2024年西南交通大學(xué)軌道交通卓越班牽引供電考試重點(diǎn)內(nèi)容解析考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、名詞解釋（每小題3分，共15分）1.牽引供電系統(tǒng)2.牽引變壓器3.滑動接觸電壓4.牽引網(wǎng)阻抗5.諧波二、簡答題（每小題5分，共25分）1.簡述牽引變壓器采用YNd11接線組的理由。2.牽引供電系統(tǒng)對電能質(zhì)量有哪些主要要求？3.接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗主要受哪些因素影響？4.簡述牽引變電所接地系統(tǒng)的基本作用。5.與交流牽引供電系統(tǒng)相比，直流牽引供電系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？三、計算題（每小題10分，共30分）1.某牽引變電所一次側(cè)電壓為110kV，二次側(cè)額定電壓為27.5kV，牽引負(fù)荷功率為8000kW，功率因數(shù)為0.8，試計算通過主變壓器的額定電流（假設(shè)為額定負(fù)載）。2.一段接觸網(wǎng)線路長1km，導(dǎo)線型號為LGJ-150/35，計算其單位長度的電阻和電抗（可查表或使用近似值）。3.列車在接觸網(wǎng)上運(yùn)行，受電弓采集電壓為25kV，線路電阻為0.1Ω，電流為400A，求此段線路上的電壓損失和功率損失。四、分析題（每小題12.5分，共25分）1.分析短路電流（特別是沖擊短路電流）對牽引變壓器及其保護(hù)設(shè)備可能造成的危害，并提出相應(yīng)的防護(hù)措施。2.闡述提高牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)的意義，并說明常采用哪些方法來提高功率因數(shù)。試卷答案一、名詞解釋1.牽引供電系統(tǒng)：專為電力牽引列車提供電能的專用電力系統(tǒng)，包括牽引變電所、饋電線、接觸網(wǎng)和受電弓等組成部分。**解析思路：*定義要包含核心要素：服務(wù)對象（電力牽引列車）、目的（提供電能）、構(gòu)成部分（變電所、饋電線、接觸網(wǎng)、受電弓）。2.牽引變壓器：用于將電力系統(tǒng)電壓變換為適合電力牽引列車使用的電壓等級的專用變壓器，通常具有較大的容量和特殊的接線方式。**解析思路：*定義要突出其“專用性”（為牽引服務(wù)）、核心功能（電壓變換）、特點(diǎn)（大容量、特殊接線）。3.滑動接觸電壓：列車運(yùn)行時，受電弓滑板與接觸線之間的瞬時電壓差，包括工頻電壓、諧波電壓、過電壓和瞬變電壓等。**解析思路：*定義要指明產(chǎn)生條件（列車運(yùn)行時）、測量對象（滑板與接觸線之間）、電壓構(gòu)成（工頻、諧波、過電壓、瞬變等）。4.牽引網(wǎng)阻抗：牽引網(wǎng)導(dǎo)線及其連接部件（如懸掛絕緣子、連接線等）呈現(xiàn)的綜合性電氣參數(shù)，包括電阻和電抗。**解析思路：*定義要包含核心概念（綜合性電氣參數(shù)）、組成（電阻、電抗）。5.諧波：電流或電壓非正弦波形的周期性分量中，頻率為基波頻率整數(shù)倍的成分。**解析思路：*定義要說明來源（非正弦波形分量）、頻率特征（基波頻率整數(shù)倍）。二、簡答題1.簡述牽引變壓器采用YNd11接線組的理由。*理由：YNd11接線組中，YN表示高壓側(cè)采用星形接線并引出中性點(diǎn)，可用于接地保護(hù)，改善系統(tǒng)接地性能；d11表示低壓側(cè)（牽引側(cè)）采用三角形接線，且低壓側(cè)線電壓超前高壓側(cè)相電壓330°。這種接線方式能確保牽引側(cè)的相電壓與電網(wǎng)側(cè)的相電壓有正確的相位關(guān)系，滿足牽引負(fù)荷的特殊要求，同時高壓側(cè)中性點(diǎn)接地，有利于人身安全和故障檢測。**解析思路：*從高壓側(cè)和低壓側(cè)分別闡述理由。高壓側(cè)強(qiáng)調(diào)中性點(diǎn)引出和接地的意義。低壓側(cè)強(qiáng)調(diào)相位關(guān)系（330°）的正確性，這是牽引供電的特殊要求，也是d11接線的主要目的。2.牽引供電系統(tǒng)對電能質(zhì)量有哪些主要要求？*主要要求包括：保證足夠的供電電壓和良好的電壓波動特性（電壓損失?。?；限制諧波含量，特別是負(fù)序諧波和總諧波畸變率；減少負(fù)序電流和三次諧波電流對電網(wǎng)的影響；保證頻率穩(wěn)定；提供足夠大的短路容量，并具有合適的短路電流水平。**解析思路：*從電壓（幅值、波動）、電流（諧波、負(fù)序）、頻率、短路容量等多個維度列舉電能質(zhì)量的主要指標(biāo)要求。3.接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗主要受哪些因素影響？*接觸網(wǎng)導(dǎo)線磨耗主要受以下因素影響：列車運(yùn)行速度；受電弓滑板的材質(zhì)、形狀和壓力；接觸線材質(zhì)和機(jī)械強(qiáng)度；線路的平順度；氣候條件（如溫度、濕度、振動）；電流大小。**解析思路：*結(jié)合物理現(xiàn)象和工程實(shí)際，從列車、受電弓、導(dǎo)線本身、線路條件、環(huán)境、電流等多個方面分析影響磨耗的因素。4.簡述牽引變電所接地系統(tǒng)的基本作用。*牽引變電所接地系統(tǒng)的主要作用有：保證人身安全，為故障電流提供低阻通路，防止觸電事故；保護(hù)設(shè)備免受雷擊和操作過電壓的損壞；為繼電保護(hù)裝置提供可靠的基準(zhǔn)點(diǎn)，確保保護(hù)正確動作；穩(wěn)定運(yùn)行電壓，改善系統(tǒng)運(yùn)行條件。**解析思路：*從人身安全、設(shè)備保護(hù)、保護(hù)裝置、系統(tǒng)運(yùn)行四個核心功能方面進(jìn)行闡述。5.與交流牽引供電系統(tǒng)相比，直流牽引供電系統(tǒng)的主要優(yōu)缺點(diǎn)是什么？*優(yōu)點(diǎn)：功率因數(shù)高（接近1），對電網(wǎng)影響小；諧波少，電能質(zhì)量好；牽引力控制平穩(wěn)，動態(tài)性能好；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相對簡單（無換向器）。*缺點(diǎn)：需要整流設(shè)備，投資較大，維護(hù)復(fù)雜；直流線路存在電暈損耗和集膚效應(yīng)，效率略低；故障（如短路）時直流電流難以自動限制，對設(shè)備要求更高。**解析思路：*清晰對比兩類系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)，從電能質(zhì)量、功率因數(shù)、控制性能、投資維護(hù)、線路損耗、故障處理等方面進(jìn)行對比分析。三、計算題1.某牽引變電所一次側(cè)電壓為110kV，二次側(cè)額定電壓為27.5kV，牽引負(fù)荷功率為8000kW，功率因數(shù)為0.8，試計算通過主變壓器的額定電流（假設(shè)為額定負(fù)載）。*解：首先計算二次側(cè)額定電流I_2N。P=S*cosφ,S=√3*U_2N*I_2N*I_2N=P/(√3*U_2N*cosφ)=8000kW/(1.732*27.5kV*0.8)=8000*10^3/(1.732*27.5*10^3*0.8)≈263.4A*計算一次側(cè)額定電流I_1N。I_1N/I_2N=U_2N/U_1N(變比近似為額定電壓之比)*I_1N=I_2N*(U_2N/U_1N)=263.4A*(27.5kV/110kV)=263.4A*0.25≈65.8A**解析思路：*先根據(jù)二次側(cè)參數(shù)和功率因數(shù)計算額定電流I_2N。再利用變壓器的變比關(guān)系（電流與電壓成反比，忽略內(nèi)部損耗）計算一次側(cè)額定電流I_1N。2.一段接觸網(wǎng)線路長1km，導(dǎo)線型號為LGJ-150/35，計算其單位長度的電阻和電抗（可查表或使用近似值）。*解：查表得LGJ-150/35導(dǎo)線在20℃時，單位長度電阻r≈0.21Ω/km。單位長度電抗x的計算相對復(fù)雜，通常需要迭代計算或查表。對于鋼芯鋁絞線在工頻下，近似估算x≈0.4Ω/km(此為估算值，實(shí)際值需更精確數(shù)據(jù))。*單位長度電阻r=0.21Ω/km*單位長度電抗x≈0.4Ω/km**解析思路：*電阻值直接查表獲得。電抗值因涉及幾何形狀和頻率，通常查表或使用經(jīng)驗(yàn)公式估算。明確指出使用的近似值。3.列車在接觸網(wǎng)上運(yùn)行，受電弓采集電壓為25kV，線路電阻為0.1Ω，電流為400A，求此段線路上的電壓損失和功率損失。*解：電壓損失ΔU=I*r=400A*0.1Ω=40V*功率損失P_loss=I^2*r=(400A)^2*0.1Ω=16000A^2*Ω=1600W**解析思路：*電壓損失根據(jù)歐姆定律（電壓=電流*電阻）計算。功率損失根據(jù)焦耳定律（功率=電流平方*電阻）計算。四、分析題1.分析短路電流（特別是沖擊短路電流）對牽引變壓器及其保護(hù)設(shè)備可能造成的危害，并提出相應(yīng)的防護(hù)措施。*危害：沖擊短路電流（特別是d、e、f次沖擊電流）數(shù)值極大（可達(dá)額定電流的數(shù)倍甚至十幾倍），會對牽引變壓器造成嚴(yán)重的電磁力沖擊和熱沖擊，可能導(dǎo)致繞組變形、絕緣擊穿、結(jié)構(gòu)損壞甚至爆炸；巨大的短路電流也會使保護(hù)裝置（如熔斷器、斷路器）來不及動作，導(dǎo)致設(shè)備長時間承受過電流，加速老化或損壞；同時可能引起系統(tǒng)電壓大幅下降，影響附近列車正常運(yùn)行。*防護(hù)措施：在變壓器一次側(cè)和二次側(cè)裝設(shè)限流設(shè)備（如電抗器、限流斷路器），以限制短路電流的有效值和沖擊值；合理選擇保護(hù)裝置的型號和參數(shù)（如熔體額定電流、斷路器開斷能力），確保其能在規(guī)定時間內(nèi)可靠動作，切除故障；加強(qiáng)變壓器本體及附件的機(jī)械強(qiáng)度和絕緣結(jié)構(gòu)設(shè)計，提高其承受短路沖擊的能力；在系統(tǒng)設(shè)計中進(jìn)行短路電流計算，校驗(yàn)設(shè)備選擇和保護(hù)配置的合理性。**解析思路：*首先分析沖擊短路電流帶來的兩大主要危害：電磁力/熱沖擊對變壓器本體和過載能力對保護(hù)裝置及系統(tǒng)。然后針對這兩方面危害，提出相應(yīng)的技術(shù)防護(hù)措施（限流、合理選保護(hù)、加強(qiáng)設(shè)計和校驗(yàn)）。2.闡述提高牽引供電系統(tǒng)功率因數(shù)的意義，并說明常采用哪些方法來提高功率因數(shù)。*意義：提高功率因數(shù)意味著在同樣有功功率輸出下，系統(tǒng)傳輸?shù)碾娏骺梢詼p小，從而降低線路損耗（I^2R損失）、減少電壓損失、節(jié)約電能；減小電流有助于降低對變壓器、電纜等設(shè)備的容量要求，節(jié)省投資；改善系統(tǒng)功率因數(shù)有助于提高整個電網(wǎng)的功率因數(shù)水平，減少電網(wǎng)的無功負(fù)荷，提高電網(wǎng)的輸電效率和穩(wěn)定性。*常用方法：在牽引變電所二次側(cè)（饋線側(cè)）并聯(lián)安裝電容器組進(jìn)行無功補(bǔ)償，這是最常用且有效的方法；采用同步電機(jī)作為牽引電源（雖然現(xiàn)代交流系統(tǒng)