牵引供电

归属: 供电

牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电形式。例如城市电车、城市地下铁道、工厂矿山的电力交通运输供电等,都可称为牵引供电。电气化铁道供电,因其用电量大、分布广,因而形成相对独立于电力系统的电气化铁道牵引供电系统。

绪论

我国铁路电气化事业起始于1956年。1961年8月宝成铁路(宝鸡至成都)宝鸡至凤州段电气化通车;1975年6月宝成铁路全线电气化通车,成为我国第一条电气化铁路。宝成铁路电气化后,该铁路的运能、运量大幅度的增长,推动了我国铁路电气化事业的发展。目前,电气化铁路已经占据了我国铁路发展的绝对主导地位。我国的电气化铁路正逐步向高速铁路发展,以2007年动车组的运行为标志,我国的电气化铁路将迈入世界先进行列。

自1961年8月15日,我国第一条电气化铁路-宝成铁路铁路建成通车,到1980年底,共建成电气化铁路1679.6km,平均每年修建电气化铁路还不到100km,十一届三中全会确定了以经济建设为中心的基本路线。随着我国改革开放的不断向前推进,我国的电气化铁路建设有了较快的发展,在“六五”、“七五”期间共修建了电气化铁路5294.63km,平均每年修建已超过500km,

到2005年,中国电气化铁路总里程达20000公里,截至到2008年10月,中国电气化铁路总里程已达26000公里。

方式

我国电气化铁路先后采用过三种不同的牵引供电方式:

直接供电方式(TR供电方式)

我国铁路电气化初期采用一种最简单的直接供电方式,即TR 方式。这种供电系统虽然简单, 但对铁路两旁架空线的危险电压影响和杂音干扰十分严重。然而, 在平原地区和大城市附近, 电气化铁路两旁的架空线路( 主要是通信线路) 较多, 这种供电方式显然不能适应电气化铁路进入平原地区和大城市。

吸流变压器—— 回流线供电方式(BT供电方式)

BT 供电方式是每隔2~ 4km 在接触网与回流线上串联接入一台吸流变压器,
用于减少牵引供电系统对电气化铁路两旁的架空通信线路的干扰。这种供电方式仍然存在以下三个缺点:

  • 串接的吸流变压器加大了牵引网单位阻抗, 电压损失增多, 供电距离缩短, 牵引变电所数目增加, 不仅增加电气化工程投资, 而且加大运营维修费用。
  • 接触网上串接吸流变压器后产生很多分断点, 高速运行的电力机车受电弓通过断点时, 产生的电弧( 火花) 会加速接触网导线和受电弓的磨损, 不仅增加接触网维修工作量,而且将降低牵引供电质量。特别是在重载、高速条件下, 吸流变压器线圈瞬时短路将产生很高的反电势, 强烈的电流可能烧坏导线和受电弓。
  • BT 供电方式对线路两旁的架空通信线路仍有较大的干扰。

自耦变压器供电方式(AT供电方式)

AT 供电方式最主要的特点是并联接入自耦变压器。它和BT 供电方式比较, 具有以下三方面的优点:

  • 单位阻抗小, 只有BT 供电方式的1/ 4, 可延长供电距离, 提高牵引供电质量。
  • 自耦变压器每隔10 km左右并联于接触网与正馈线之间, 有利于机车受电弓高速通过, 尤其适合于重载、高速列车运营条件。
  • 自耦变压器的容量大, 铁芯不易饱和, 在接触网事故情况下具有较好的防护功能。因此, 随着发展重载运输和旅客列车提速的需要, 电气化铁路应优先采用AT 供电方式。目前, 我国电气化铁路京秦线、大秦线、京广线和广深线均采用AT 供电方式。

电流制

电力牵引采用的电流、电压制式。根据各国的国情不同,主要有如下几种形式:

直流制

世界上最早采用的电流制。截至目前,世界上仍占43%左右。这种电气化铁路采用600V、1500V、3000V或6000V的直流电,向直流电力机车供电。

  • 其主要优点是:可以简化机车设备。
  • 其主要缺点是:
    1. 供电电压低(通常只有1500v);
    2. 线路损耗大,供电距离短(≤20-30km)。

主要运用于矿山1500v;城市电车650-800v;地铁600-1500v。

低频单相交流制

20世纪初,西欧一些国家采用,发展很好。这种电气化铁路采用11KV、25Hz;15KV、50/3Hz的单相交流电向电力机车供电。

低频单相交流制频率:16又2/3,电压11-15kv。

  • 低频单相交流制采用原因及优点:
    1. 有低频的工业电力;
    2. 整流简单;电抗较小;
    3. 和直流制相比,导线截面小送电距离长(50~70km)。
  • 缺点:供电频率与工业供电频率不同,故须有变频装置或由铁路专用的低频发电厂供电。

三相交流制

个别国家,如瑞士、法国等采用3.6kv的三相交流制,电力机车采用三相交流异步电动机,部分胶轮轨道交通系统也使用三相交流供电。

  • 其主要优点是:
    1. 三相对称,不影响电力系统稳定性;
    2. 牵引变电所和电力机车结构相对简化;
    3. 三相异步电动机运行可靠、维护方便;机车功率大、速度高、功率因数高(接近于1);
    4. 能将无功功率、通讯干扰减到最小。
  • 缺点:机车供电线路复杂,异步电动机调速比较困难。

工频单相交流制

是电气化铁道发展中的一项先进供电制,最早出现在匈牙利,电压16kv,1950年法国试建了一条25kv的单相工频交流电气化铁道,随后日本、前苏联等相继采用(20kv)目前该种电流制已占到40%以上。这种电气化铁路采用25KV工频单相交流电向电力机车供电。这是一种比较先进的电流、电压制,它引起了世界各国的重视。我国的电气化铁路从开始就采用了这种工频单相交流牵引制,为我国电气化铁路的发展奠定了良好的基础。

  • 其主要优点是:
  • 供电系统结构简单。牵引变电所从电力系统获得电能,经过电压变换后直接供给牵引网;
  • 供电电压增高,既可保证大功率机车的供电,提高机车牵引定数和运行速度,又可使变电所之间的距离延长,导线面积减小,建设投资和运营费用显著降低;
  • 交流电力机车的粘着性和牵引性能良好,牵引电动机可在全并联状态下运行,防止轮对空转的恶性发展。从而提高了运用粘着系数;
  • 和直流制比,减小了地中电流对地下金属的腐蚀作用,一般可不设专门的防护装置。

优缺点

牵引供电的优越性

电气化铁路运输电力牵引的优越性主要体现在如下几个方面:

  • 电力牵引可节约能源,综合利用能源
  • 电力牵引可提高列车的牵引重量,提高列车的运行速度
  • 电力牵引制动功率大,运行时安全性高强
  • 电气化铁路运输的成本费用低
  • 电力牵引易于实现自动化,利用采用先进科学技术,利于改善劳动条件,利于环境保护

牵引供电的缺点

电气化铁路运输电力牵引的缺点主要体现在如下几个方面:

  • 基本建设投资较大。
  • 对电力系统存在某些不利因素。因为牵引供电用电是单相负荷,将会在电力系统中产生较大的负序电流和负序电压,而且电力机车的功率因数较低,高次谐波含量较大等都会给电力系统造成不良影响。
  • 对铁路沿线附近的通讯线路造成一定的电磁干扰。
  • 接触网需要停电检修,要求在列车运行中留有一定的天窗时间,在此时间内列车要停止运行。

牵引供电系统

牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电方式。牵引供电系统是指铁路从地方引入220(110)KV电源,通过牵引变电所降压到27.5KV送至电力机车的整个供电系统。

例如城市电车,地铁等,我们主要研究的内容是电气化铁道牵引供电系统。在我们这里简称牵引供电系统。

牵引供电系统组成

主要由牵引变电所和牵引网两部分组成。主要作用是从电力系统取得电能,并送给沿铁路线运行的机车。牵引变电系统组成部分:

  • 高压架空输电线路
  • 牵引变电所
  • 接触网
  • 馈电线
  • 轨道
  • 回流线
  • 分区所(亭)

一次供电网络

指直接向牵引变电所供电的地区变电所(或发电厂)及高压输电线路。

以牵引变电所进线门型架为分界点。

牵引变电所

牵引变电所的功能是将三相的110KV(或220KV)高压交流电变换为两个单相的27.5KV的交流电,然后向铁路上、下行两个方向的接触网(额定电压为25KV)供电。

牵引变电所的作用:

  • 变换电压。
  • 集中、分配电能。
  • 调整电压。

牵引网

由馈电线、接触网、钢轨、回流线组成的双导线供电系统。

馈电线是连接变电所和接触网之间的架空铝导线。

接触网直接把从牵引变电所获得的电能供给电力机车,其质量和工作状态直接影响着电气化铁路运输能力。由于接触网是露天设置,没有备用,线路上的负荷又随电力机车的运行而沿接触线移动和变化,对接触网提出以下要求:

  • 在高速运行和恶劣的气候条件下,能保证电力机车正常取流,要求接触网在机械结构上有良好的稳定性和弹性。
  • 接触网设备对地绝缘要符合技术要求,安全可靠。
  • 要求接触网的设备.零件具有足够的耐磨性和抗腐浊能力,以期延长使用年限。
  • 要求接触网结构.设备尽量简单,零件互换性好,便于施工,维修。在事故情况下便于抢修和迅速恢复送电。
  • 尽可能降低成本,特别要注意节约有色金属及钢材。

分区所

为了增加供电的灵活性,提高运行可靠性,在相邻变电所供电的接触网区段通常加设分区所。

分区所的作用:

  • 使同一供电分区的上、下行接触网并联工作或单独工作。当并联工作时,分区所(亭)内的断路器闭合以提高接触网的末端电压;单独工作时,断路器打开。
  • 单边供电的同一供电分区上、下行接触网(并联工作)内发生短路事故时,由牵引变电所中的馈线断路器和分区所(亭)中的断路器配合动作,切除事故区段,缩小事故范围。非事故区段仍可照常工作。
  • 当某牵引变电所全所停电时,可闭合分区所(亭)中与分相绝缘器并联的隔离开关(或断路器),由相邻牵引变电所向停电牵引变电所的供电分区临时越区供电。

开闭所

枢纽站场(如编组场、客场、机车整备线等),为提高供电可靠性和灵活性,通常将其分组独立供电,为此增设了开闭所。如果是复线区段,通过开闭所的断路器可将接触网上下行并联起来,兼分区所运行。

开闭所的作用:

  • 开闭所不进行电压变换,只起扩大馈线回路数的作用,相当于配电所;
  • 将供电臂分段,事故时缩小事故范围,提高供电可靠性;
  • 保证枢纽站,场装卸作业和接触网分组检修的灵活性,安全性;
  • 降低牵引变电所的复杂程度。

牵引变电所引入线方式

又称牵引变电所一次侧主接线,目前采用的主接线有三种:

  • 桥接线:分外桥接线和内桥接线。
  • 双T接线:又称分支接线,即两路输电线路分别引出两条支线到牵引变电所,构成双T,其应用最广。
  • 单母线分段接线:当牵引变电所除了两回电源引入线外,还需引出线的中心变电所,通常采用这种方式。分段断路器既能经常通过穿越功率,又可在必要时将母线分为两段,以提高供电的可靠性和灵活性。

牵引变电所一次供电方式

又称一次侧或外部供电方式,具体分为以下三种:

一边供电

变电所两路电源由电力系统的一个方向送来。

两边供电

变电所两路电源由电力系统的两个方向送来。

环形供电

是指若干个发电厂、地区变电所通过高压输电线路连接成环形电力网,而牵引变电所处于环形电力网系统中的一段环路之中。

两边供电和环形供电比一边供电具有更高的可靠性和更好的供电质量。两边供电的优点是任一发电厂故障,电气化铁道的供电不会中断,环形供电则更为稳定,因此牵引变电所一次供电方式应尽可能采用两边供电或环形供电。

牵引变电所的电源通常采用几种不同的供电方式。

目录
1.
绪论
2.
方式
3.
电流制
4.
优缺点
5.
牵引供电系统
6.
牵引供电系统组成
7.
牵引变电所引入线方式
8.
牵引变电所一次供电方式
讨论