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1、第一章 电力牵引供电系统概述第1页，共82页，编辑于2022年，星期二1.2 电力系统简介电力系统简介第2页，共82页，编辑于2022年，星期二一一 概述概述 由于由于电能不能大量储存，电能的生产、传输、分配和使用就电能不能大量储存，电能的生产、传输、分配和使用就必须在同一时间内完成。这就需要将发电厂发出的电能通过输电必须在同一时间内完成。这就需要将发电厂发出的电能通过输电线路、配电线路和变电站配送，将发电厂和用电设备连接在一起线路、配电线路和变电站配送，将发电厂和用电设备连接在一起有机地联成一个有机地联成一个“整体整体”。我们将这个由我们将这个由发电、送电、变电、配电发电、送电、变电、配电和
2、和用电用电五个环节组五个环节组成的成的“整体整体”称为电力系统。称为电力系统。第3页，共82页，编辑于2022年，星期二 电力系统是由发电厂、输电网、配电网和电力用户组成的整体，是将一次能源转换成电能并输送和分配到用户的一个统一系统。输电网和配电网统称为电网，是电力系统的重要组成部分。发电厂将一次能源转换成电能，经过电网将电能输送和分配到电力用户的用电设备，从而完成电能从生产到使用的整个过程。电力系统还包括保证其安全可靠运行的继电保护装置、安全自动装置、调度自动化系统和电力通信等相应的辅助系统（一般称为二次系统）。一一 概述概述 第4页，共82页，编辑于2022年，星期二图图1 1 电力系统示
3、意图电力系统示意图火力发电厂火力发电厂110kV220kV330kV500kV一次降压变电站一次降压变电站35kV35kV二次电压变电站二次电压变电站10kV10kV10kV10kV工厂工厂变压器台变压器台220V220V住宅住宅380V/220V380V/220V第5页，共82页，编辑于2022年，星期二 发电厂发电厂 电力网电力网 电力用户电力用户二二 电力系统的组成电力系统的组成第6页，共82页，编辑于2022年，星期二 发电厂是实现把其他形式的能源转化成电能的场所。现在发电厂是实现把其他形式的能源转化成电能的场所。现在我国的发电厂主要有火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂等。我国的发电厂
4、主要有火力发电厂、水力发电厂、核能发电厂等。此外，还有利用地热资源、再生资源（太阳光能，太阳热，风此外，还有利用地热资源、再生资源（太阳光能，太阳热，风力，潮汐，波浪，海流等）其他形式的能源进行发电。力，潮汐，波浪，海流等）其他形式的能源进行发电。1、火力发电厂 2、水利发电厂 3、核能发电厂 4、地热发电厂 5、潮汐发电厂 6、风力发电厂：已接近常规电厂的造价，上网电价可降到4角左右。7、太阳能发电厂：高耗能、低效率。1.1.发电厂发电厂 第7页，共82页，编辑于2022年，星期二发电机基本工作原理第8页，共82页，编辑于2022年，星期二2.2.电力网电力网 电电力系力系统统中中连连接接发
5、电发电厂和用厂和用户户的中的中间环节间环节称称为电为电力网，它力网，它由各种由各种电压电压等等级级的的输输配配电线电线路和路和变电变电站站组组成。成。电电力网按其功能力网按其功能可分可分为输电为输电网和配网和配电电网。网。输电输电网网是是电电力系力系统统的主网，它是由的主网，它是由35kV35kV及以上的及以上的输电线输电线和和变电变电站站组组成成 配配电电网网是由是由10kV10kV及其以下的配及其以下的配电线电线路和配路和配电变压电变压器器组组成成 就我国目前绝大多数电网来说，高压电网指：就我国目前绝大多数电网来说，高压电网指：110KV110KV，220KV220KV电网；超高压电网指电
6、网；超高压电网指330KV330KV，500KV500KV和和750KV750KV电网。特高压电网指电网。特高压电网指的是以的是以1000KV1000KV输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网输电网为骨干网架，超高压输电网和高压输电网以及特高压直流输电（正负以及特高压直流输电（正负800KV800KV），高压直流输电和配电网构），高压直流输电和配电网构成的现代化大电网。成的现代化大电网。第9页，共82页，编辑于2022年，星期二电力网按电压等级分为：低压电网电压1KV以下中压员网电压1-10KV高压电网电压高于10KV，低于330KV超高压网电压高于330KV，低于750KV特高压网电压1
7、000KV及其以上第10页，共82页，编辑于2022年，星期二输电网是电力系统中最高电压等级的电网，是电力系统中的输电网是电力系统中最高电压等级的电网，是电力系统中的主要网络（简称主网），起到电力系统骨架的作用，所以又主要网络（简称主网），起到电力系统骨架的作用，所以又可称为网架。在一个现代电力系统中既有超高压交流输电，可称为网架。在一个现代电力系统中既有超高压交流输电，又有超高压直流输电。这种输电系统通常称为交、直流混合又有超高压直流输电。这种输电系统通常称为交、直流混合输电系统。输电系统。配电网是将电能从枢纽变电站直接分配到用户区或用户的电网，配电网是将电能从枢纽变电站直接分配到用户区或用
8、户的电网，它的作用是将电力分配到配电变电站后再向用户供电，也有一它的作用是将电力分配到配电变电站后再向用户供电，也有一部分电力不经配电变电站，直接分配到大用户，由大用户的配部分电力不经配电变电站，直接分配到大用户，由大用户的配电装置进行配电。电装置进行配电。第11页，共82页，编辑于2022年，星期二(1)(1)输电线路输电线路 电力输送设备是由输电线路、变电站和配电线路等组成。输送电力输送设备是由输电线路、变电站和配电线路等组成。输送电能通常采用三相三线制交流输电方式。电能通常采用三相三线制交流输电方式。采用高压、超高压远距离输电是各国普遍采用的途径。目前我采用高压、超高压远距离输电是各国普
9、遍采用的途径。目前我国常用的输电电压等级有国常用的输电电压等级有35kV35kV，110kV110kV，220kV220kV，330kV330kV，500kV500kV等多等多种。种。输电过程中输电过程中,一般将发电机组发出的一般将发电机组发出的 610kV 电压经升压电压经升压变压器变为变压器变为 35500kV 高压，再利用降压变压起将高压，再利用降压变压起将35kV高压高压变为变为610kV 高压。通过输电线可远距离将电能传送到各用户高压。通过输电线可远距离将电能传送到各用户.第12页，共82页，编辑于2022年，星期二(2)(2)变电站变电站变电站有升压变电站与降压变电站之分。变电站有
10、升压变电站与降压变电站之分。根据供电的范围不同，变电站可分为根据供电的范围不同，变电站可分为一次（枢一次（枢纽纽）变电变电站和二站和二次次变电变电站。一次站。一次变电变电站是从站是从110kV110kV以上的以上的输电输电网受网受电电，将，将电压电压降到降到35kV35kV110kV110kV，供，供给给一个大的区域用一个大的区域用电电。二次。二次变电变电站，大多站，大多数从数从3535110V110V输电输电网网络络受受电电，将，将电压电压降到降到6 610kV10kV，向，向较较小范小范围围供供电电。第13页，共82页，编辑于2022年，星期二(3)(3)配电线路配电线路 配电的作用是将电
11、能分配到各类用户。常用的配电电压有配电的作用是将电能分配到各类用户。常用的配电电压有10kV或或6kV高压和高压和380/220V低压。由低压。由10kV或或6kV高压供电的用户称为高高压供电的用户称为高压用户。由压用户。由380/220V低压供电的用户称为低压用户。低压供电的用户称为低压用户。低压配电线路是指经配电变压器，将高压低压配电线路是指经配电变压器，将高压10kV降低到降低到380/220V等级的线路。等级的线路。第14页，共82页，编辑于2022年，星期二三三 用户用户 一级负荷一级负荷:指中断供指中断供电电将造成人身将造成人身伤伤亡者、重大的政治影响、亡者、重大的政治影响、重大的
12、重大的经济损经济损失或公共失或公共场场所秩序所秩序严严重混乱的重混乱的负负荷。荷。对对一一级负级负荷荷应应有两个或以上独立有两个或以上独立电电源供源供电电。二级负荷二级负荷:指中断供指中断供电电将造将造较较大的大的经济损经济损失（如大量失（如大量产产品品报废报废）或造成公共或造成公共场场所秩序混乱的所秩序混乱的负负荷（如大型体育荷（如大型体育场馆场馆、剧场剧场等）。等）。对对二二级级负负荷尽可能要有两个独立的荷尽可能要有两个独立的电电源供源供电电。三级负荷三级负荷:不属于一、二不属于一、二级负级负荷者是三荷者是三级负级负荷。三荷。三级负级负荷荷对对供供电电没有什么特没有什么特别别要求，可以非要
13、求，可以非连续连续性地供性地供电电，如小市，如小市镇镇公共用公共用电电、机修、机修车间车间等，通常用一个等，通常用一个电电源供源供电电 。第15页，共82页，编辑于2022年，星期二1.3 1.3 三相电力系统的中性点运行方式三相电力系统的中性点运行方式第16页，共82页，编辑于2022年，星期二基本概念1、电力系统的中性点：发电机、变压器的中性点且指变压器Y形接线。2、运行方式共三种：中性点不接地运行方式 中性点经消弧线圈接地运行方式 中性点直接接地运行方式 前两种接地系统统称为：小接地电流系统，后一种接地系统又称为：大接地电流系统。3、分析中性点运行方式的目的：运行方式的不同会影响运行的可
14、靠性、设备的绝缘、通信的干扰、继电保护等第17页，共82页，编辑于2022年，星期二目录目录一一 中性点不接地系统中性点不接地系统二二 中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统三三 中性点直接接地系统中性点直接接地系统四四 中性点不同接地方式的比较和应用范围中性点不同接地方式的比较和应用范围第18页，共82页，编辑于2022年，星期二一一 中性点不接地系统中性点不接地系统第19页，共82页，编辑于2022年，星期二一一 中性点不接地系统中性点不接地系统1 1 正常运行情况正常运行情况 简化等值电路图2-1 正常运行时的中性点不接地的电力系统（a）电路图 （b）相量图第20页，共82页，
15、编辑于2022年，星期二假假 设设 条条 件件 C各相对比地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容：图2-1为了方便讨论，认为：1、三相系统对称2、对地分散电容用集中电容表示,相间电容不予考虑3、当导线经过完全换位后，Cu=Cv=Cw=C第21页，共82页，编辑于2022年，星期二分析：分析：图2-11、三相系统对称时，三相电压 对称,即 2、由于Cu=Cv=Cw=C，则IcA=IcB=Icc=Ux/Xc 也对称，即第22页，共82页，编辑于2022年，星期二结论结论正常运行时：地中没有零序电容电流流过。中性点对地电位为零。第23页，共82页，编辑于2022年，星期二2 2 单相接地故障单
16、相接地故障 简化等值电路 假定C相完全接地，如下图。图2-2 单相接地故障时的中性点不接地的电力系统（a）电路图 （b）相量图第24页，共82页，编辑于2022年，星期二分析：分析：图图2-22-2电流情况：电压情况：第25页，共82页，编辑于2022年，星期二结论结论接地故障相对地电压降低为零；接地故障相对地电压降低为零；非接地故障相电压升高为线电压（非接地故障相电压升高为线电压（倍）且相位改变倍）且相位改变绝缘绝缘水平按线电压设计水平按线电压设计（35KV35KV及以下及以下）中性点对地电压升为相值（方向与故障相电压相反，即中性点对地电压升为相值（方向与故障相电压相反，即-c c）相对中性
17、点电压和线电压仍不变相对中性点电压和线电压仍不变三相系统仍然对称，可以三相系统仍然对称，可以继续运行继续运行2h2h（供电可靠性提高）（供电可靠性提高）接地点流过的电容电流是正常每相对地电容电流的倍，即接地点流过的电容电流是正常每相对地电容电流的倍，即c cco co 故在接地点有电弧故在接地点有电弧第26页，共82页，编辑于2022年，星期二单相接地时接地电流危害 单相接地时的接地电流将在故障点形成电弧。当出现稳定电弧时可能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。尤其是电机或电器内部因绝缘损坏而造成一相导体与设备外壳之间接触产生稳定电弧时，更容易烧坏电机、电器或造成相间短路。第27页，共82页，
18、编辑于2022年，星期二接地电容电流的经验算法：接地电容电流的经验算法：Ic中性点不接地系统地单相接地电容电流（A）U电网额定线电压（Kv）L同一电压U具有电气联系的架空线路或电缆线路总长度（km）返回架空线路电缆线路第28页，共82页，编辑于2022年，星期二习题1、中性点不接地的电力系统发生单相接地故、中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，各相对地电压有什么变化？单相接地障时，各相对地电压有什么变化？单相接地电流有什么变化？性质如何？电流有什么变化？性质如何？第29页，共82页，编辑于2022年，星期二1、中性点不接地的电力系统发生单相接地故、中性点不接地的电力系统发生单相接地故障时，
19、各相对地电压有什么变化？单相接地障时，各相对地电压有什么变化？单相接地电流有什么变化？性质如何？电流有什么变化？性质如何？答：故障相电压等于答：故障相电压等于0，非故障相电压升，非故障相电压升高高 倍。单相接地电流为一相对地电容倍。单相接地电流为一相对地电容电流的电流的3倍，为容性电流。倍，为容性电流。第30页，共82页，编辑于2022年，星期二2、单相接地时接地电流可能产生的危害？第31页，共82页，编辑于2022年，星期二2、单相接地时接地电流可能产生的危害？单相接地电流为一相对地电容电流的单相接地电流为一相对地电容电流的3倍，倍，单相接地时的接地电流将在故障点形成电弧。当出现稳定电弧时可
20、能烧坏电气设备，或引起两相或三相短路。第32页，共82页，编辑于2022年，星期二二二 中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统第33页，共82页，编辑于2022年，星期二问题的提出为什么要采用中性点经消弧线圈接地系统？中性点不接地电力网发生接地时，仍可继续运行2h，但若接地电流值过大，会产生持续性电弧，危胁设备，甚至产生三相或二相短路。第34页，共82页，编辑于2022年，星期二二二 中性点经消弧线圈接地系统中性点经消弧线圈接地系统1 1 消弧线圈的工作原理消弧线圈的工作原理图2-3 中性点经消弧线圈接地的电力系统（a）电路图 （b）相量图第35页，共82页，编辑于2022年，星期二
21、1 1 消弧线圈的工作原理消弧线圈的工作原理1、正常运行时：中性点对地电位为零：UN=0消弧线圈中无电流：IL=0流过地中的电容电流为零：IC=02、单相接地时：中性点电位升高为相电压：消弧线圈中出现感性电流 ：与 相差1800流过接地点电流：+（相互抵消）消弧线圈不起作用实现补偿第36页，共82页，编辑于2022年，星期二2 2 补偿方式及选用补偿方式及选用1、全补偿:LC 即 接地点电流为零缺点：XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过电压危及绝缘2、欠补偿:LC 即 接地点为容性电流缺点：易发展成为全补偿方式,切除线路或频率下降可能谐振。3、过补偿:LC 即 接地点为为感性电流 注意：
22、电感电流数值不能过大10A不采用少采用采用第37页，共82页，编辑于2022年，星期二中性点经消弧线圈接地系统U相金属性接地电压变化特点:故障相对地电压变为零非故障相对地电压升高 倍系统各相对地的绝缘水平也按线电压考虑 第38页，共82页，编辑于2022年，星期二3 3 消弧线圈消弧线圈1、消弧线圈结构特点：为了保持补偿电流与电压之间的线性关系，采用滞气隙铁芯 气隙沿整个铁芯均匀设置，以减少漏磁 为了绝缘及散热，铁芯和线圈都浸在油中 为适应系统中电容电流变化特点，消弧线圈中设有分接头（59个）2、补偿容量的选择：h.e1.35cx3、消弧线圈的安装地点 发电厂的发电机或厂变的中性点；变电所主变
23、的中性点。4、适用范围：广泛应用在不适合采用中性点不接地的以架空线路为主体的3-60kV系统；个别雷害严重的地区110kV系统不得已采用。返回第39页，共82页，编辑于2022年，星期二三三 中性点直接接地系统中性点直接接地系统第40页，共82页，编辑于2022年，星期二1 1 简化等值电路简化等值电路 假定C相完全接地，如下图。图2-4 单相接地故障时的中性点直接接地的电力系统第41页，共82页，编辑于2022年，星期二2.3.2 2.3.2 单相接地时单相接地时 1、电压情况（C相）接地相电压降低为0非接地相电压不变为相电压中性点对地电压不变为0 2、电流情况形成短路危害大装设继电保护跳闸
24、切除故障（供电可靠性降低），避免接地点的电弧持续。分分 析析第42页，共82页，编辑于2022年，星期二优点：1、不外加设备即可消弧 2、降低电网对地绝缘，节省造价缺点：1、供电可靠性降低 改进：装自动重合闸装置、加备用电源 2、电流很大且单相磁场对弱电干扰 改进：中性点经电抗器接地 、仅部分中性点接地 3、不产生过电压，设备绝缘水平低20，造价低。结结 论论返回第43页，共82页，编辑于2022年，星期二中性点经小阻抗(小电阻或电抗器)接地 着眼点是为了增大零序电抗，以限制单相短路电流 第44页，共82页，编辑于2022年，星期二四四 中性点不同接地方式的比较和应中性点不同接地方式的比较和应
25、用范围用范围第45页，共82页，编辑于2022年，星期二1、供电可靠性 经消弧线圈接地不接地直接接地2、过电压与绝缘水平 大接地相电压 小接地线电压3、继电保护 大接地灵敏、可靠 小接地不灵敏4、对通信的干扰 大接地电流大、干扰大 小接地电流小，干扰小5、系统稳定性1 1 中性点不同接地方式的比较中性点不同接地方式的比较 小接地系统优先小接地系统优先小接地系统优先大接地系统优先大接地系统优先第46页，共82页，编辑于2022年，星期二110kv110kv及以上及以上直接接地直接接地202060kv I10A60kv I10A I10A中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地10kv I20A1
26、0kv I20A I20A中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地3 36kv I30A6kv I30A I30A中性点经消弧线圈接地中性点经消弧线圈接地1kv1kv及以下及以下直接接地直接接地2 2 中性点运行方式的应用范围中性点运行方式的应用范围返回第47页，共82页，编辑于2022年，星期二1消弧线圈的补偿运行方式有三种：_运行方式和_方式和_方式，一般应采用_运行方式。2.在35KV系统中，电容电流大于_A，在10KV系统中，电容电流大于_A，应采用中性点_接地系统。第48页，共82页，编辑于2022年，星期二全补偿 欠补偿 过补偿 过补偿1消弧线圈的补偿运行方式有三种：_运行方式和_
27、方式和_方式，一般应采用_运行方式。第49页，共82页，编辑于2022年，星期二2.在35KV系统中，电容电流大于_A，在10KV系统中，电容电流大于_A，应采用中性点_接地系统。10，20 ，经消弧线圈或电阻第50页，共82页，编辑于2022年，星期二1.4 牵引供变电系统的组成牵引供变电系统的组成第51页，共82页，编辑于2022年，星期二1 牵引供电系统的构成第52页，共82页，编辑于2022年，星期二电力系统向牵引供电系统供电示意图电力系统向牵引供电系统供电示意图 第53页，共82页，编辑于2022年，星期二第54页，共82页，编辑于2022年，星期二u牵引变电所：核心元件为变压器(1
28、)三相YNd11接线；(2)单相Ii接线；(3)单相Vv接线；(4)Scott接线。u牵引网：由馈线、接触网、轨（地）、回流线组成。（1）直接供电方式（2）带回流线的直接供电方式（3）吸流变压器(BT)供电方式（4）自耦变压器(AT)供电方式第55页，共82页，编辑于2022年，星期二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要求的电能。第56页，共82页，编辑于2022年，星期二牵引变电所:把电力系统供应的电能变换成适合电力机车牵引要求的电能。馈电线:连接牵引变电所和接触网的导线。它将牵引变电所变换后的电能送到接触网。接触网:是一种悬挂在轨道上方，沿轨道敷设的、和铁路轨顶保持一定距
29、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电动车组，从而驱动牵引电动机使列车运行。轨道: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务。因此，电力牵引的轨道，需要具有良好的导电性能。回流线: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。第57页，共82页，编辑于2022年，星期二电气化铁路三大技术课题负序电流：动态单相取流，产生负序电流输入电力系统；措施：三相-两相变压器；变电所换向连接；高次谐波机车整流器产生高次谐波，对通信产生干扰。措施：BT,AT供电方式功率因数低措施：
30、并联电容补偿第58页，共82页，编辑于2022年，星期二对电气化铁道供电系统的基本要求u安全、可靠，不间断供电：；u保证必须的电压水平:1929KV，额定27.5kv；u提高功率因素 ；u减少负序电流和高次谐波；u减少对邻近通信线路的干扰。第59页，共82页，编辑于2022年，星期二1.5 牵引供电方式牵引供电方式第60页，共82页，编辑于2022年，星期二u按分区所运行状态分类：u(1).单边供电;u(2).双边供电；u(3).上、下行并联供电；按牵引网设备类型分类：u(1).直接供电方式（TR供电方式）;u(2).BT供电方式(Booster-Transformer,吸流变压器）；u(3)
31、.AT供电方式（Auto-Transformer,自耦变压器）；u(4).带回流线的直接供电方式（DN供电方式）；u(5).CC供电方式（Coaxial Cable,同轴电缆）；第61页，共82页，编辑于2022年，星期二单边供电单边供电钢轨变电所变电所馈线分区所分区所开关打开，只由一端供电第62页，共82页，编辑于2022年，星期二双边供电双边供电钢轨变电所变电所馈线分区所分区所开关闭合，由两端供电。第63页，共82页，编辑于2022年，星期二上、下行并联供电上、下行并联供电第64页，共82页，编辑于2022年，星期二(1)直接供电方式直接供电方式钢轨T变电所接触网 C机车电流 I钢轨电流
32、I1地中电流 I2特点：投资小，钢轨电位高，对通信线感应干扰大。法国、英国、前苏联广泛使用第65页，共82页，编辑于2022年，星期二(2)BT供电方式供电方式特点：变比为1：1的BT串入接触网，间隔为1.54 km,用以吸回地中电流，减少通信干扰。优点：钢轨电位低，抑制通信干扰效果好；缺点：增加牵引网结构的复杂性，提高造价。阻抗增大，使供电臂长度减 小；存在BT分段（火花间隙），不利于高速、重载等大电流运行第66页，共82页，编辑于2022年，星期二 BT供电方式供电方式 在牵引网中，每相距在牵引网中，每相距1.5km4km间隔，设间隔，设置一台变比为置一台变比为1:1的吸流变压器的吸流变压
33、器。吸流变压器设。吸流变压器设在分段中央，在分段中央，其原边串入接触网其原边串入接触网，副边串入沿副边串入沿铁路架设的回流线铁路架设的回流线。回流线通常就悬挂在铁路。回流线通常就悬挂在铁路沿线的接触网支柱外侧的横担上。沿线的接触网支柱外侧的横担上。第67页，共82页，编辑于2022年，星期二1接触网接触网；2为为轨道轨道；3为为回流线回流线；4为为吸流变压器吸流变压器，变比，变比1:1，一次线圈，一次线圈串接串接入接触网，二入接触网，二次线圈串接入回流；次线圈串接入回流；5为为吸上线吸上线，一端接回流线，另一端与轨道或吸流变压，一端接回流线，另一端与轨道或吸流变压器线圈中点连接，以提供从电力机
34、车到轨道的返回电流流器线圈中点连接，以提供从电力机车到轨道的返回电流流到回流线中去的通路。到回流线中去的通路。6为位于远端的吸上线处的为位于远端的吸上线处的电力机车电力机车；第68页，共82页，编辑于2022年，星期二 这种装置的这种装置的防护作用防护作用在于：把本来是尺寸很大的接触网在于：把本来是尺寸很大的接触网轨道轨道大地回路改变成尺寸相对很小的接触网大地回路改变成尺寸相对很小的接触网回流线回路。回流线回路。当牵引电流流经吸流变压器原边时，副边在回流线中产生很大当牵引电流流经吸流变压器原边时，副边在回流线中产生很大的互感电势。吸流变压器的作用也就是在接触网和回流线之间集中的互感电势。吸流变
35、压器的作用也就是在接触网和回流线之间集中地地加大互感加大互感。即：。即：设吸流变压器原边电流为设吸流变压器原边电流为I1，匝数为，匝数为1 1；副边电流；副边电流I I2 2，匝数，匝数为为2 2。根据磁势平衡关系：。根据磁势平衡关系：I I2 2 2 2 I1 1 1又因为变比为又因为变比为1:11:1，则，则1 1=2 2，所以，所以 I I2 2II1 1 说明：说明：采用吸流变后，只有变压器原边的激磁电流仍流采用吸流变后，只有变压器原边的激磁电流仍流经轨道和大地，且电流数量很小。经轨道和大地，且电流数量很小。如果不设吸流变，单凭接触网和回流线之间的分布互感，仅约如果不设吸流变，单凭接触
36、网和回流线之间的分布互感，仅约10-20%10-20%牵引电流经回流线流回牵引电流经回流线流回。第69页，共82页，编辑于2022年，星期二 同时回流线和接触网中的电流基本上同时回流线和接触网中的电流基本上大小相等，方向大小相等，方向相反相反。两者的交变磁场基本上可互相平衡。两者的交变磁场基本上可互相平衡(抵消抵消)。显著地。显著地减弱了接触网和回流线周围空间的交变磁场，使牵引电流减弱了接触网和回流线周围空间的交变磁场，使牵引电流在邻近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。在邻近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。缺点：缺点：1.电力机车处于吸流变压器附近时防护效果差。电力机车处于吸流变压器
37、附近时防护效果差。机车电流经轨道与大地，然后经回流线流回，接触网在机车电流经轨道与大地，然后经回流线流回，接触网在a、b段中没有电流，而回流线中有电流，则在段中没有电流，而回流线中有电流，则在ab段的长度内段的长度内等于没有防护。等于没有防护。第70页，共82页，编辑于2022年，星期二回流线回流线cd 中无电流，在中无电流，在接触网接触网cd 段的长度内等于段的长度内等于没有防护。没有防护。两种情形都使吸流变压器两种情形都使吸流变压器回流线在半段长度里失去回流线在半段长度里失去效用，这种现象叫做效用，这种现象叫做半段效应，失效区相当于分段长度之半段效应，失效区相当于分段长度之半半。所以实际装
38、置是在供电臂内设置长度不大的许多所以实际装置是在供电臂内设置长度不大的许多吸上吸上分段分段，每个分段仅长，每个分段仅长24km，每个分段中央设置一台吸，每个分段中央设置一台吸流变压器。分段以吸上线为界，吸上线一端接回流线，另流变压器。分段以吸上线为界，吸上线一端接回流线，另一端焊入钢轨。一端焊入钢轨。第71页，共82页，编辑于2022年，星期二 按照这种安排，按照这种安排，半段效应长度大大缩小半段效应长度大大缩小，且只有处在一个分段中的机车的，且只有处在一个分段中的机车的电流而不是牵引网总电流在该分段产生半段效应影响。电流而不是牵引网总电流在该分段产生半段效应影响。2.使使牵引网阻抗显著增大牵
39、引网阻抗显著增大。接触网。接触网回流线回路比通常牵引网阻抗要高。应回流线回路比通常牵引网阻抗要高。应用这种装置的牵引网，其阻抗等于接触网用这种装置的牵引网，其阻抗等于接触网回流线回路阻抗与吸流变压器短回流线回路阻抗与吸流变压器短路阻抗之和。路阻抗之和。由于牵引网阻抗增高，有时可能必要由于牵引网阻抗增高，有时可能必要缩短牵引变电所间的距离，或增设串联缩短牵引变电所间的距离，或增设串联电容补偿，来保证牵引网电压水平电容补偿，来保证牵引网电压水平。第72页，共82页，编辑于2022年，星期二(3)AT供电方式供电方式特点：回流线为正馈线T，供电电压为2x27.5kv,间隔约10km加AT变压器优点：
40、供电电压成倍提高，牵引网阻抗小，供电远距离长，为直接供电的170200%，网上电压损失和电能损失小。钢轨电位低，抑制通信干扰效果好。缺点：投资大，电流分布复杂，保护算法难度大第73页，共82页，编辑于2022年，星期二 日本铁路为防止通讯干扰，在实行交流电气化的日本铁路为防止通讯干扰，在实行交流电气化的前期前期，在牵引网中普遍应用了，在牵引网中普遍应用了BT供电方式供电方式。但当高速、大功率机车在这种电路中通过吸流变压但当高速、大功率机车在这种电路中通过吸流变压器分段时，在受电弓上会产生强烈电弧，为了克服此缺器分段时，在受电弓上会产生强烈电弧，为了克服此缺点，点，后来后来发展了一种新的牵引网供
41、电方式发展了一种新的牵引网供电方式自耦变压器自耦变压器供电方式供电方式。AT供电方式供电方式第74页，共82页，编辑于2022年，星期二T接触网；接触网；R轨道；轨道；F正馈线；正馈线；AT自耦变压器自耦变压器AT供电方式：供电方式：由接触网由接触网T、正馈线、正馈线F、轨道大地系统、轨道大地系统R以以及每隔一定距离的自耦变压器及每隔一定距离的自耦变压器(AT)构成。构成。AT并联于接触导线与正馈线之间，并联于接触导线与正馈线之间，AT中点与钢轨相连。中点与钢轨相连。第75页，共82页，编辑于2022年，星期二 结构上：结构上：AT方式是用方式是用自耦变压器代替了吸流变压器自耦变压器代替了吸流
42、变压器，正馈线代替了回流线正馈线代替了回流线。自耦变压器是。自耦变压器是并入并入电路，这一改变，电路，这一改变，首先是消除了接触网中的吸流变压器分段。大部分回流流首先是消除了接触网中的吸流变压器分段。大部分回流流经正馈线，从而降低对邻近通信线的干扰。经正馈线，从而降低对邻近通信线的干扰。自耦变压器的工作原理：自耦变压器的工作原理：一次和二次回路共用部分绕组一次和二次回路共用部分绕组(n2部分部分)，而，而n1只有一只有一次电流通过。次电流通过。第76页，共82页，编辑于2022年，星期二 输入电压为输出电压的输入电压为输出电压的2倍倍，也就是说，通过，也就是说，通过自耦变压器可以输入较高的电压
43、而得到机车所需的自耦变压器可以输入较高的电压而得到机车所需的低电压。电流则相反，输入电流为输出电流的一半。低电压。电流则相反，输入电流为输出电流的一半。从牵引变电所看，以两倍接触网电压沿线输送从牵引变电所看，以两倍接触网电压沿线输送1/2I。送电电压加倍，送电电流减半，送电电路中的送电电压加倍，送电电流减半，送电电路中的电压损失将降低为电压损失将降低为1/4。利用利用AT这个特点，可增大变电所间的距离和这个特点，可增大变电所间的距离和增大传输功率，增大传输功率，减少牵引网损耗减少牵引网损耗。缺点：缺点：必须在沿线安设电压较高、容量较大的自必须在沿线安设电压较高、容量较大的自耦变压器，牵引网设备
44、的投资相应增加。耦变压器，牵引网设备的投资相应增加。第77页，共82页，编辑于2022年，星期二(4)带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式接触网 C钢轨T变电所机车电流 I钢轨电流 I1地中电流 I2回流线电流 I并联架空回流线 R第78页，共82页，编辑于2022年，星期二 带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式(DN供电方式供电方式)由于由于AT方式设备复杂，一次投资高、运营费用高、维护困难，方式设备复杂，一次投资高、运营费用高、维护困难，特别在多隧道区段应用更为困难。特别在多隧道区段应用更为困难。BT方式由于其半段效应、接方式由于其半段效应、接触网分段及牵引网阻抗大等弱点，
45、对高速和重载行车的适应能力触网分段及牵引网阻抗大等弱点，对高速和重载行车的适应能力差。因此，差。因此，常采用直接供电加回流线常采用直接供电加回流线(负馈线负馈线)。DN供电方式：供电方式：由接触网、钢轨、沿全线架设的负馈线由接触网、钢轨、沿全线架设的负馈线NF(每每隔几公里用隔几公里用P金属线和钢轨相连金属线和钢轨相连)组成。组成。由于由于NF和钢轨并联连接，使得正常运行时钢轨中负荷电流和钢轨并联连接，使得正常运行时钢轨中负荷电流的一部分分流到的一部分分流到NF中去，因此，可以减少流入大地的电流，减中去，因此，可以减少流入大地的电流，减轻对通讯的干扰危害，降低钢轨电位，减小馈电回路的阻抗。轻对
46、通讯的干扰危害，降低钢轨电位，减小馈电回路的阻抗。DN方式与方式与AT、BT相比相比，其馈电回路和设备简单、投资省、，其馈电回路和设备简单、投资省、运营维护方便。运营维护方便。为了能取得最好的防干扰效果，需研究回流线的空间为了能取得最好的防干扰效果，需研究回流线的空间第79页，共82页，编辑于2022年，星期二布置布置(与接触网的磁耦合关系与接触网的磁耦合关系)和设法降低回流线和设法降低回流线地、钢轨地、钢轨地地回路的阻抗，以回路的阻抗，以提高回流率提高回流率。回流率与各导线回流率与各导线地回路自阻抗以及各导线地回路自阻抗以及各导线地回路间的地回路间的互阻抗有关，当互阻抗有关，当回流率回流率=1时，则接触网电流时，则接触网电流完全由回流网吸完全由回流网吸上，地中电流为零上，地中电流为零。第80页，共82页，编辑于2022年，星期二(5)同轴电力电缆供电方式同轴电力电缆供电方式第81页，共82页，编辑于2022年，星期二END谢谢大家！第82页，共82页，编辑于2022年，星期二