某牽引變電所供電方式和主接線設(shè)計(jì)案例目錄TOC\o"1-3"\h\u5968某牽引變電所供電方式和主接線設(shè)計(jì)案例 1192831.1牽引變電所供電方式 19851.1.1直接供電方式 173051.1.2帶回流線的直接供電方式 230431.1.3AT供電方式 2207451.1.4BT供電方式 4188561.1.5其他供電方式 5170301.2牽引變電所主變壓器主接線 5161081.2.1單相變壓器 5100221.2.2單相V，v接線變壓器 6242981.1.3三相V，v接線變壓器 731311.1.4三相YN，d11接線變壓器 8216611.1.5Scott接線變壓器 9245471.32×27.5kV或55kV側(cè)饋線的接線方式 10206041.3.1斷路器50%備用接線 10185281.3.2斷路器100%備用接線 10166041.3.3帶旁路母線和旁路斷路器的接線 11162261.4電源側(cè)主接線 12129461.4.1雙T接線 12226981.4.2橋形接線 121.1牽引變電所供電方式1.1.1直接供電方式直接供電方式是指將110kV的電源通過牽引變壓器轉(zhuǎn)換得到27.5kV，然后直接通過接觸網(wǎng)供給電力機(jī)車使用。如圖1.1所示，電流流向?yàn)椋籂恳冸娝佑|線——電力機(jī)車——鋼軌和大地——牽引變電所。直接供電方式和AT供電方式相比較，直接供電方式的設(shè)備和饋線回路都比較簡單，而且投資比較少，運(yùn)營維護(hù)的費(fèi)用和難道較小。但是由于鋼軌和大地做回流的效率比較低，還會造成對鄰近通信線路的干擾。圖1.1直接供電方式1.1.2帶回流線的直接供電方式如圖1.2所示，帶回流線的直供方式的原理和直供方式非常的相似，換句話可以說是屬于直供的一種，只是在原來直供的基礎(chǔ)上安裝了一條架空回流線。電流的流向是從牽引變電所流出來到達(dá)接觸網(wǎng)上，然后經(jīng)過接觸網(wǎng)系統(tǒng)到達(dá)電力機(jī)車和接觸網(wǎng)相連的受電弓，再然后就流進(jìn)了電力機(jī)車，出來以后到達(dá)回流線，最后就回到了牽引變電所，形成一個(gè)完整的回路。值得一提的是，通過回流線進(jìn)行回流，提高了回流效率，降低了鋼軌電位。圖1.2帶回流的直接供電方式1.1.3AT供電方式1.AT供電方式的原理自耦變壓器是一種特殊變壓器，它的輸出和輸入使用同一組線圈。電壓變化是通過調(diào)節(jié)匝數(shù)比來實(shí)線的。如圖1.3所示，，為自耦變壓器，可以看出它們其中點(diǎn)接鋼軌，剩下的兩端分別于接觸線和正饋線連接。圖1.3AT供電方式電路原理圖在自耦變壓器的原邊繞組線圈AC兩端加電壓，二次側(cè)線圈AB開路，端電壓為，則可以得到自耦變壓器的變比為：（1.1）在AT供電方式中，線圈AB和BC的匝數(shù)相等，可得，，，代入公式（1.1）的。如果在二次側(cè)AB兩端有電力機(jī)車駛過，流過電力機(jī)車的電流是，BC中的電流和AT一次側(cè)電流相等，即，于是我們可以根據(jù)基爾霍夫節(jié)點(diǎn)電流定律得到通過二次側(cè)線圈AB的電流為：（1.2）如果自耦變壓器是理想變壓器（阻抗為零）時(shí)，由可以知道變壓器一次側(cè)和二次側(cè)的電流與變壓器的匝數(shù)是反比的關(guān)系。則可以得出初級繞組與流過電力機(jī)車的電流的關(guān)系以及次級線圈與流過電力機(jī)車的電流的關(guān)系。即為：（1.3）（1.4）通過公式（1.1）得到，則可以得到一次線圈與負(fù)載電流的關(guān)系為，二次線圈與負(fù)載電流的關(guān)系為。一次側(cè)輸入功率為，二次側(cè)的輸出功率為，假如設(shè)自耦變壓器是理想變壓器，則根據(jù)能量守恒定律可得：（1.5）將公式（1.2）~（1.4）代入（1.5）可得：（1.6）為自耦變壓器的通過容量，為自耦變壓器的自身容量。在采用AT供電方式進(jìn)行功率傳遞時(shí)，自耦變壓器其自身容量是可以小于它自身的通過容量，換句話說就是自耦變壓器能夠傳輸大于其自身容量的功率的要求。在AT供電方式中，其自耦變壓器的繞組匝數(shù)變比k=2，可以得出，AT供電方式中自耦變壓器的自身容量是通過容量的一半。1.AT供電方式的特點(diǎn)（1）AT供電方式中，牽引網(wǎng)的電壓等級是55kV或2×27.5kV，因此在AT供電方式中不需要將牽引網(wǎng)的絕緣水平提高的情況下就可以將供電電壓等級提高一倍。由于正饋線的并入，牽引網(wǎng)的阻抗會大幅減少。在牽引網(wǎng)經(jīng)過相同的電力機(jī)車時(shí)，在接觸網(wǎng)上流過的電流大小會減少一半。同時(shí)，也將大幅度減少牽引網(wǎng)的電壓損失和電能損失。因此，采用AT供電方式是提高了牽引網(wǎng)的供電能力的一種有利措施。（2）AT供電方式供電距離增長，可以增大到90~100km，與BT供電方式和直接供電方式相比較，大約增長到BT的2~3倍左右，直供的1.7~2倍左右。因而使供電區(qū)段內(nèi)變電所和電分相的數(shù)目大大減少，節(jié)約設(shè)備成本，并且為我國鐵路向高速、重載方向發(fā)展提供了有利條件。（3）在AT供電方式中，自耦變壓器是并聯(lián)在牽引網(wǎng)中，與BT供電方式中吸流變壓器串聯(lián)在牽引網(wǎng)中不同。這就保證了在AT供電方式下，電力機(jī)車取電的連續(xù)性，避免了在BT供電方式中接觸網(wǎng)在每一個(gè)吸流變壓器處必須設(shè)置的電分段。提高了供電的可靠性，減少了檢修和維護(hù)的成本和工作量。（4）在AT供電方式中，正饋線和接觸線平行架設(shè)，當(dāng)列車運(yùn)行時(shí)，通過兩者的電流近似相等，并且方向相反。因而使得兩者產(chǎn)生的交變磁場相互抵消，這就能大幅度減少對鄰近通信線路的影響；同時(shí)AT供電方式對電力系統(tǒng)的影響（包括負(fù)序、無功和諧波）較小。1.1.4BT供電方式如圖1.4所示，在牽引網(wǎng)中，每個(gè)1.5~4km的距離就安裝一臺變壓器變比為1：1吸流變壓器，并且吸流變壓器串聯(lián)在整個(gè)牽引網(wǎng)中。電流流向?yàn)椋籂恳冸娝鞒?，?jīng)過吸流變壓器的一次側(cè)繞組，通過接觸線和受電弓流過電力機(jī)車，再經(jīng)過吸上線流過吸流變壓器的二次側(cè)繞組，最后流回到牽引變電所。我們將這種供電方式稱為BT供電方式。BT供電方式由于安裝了吸流變壓器，使得回流效率大大提高，通過鋼軌的電流很小，假設(shè)吸流變壓器是理想變壓器的情況下，通過鋼軌的電流=0。因此BT供電方式降低了鋼軌電位，減少了對鄰近通信線路的影響。但是由于吸流變壓器安裝的地方需要裝設(shè)電分相，使得供電距離縮短，同時(shí)提高了維修的成本和難度，降低了供電的可靠性。不適用于列車高速、重載運(yùn)行。圖1.4BT供電方式原理1.1.5其他供電方式除了以上介紹的供電方式外，還有CC（同軸電力電纜）供電方式和同相供電方式。同軸電力電纜供電方式中，正饋線和負(fù)饋線在同一條電纜中，電纜內(nèi)部的導(dǎo)體和牽引網(wǎng)的接觸線相連，作為正饋線，而電纜外層導(dǎo)體與鋼軌相連，作為負(fù)饋線。由于電纜內(nèi)部導(dǎo)體和外層導(dǎo)體的距離非常接近，流過正饋線和負(fù)饋線的電流大小相等，方向相反，對近鄰?fù)ㄐ啪€路的干擾就會相互抵消，同時(shí)鋼軌電位比較低，回流效率提高。同相供電方式是指全線使用同一相位的單相供電，這就避免了電分相的使用，同時(shí)將避免由于安裝電分相帶來的有絕緣子對受電弓的威脅以及會出現(xiàn)拉弧而燒損的缺點(diǎn)。消除高速列車在通過電分相時(shí)可能出現(xiàn)的刮弓，燒損等安全隱患。1.2牽引變電所主變壓器主接線1.1.1單相變壓器單相變壓器是目前牽引變電所研究和使用中最簡單的一種變壓器，如圖1.5所示，牽引變壓器的一次側(cè)接電力系統(tǒng)三相電的任意兩相，采用線電壓，在牽引變壓器的二次側(cè)一端接牽引網(wǎng)的接觸線，另一端接鋼軌。由于單相變壓器是直接在電力系統(tǒng)三相電中接了兩相，這會導(dǎo)致電力系統(tǒng)三相不平衡運(yùn)行，對電網(wǎng)進(jìn)行沖擊，影響電力系統(tǒng)的電能質(zhì)量。如圖1.6所示，當(dāng)采用AT供電方式時(shí)，單相變壓器一次側(cè)依舊接電力系統(tǒng)三相電中任意兩相，二次側(cè)將接在正饋線（F）和接觸線（T）上，二次側(cè)繞組的中間抽頭將接鋼軌（N），同時(shí)在二次側(cè)的出口處需要接斷路器和隔離開關(guān)。當(dāng)在AT供電方式下采用單相變壓器時(shí)，不需要在變壓器處接自耦變壓器。圖1.5單相接線電路原理圖圖1.6單相變壓器在AT供電方式下的連接方式1.1.2單相V，v接線變壓器如圖1.7所示，單相V，v接線變壓器是將兩臺單相變壓器的繞組以“V”子的形式連接在一起，并接入到三相電力系統(tǒng)中。單相V，v變壓器的一次側(cè)兩臺單相變壓器的一端和它們的公共端分別接電力系統(tǒng)三相電的A，B，C相，二次側(cè)兩臺單相變壓器的一端和它們的公共端分別接左供電臂、右供電臂和鋼軌。當(dāng)變壓器正常運(yùn)行時(shí)，牽引變壓器二次側(cè)保持三相，因此產(chǎn)生負(fù)序電流會大幅度減小，對電力系統(tǒng)的沖擊也會相應(yīng)變小。同時(shí)，也有利于牽引變電所動(dòng)力電和自用點(diǎn)的供應(yīng)。如圖1.8所示，在AT供電方式中，單相V，v變壓器的一次側(cè)繞組依舊采用“V”形接線，二次側(cè)繞組有所不同，需要采用“X”形接線。兩臺單相變壓器的兩端分別接左右供電臂的正饋線和接觸線，它們的交點(diǎn)接鋼軌。當(dāng)在AT供電方式下采用單相V，v接線變壓器時(shí)，不需要在變壓器處接自耦變壓器。圖1.7單線V，v接線電路原理圖圖1.8單相V，v變壓器在AT供電方式下的接線方式1.1.3三相V，v接線變壓器三相V，v接線變壓器是將兩臺容量可相同也可以不相同的單相變壓器裝設(shè)在同一個(gè)箱體內(nèi)的一種新型的牽引變壓器。三相V，v接線電路原理圖如圖1.9所示，一次側(cè)是將兩個(gè)繞組串在一起，組成“V”字形，接入到電力系統(tǒng)中。二次側(cè)的四個(gè)抽頭全部引出到箱體外，然后根據(jù)牽引供電的要求，可以接成正“V”和反“V”。在AT供電方式中，如圖1.10所示，一次側(cè)兩臺單相變壓器的繞組依舊采用“V”形接法，二次側(cè)兩臺單相變壓器的繞組分別接左右供電臂的正饋線和接觸線，繞組中間抽頭引出與鋼軌相連。當(dāng)在AT供電方式下采用三相V，v接線變壓器時(shí)，不需要在變壓器處接自耦變壓器。圖1.9三相V，v接線電路原理圖圖1.10三相V，v變壓器在AT供電方式下的接線方式1.1.4三相YN，d11接線變壓器如圖1.11所示，三相YN，d11一次側(cè)繞組采用星形接法分別接電力系統(tǒng)的A，B，C相，二次側(cè)繞組則采用三角形接法，三個(gè)角分別接左右供電臂和鋼軌。三相YN，d11接線變壓器一次側(cè)中性點(diǎn)引出接地，與電力系統(tǒng)匹配更加方便，但是不足的是三相YN，d11的輸出容量不能得到充分利用，只能占到額定容量的75.6%。三相YN，d11不用于AT供電方式中，可以使用在直接供電方式中或者BT供電方式中。圖1.11三相YN，d11接線電路原理圖1.1.5Scott接線變壓器如圖1.12所示，斯柯特接線變壓器是一種將對稱三相電壓轉(zhuǎn)換成對稱兩相電壓的特殊牽引變壓器。Scott變壓器其實(shí)是兩臺單相變壓器通過特殊的連接方式組成。如圖1.13所示，在AT供電方式下，斯柯特牽引變電所需要在饋線外側(cè)外加設(shè)自耦變壓器。圖1.12Scott接線電路原理圖圖1.13Scoot變壓器在AT供電方式下的接線方式1.32×27.5kV或55kV側(cè)饋線的接線方式在AT供電方式中，2×27.5kV或者55kV側(cè)饋線斷路器會多次出現(xiàn)跳閘和故障，為保證列車安全運(yùn)行，提高供電的可靠性，需要對饋線斷路器進(jìn)行備用。主要有以下三種形式：1.3.1斷路器50%備用接線如圖1.14所示，圖中在牽引母線出線端接了兩路饋線，只設(shè)置了一臺備用斷路器，起到“一備二”的作用。圖1.14斷路器50%備用接線1.3.2斷路器100%備用接線如圖1.15所示，圖中設(shè)置了兩臺備用斷路器，每一路饋線都有一臺備用斷路器，起到“一備一”的作用，圖1.15斷路器100%備用接線1.3.3帶旁路母線和旁路斷路器的接線除了設(shè)置備用斷路器的備用接線外，還可以設(shè)置旁路母線和旁路斷路器的備用接線。如圖1.16所示，每4條饋線將設(shè)置一臺旁路斷路器，當(dāng)任意一條饋線的饋線斷路器發(fā)生故障或者檢修時(shí)，先切斷饋線斷路器，然后閉合與旁路母線相連的旁路隔離開關(guān)，再閉合旁路斷路器，旁路斷路器通過旁路母線工作，饋線斷路器停車。圖1.16帶有旁路母線以及旁路斷路器的接線1.4電源側(cè)主接線牽引變電所的主變壓器采用固定備用時(shí)，牽引變電所需要安裝兩臺主變壓器，一臺作為工作變壓器，一臺作為備用變壓器。為了保重主變壓器的供電可靠性，需要架設(shè)匯流母線，可以使主變壓器從任意一條回路