù)字特征牽引負荷的特點，使得供電計算復雜，對饋線電流的計算主要用三個量值來描述：①饋線平均電流：饋線電流一晝夜間的平均值用途：估計變壓器容量利用率，確定接觸網(wǎng)的分相以及供電分區(qū)，求算出一次供電系統(tǒng)中牽引負荷所造成的負序大小等。②饋線有效電流：饋線電流一晝夜間的均方根值用途：電器設備的溫升由電流的有效值決定，用以計算變壓器的容量和接觸網(wǎng)導線的發(fā)熱。2、饋線電流的數(shù)字特征③饋線電流的最大值：最大瞬時工作電流、最大短時工作電流用途：最大瞬時工作電流用于整定繼電保護裝置，過電流保護的整定值必須大于工作電流的可能最大值，并小于故障電流的可能最小值；最大短時工作電流用于電氣設備的選擇如變壓器容量的選擇等。③饋線電流的最大值：最大瞬時工作電流、最大短時工作電流?列車瞬時電流:指列車電流的即時有效值(h=1,2,…,n,h為供電臂內(nèi)運行的列車數(shù))。?列車平均電流

:指列車在計算區(qū)段運行時間內(nèi)，列車瞬時電流的平均值；即：?列車用電平均電流

:指列車在計算區(qū)段內(nèi)運行時，在用電運行時間內(nèi)，列車瞬時電流的平均值；列車電流?列車瞬時電流:指列車電流的即時有效值(h=1,21.列車平均電流為：2.列車取電平均電流為：考慮列車正常運行時自用電7A的情況下，列車取電平均電流為：1.列車平均電流為：考慮列車正常運行時自用電7A的3.列車取電走行時間內(nèi)的有效電流：令，為機車取流有效系數(shù)一般通常取即：列車在供電分區(qū)帶電運行時的有效電流等于其平均電流與有效系數(shù)的乘積。3.列車取電走行時間內(nèi)的有效電流：饋線電流是確定主設備容量的主要數(shù)據(jù)定義：牽引變電所牽引側母線經(jīng)由饋電線送到牽引網(wǎng)中的電流，即牽引變電所的負荷電流。牽引變電所饋線電流大小等于供電分區(qū)各運行列車的電流之和。計算方法：1.負荷過程法2.同型列車法

3.概率統(tǒng)計法饋線電流饋線電流是確定主設備容量的主要數(shù)據(jù)饋線電流列車運行圖：列車運行圖：饋線電流的計算(1)原始數(shù)據(jù)：饋線電流的計算(2)饋線日平均電流IF由已知的原始數(shù)據(jù)：所以，我們可由上、下行的牽引能耗、上下行的帶電運行時間；或由上下行的即時有效電流、總運行時分、帶電運行時分計算得到列車上下行帶電平均電流。(2)饋線日平均電流IF對全日T=24h=1440min來說，上行有N列，下行有N列，則上、下行平均電流為：所以日平均饋線電流(單、復線不影響此計算方法)對全日T=24h=1440min來說，上行有N列，下行有N列當N對列車運行情況相同時(同型號機車，同重，同速…)。即P—(N對列車作用時)饋線全天帶電概率Ig—每列車通過全區(qū)的全日平均帶電電流tg—每列車通過全區(qū)帶電時間(min)當N對列車運行情況相同時(同型號機車，同重，同速…)。即(3)饋線電流有效值(3)饋線電流有效值假定：1.各區(qū)間日帶電平均電流相同，即：Ig(k)=Ig2.各區(qū)間日帶電時分相同，即：Tg(k)=Tg那么：各區(qū)間日帶電概率也相同，即：P為饋線日帶電概率，P(k)=PZ為區(qū)間日帶電概率假定：1.各區(qū)間日帶電平均電流相同，即：Ig(k)=IgP為饋線電流有效值為饋線電流有效值為§2.5牽引網(wǎng)電壓2.5.1牽引網(wǎng)的額定電壓鐵道部發(fā)布的行業(yè)標注：干線電力牽引變電所牽引側母線上的額定電壓為27.5kV；自耦變壓器供電方式為2×27.5kV；電力機車、電動車組受電弓和接觸網(wǎng)的額定電壓為25kV，最高電壓為29kV；電力機車、電動車組受電弓上最低電壓為20kV;電力機車、電動車組在供電系統(tǒng)非正常情況下（檢修或事故）運行時，受電弓上的電壓不得低于19kV?！?.5牽引網(wǎng)電壓2.5.1牽引網(wǎng)的額定電壓鐵道部發(fā)2.5.2電壓波動對牽引過程的影響標稱電壓值（kV）瞬時最小值（kV）最低值（kV）最高值（kV）瞬時最大值（kV）2517.51927.529表2.4電力牽引標稱電壓值及接觸網(wǎng)允許電壓波動限值F,νABC2231(3)1OIdId2Id1(Id3)ν1(ν2