电气化铁路与电能质量问题技术分析.ppt

电气化铁路与电能质量问题 目 录 一、电气化铁路概述 二、电力机车的电气特性 三、牵引供电方式的选择 四、牵引变压器类型 五、电气化铁路电能质量问题 一、电气化铁路概述 电力牵引是用电能作为铁路运输动力能源的牵引方式。它的牵引动力是电力机车或电动车组，这是一种能源非自给型机车或动车组。因而必须在电气化铁路沿线设置一套完善的、不间断地向电力机车或电动车组供电的设备，由这种设备构成的工作系统称为电力牵引供电系统，亦即牵引供电系统。 一、电气化铁路概述 我国国标GB1402-1998 《牵引供电系统供电电压》规定，铁道干线电力牵引铁路电气化电压电流制式为接触网电压25kV的单相工频（50Hz）交流制，即到目前为止，大部分为铁道部管理的国家铁路中，投产将近30000公里的电气化铁路供电系统都是执行这个标准。 （一）电气化铁路牵引供电系统的组成 牵引供电系统是电气化铁路从电力系统接引电源，降压转换后给电力机车供电的电力网络。它由牵引变电所和牵引网两部分组成。如下图所示： （一）电气化铁路牵引供电系统的组成 牵引变电所担主要负牵引用电能的变换工作，它将电力供电系统中高压输电线送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转换为适用于电力牵引的电能，然后输送给沿铁路线上空架设的接触网，以供给沿线路行驶的电力机车。习惯上把接触网、馈电线、轨道、回流线称为牵引网。牵引供电系统是由牵引变电所和牵引网构成的向电力机车或电动车组供电的完善的工作系统。 牵引电流从牵引变压器→供电线→接触网→电力机车→钢轨→回流N线→ 牵引变压器。 国家铁路以牵引变电所围墙为界，电力系统送电线终端杆塔至牵引变电所进门型架导线分属两家，围墙以外归属电力部门，围墙以内归属铁道部门。 牵引变电所采用2路电源进线，2台牵引变压器，一主一备方式运行。110或220kV电源经牵引变压器后，降压为1×25kV或2×25kV，然后供给牵引网。牵引网如同电力系统的输电线路，它由馈电线、接触网、轨道回路组成。接触网架设在铁路上方，电力机车通过受电弓与接触线滑动接触而获得电能。 牵引供电系统原理图如下所示： 二、电力机车的电气特性 （一）交直型电力机车 电力机车从接触网取得25kV工频单相交流电，经车载变压器降压为1500V，整流后向牵引电动机供电。我国目前国内已停止生产,寿命期内的继续使用,今后将逐渐淘汰，更换为交直交型电力机车。交直型电力机车工作原理如下图所示： 交直型电力机车采用半控桥式整流，通过晶闸管控制导通角来控制机车出力，所以，交直机车在整流过程中会产生谐波，功率因数较低。 （二）交直交型电力机车（动车组） 为克服交直型电力机车的缺点，世界各国竞相开展了交流传动电力机车的研制，1979年德国开发了世界首台大功率干线交流传动电力机车，欧洲等主要发达国家迅速推广，国内目前已推广采用。交直交型电力机车工作原理如下图所示： 交直交机车采用四象限整流，通过GTO或IGBT控制导通 和关断角来控制机车的出力，可分别控制导通和关断机车主 变压器的若干个低压绕组的整流，使电流波形逼近正弦波， 且电流与电压的相位基本同步。所以，交直交型电力机车的 谐波含量很小、功率因数高。 三、牵引网供电方式 1、直接供电方式 2、BT供电方式 3、带回流线的直接供电方式 4、AT供电方式 5、常用供电方式 常用牵引网供电方式 牵引网根据供电能力大小、接触网架设环境、电磁兼容要求等条件，有以下不同的几种供电方式。 （一）直接供电方式 牵引电流通过电力机车后直接从钢轨或大地返回牵引变电所。此方式结构简单，投资少，维护费用低，但对弱电系统的电磁干扰较大。 （二）吸流变压器供电方式（BT方式） 为了减少直接供电方式对弱电系统的电磁干扰，沿接触网架设一条回流线，并在接触网和回流线中串入吸流变压器，让牵引电流通过电力机车后从回流线返回牵引变电所。该方式防干扰效果好，但供电臂阻抗大，电压损失大，牵引变电所间距小。目前已基本不采用。 （三）带回流线的直接供电方式 鉴于目前通信干线已大部分光缆化，抗干扰能力大大提 高，吸流变压器的作用已不大。带回流线的直接供电方式，是在吸流变压器供电方式基础上,取消吸流变压器后形成的一种供电方式。回流线有一定的吸流效果，该方式基本能满足对弱电系统电磁防护的需要，是目前比较常用的一种供电方式。 （四）自耦变压器供电方式（AT方式） 在直接供电方式的基础上，引入正馈线和自耦变压器后形成的一种供电方式。供电臂阻抗小，牵引变电所间距大，供电能力强，并且由于正馈线的作用，对弱电系统的电磁防护效果与BT供电方式相当。 常用供电方式 目前，国内大部分电气化铁路一般情况下采用带回流线