牵引变电所电气化铁路基本组成结构综介绍
牵引变电所,电气化铁路基本组成结构的介绍,目 录,电气化铁路中有五种供电方式 牵引变电所主变压器 牵引变电所 开闭所 分区亭 AT所 电力机车的种类,电气化铁路的五种供电方式,1直接供电方式 2带吸流变压器的供电方式 3带回流线的直接供电方式 4自耦变压器供电 5同轴电力电缆供电。,在高速电气化铁路中一般不再采用吸流变压器供电方式和同轴电力电缆供电方式，前者是因为接触线在吸流变压器处存在断开点，受电弓高速通过断开点时产生电弧，后者是因为造价昂贵，施工复杂。,直接供电方式,直接供电方式是牵引电网中不加特殊防护措施的一种供电方式。它以一根馈线接在接触网上，另一根馈线接在钢轨上，下图所示。,这种供电方式最简单，投资最省，牵引网阻抗小，能耗也较低。供电距离单线一般为30公里左右，双线一般为25公里左右。 电气化铁路是单相负荷，机车由接触网取得电流，经钢轨流回牵引变电所。由于钢轨与大地是不绝缘的，一部分回流由钢轨流入大地，因此对沿线通信线路产生感应影响。这是直接供电方式的缺点。,带回流线的直接供电方式,带回流线的直接供电方式是在接触网支架上架设一条与钢轨并联的回流线，如下图示，利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的电流尽可能地由回流线流回牵引变电所，因而能部分抵消接触网对邻近通信线路的干扰。,自耦变压器供电方式,自耦变压器供电方式（简称AT供电方式），是每隔10km左右在接触网与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，其中性点与钢轨相连。自耦变压器将牵引网的供电电压提高一倍，而供给电力机车的电压仍为25kV，如下图所示。,电力机车由接触网受电后，牵引电流一般由钢轨流回，由于自耦变压器的作用，经钢轨流回的电流经自耦变压器绕组和正馈线流回变电所。当自耦变压器的一个绕组流回机车电流时，其另一个绕组感应出电流供给电力机车，因此，当机车负荷电流为？时，由接触网和正馈线供给的电流为0。5，另外的负荷电流由自耦变压器感应电流供给。 这种供电方式的牵引网阻抗很小，电压损失小，电能损耗低，供电能力大，供电距离长，可达4050公里。由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中的方向相反，因而对邻近的通信线路干扰很小。,我国第一条电气化铁路始建于宝成线宝鸡凤州段，全长91km ，于1961年8月正式通车，至今已40余年，截止2002年底全国电气化铁路营业里程已达18336km,牵引变电所主变压器,根据用途不同，分为主变压器(牵引变压器)、动力变压器、自耦变压器(AT)、所用变压器几种。,1.牵引变电所内的变压器分类:,牵引变压器根据接线方式不同，又有单相变压器、三相变压器、三相-二相变压器等,（1）主变压器（牵引变压器） 适合电力机车使用的27.5KV的单相电。由于牵引负荷具有极度不稳定、短路故障多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电力负荷恶劣的多， 因此要求牵引变压器过负荷和抗短路冲击的能力要强，这也是牵引变压器区别于一般电力变压器的特点。,(2)动力变压器 动力变压器一般是给本所以外的非牵引负荷供电，电压等级一般为27.5/10KV，容量从几百至几千KVA不等。,（3）自耦变压器 自耦变压器(AT)是AT供电的专用变压器，自身阻抗很小，一般沿牵引网每1020km设一台，用以降低线路阻抗，提高网压水平及减少通信干扰。,（4）所有变压器 所用变压器(又称自用电变压器)是给本所的二次设备、检修设备以及日常生活、照明负荷供电的设备，电压一般为27.5/0.4KV或27.5/0.23KV，容量从几十至几百KVA不等。,2. 斯科特变压器（三相变两相平衡变压器）的原理,斯科特（Scott）变压器，是一种特种变压器。它能将供电电源的三相电变成两相电（两个相位差90°的单相），提供两相电源，保证供电的三相电源平衡,该变压器原边有两个绕组，接成倒T形，它的底部绕组（称为底绕组）接入高压系统的两相间电压（如A，C相间），另一绕组（称为高绕组）则连接于底绕组中心点和高压三个电压中的另一相（如B相），底绕组和高绕组的匝数比为1：3/2；次边匝数相同的两个单相绕组，在空间结构上分别与倒T形原边绕组相对应、构成互成2相位差的两相次边电压U，U，分别向两侧不同的接触网分段供电。当两馈电分段电流为I，I时，通过电流变比和相位转换，可得原边三相电流IAIBIC且相位是对称的，使原边三相负荷实现了平衡，是其优点。,Scott结线牵引变压器由两台单相变压器连接而成。一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，称为座变压器；另一台单相变压器的原边绕组一端引出，接到三相电力系统的另一相，另一端接到座变压器原边绕组的中点O，称为座变压器。这种结线形式把对称三相电压变换成对称两相电压，用其一相供应一边供电臂，另一相供应另一边供电臂 。,牵引变电所,1。牵引供电系统,将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。 牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到27.5kV，经馈电线将电能送至接触网； 接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。 牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置，两相邻牵引变电所之间设有分区亭，接触网在此也相应设有分相绝缘装置。 牵引变电所至分区亭之间的接触网（含馈电线）称供电臂。,2。牵引供电回路是由牵引变电所馈电线接触网电力机车钢轨回流联接（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，其中流通的电流称牵引电流，闭合或断开牵引供电回路会产生强烈的电弧，处理不当会造成严重的后果。通常将接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线统称为牵引网。,我国电气化铁路采用工频单相交流电力牵引制，额定电压25kV。牵引动力为电能，牵引供电设备将国家电力系统输送的电能变换为适合电力机车使用的形式，电力机车则完成牵引任务，因此牵引供电设备和电力机车是电气化铁路的两大主要装备，铁路其他装备和基础设施应与之相适应。,3。牵引变电所主接线,（1）牵引变电所外部电源,牵引供电系统一般又由铁路以外的容量较大的电力系统供电。电力系统有许多种电等级网络和设备，其中110KV及以上电压等级的输电线路，用区域变电所中的变压器联系起来，主要用于输送强大电力，利用它们向电气化铁路的牵引变电所输送电力，供电牵引用力。为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所高压输电线路无一例外地为双回线。两条双回线互为备用，平时均处于带电状态，一旦一条回路发生供电故障，另一条回自动投入，从而保证不间断供电,（2）牵引变电所的主接线由电源侧、主变压器、牵引侧三部分组成。,电源侧主接线 牵引变电所属用户变电所，没有穿越功率，属于终端型变电所，电源侧主接线较简单，多采用线路变压器组接线方式，两回进线间没有跨条，每回进线与一台变压器组成一组，这种接线方式适用于主变压器固定备用方式，要求两回电源均为主供回路，随时可以切换。,牵引侧主接线 电力系统的三相高压电源经过牵引变压器变压后，要用27。5kV或者55kV的单相电源向接触网供电，所以负荷以牵引负荷为主，因此称为牵引侧主接线。,高速电气化铁路多为双线，在牵引变电所内一般设有四回馈电线，上下行方向各两回。上行方向两回线设一台备用断路器；下行方向两回线设一台备用断路器。 复线铁路一般为四回馈电线，每两回同相馈电线设一组备用断路器。,AT供电方式牵引变电所主接线,AT供电方式牵引变电所主接线向带有自耦变压器（AT）供电方式牵引网供电的交流牵引变电所电气主接线。这种牵引变电所多数采用特殊结构的三相一两相平衡变压器为主变压器，以减小单相不对称牵引负荷对电力系统负序电流的影响，实现降压和变相功能，并以2 ×25 kV电压馈线向AT牵引网供电。 其主接线图见下图,主接线特点 电源线进线为220 kV（或11kV）电压输电线，高压侧采用线路变压器接线形式，设有两组线路一变压器组，正常运行时一组工作、一组备用。当工作主变压器或电源进线故障时，由备用线路-变压器组借助于备用电源自投装置，自动转换取代原工作线路一主变压器组运行。按需要，高压侧也可在两组主变压器的断路器前面，连接带两组隔离开关的横向跨条（三相），以增加运行的灵活性。,牵引侧2 ×25 kV两相电压U，U间相位移为/2，且U=Ue-j/2 ，由相应于斯科特（scott）接线主变压器高边绕组T和低边绕组M的次边取得，其引出线分别为TT，FT和TM，FM 连接至相应的两组带双极隔离开关分段的单母线系统（见图）,正常运行时两组隔离开关均合闸，仅在某段母线检修时将其断开。每段母线部设有电压互感器（PT）,以便某段母线检修或故障而停电时，不至中断对测量表计和继电保护电压回路的供电.从U，U相的两段牵引母线各馈出两回路馈线T，F（正馈线）和T，N，F，分别向复线牵引网左、右两次侧供电区上、下行线路供电。在两回路馈线断路器之间，设有备用断路器RQ，通过相关隔离开关的转换操作，可使RQ代替任一馈线断路器工作。此外，每相母线还连接有并联无功补偿装置PC。因斯科特（scott）接线主变压器次边绕组不能连获得与地电连接（通过火花间隙）的中性点N，故在每路馈线T，F的断路器后面设置一台自耦变压器（AT）、其容量与线路牵引网所设AT容量相同.使列车在邻近牵引变电所的AT段（约10 km）内运行时，仍能产生吸流效应。若主变压器次边绕组具有可以接地运行的中性点或变压器内部带有自耦变压器及输出端子,则可不另设AT。,带三相一两相平衡主变压器的牵引变电所，为使其交流自用电系统获得三相电源，普遍采反变换的斯科特接线（两阳一三相式）自用电变压器，连接在主变压器次边，见主接线图,应用与展望 供电方式牵引变电所由于馈线供电电玉提高至2×25kV（牵引网电压仍为25 Kv），与25kV馈线电压相比，变电所间距离成倍扩大，主变压器容量相应增大（单机最大容量为63MVA以上），采用三相一两相平衡接线主变压器有利于改善变电所的主要运行技术指标（电压水平和负序电流等），提高供电质量。但牵引变电所主接线相对较复杂，使其一次投资费用增大。它适用于高速、重载和繁忙干线电气化铁路，特如在欧洲等一些国家的高速铁路牵引变电所应用较广泛。,牵引变电所是电气化铁路系统供电系统的心脏，无论一般线路还是高速线路都要求它具有高度的可靠性，除后者在变压器容量的选择上要考虑高速运行条件之外，其他方面区别不大。 接触网是牵引供电系统的主动脉，其功能是通过与受电弓在运行中的良好接触将电能传给电力机车。,良好接触的概念包括的内容有：弓网振动小、相互冲击小、离线次数和时间少、导线和滑板磨耗小。为取得弓网间的“良好接触”，各国专家花费了大量的时间和精力研究接触网和受电弓的结构和主要参数，有的国家以针对不用的运行速度确定了不同的受电弓类型。,开闭所,所谓开闭所，是指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所，一般有两条进线，然后多路馈出向枢纽站场接触网各分段供电。 进线和出线均经过断路器，以实现接触网各分段停、供电灵活运行的目的。又由于断路器对接触网短路故障进行保护，从而可以缩小事故停电范围。,开闭所的主要设备是断路器。电源进线一般设两回，复线时可由上、下行牵引网各引一回，出线则按需要设置。当出线数量较多时，也可将开闭所母线实行分段。单线时如就近无法获得第二电源，也可只引一回电源。,开闭所多设于枢纽站、编组场、电力机务段和折返段等处。在供电分区范围较大的复线AT牵引网中，有时为了进一步缩小接触网事故停电范围和降低牵引网电压损失和电能损失，也可在分区所与牵引变电所之间增设开闭所，也称辅助分区所。,AT牵引网辅助分区所（SSP）的典型结构见图。图中，T为接触网；F为正馈线，PW为与钢轨并联的保护线（protection wire）；B为断路器；SD为保安接地器；LA为避雷器；OT为控制回路电源；PT为电压互感器；AT为自耦变压器。保护线的作用是当接触网或正馈线绝缘子发生闪络接地时，可与保护线形成金属性短路，
