交流电气化铁路供电系统.pptx

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1、电气化铁道电气化铁道(tido)牵引牵引供电系统供电系统The Power Supply SystemThe Power Supply System第一页，共163页。绪绪 论论第二页，共163页。我们国家的铁路发展大致分为三个阶段：我们国家的铁路发展大致分为三个阶段：一、电气化铁路的组成一、电气化铁路的组成 电气化铁路的牵引动力是电力机车，它本身不带能源电气化铁路的牵引动力是电力机车，它本身不带能源(nngyun)(非自己性非自己性)，必须从外部电源和牵引供电系统获，必须从外部电源和牵引供电系统获得电能。得电能。电气化铁路除了一般的铁路线路、车站、通讯、信号电气化铁路除了一般的铁路线路、车站

2、、通讯、信号等设施外，还包括特殊的牵引供电系统、电力机车以及相应等设施外，还包括特殊的牵引供电系统、电力机车以及相应的运行、维修和管理单位的运行、维修和管理单位(供电段、电力机务段、电力调度供电段、电力机务段、电力调度及其主管部门及其主管部门)。蒸汽蒸汽(zhn q)牵引牵引 蒸汽蒸汽(zhn q)机车机车(烧煤烧煤)内燃牵引内燃牵引 内燃机车内燃机车(ni rn j ch)(柴油柴油)电力牵引电力牵引 电力机车电力机车(电能电能)第三页，共163页。二、我国电气化铁路发展概况二、我国电气化铁路发展概况 根据根据(gnj)电流形式：电流形式：直流制直流制:主要用于城市轨道交通，额定电压有主要用

3、于城市轨道交通，额定电压有1500V和和750V。交流制交流制低频单相交流制低频单相交流制:()目前已不采用。目前已不采用。工频单相交流制工频单相交流制:主要用于大运量、重载的铁路运主要用于大运量、重载的铁路运输，额定电压为输，额定电压为25kV，广泛采用。，广泛采用。第四页，共163页。国外国外:1881年年 巴黎巴黎(b l)有轨电车有轨电车 1895年年 美国美国 直流制电车直流制电车 600V 1897年年 德国德国 电气化铁路电气化铁路我国：我国：1961年年 宝凤线宝凤线(宝鸡宝鸡凤州凤州)第一条电气化铁路第一条电气化铁路 1986年年 大秦线大秦线(大同大同秦皇岛秦皇岛)第一条开

4、行重载单元双线电第一条开行重载单元双线电气化铁路气化铁路1995年年 干武线干武线(干塘干塘武威武威)第一条沙漠电气化铁路第一条沙漠电气化铁路1997年年 广深线广深线(广州广州深圳深圳)第一条准高速电气化铁路第一条准高速电气化铁路 平均时速平均时速 160公里公里2002年年 秦沈线秦沈线(秦皇岛秦皇岛沈阳沈阳)第一条高速客运专线第一条高速客运专线 最高时速最高时速318公里公里第五页，共163页。(1)牵引供电系统向电力机车供电的方式牵引供电系统向电力机车供电的方式直接直接(zhji)供电方式供电方式(DF)Direct feeding带回流线的直接带回流线的直接(zhji)供电方式供电方

5、式(DN)自耦变压器供电方式自耦变压器供电方式(AT)Auto-Transformer吸流变压器供电方式吸流变压器供电方式(BT)Booster-Transformer(2)牵引变电所主变压器的主结线型式牵引变电所主变压器的主结线型式YN,d11接线接线广泛应用于广泛应用于DF和和BT方式方式单相单相V,V接线接线斯科特斯科特(Scott)广泛应用于广泛应用于AT方式方式YN,d11,d1三相结线等等。三相结线等等。第六页，共163页。(3)断路器：少油、多油、断路器：少油、多油、SF6、真空断路器。、真空断路器。(4)继电保护继电保护(5)接触网悬挂方式接触网悬挂方式(6)调度方式调度方式(

6、7)检测技术检测技术三、电气化铁路的优越性与存在的问题三、电气化铁路的优越性与存在的问题1.优越性：重载、快速、大容优越性：重载、快速、大容(d rn)(运运)量、节约能源、量、节约能源、经济效益好、无污染。经济效益好、无污染。2.存在的问题：对沿线通信线路有干扰。存在的问题：对沿线通信线路有干扰。四、主要内容四、主要内容(一一)电力系统及牵引供电系统概述电力系统及牵引供电系统概述第七页，共163页。(二二)牵引牵引(qinyn)变电所变电所(三三)牵引牵引(qinyn)网网(四四)牵引牵引(qinyn)网对通信线路的影响网对通信线路的影响第八页，共163页。专业课与基础课的差别专业课与基础课

7、的差别(chbi)：第九页，共163页。第一章第一章 供电系统供电系统(n din x tn)的结构、原理与电力机的结构、原理与电力机车的相关知识车的相关知识第十页，共163页。一、构成一、构成1.电力系统电力系统是一个是一个(y)包括发电厂、输电包括发电厂、输电(线线)、变电、配电、变电、配电、用电装置的完整工作系统。用电装置的完整工作系统。第十一页，共163页。牵引变电所牵引变电所:把电力系统供应的电能变换成适合电力机车牵引把电力系统供应的电能变换成适合电力机车牵引 要求的电能。要求的电能。馈电线馈电线:连接牵引变电所和接触网的导线。它将牵引变电所变连接牵引变电所和接触网的导线。它将牵引变

8、电所变 换后的电能送到接触网。换后的电能送到接触网。接触网接触网:是一种悬挂在轨道上方，沿轨道敷设的、和铁路轨顶是一种悬挂在轨道上方，沿轨道敷设的、和铁路轨顶 保持一定距离的输电网。通过电动车组的受电弓和接保持一定距离的输电网。通过电动车组的受电弓和接 触网的滑动接触，牵引电能就由接触网进入触网的滑动接触，牵引电能就由接触网进入(jnr)电电动车动车 组，从而驱动牵引电动机使列车运行。组，从而驱动牵引电动机使列车运行。轨道轨道:在非电牵引情形下只作为列车的导轨。在电力牵引时，在非电牵引情形下只作为列车的导轨。在电力牵引时，轨道除仍具有导轨功能外，还需要完成导通回流的任轨道除仍具有导轨功能外，还

9、需要完成导通回流的任 务。因此，电力牵引的轨道，需要具有良好的导电性务。因此，电力牵引的轨道，需要具有良好的导电性 能。能。第十二页，共163页。回流线回流线:是连接轨道和牵引变电所的导线。通过回流线把轨是连接轨道和牵引变电所的导线。通过回流线把轨 道中的回路电流导入牵引变电所的主变压器。道中的回路电流导入牵引变电所的主变压器。牵引网牵引网:通常将接触网、馈电线、钢轨回路通常将接触网、馈电线、钢轨回路(包括大地包括大地)和回和回 流线称为流线称为(chn wi)牵引网。牵引网。牵引变电所和牵引网构成牵引供电系统。牵引变电所和牵引网构成牵引供电系统。专用高压输电线路和牵引供电系统称为专用高压输电

10、线路和牵引供电系统称为(chn wi)电电气铁路供电系统。气铁路供电系统。第十三页，共163页。牵引变电所一次侧的供电牵引变电所一次侧的供电(n din)方式：方式：(1)单边供电单边供电(n din)：电能由一个方向送来：电能由一个方向送来第十四页，共163页。(2)两边供电：就是牵引变电所的电能由电力系统中两个方两边供电：就是牵引变电所的电能由电力系统中两个方 向的发电厂送来。向的发电厂送来。(3)环形供电：若干个发电厂、地方变电所通过高压输电线环形供电：若干个发电厂、地方变电所通过高压输电线 连接成环形的电力系统，牵引变电所处于环连接成环形的电力系统，牵引变电所处于环 形电力系统的一段环

11、路之中。形电力系统的一段环路之中。二、电力系统的参数和短路容量二、电力系统的参数和短路容量(1)发电机发电机次暂态电抗次暂态电抗 ：指突然短路时发电机表现出来的电抗的初始：指突然短路时发电机表现出来的电抗的初始值。值。同步发电机在电力系统中，相当于一个电势同步发电机在电力系统中，相当于一个电势(dinsh)与电抗串与电抗串联的有源支路。在发生短路时，有一个过渡过程，突然短路的联的有源支路。在发生短路时，有一个过渡过程，突然短路的瞬间为瞬间为 ，称为次暂态电抗。，称为次暂态电抗。第十五页，共163页。过渡过程反映出来的为过渡过程反映出来的为 ，称为暂态电抗；达到稳态时，称为暂态电抗；达到稳态时，

12、为同步电抗为同步电抗 。通常在供电系统短路分析和计算中，由于本身通常在供电系统短路分析和计算中，由于本身(bnshn)分析的是次暂态过程，并且关心的是短路电流最分析的是次暂态过程，并且关心的是短路电流最大值，所以总是以次暂态电抗作为同步发电机的电抗进行分大值，所以总是以次暂态电抗作为同步发电机的电抗进行分析计算。析计算。负序电抗负序电抗 ：对负序电流表现出来的电抗。：对负序电流表现出来的电抗。(2)变压器变压器短路阻抗：以双绕组变压器为例，当一个绕组接成短路，另短路阻抗：以双绕组变压器为例，当一个绕组接成短路，另一个绕组中产生额定电流时所加的电压叫短路电压，常以额一个绕组中产生额定电流时所加的

13、电压叫短路电压，常以额定电压的百分数表示，此时表现出来的阻抗为短路阻抗。定电压的百分数表示，此时表现出来的阻抗为短路阻抗。第十六页，共163页。特点：特点：(1)电抗百分值电抗百分值 与其阻抗电压与其阻抗电压(diny)百分值百分值 相等。相等。第十七页，共163页。(2)单相变压器与三相变压器电抗百分值相同。单相变压器与三相变压器电抗百分值相同。(3)三相变压器和接成三相的单相变压器，其负序电抗和正序三相变压器和接成三相的单相变压器，其负序电抗和正序电抗相等。电抗相等。(4)三绕组变压器的等值电抗还与高、中、低压绕组的排列有三绕组变压器的等值电抗还与高、中、低压绕组的排列有关。关。三绕组变压

14、器中通常给出短路电压三绕组变压器中通常给出短路电压(diny)百分值为：百分值为：，是指一绕组开路，另外两绕组按，是指一绕组开路，另外两绕组按双绕组变压器关系得到的。双绕组变压器关系得到的。若以若以 分别表示三绕组变压器高、中、分别表示三绕组变压器高、中、低压的短路电压低压的短路电压(diny)百分值，则有：百分值，则有：第十八页，共163页。联立得：联立得：排列方式不同排列方式不同(b tn)，绕组间漏抗不同，绕组间漏抗不同(b tn)，其短路电压也不同，其短路电压也不同(b tn)。第十九页，共163页。(3)输电线的常用输电线的常用(chn yn)参数参数 架空输电线电抗主要与线路长度有

15、关，与截面积、电压等架空输电线电抗主要与线路长度有关，与截面积、电压等级关系不关。单位长度电抗：级关系不关。单位长度电抗：d三相导线相互间的距离，距离不等时取三相导线相互间的距离，距离不等时取 -导线的等效半径。导线的等效半径。第二十页，共163页。电力系统的短路容量是选择牵引变电所电力系统的短路容量是选择牵引变电所110kV开关设备所必须的，开关设备所必须的，也是估计电力系统的负荷能力的重要依据。也是估计电力系统的负荷能力的重要依据。它主要是指电力系统在牵引变电所进线点它主要是指电力系统在牵引变电所进线点(通常通常(tngchng)称负称负载点载点)短路时的短路容量。短路时的短路容量。把电力

16、系统元件的电抗归算到同一基准容量把电力系统元件的电抗归算到同一基准容量(100MVA)便可由等效发便可由等效发电机原理，得出电力系统到进线点的总电抗的标么值电机原理，得出电力系统到进线点的总电抗的标么值 。第二十一页，共163页。第二十二页，共163页。1.2 牵引变电所牵引变电所一、概述一、概述 我国现行的牵引变电所供电方式绝大多数为三相我国现行的牵引变电所供电方式绝大多数为三相-两相两相制式制式(zh sh)。对于三相对于三相YN,d11或或V,v接线的牵引变电所，次边两相接线的牵引变电所，次边两相电压的相别是原边三个相电压的相别是原边三个相(或线或线)电压三中取二的某种组合；电压三中取二

17、的某种组合；而对于平衡变压器，经变压器的变换，次边形成大小相等而而对于平衡变压器，经变压器的变换，次边形成大小相等而相位相互垂直的两相电压。相位相互垂直的两相电压。从广义角度上讲，牵引变压器原次边之间除了有电压的从广义角度上讲，牵引变压器原次边之间除了有电压的变换外，还有电流和阻抗变换，可称为系统变换。变换外，还有电流和阻抗变换，可称为系统变换。通过这种变换，可以获得变换到一次侧的牵引变压器、通过这种变换，可以获得变换到一次侧的牵引变压器、牵引负荷的等值电路模型，或变换到二次侧的电力系统、牵牵引负荷的等值电路模型，或变换到二次侧的电力系统、牵引变压器的等值电路模型。引变压器的等值电路模型。第二

18、十三页，共163页。二、三相二、三相YN,d11接线接线(ji xin)牵引变电所牵引变电所 目前在三相牵引变电所中大多采用的是目前在三相牵引变电所中大多采用的是110KV油浸风冷式变压油浸风冷式变压器，该牵引变压器的接线器，该牵引变压器的接线(ji xin)采用采用YN,d11标准联结组。标准联结组。1.原理电路图及展开图原理电路图及展开图（）内符号表示（）内符号表示(biosh)端子号，端子号，大写为原边，小写为次边大写为原边，小写为次边其中绕组其中绕组(ax)，(cz)为负荷相绕组；为负荷相绕组；绕组绕组(by)为自由相绕组为自由相绕组第二十四页，共163页。为分析的直观与方便，更常见使

19、用(shyng)YN,d11接线牵引变压器的展开图。画展开图有如下约定：(1)为施工和运行安全起见，统一规定次边绕组的(c)端子接钢轨和地；(2)原、次边对应绕组相互平行；(3)原、次边每相绕组的同名端放在同一侧；由此，先画次边，后画原边，可作出展开图。(4)画成“，”形式第二十五页，共163页。如约定次边绕组的如约定次边绕组的(a)端子放在图左边，端子放在图左边，(b)端子放在图右端子放在图右边，则得展开边，则得展开(zhn ki)图图(图图1),反之则得展开反之则得展开(zhn ki)图图(图图2)图图1 1图图2第二十六页，共163页。简单简单(jindn)讲就是：讲就是：对于原边：电压

20、对于原边：电压U首端为正尾端为负；电流首端为正尾端为负；电流I首端流入，尾端流出。首端流入，尾端流出。对于次边：电压对于次边：电压U首端为正尾端为负；电流首端为正尾端为负；电流I首端流出，尾端流入。首端流出，尾端流入。2.电压、电流相量的规格化定向电压、电流相量的规格化定向 在牵引在牵引(qinyn)供电系统分析中，对所有牵引供电系统分析中，对所有牵引(qinyn)变压器均变压器均采用规格化定向。采用规格化定向。规格化定向的具体规格化定向的具体(jt)含义：含义：(1)原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向，即牵引变压器从电力原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向，即牵引变压器从电力系统吸收电能。

21、系统吸收电能。(2)次边绕组电压、电流采用发电机惯例定向，即牵引变压器是次边次边绕组电压、电流采用发电机惯例定向，即牵引变压器是次边负荷的电源。负荷的电源。(3)负荷吸收正功率。负荷吸收正功率。第二十七页，共163页。就某一就某一YN,d11接线牵引变电所而言，规格化定向还接线牵引变电所而言，规格化定向还应注意以下两条：应注意以下两条：(1)原边绕组电压与实际进线电压相别一致原边绕组电压与实际进线电压相别一致(yzh)；(2)次边绕组按同名端与原边绕组电压一致次边绕组按同名端与原边绕组电压一致(yzh)；通常，完成电压定向后通常，完成电压定向后(先原边，后次边先原边，后次边)，先标次，先标次边

22、电流，再标原边电流。边电流，再标原边电流。这种方法不仅方便于单个变电所的电气分析，也方这种方法不仅方便于单个变电所的电气分析，也方便多个变电所的相量图和相量分析。便多个变电所的相量图和相量分析。下标确定原则：下标确定原则：(1)电流、电压相量的下标表示其实际相别，与绕组端子电流、电压相量的下标表示其实际相别，与绕组端子号无关。号无关。(2)臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致(yzh)。第二十八页，共163页。+-+-+-+-+-+-第二十九页，共163页。次边电压次边电压(diny)、电流相量图：、电流相量图：将将负负荷端口荷端口电压电压(di

23、ny)相比相比较较，引前引前120者称者称为为引前相引前相 ；另一另一为为滞后相滞后相 ；另一端口另一端口(无无负负荷荷)为为自由相自由相 。(以以 为参考为参考(cnko)相量相量)，分别表示负荷分别表示负荷La、Lb的功率因数角。的功率因数角。第三十页，共163页。3.绕组电流绕组电流(dinli)与负荷端口与负荷端口电流电流(dinli)的关系的关系 仍以上图所示电路进行讨论。电力系统的电源电压和短仍以上图所示电路进行讨论。电力系统的电源电压和短路阻抗路阻抗(zkng)、牵引变压器的绕组漏抗归算到二次侧的等、牵引变压器的绕组漏抗归算到二次侧的等值电路如图：值电路如图：(假设电力系统三相电

24、压正序对称，阻抗假设电力系统三相电压正序对称，阻抗(zkng)平衡平衡)ZS电力系统总电抗电力系统总电抗(dinkng)折算到次折算到次边边ZT变压器短路阻抗变压器短路阻抗第三十一页，共163页。视负荷视负荷(fh)La、Lb为电流源为电流源(替代替代定理定理)，应用叠加原理：应用叠加原理：(1)仅有仅有A相作用时相作用时,即即 作用，作用，令令 ，做出等值电路。，做出等值电路。第三十二页，共163页。(2)同理：仅有同理：仅有B相作用相作用(zuyng)时，即时，即 作用作用(zuyng)，令，令 作出等值电路。作出等值电路。可得：可得：第三十三页，共163页。+、共同共同(gngtng)作

25、用时作用时第三十四页，共163页。现假设现假设(jish):Ia=Ib=I，可画出可画出YN,d11变压器次边三相变压器次边三相(sn xin)绕组电流相量绕组电流相量图：图：36.836.8，选，选 为基准为基准(jzhn)相量相量第三十五页，共163页。36.836.8结论：结论：由以上分析可知由以上分析可知(当两负荷端口电流大小相等时当两负荷端口电流大小相等时):(1)两负荷相绕组电流相等，等于供电两负荷相绕组电流相等，等于供电(n din)臂负荷电流的；臂负荷电流的；(2)自由相绕组电流是两负荷相绕组电流的自由相绕组电流是两负荷相绕组电流的1/2.65，即倍，等于，即倍，等于供电供电(

26、n din)臂负荷电流的臂负荷电流的1/3。(3)两负荷相绕组称为重负荷相绕组两负荷相绕组称为重负荷相绕组(又称臂绕组或接地相绕组又称臂绕组或接地相绕组)，自由相绕组称为轻负荷相绕组，自由相绕组称为轻负荷相绕组(又称非接地相绕组又称非接地相绕组)。第三十六页，共163页。4.YN,d11归算到负荷端口的等值电路归算到负荷端口的等值电路(dinl)模型模型第三十七页，共163页。5.YN,d11变压器额定利用率变压器额定利用率变压器额定利用率变压器额定利用率K定义为定义为K=(额定输出容量额定输出容量/额定容量额定容量)X100%以归算到负荷端口的等值电路模型为例，以归算到负荷端口的等值电路模型

27、为例，分析可得分析可得K=75.6%有移动有移动(ydng)备用和固定备用两种。备用和固定备用两种。第三十八页，共163页。1.根据所给三相根据所给三相YN,d11结线牵引结线牵引(qinyn)变电所的原理图变电所的原理图画出其展开图，并按规格化定向标出原次边电压、电流以及画出其展开图，并按规格化定向标出原次边电压、电流以及负荷端口电流、电压。负荷端口电流、电压。2.以引前相电压为基准，计算次边绕组电流。以引前相电压为基准，计算次边绕组电流。3.画出次边绕组电流、电压相量图，负荷端口电流相量图。画出次边绕组电流、电压相量图，负荷端口电流相量图。两供电两供电(n din)臂负荷功率因数相同，臂负

28、荷功率因数相同，均为均为第三十九页，共163页。三、单相三、单相(dn xin)牵引变电所牵引变电所 单相单相(dn xin)牵引变电所牵引变电所纯单相纯单相(dn xin)牵引变电所牵引变电所V,v接线接线(ji xin)牵引变电所牵引变电所 牵引变电所装设两台单相牵引变电所装设两台单相结线牵引变压器，作结线牵引变压器，作V,v接线。接线。V,v接线牵引变压器原边接线牵引变压器原边接入电力系统的两个线电压。接入电力系统的两个线电压。次边各有一端分别接到牵次边各有一端分别接到牵引侧的两相母线上，各有另引侧的两相母线上，各有另一端与轨道及接地网连接。一端与轨道及接地网连接。第四十页，共163页。

29、1.原、次边电流原、次边电流(dinli)关系关系第四十一页，共163页。当当Iab=Ibc=Ie时，时，额定输出容量：额定输出容量：S=IabUe+IbcUe=2UeIe额定容量：额定容量：S=2UeIe所以所以(suy)，K=100%当一台变压器因故停电时，另一台变压器必须跨相供电，当一台变压器因故停电时，另一台变压器必须跨相供电，即兼供左右两边供电分区的牵引网。即兼供左右两边供电分区的牵引网。4.优、缺点优、缺点第四十二页，共163页。四、三相四、三相-两相牵引变电所两相牵引变电所1.概述：概述：这种牵引变电所中变压器为三相这种牵引变电所中变压器为三相两相平衡变压器。两相平衡变压器。在电

30、力系统中对称和平衡是有区别的：在电力系统中对称和平衡是有区别的：平衡平衡 “0序序”，即无，即无“0序分量序分量”称为平衡，否则为不称为平衡，否则为不平衡平衡对称对称 “负序负序”，即无，即无“负序分量负序分量”称为对称，否则为不称为对称，否则为不对称对称 而电气化铁道牵引负荷通过特定接线的牵引变压器不会而电气化铁道牵引负荷通过特定接线的牵引变压器不会在电力系统中产生在电力系统中产生“0序分量序分量”，但通常都会造成负序分量。，但通常都会造成负序分量。因此，从三相系统看，牵引负荷是平衡而不对称的。因此，从三相系统看，牵引负荷是平衡而不对称的。也正因为这个也正因为这个(zh ge)特点，电气化铁

31、道正常运行时不考特点，电气化铁道正常运行时不考虑虑“0序序”，只考虑负序，又把对称变压器称为平衡变压器，只考虑负序，又把对称变压器称为平衡变压器，目的都是消除或削弱负序。目的都是消除或削弱负序。第四十三页，共163页。第四十四页，共163页。由两台单相变压器构成。由两台单相变压器构成。变压器的原边绕组联成倒变压器的原边绕组联成倒T形形接入三相电力系统，副边绕组接入三相电力系统，副边绕组联成相位差为联成相位差为90的的V形，公形，公共端接地和钢轨，两个开口端共端接地和钢轨，两个开口端分别接入接触网相邻的两区段分别接入接触网相邻的两区段(q dun)，相邻两接触网对，相邻两接触网对地电压相位不同，

32、故相邻两接地电压相位不同，故相邻两接触网区段触网区段(q dun)必须用分必须用分相绝缘器断开。相绝缘器断开。第四十五页，共163页。(1)原、次边电压原、次边电压(diny)关系及变比关系关系及变比关系(M)座变压器的绕组座变压器的绕组(roz)原边接入电原边接入电力系统力系统AB相相(线电压线电压)，(T)座变压器绕组座变压器绕组(roz)原边一端接原边一端接(M)座绕组座绕组(roz)的中点的中点D，另一端接入，另一端接入C相。相。第四十六页，共163页。分析分析(fnx)：以原边相电压以原边相电压 为参考为参考相量，则：相量，则：(T)座原边电压座原边电压 为：为：第四十七页，共163

33、页。(M)座原边绕组匝数是座原边绕组匝数是(T)座的座的 ，而副边匝数相等，而副边匝数相等()。(M)座变压器变比座变压器变比 (T)座变压器变比座变压器变比:由于由于(yuy)(M)与与(T)两变压器原边电压的关系对应于等两变压器原边电压的关系对应于等边三角形底边和高的关系，故通常称边三角形底边和高的关系，故通常称M座为底变压器，座为底变压器，T座座为高变压器。为高变压器。第四十八页，共163页。(2)原、次边电流关系原、次边电流关系列写电流和磁势平衡关系式：列写电流和磁势平衡关系式：原边电流：原边电流：若副边两相牵引负荷若副边两相牵引负荷(fh)电电流相等时，且流相等时，且M、T两供电臂两

34、供电臂功率因数相等时，功率因数相等时，以以 为参考相量：为参考相量：列磁势平衡方程：列磁势平衡方程：第四十九页，共163页。将将 代入得：代入得：第五十页，共163页。结论：结论：在在M、T两供电两供电(n din)臂负荷电流大小相等、功率因臂负荷电流大小相等、功率因数相等的条件下，数相等的条件下，Scott牵引变压器原边三相电流大小相等，牵引变压器原边三相电流大小相等，相位互差相位互差120，即原边三相电流对称。，即原边三相电流对称。(3)Scott变压器容量利用率变压器容量利用率达到额定输出时，即达到额定输出时，即 ，此时，此时变压器额定输出容量：变压器额定输出容量：变压设计容量：变压设计

35、容量：第五十一页，共163页。所谓平衡变压器必须满足：所谓平衡变压器必须满足：(1)无论二相侧无论二相侧(负荷侧负荷侧)负荷状况如何，三相侧负荷状况如何，三相侧(系统侧系统侧)均无均无零序电流零序电流(dinli)。即三相侧电流。即三相侧电流(dinli)为为“平衡系平衡系”；(2)当二相侧两臂负荷相等时，三相侧负序电流当二相侧两臂负荷相等时，三相侧负序电流(dinli)为为零。即三相侧电流零。即三相侧电流(dinli)为为“对称系对称系”。这里介绍的阻抗匹配平衡变压器就是在普通这里介绍的阻抗匹配平衡变压器就是在普通YN,d11接线变接线变压器的自由相上增加两个绕组。这种结构是目前现有平衡牵压

36、器的自由相上增加两个绕组。这种结构是目前现有平衡牵引变压器中最简单的。使副边引变压器中最简单的。使副边内各绕组阻抗满足阻抗匹配内各绕组阻抗满足阻抗匹配原则，从而使原边平衡，即三个绕组阻抗满足原则，从而使原边平衡，即三个绕组阻抗满足:Zab=Zbc=Zac第五十二页，共163页。(1)接线图接线图:原边接线与普通原边接线与普通YN,d11接线变压接线变压器的原边情况器的原边情况(qngkung)完全相完全相同；同；次边三角形接线结构有所改变，次边三角形接线结构有所改变，即在非接地相增设了即在非接地相增设了两个外移绕组：两个外移绕组：和和 。(c)端子仍接地。端子仍接地。、两端分别接到两端分别接到

37、牵引侧两相母线上。牵引侧两相母线上。由两相牵引母线分别由两相牵引母线分别向两侧对应的供电臂向两侧对应的供电臂供电。供电。第五十三页，共163页。(2)电流电流(dinli)关系：关系：第五十四页，共163页。次边绕组电流次边绕组电流(dinli)与负荷端口电流与负荷端口电流(dinli)关系为：关系为：第五十五页，共163页。由磁势平衡方程得由磁势平衡方程得:原边三相电流与负荷原边三相电流与负荷(fh)端口电流关系端口电流关系为：为：第五十六页，共163页。当次边两相均载时，都等于当次边两相均载时，都等于(dngy)I2时，有：时，有：第五十七页，共163页。(3)电压电压(diny)关系：关

38、系：第五十八页，共163页。(4)变比关系变比关系(gun x)：(5)变压器容量利用率：变压器容量利用率：额定容量：额定容量：S1=3U1相相I1相相额定输出容量：额定输出容量：第五十九页，共163页。阻抗匹配平衡变压器的特点：阻抗匹配平衡变压器的特点：1.阻抗匹配平衡变压器的原边仍为阻抗匹配平衡变压器的原边仍为YN接法，引出中性点，与现接法，引出中性点，与现有有110kV或或220kV系统匹配方便。系统匹配方便。接线绕组，三次谐波电流可以流通，确保主磁通和电压波形接线绕组，三次谐波电流可以流通，确保主磁通和电压波形(b xn)有良好的正弦度。有良好的正弦度。3.容量利用率显著高于容量利用率

39、显著高于YN,d11接线变压器。接线变压器。4.次边次边 时，原边三相电流为平衡系；次边时，原边三相电流为平衡系；次边 时，原时，原边三相电流转化为对称系。对牵引负荷来说，任何时刻都满足边三相电流转化为对称系。对牵引负荷来说，任何时刻都满足 的概率是很小的，尽管如此，阻抗匹配平衡变压器原边三相电的概率是很小的，尽管如此，阻抗匹配平衡变压器原边三相电流的不对称度较流的不对称度较YN,d11牵引变压器仍有明显改善。牵引变压器仍有明显改善。5.原边三相制的视在功率完全转化为次边二相制的视在功率。原边三相制的视在功率完全转化为次边二相制的视在功率。第六十页，共163页。不对称度不对称度K与牵引与牵引(

40、qinyn)负荷比负荷比m的关系的关系曲线曲线第六十一页，共163页。自学：自学：要求：要求：交学习报告，内容重点交学习报告，内容重点(zhngdin)放在放在“列车电流曲线和列车电流曲线和列车能耗列车能耗”。回答以下问题：回答以下问题：4.为什么电力机车要采用直流串励电动机？为什么电力机车要采用直流串励电动机？第六十二页，共163页。一、电力机车简况及其牵引特性一、电力机车简况及其牵引特性交流电力机车因主电动机和种类而异。交流电力机车因主电动机和种类而异。目前多采用的是将交流变换为直流后利用直流串励电动机运行。目前多采用的是将交流变换为直流后利用直流串励电动机运行。1.电力机车特性的要求：电

41、力机车特性的要求：电力机车出发时，速度为零，需要很大的力；要求起动加速力大。电力机车出发时，速度为零，需要很大的力；要求起动加速力大。充分利用牵引电动机容量；列车轻载时，运行速度高；重载时，充分利用牵引电动机容量；列车轻载时，运行速度高；重载时，运行速度低。运行速度低。2.直流串励电动机特性：直流串励电动机特性：起动转矩大，过载能力强。起动转矩大，过载能力强。当负载转矩增加时，电动机转速会自动下降。即低速当负载转矩增加时，电动机转速会自动下降。即低速(d s)时所时所需转矩大，高速时所需转矩小。需转矩大，高速时所需转矩小。第六十三页，共163页。第二章第二章 牵引变电所容量计算牵引变电所容量计

42、算(j sun)和选择和选择第六十四页，共163页。一、列车电流曲线和列车能耗一、列车电流曲线和列车能耗列车运行状态：起动、加速、惰行、制动等列车运行状态：起动、加速、惰行、制动等列车电流曲线与列车运行的状况有关。列车电流曲线与列车运行的状况有关。1.牵引电流曲线牵引电流曲线(i-t曲线曲线)电流曲线是列车运行曲线的一种，列车运行曲线有：电流曲线是列车运行曲线的一种，列车运行曲线有：a.列车运行速度列车运行速度v与列车走行距离的关系，与列车走行距离的关系，v=f(l)b.列车取用电流列车取用电流i与列车走行距离的关系，与列车走行距离的关系，i=f(l)c.列车走行时间列车走行时间(shjin)

43、t与列车走行距离的关系，与列车走行距离的关系，t=f(l)d.列车取用电流列车取用电流i与列车走行时间与列车走行时间(shjin)的关系，的关系，i=f(t)由由a、c以及电机特性以及电机特性 i=f(v)三条曲线可得出三条曲线可得出 i=f(l)和和i=f(t)。第六十五页，共163页。利用利用i=f(t)曲线计算列车电流及能耗。曲线计算列车电流及能耗。将时间将时间0,区间划分为区间划分为n个间隔，个间隔，每一等份为每一等份为t(分钟分钟)，则每个时刻，则每个时刻都有对应都有对应(duyng)的取流的取流(i)的数值，的数值，=nt电流平均值：电流平均值：平均电压平均电压U=25kV列车用电

44、平均功率：列车用电平均功率：列车能耗为：列车能耗为：第六十六页，共163页。2.2 计算条件计算条件(tiojin)一、计算列车数一、计算列车数N的计算条件的计算条件(tiojin)查近期按调运查近期按调运(dioyn)量计算，考虑波动性和储备能力量计算，考虑波动性和储备能力远期按国家要求的输送远期按国家要求的输送(sh sn)能力计算，考虑储备能力能力计算，考虑储备能力国家规定的需要输送能力接近线路输送能力时，国家规定的需要输送能力接近线路输送能力时，按线路输送能力计算；若低于线路输送能力的一半时，按线路输送能力计算；若低于线路输送能力的一半时，可按可按2倍需要输送能力计算。不考虑波动和储备

45、系数倍需要输送能力计算。不考虑波动和储备系数第六十七页，共163页。当采用近期运量计算当采用近期运量计算(j sun)时：时：当需要输送能力接近线路输送能力时：当需要输送能力接近线路输送能力时：当需要输送能力低于线路输送能力的一半时：当需要输送能力低于线路输送能力的一半时：第六十八页，共163页。二、列车用电量的计算条件二、列车用电量的计算条件 对于不同类型的列车，都按满载货物列车考虑。对于不同类型的列车，都按满载货物列车考虑。当电力牵引的旅客列车数比例较大时，或上、下行方向当电力牵引的旅客列车数比例较大时，或上、下行方向空载车数比例很大时，也可分别按实际的客、货、空列车的空载车数比例很大时，

46、也可分别按实际的客、货、空列车的用电量计算。用电量计算。三、牵引变压器校核容量的计算条件三、牵引变压器校核容量的计算条件按其最大容量的需要按其最大容量的需要(xyo)来确定，应计算最大列车数：来确定，应计算最大列车数：Nmax(N非非)。第六十九页，共163页。2.3 馈线电流馈线电流一、列车电流一、列车电流列车瞬时电流列车瞬时电流 :指列车电流的即时有效值指列车电流的即时有效值(h=1,2,n,h为为供电臂内运行的列车数供电臂内运行的列车数)。列车平均电流列车平均电流 :指列车在计算指列车在计算(j sun)区段运行时间内，区段运行时间内，列车瞬时电流列车瞬时电流 的平均值；即：的平均值；即

47、：列车用电平均电流列车用电平均电流 :指列车在计算指列车在计算(j sun)区段内运行区段内运行时，在用电运行时间内，列车瞬时电流的平均值；时，在用电运行时间内，列车瞬时电流的平均值；第七十页，共163页。列车电流的平均值：列车电流的平均值：而列车取电平均电流为：而列车取电平均电流为：考虑列车正常考虑列车正常(zhngchng)运行时的自用电运行时的自用电7A：第七十一页，共163页。列列车车取取电电走行走行时间时间内有效内有效电电流：流：令令 ，为为机机车车取流有效系数取流有效系数(xsh)一般一般 通常取通常取即：列即：列车车在供在供电电分区分区带电带电运行运行时时的有效的有效电电流等于其

48、平均流等于其平均电电流流与有效系数与有效系数(xsh)的乘的乘积积。第七十二页，共163页。二、馈线电流二、馈线电流(dinli)的计算的计算(1)原始数据：原始数据：第七十三页，共163页。(2)馈线日平均馈线日平均(pngjn)电流电流由已知的原始数据：由已知的原始数据：所以，我们可由上、下行的牵引能耗、上下行的带电运行时所以，我们可由上、下行的牵引能耗、上下行的带电运行时间；或由上下行的即时有效电流、总运行时分、带电运行时间；或由上下行的即时有效电流、总运行时分、带电运行时分计算得到列车上下行带电平均分计算得到列车上下行带电平均(pngjn)电流。电流。第七十四页，共163页。对全日对全

49、日T，24h=1440min来说，上行有来说，上行有N列，下行列，下行(xixng)有有N列，则上、下行列，则上、下行(xixng)平均电流为：平均电流为：所以日平均馈线电流所以日平均馈线电流(单、复线不影响此计算方法单、复线不影响此计算方法)第七十五页，共163页。当当N对列车运行情况相同时对列车运行情况相同时(同型号机车，同重，同速同型号机车，同重，同速)即即P(N对列车作用时对列车作用时)馈线全天馈线全天(qun tin)带电概率带电概率Ig每列车通过全区的全日平均带电电流每列车通过全区的全日平均带电电流tg每列车通过全区带电时间每列车通过全区带电时间(min)第七十六页，共163页。(

50、3)馈线电流有效值馈线电流有效值假定：假定：1.各区间日平均电流相同，即：各区间日平均电流相同，即：Ig(k)=Igz 2.各区间全日带电时分相同，即：各区间全日带电时分相同，即：Tg(k)=Tgz那么那么(n me)：各区间日带电概率也相同，即：各区间日带电概率也相同，即：第七十七页，共163页。2.4 正常运行时牵引正常运行时牵引(qinyn)变压器容量计算变压器容量计算 正常运行和紧密运行时相对而言的，一般按全日平均有效正常运行和紧密运行时相对而言的，一般按全日平均有效电流选择变压器。电流选择变压器。计算容量取决于重负荷绕组的有效电流。计算容量取决于重负荷绕组的有效电流。所以变压器计算容