牵引供电系统新技术(西南交大黄彦全09).ppt

* 供变电工程新技术 西南交通大学电气工程学院 黄彦全 2009-5-23 牵引供电系统概述 图1、牵引供电系统示意图 ●牵引供电系统的主要组成部分： 电源进线、牵引变压器、高压开关设备、导线、绝缘子、电压互感器、电流互感器、避雷器、馈出线等。 ●牵引供电系统主要指标 供电电压：27.5kV，2×27.5kV 供电频率：50Hz 变电所间距：40~50km（直供方式） 80~100km（AT方式） 相数：单相 主要的牵引供电方式： 直供方式、BT供电方式、AT供电方式等。 AT供电方式的优点：供电距离长、通信干扰小、供电功率大等。 目前常速电气化铁路的供电方式多为直供+回流线的方式，高速和重载电气化铁路多采用AT供电方式 对牵引供电系统的基本要求： 可靠性：一级负荷、电源为双电源、电源接入电压等级高（110kV、220kV、330kV）、两座主变压器、馈出断路器备用。可靠性薄弱环节：接触网系统（无备用、在运动中列车作用下容易发生故障）。弥补措施：必要时实施越区供电（越区供电时，由于供电能力不足，列车无法按正常运行图运行）。 供电能力：满足在不同牵引工况下电能的输送。关键点：牵引供电臂末端电压水平。 运行方式的灵活性：在确保供电的前提下，为设备的检修、运行方式的调整等提供灵活的操作方式。改变运行方式的动作迅速。 完备的确保一次系统运行可靠性的措施。 目前牵引供电系统面临的主要问题： 谐波问题 负序电流问题 功率因数问题 机车过分相问题 接地问题 继电保护问题 弓网关系问题 绝缘配合问题 电磁兼容问题 谐波问题 无论是整流型机车，还是交-直-交机车，都会向供电系统注入谐波电流，前者注入的是低频的谐波电流（以3、5、7次谐波为主），后者注入的是高频的谐波电流（以15到21次谐波为主）。 谐波电流注入供电系统带来的危害：1、对通信设备（系统）、控制设备（系统）的可靠性带来不利因素； 2、降低用电设备的运行效率。 谐波问题 整改措施：在牵引变电所增加滤波器（单调谐滤波器、高通滤波器），存在增加投资的问题。 限制：谐波电流问题一直是铁路部门和电力部门之间争论的焦点问题。 负序电流问题 牵引供电系统的负荷为单相负荷，导致从电力系统三相去用的电能不平衡，从而向电力系统注入负序电流。 负序电流的危害：降低用户电能的利用率，引起用户旋转电机转子表面温升过高。 整改措施：牵引供电系统采用换相方式接入电力系统，采用新型供电方式。 限制：电力部门一直在对牵引供电系统注入电力系统的负序电流进行限制。 功率因数问题 列车从牵引供电系统取用的电能会随着列车牵引定数、路况（限坡、弯道）、运行图、司机操作技术等因素的影响，因此改变列车取用的有功功率和无功功率，导致功率因素发生变化。 电力部门要求大工业用户的功率因数达到0.9以上，高出部分奖励、低于该数值将罚款。 整改措施：加功率因数补偿装置，困难在于负荷波动导致功率因数大范围波动，难以达到理想的补偿效果。 交-直-交机车的功率因数基本接近1.0。 但我国电气化铁路仍然存在大量的交-直机车，所采用的功率因数动态补偿装置由于电力电子技术、器件造价等问题，仍然无法大规模应用。 机车过分相问题 在牵引变电所中，通常是把电力系统的电能由高压降低为牵引供电系统所需要的电压，同时把三相系统转变为两相系统，该两相系统分别向牵引变电所两侧供电，因此，列车在通过某些点时，需要从一相（如a相）过渡到另外一相（如b相），在这两相之间需要设置一个绝缘断口，这就是电分相。 与之相关的还有电分段，在同相之间设置的绝缘断口。 机车在过电分相时，其过程可举例说明为：受电弓由带电的接触导线（a相）滑入中性段，中性段由两台断路器分别连接到分相两侧的带电部分，在机车进入中性段时，先使中性段带电（a相），当机车接近分相另一侧带电导线（b相）时，断开a相电，延时使中性段带b相电，保证机车顺利运动到b相。 机车过电分相时出现的电磁现象： 1、中性段（或机车）断电时出现过电压现象，其过电压水平有时能达到击穿接触导线绝缘子的数值，出现的电弧有可能烧损接触网吊弦； 2、机车重新带电时，出现过电流现象，其过电流水平有可能达到机车正常运行电流的5-7倍，过流有可能损害设备的正常寿命、影响继电保护动作正确性。 机车自动过电分相的几种方式： 地面控制方式：在机车到达分相前，地面控制系统发出对断路器合闸的命令，使中性段带电，在机车运行到中性段某一位置后，地面控制系统对断路器分闸的命令，并