電氣化鐵路供電系統(tǒng)

電氣化鐵路供電系統(tǒng)將電能從電力系統(tǒng)傳送到電力機(jī)車的電力設(shè)備，總稱為電氣化鐵道的供電系統(tǒng)。牽引供電系統(tǒng)主要包括牽引變電所和接觸網(wǎng)兩部分。一，電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)設(shè)置供電系統(tǒng)表示圖圖3-53電力牽引系統(tǒng)的組成發(fā)電廠(1)發(fā)出的電流，經(jīng)升壓變壓器(2)提高電壓后，由高壓輸電線(3)送到鐵路沿線的牽引變電所(4)。在牽引變電所里把電流變換成所要求的電流或電壓后，經(jīng)饋流線(5)轉(zhuǎn)送到臨近區(qū)間和站場線路的接觸網(wǎng)(6)上供電力機(jī)車運(yùn)用。〔1〕定義牽引變電所是設(shè)置于電氣化鐵路沿線，安裝有受電、變電、配電設(shè)備的建筑物。1牽引變電所〔2〕義務(wù)牽引變電所的義務(wù)是將電力系統(tǒng)高壓輸電線保送來的110千伏〔或220千伏〕的三相交流電，變壓為27.5千伏的單相交流電，向其臨近區(qū)間和所在站場線路的接觸網(wǎng)送電，保證可靠而又不延續(xù)地向接觸網(wǎng)供電?！?〕設(shè)備在牽引變電所里，主要設(shè)有主變壓器、電壓互感器、電流互感器、高壓斷路器、各種高壓隔分開關(guān)以及避雷器等電氣設(shè)備。〔4〕牽引變電所的供電平安a〕電網(wǎng)向牽引變電所供電：我國電氣化鐵路為國家一級電力負(fù)荷。因此，每個牽引變電所都采用兩路輸電線供電，且兩路輸電線有各自的桿塔、走線，以保證在一路輸電線發(fā)生缺點(diǎn)時，牽引變電所供電不致于長時間中斷。牽引變電所內(nèi)還裝有各種控制、丈量、監(jiān)視儀表和繼電維護(hù)安裝等。b)牽引變電所向接觸網(wǎng)供電：目前。供電方式有兩種，即單邊供電和雙邊供電。在單邊供電方式下，接觸網(wǎng)在相鄰兩個牽引變電所之間的中央部位是斷開的，將兩個牽引變電所之間的接觸網(wǎng)分成為兩個供電分區(qū)，電力機(jī)車只從一個牽引變電所取用電能。單邊供電的操作和維護(hù)都比較簡單，缺點(diǎn)范圍也比較小，所以我國電氣化鐵路接觸網(wǎng)普遍采用單邊供電方式。通常，將接觸網(wǎng)、鋼軌、回流線構(gòu)成的線路稱為牽引網(wǎng)。接觸網(wǎng)和鋼軌是牽引網(wǎng)的主體。2牽引網(wǎng)接觸網(wǎng)〔圖3-54〕是架設(shè)在電氣化鐵路上空，向電力機(jī)車供電的一種特殊方式的輸電線路，其質(zhì)量和任務(wù)形狀直接影響電氣化鐵路的運(yùn)輸才干。接觸網(wǎng)根據(jù)其接觸懸掛類型，可以分為簡單接觸懸掛和鏈形接觸懸掛兩類。圖3-54接觸網(wǎng)鏈形接觸懸掛是將接觸導(dǎo)線經(jīng)過吊弦掛在承力索上。簡單接觸懸掛是將接觸導(dǎo)線直接固定在支持安裝上的懸掛類型。圖3-56簡單接觸懸掛圖3-55鏈形接觸懸掛二牽引供電系統(tǒng)原理概述圖1、牽引供電系統(tǒng)表示圖●牽引供電系統(tǒng)的主要組成部分：電源進(jìn)線、牽引變壓器、高壓開關(guān)設(shè)備、導(dǎo)線、絕緣子、電壓互感器、電流互感器、避雷器、饋出線等。●牽引供電系統(tǒng)主要目的供電電壓：27.5kV，2×27.5kV供電頻率：50Hz變電所間距：40~50km〔直供方式〕 80~100km〔AT方式〕相數(shù)：單相主要的牽引供電方式：直供方式、BT供電方式、AT供電方式等。AT供電方式的優(yōu)點(diǎn)：供電間隔長、通訊干擾小、供電功率大等。目前常速電氣化鐵路的供電方式多為直供+回流線的方式，高速和重載電氣化鐵路多采用AT供電方式對牽引供電系統(tǒng)的根本要求：可靠性：一級負(fù)荷、電源為雙電源、電源接入電壓等級高〔110kV、220kV、330kV〕、兩座主變壓器、饋出斷路器備用。可靠性薄弱環(huán)節(jié)：接觸網(wǎng)系統(tǒng)〔無備用、在運(yùn)動中列車作用下容易發(fā)生缺點(diǎn)〕。彌補(bǔ)措施：必要時實(shí)施越區(qū)供電〔越區(qū)供電時，由于供電才干缺乏，列車無法按正常運(yùn)轉(zhuǎn)圖運(yùn)轉(zhuǎn)〕。供電才干：滿足在不同牽引工況下電能的保送。關(guān)鍵點(diǎn)：牽引供電臂末端電壓程度。運(yùn)轉(zhuǎn)方式的靈敏性：在確保供電的前提下，為設(shè)備的檢修、運(yùn)轉(zhuǎn)方式的調(diào)整等提供靈敏的操作方式。改動運(yùn)轉(zhuǎn)方式的動作迅速。完備確實(shí)保一次系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)可靠性的措施。目前牽引供電系統(tǒng)面臨的主要問題：諧波問題負(fù)序電流問題功率因數(shù)問題機(jī)車過分相問題接地問題繼電維護(hù)問題弓網(wǎng)關(guān)系問題絕緣配合問題電磁兼容問題諧波問題無論是整流型機(jī)車，還是交-直-交機(jī)車，都會向供電系統(tǒng)注入諧波電流，前者注入的是低頻的諧波電流〔以3、5、7次諧波為主〕，后者注入的是高頻的諧波電流〔以15到21次諧波為主〕。諧波電流注入供電系統(tǒng)帶來的危害：1、對通訊設(shè)備〔系統(tǒng)〕、控制設(shè)備〔系統(tǒng)〕的可靠性帶來不利要素；2、降低用電設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)效率。諧波問題整改措施：在牽引變電所添加濾波器〔單調(diào)諧濾波器、高通濾波器〕，存在添加投資的問題。限制：諧波電流問題不斷是鐵路部門和電力部門之間爭論的焦點(diǎn)問題。負(fù)序電流問題牽引供電系統(tǒng)的負(fù)荷為單相負(fù)荷，導(dǎo)致從電力系統(tǒng)三相去用的電能不平衡，從而向電力系統(tǒng)注入負(fù)序電流。負(fù)序電流的危害：降低用戶電能的利用率，引起用戶旋轉(zhuǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)子外表溫升過高。整改措施：牽引供電系統(tǒng)采用換相方式接入電力系統(tǒng)，采用新型供電方式。限制：電力部門不斷在對牽引供電系統(tǒng)注入電力系統(tǒng)的負(fù)序電流進(jìn)展限制。功率因數(shù)問題列車從牽引供電系統(tǒng)取用的電能會隨著列車牽引定數(shù)、路況〔限坡、彎道〕、運(yùn)轉(zhuǎn)圖、司機(jī)操作技術(shù)等要素的影響，因此改動列車取用的有功功率和無功功率，導(dǎo)致功率要素發(fā)生變化。電力部門要求大工業(yè)用戶的功率因數(shù)到達(dá)0.9以上，高出部分獎勵、低于該數(shù)值將罰款。整改措施：加功率因數(shù)補(bǔ)償安裝，困難在于負(fù)荷動搖導(dǎo)致功率因數(shù)大范圍動搖，難以到達(dá)理想的補(bǔ)償效果。交-直-交機(jī)車的功率因數(shù)根本接近1.0。但我國電氣化鐵路依然存在大量的交-直機(jī)車，所采用的功率因數(shù)動態(tài)補(bǔ)償安裝由于電力電子技術(shù)、器件造價等問題，依然無法大規(guī)模運(yùn)用。機(jī)車過分相問題在牽引變電所中，通常是把電力系統(tǒng)的電能由高壓降低為牽引供電系統(tǒng)所需求的電壓，同時把三相系統(tǒng)轉(zhuǎn)變?yōu)閮上嘞到y(tǒng)，該兩相系統(tǒng)分別向牽引變電所兩側(cè)供電，因此，列車在經(jīng)過某些點(diǎn)時，需求從一相〔如a相〕過渡到另外一相〔如b相〕，在這兩相之間需求設(shè)置一個絕緣斷口，這就是電分相。與之相關(guān)的還有電分段，在同相之間設(shè)置的絕緣斷口。機(jī)車在過電分相時，其過程可舉例闡明為：受電弓由帶電的接觸導(dǎo)線〔a相〕滑入中性段，中性段由兩臺斷路器分別銜接到分相兩側(cè)的帶電部分，在機(jī)車進(jìn)入中性段時，先使中性段帶電〔a相〕，當(dāng)機(jī)車接近分相另一側(cè)帶電導(dǎo)線〔b相〕時，斷開a相電，延時使中性段帶b相電，保證機(jī)車順利運(yùn)動到b相。

機(jī)車過電分相時出現(xiàn)的電磁景象：1、中性段〔或機(jī)車〕斷電時出現(xiàn)過電壓景象，其過電壓程度有時能到達(dá)擊穿接觸導(dǎo)線絕緣子的數(shù)值，出現(xiàn)的電弧有能夠燒損接觸網(wǎng)吊弦；2、機(jī)車重新帶電時，出現(xiàn)過電流景象，其過電流程度有能夠到達(dá)機(jī)車正常運(yùn)轉(zhuǎn)電流的5-7倍，過流有能夠損害設(shè)備的正常壽命、影響繼電維護(hù)動作正確性。機(jī)車自動過電分相的幾種方式：地面控制方式：在機(jī)車到達(dá)分相前，地面控制系統(tǒng)發(fā)出對斷路器合閘的命令，使中性段帶電，在機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)到中性段某一位置后，地面控制系統(tǒng)對斷路器分閘的命令，并延時發(fā)出對另外一臺斷路器的合閘命令，在機(jī)車脫離中性段后，對斷路器分出分閘命令。

車上控制方式：任務(wù)原理與地面過電分相根本一樣，所不同的是檢測和控制系統(tǒng)安裝在機(jī)車上。柱上控制方式：中性段由假設(shè)干相互斷開的段構(gòu)成，利用機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)入中性段或分開中性段時電流的變化自動合上或分開相應(yīng)的斷路器。機(jī)車過電分相的問題在常速電氣化鐵路中并不突出，緣由之一是列車的速度較低，但在高速電氣化鐵路中將不容忽視。接地問題接地問題也是隨著列車的提速而逐漸涌向出來。高速和重載電氣化鐵路的主要特點(diǎn)〔與供電系統(tǒng)相關(guān)〕有：1、機(jī)車取流越來越大，機(jī)車的電流在經(jīng)過整流變壓器后進(jìn)入鋼軌和大地，大的取流電流有能夠抬升軌道電位，使跨步電壓到達(dá)危害相關(guān)設(shè)備和人員平安的程度；

2、供電系統(tǒng)接入電力系統(tǒng)處的短路容量大，這使得牽引供電系統(tǒng)發(fā)生短路缺點(diǎn)時的短路電流大大添加，在同樣的泄流通道上產(chǎn)生的軌道電位抬升和跨步電壓程度將大大提高。3、新型的軌道電路運(yùn)用要求鋼軌對地的阻抗要足夠大，這使得軌道對地電壓程度難以降低。接地的目的：1、泄流〔雷電流、工頻電流〕；2、限制地電位、相關(guān)設(shè)備電位升高，確保人員、設(shè)備平安。接地系統(tǒng)的評價目的：1、接地電阻；2、軌道電位、跨步電壓。對接地系統(tǒng)要求的技術(shù)目的：歐標(biāo)規(guī)定接觸電壓和軌道電位値〔EN50122-1〕系統(tǒng)形狀接觸電壓允許値〔V〕軌道電位〔V〕正常運(yùn)轉(zhuǎn)60120形狀下〔t>300s〕正常運(yùn)轉(zhuǎn)65130形狀下〔t=300s〕缺點(diǎn)形狀8421684下〔t=100ms〕降低軌道電位的技術(shù)措施：降低鋼軌走漏電阻；設(shè)置橫連線，將上下行鋼軌充分橫向銜接；上下行各架設(shè)維護(hù)線，在鋼軌與維護(hù)線間每隔一定間隔做橫向銜接；利用接觸網(wǎng)支柱根底作接地極；沿線增設(shè)綜合接地線，與鋼軌、維護(hù)線充分銜接；利用線路本身、線路旁建筑和構(gòu)造等自然接地體接地；設(shè)幾種接地極。降低軌道電位的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)的困難：1、改動鋼軌走漏電阻、設(shè)置橫連線，將上下行鋼軌充分橫向銜接、上下行各架設(shè)維護(hù)線，在鋼軌與維護(hù)線間每隔一定間隔做橫向銜接等技術(shù)措施的采取必需思索對軌道信號電路的傳輸信號間隔的影響；2、降低接地電阻是確保大電流泄流的有效技術(shù)措施，但受環(huán)境要素影響很大，如土壤電阻率、設(shè)置接地網(wǎng)處的地理環(huán)境、接地極布置方式、降阻劑對環(huán)境的影響及有效期等。實(shí)現(xiàn)限制軌道電位和接觸電壓的有效技術(shù)手段是綜合接地技術(shù)的運(yùn)用。綜合接地技術(shù)特點(diǎn)可以歸納為：充分利用各種地形、自然接地體、構(gòu)造，以到達(dá)降低泄流通道電阻的目的。繼電維護(hù)問題繼電維護(hù)安裝〔系統(tǒng)〕是一種能自動檢測缺點(diǎn)特征、完成對缺點(diǎn)的定位并根據(jù)一定的規(guī)那么把缺點(diǎn)影響限制〔對缺點(diǎn)部分?jǐn)嚯姟吃谝欢ǚ秶鷥?nèi)的自動化安裝〔系統(tǒng)〕。繼電維護(hù)面臨的問題：牽引供電系統(tǒng)供電方式的改動；缺點(diǎn)和特征信息的改動；計算方法與電氣化鐵路變化的更新；在綜合自動化系統(tǒng)中的集成等。牽引供電方式的改動：1〕新的牽引變壓器接線的運(yùn)用，使得繼電維護(hù)任務(wù)原理發(fā)生變化，這種變化沒有運(yùn)轉(zhuǎn)閱歷的支持，必需經(jīng)過對牽引新型牽引變壓器的實(shí)驗(yàn)、分析計算逐漸完善對新型牽引變壓器電磁關(guān)系的認(rèn)識。2〕新型供電方式的運(yùn)用，使得原有的供電系統(tǒng)模型發(fā)生變化，而這種變化由于影響要素較多，難以經(jīng)過獲得準(zhǔn)確的模型拓?fù)錁?gòu)造和參數(shù)，使繼電維護(hù)的任務(wù)參數(shù)存在偏向，這需求經(jīng)過實(shí)驗(yàn)、分析計算完善模型。機(jī)車類型和負(fù)荷特征的變化：1〕整流型機(jī)車正常運(yùn)轉(zhuǎn)是，牽引電流中存在著明顯的3、5、7次諧波，而交-直-交機(jī)車運(yùn)轉(zhuǎn)時只存在較高頻的諧波，兩者負(fù)荷特征也存在差別，這需求對機(jī)車各種運(yùn)轉(zhuǎn)工況下的負(fù)荷特征進(jìn)展研討，以改動原有繼電維護(hù)區(qū)分負(fù)荷和短路電流的方法；2〕缺點(diǎn)特征和正常負(fù)荷特征的區(qū)分方法需求新的計算規(guī)那么的支持。高速電氣化鐵路對綜合自動化系統(tǒng)提出了更高的要求：更高的可靠性、納入綜合調(diào)度系統(tǒng)。這影響到繼電維護(hù)系統(tǒng)在綜合自動化系統(tǒng)中的集成。在綜合自動化系統(tǒng)中，繼電維護(hù)安裝〔系統(tǒng)〕與其它設(shè)備交換的信息經(jīng)過網(wǎng)絡(luò)完成，調(diào)度系統(tǒng)的需求不同，會影響到繼電維護(hù)安裝〔系統(tǒng)〕的通訊接口技術(shù)、通訊規(guī)約等方面。弓網(wǎng)關(guān)系問題接觸網(wǎng)系統(tǒng)是無備用系統(tǒng)。機(jī)車經(jīng)過受電弓與接觸網(wǎng)滑動銜接，獲得電能。機(jī)車在運(yùn)動過程中，存在不同方向的振動，這些振動經(jīng)過受電弓傳送到接觸網(wǎng)，接觸網(wǎng)隨之振動。良好的弓網(wǎng)關(guān)系是接觸網(wǎng)振動特性和受電弓振動特性一致，兩者之間為一各隨動系統(tǒng)，使接觸網(wǎng)和受電弓堅持良好的接觸。問題：1、接觸網(wǎng)的振動特性遭到很多要素的影響，如導(dǎo)線的資料、接觸網(wǎng)的構(gòu)造方式等，使得受電弓與接觸網(wǎng)之間存在短暫的脫離景象〔離線〕，當(dāng)受電弓與接觸網(wǎng)處于離線形狀時，將出現(xiàn)拉弧景象；2、列出運(yùn)轉(zhuǎn)速度的提高，突出了一些新的問題，如硬點(diǎn)、拉弧電流幅值以及離線率。處理手段：1、改動接觸網(wǎng)懸掛方式；2、改動接觸網(wǎng)構(gòu)造及資料；3、優(yōu)化布置；4、新的檢測技術(shù)；5、新的施工技術(shù)和維護(hù)手段。絕緣配合問題高壓設(shè)備的帶電部分與設(shè)備外殼、大地之間需求絕緣，不同電壓等級、不同相別的高壓設(shè)備之間也需求絕緣。絕緣配合，就是在一個供電系統(tǒng)中，由于存在眾多的絕緣部分，經(jīng)過對各部分絕緣程度〔耐工頻電壓、沖擊電壓才干〕的