10-牵引网阻抗
第4章 牵引网阻抗分析
(4-3)
X X内 0.145lg
可以证得：
(4-4)
X 0.145lg
Dg R
X内 0.145lg
Dg R
(4-5)
4-1-2 牵引网电抗
这样，计算导线的电抗X就不需计算X内，对计算带来了很大的方便。 此时的Rε就称为导线的等值半径。 导线的等值半径与导线的导磁系数有关，等于导线的实际半径乘以导 线的当量系数，即：
式中：d为两个导线-地回路之间的距离。
(4-7)
4-1-3 导线-地回路的自阻抗和互阻抗 4-1-3 导线-地回路的自阻抗和互阻抗 f=50Hz时，导线- 地回路的自阻抗 Z自和两个导线 - 地回路的互阻抗 Z 互 的计算公式分别为：
Dg 4 Z自 r j 4.6 lg j 10 R 2 Dg / km r 0.05 j 0.145lg R
4-1-2 牵引网电抗 目前对于牵引网阻抗计算的等效电路如图4-1所示。
4-1-2 牵引网电抗 当电力机车位于供电臂某一位置时，为简化计算，在符合原来的实际 情况下，将并联的轨道回路与大地回路分成两个等值电路。 一条是由牵引变电所、接触网、电力机车、大地回路、牵引变电所构 成的回路，如图4-2(a)所示，为有源回路；另一条是轨道、大地回路，如 图4-2(b)所示，为无源回路。
第4章 牵引网阻抗
第4章 牵引网阻抗
3-1 牵引网电阻与阻抗 3-2 单线牵引网阻抗
3-3 复线牵引网阻抗
4-1 牵引网电阻与阻抗
4-1 牵引网电阻与阻抗
4-1-1 牵引网电阻
4-1-2 牵引网电抗
4-1-3 导线-回路的自阻抗和互阻抗
4-1-1 牵引网电阻 4-1-1 牵引网电阻 牵引网的电阻主要包括接触网的电阻、钢轨的电阻以及大地回路的电 阻。
牵引网阻抗计算—确定牵引网阻抗基础数据(高铁牵引供电系统)
1-供电线 2-接触悬挂
3-钢轨 4-回流线 5-吸上线 6-大地
什么是牵引网
牵引网
认识牵引网
①-供电线 牵引变电所与供电线
认识牵引网
①-供电线 与接触网平行架设的供电线
认识牵引网
接触线 回流线 钢轨
②-接触网与钢轨 区间接触网与钢轨
承力索
回流线
认识牵引网
回流线 钢轨
②-接触网与钢轨 站场接触网与钢轨
牵引网阻抗的表达式：Z= r+jωL
2
计算半径与等效半径有何不同？
3
计算半径R：是指线索截面的实际半径。
等效半径Rξ：是计算导线电抗时的半径，与导线的 导磁系数有关，等于计算半径乘以导线的当量系数α。
Rξ =α R
表5 导线当量系数α
导线种类 铜、铝接触线 铜、铝绞线 钢轨、钢索 钢芯铝绞线
当量系数
2-牵引网阻抗计算模型
两个导线-地回路互感
M=(4.6lg
Dg
-j
) 104
d2
（H/km） (1)
式中 d-两个导线-地回路之间的距离，cm。
2-牵引网阻抗计算模型 两个导线-地回路互阻抗
M (4.6 lg Dg j ) 10 4 (H / km)
d2
【两个导线地回路互阻抗Z互】
z互
j(4.6 lg
②是轨道→大地回路，是一个 无源闭合回路
2-牵引网阻抗计算模型
问题1：如何计算导 线-地回路自阻抗？
2-牵引网阻抗计算模型
导线-地回路自感
将大地回路用一条等效地回线来替代。 导线与大地回路的电感L为：
L (4.6lg Dg j )104 (H / km)
Rr 2 Dg-接触网与地回路等值导线之间 的距离，这个距离可近似看作地回 路等值导线的深度。
牵引供电总结
1、.牵引供电系统的组成：牵引变电所 ，牵引供电回路 ，开闭所，分区所，自耦变压器站，牵引网（供电线，接触网，回流线，分相绝缘器，分段绝缘器，供电分区）牵引变电所：在牵引变电所内装设有牵引变压器，将电力系统110kV 或220kV 的高压降低为27．5kV 或2×27．5kV(自耦变压器供电方式)，以单相电馈送给牵引网，供电力机车使用。
分区所：接触网通常在两相邻牵引变电所的中央断开，将相邻的牵引变电所中间的两个供电臂分为两个供电分区没在中央断开出设置开关设备可以将两个供电分区联通，此处的开关设备称为分区所。
分区所可以使相邻的接触网供电区段实现并联或单独工作，可以增加供电的灵活性和运行的可靠性。
自耦变压器站:在沿线每隔10-15km 设置一台自耦变压器，用于自耦变压器供电方式。
2、供电电流制：直流制：600v ，750v ，1500v ，3000v 。
低频交流制：15kv/16.67hz ，11kv 或12.5kv/25hz ；单相工频交流制：27.5kv/50hz 。
3、牵引网的供电方式：直接供电方式（DF ）,直接加回流供电方式（DN ），自耦变压器供电方式（AT ），吸流变压器供电方式（BT ），CC 供电方式。
DF :牵引变电所将电能通过馈线传输到接触网，接触网通过受电弓连接到变压器仪一次测，然后通过钢轨流回变电所。
特点：供电回路的构成最简单，工程投资、运营成本和维修工作量都少；但对邻近通信线路的干扰影响严重，钢轨电位比其它供电方式要高。
DN ：在直接供电方式的结构上增设与轨道并联的架空回流线，就成为带回流线的直接供电方式，特点：原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵引变电所，其方向与接触网中馈电电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近，因此，相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果。
牵引网阻抗和轨道电位都有所降低。
AT:自耦变压器供电方式，简称AT 供电方式。
特点：它无需提高牵引网的绝缘水平及可将供电电压提高一倍。
牵引网阻抗计算—计算单线牵引网等值阻抗(高铁牵引供电系统)
单链形悬挂布置示意图
接触网-地回路与轨道-地回路互阻抗Zωr
计算实例
已知：Dg=932×103mm dr=1435mm 导高H=6200mm ， 承力索与导线 间平均距离dcm=1033mm
dcr
62002
1435 2
2
6241(mm)
dmr =
(6200 1033)2
1435 2
2
dmr =
(6200 1033)2
1435 2
2
7268(mm)
• (4)地回路的等值深度Dg
Dg
0.2085 0.2085 932103(mm)
f 109 50104 109
项目三 牵引网阻抗计算
03 计算单线牵引网等值阻抗 案例1-2：计算接触网-地回路阻抗
案例：计算牵引网单位等值阻抗
6.25
4.74
0.20
415
1057
7.00
5.31
0.158
485
钢芯 LGJ-95 铝绞
铝 94.23
钢
铝
钢
17.81 28×2.07 7×1.8
401
6.84
6.50
0.315
335
线 LGJ-120 116.34 21.99 28×2.30 7×2.00 495
7.60
7.22
0.255
380
(0.05 j0.429) / km
案例1-2：计算接触网-地回路等值阻抗
计算接触网-地回路的等值阻抗Zω
• 用代数法计算
Z =Zcm Zc
Zcm Zm Zcm
Zm 2Zcm
Zc Zcm Zm Zcm
0.05 j0.429 (0.228 j0.767 0.05 j0.429)(0.25 j0.768 0.05 j0.429) 0.228 j0.767 0.25 j0.768 2 (0.05 j0.429)
计算直接供电方式牵引网阻抗。
计算直接供电方式牵引网阻抗在交流电力系统中，铁路牵引负载是一个具有很大动态特征的不稳定负载，它给输配电网带来了很大的冲击。
为了掌握输配电网的状态和工作情况，需要对铁路牵引负载进行建模分析。
而其中重要的一个参数就是牵引网阻抗。
本篇文档将介绍如何计算直接供电方式下的牵引网阻抗。
直接供电方式是指，在电网中直接向牵引线供电，而不是通过传统的变压器转换方式。
背景知识在牵引网供电系统中，牵引逆变器是将电网交流功率转换为牵引系统中的直流功率的基本设备。
而直接供电方式下，主变压器以及牵引系统中的牵引逆变器之间的连接线路就构成了牵引网，同时也是需要计算阻抗的对象。
要计算牵引网的阻抗，首先需要知道牵引线的电特性参数。
在常见的25kV交流电力系统中，牵引线通常采用的是具有5.5mm和6.0mm两种不同截面的耐张弓式线路。
牵引线的电阻和电感分别是0.044Ω/km和1.59mH/km。
此外，在计算牵引网阻抗时还需要考虑稳态调压器、保险开关和接地变压器等设备的影响。
牵引网阻抗计算方法在利用瞬时功率法计算阻抗时，需要分别测量电压和电流，然后通过计算功率得到阻抗。
而对于直接供电方式下的牵引网阻抗计算，采用频率扫描法是比较常见的方法。
具体步骤如下：1.在牵引逆变器输出直流电压的情况下，逐渐增加一定频率的交流电压，测量输出电流和交直流电压的幅值；2.通过测量所得的电流及电压的幅值，并对其进行矢量分析，计算出牵引网在所增加的频率下的阻抗值；3.对不同频率下的阻抗值进行绘图，根据曲线的斜率以及截距值计算出牵引网的阻抗。
这种计算方法实际上是利用了阻抗在不同频率下的变化规律，通过测量来推算出牵引网阻抗的值。
需要注意的是，在实际应用中，为了确保计算结果的精度和可靠性，需要采用高精度的测量仪器，并严格控制测量条件，减少外部干扰对测量结果的影响。
结论直接供电方式下的牵引网阻抗是一个重要的参数，它对系统的稳定性和运行状态有着重要的影响。
合理计算牵引网阻抗，可以帮助提高系统的运行效率、减少故障率，同时也有助于实时掌握系统的状态信息，为电力工程的安全稳定运行提供有力的支撑。
牵引网阻抗
3、有加强导线的单链形悬挂
特点：在繁忙的电力牵引区段内， 特别是直流牵引供电系统中，接触 线和承力索的总截面积往往不能满 足输电要求，加强线用来弥补悬挂 截面的不足，并可降低接触网电压 损失和电能损失。
三、双线牵引网阻抗
双线区段牵引网同样有简单悬挂、单 链形悬挂、有加强导线的单链形悬挂 等类型。在结构和等值阻抗上，其特 点为： 1.上、下行牵引网在供电分区末端并 联供电或分开供电 2.所有平行钢轨并联 3.复线牵引网等效为“三个导线—地 回路” 上行牵引网—地回路 (1)——有源网络 下行牵引网—地回路 (2)——有源网络 钢轨网—地回路 (3)——无源网络
1、末端并联的供电方式
是指上下行线路接触网在供电臂末端并联的供电方式。
2、全并联供电方式
3、两线路分开供电方式
是指上下行线路接触网在供电臂内无并联点。
谢谢
0.281K f r p
f r ( km)
R0---导线半径(mm)； p---导线周长(cm)； f---电流频率 ρ---材料电阻率，Ω m µ r---材料相对磁导系数
K---多股绞合线修正系数，绞合线K=1.59，非绞合线K=1
0.316 K r R0 0.447 K r R0
等效半径
确定一个小于R的半径 Req ，使半径为 Req的等效导线， 到R这部分的感抗等于半径为R 的内感抗。
Req
Req
Carson理论 1926年，J.R.Carson发表以大地为回路的架 空导线阻抗计算的论文“Wave Propagation in Overhead Wires with Ground Return ” （带地回线的架空导线中的波浪传播）， 从此就成为电流流经大地情况下输电线及 各种导线——地回路阻抗计算的基础。
电气化铁道供电系统2011教学要点
《电气化铁道供电系统》2011教学要点第一章电力系统与牵引供电系统电力系统：电能的生产、输送、分配和使用组成了一个系统，称为电力系统，主要由发电厂、电力网、电能用户组成。
电力网的任务是将电能从发电厂输送和分配到电能用户。
电力网由各种电压等级的输、配电线路和变（配）电站（所）组成。
按其功能常分为输电网和配电网两大部分。
国家规定的电网额定电压分别为(KV)：750、500、330、220、110、60、35、10、6等9个电压等级。
牵引变电所进线电源电压等级主要为110kV，少量采用220kV。
牵引供电系统具有哪些主要特点？由哪几个子系统组成？答：牵引供电系统与一般供电系统相比，具有以下明显特点：(1) 所供负载是一个单相、移动而且是直流的负载。
(2) 供电额定电压为27.5kV(BT)和55kV(AT)，不同于国家电网规定的额定电压。
(3) 供电网不同于电力网，它是通过与电力机车接触而供电，因此又叫接触网。
(4) 具有独特的回流通路(架空回流、轨回流和地回流)。
广义牵引供电系统由：电力系统、牵引变电所、牵引网(接触网、供电线、吸回装置)、电力机车。
狭义的牵引供电系统通常只指牵引变电所和牵引网2大部分。
牵引供电系统的4种电流制：（1）直流制(1500V)，主要用于地铁、矿山等。
（2）低频单相交流制（3）三相交流制（4）工频单相交流制(27.5KV)，我国电气化铁路均采用这种制式。
牵引变电所的4种一次供电方式：（1）一边供电（2）两边供电（3）环形供电（4）辐射供电。
单侧供电方式的可靠性一般比双侧供电方式和环形供电方式要差。
牵引变电所向接触网供电的供电方式：单边供电与双边供电。
第二章牵引变压器及其结线第二章牵引变压器及其结线序号变压器类型输出电压容量利用率对称与否1 单相接线(纯单相单相VV，三相VV量等，60°100%不对称系数1,0.52 三相YN/d11量等，60°75.6%不对称系数0.53 三相不等容量量等，60°94.5%不对称系数0.54 斯科特接线量等，90°92.8%对称5 阻抗匹配平衡型(非阻抗匹配平衡型)量等，90°100%对称三相牵引变压器容量利用率是75.6%，当考虑温度系数kt=0.9时容量利用率可提高到84%容量利用率=定额输出容量/额定容量单相结线在电力系统的电流不对称系数为1，VV结线和三相Y/d结线变压器的不对称系数为0.5。
带回流线的直接供电方式
8．1 带回流线的直接供电方式一、 引入： 直供特点： 优：简单 经济缺：通讯干扰强 轨道电位高 DN 方式： 改善 1、 回流线加强屏蔽2、阻抗及轨道电位降二、 牵引网阻抗 1、单线单回流线：Z 'R =注：（8.3） d NR (8.4)TR TN d d 回流线+轨道与接触线互几何均距. 由（8.5） 2、回流线裂相： 图8.2注： （8.6） 自几何均距 （8.7） （8.8）3、屏蔽系数及抗干扰： λN =RN λ/R λ RN λ=1—''R TR Z Z抗干扰因素： （1） Z 'TR ↑： λN ↓---------D TR ↓(2) Z 'R ↓ λN ↓-------Z N ↓ 裂相 良导体(3) 并联间距影响不大 。
4‘、应用; (1) 和BT 配合（2）应用广泛§8-2 AT 供电方式一、工作原理： 1、电路图 图 8.3 D=10Km2、防护原理：图 9.15 周围AT 均供电（1） 两个变压器供电且机车靠近AT 2 ------Z S =0 I 只流过AT 2（2）单独自耦供电变比关系磁势平衡 KCL（3）理想电流分布图9.16 注 i\2 i\3规律特点：（1） IR =0 (2) IT=IFdTF↓g↓3、长回路效应 ZS ≠0 使IR≠0 IG≠0 防护不理想4、短段效应：图 8.4由式8.11 因安培公里相同而方向相反所以无干扰二、牵变接线特点分类1、三相—两相（1）斯科特重点图8.5《1》应用广泛《2》无中心抽头必须加AT注; 电分相电压（2）阻抗匹配平衡《1》电压关系《2》正交电压《3》省变电所AT《4》电分相电压2、三相十字交叉（1）三相双绕组十字交叉图 8.7 （a） (b)注：接入相序（2）三相三绕组图8。
8 （a） (b)3、V,v(或V,x)接线（1）单相V,v （或分体式V,x）图8。
9 R接防电器省AT 但复杂要备用少用（2）三相V,v（或连体V,x）图：8。
牵引变电所根据跳闸报告对设备故障进行查找和判断
根据跳闸报告对设备故障进行查找和判断1、电压较高(20KV以上),电流较小(1000A以左右)，阻抗角在40°以下，可以判断为过负荷故障。
(交流传动机车过负荷阻抗角10-25°)电流速断：整定时躲过最大运行方式末端金属性短路电流。
过流保护：按躲过最大负荷电流整定过负荷引起的过电流保护跳闸，一般具有以下六个特征： ( 1 )整定原则：馈线过流保护定值要大于主变过负荷保护定值(归算至次边) 。
一般来讲，在馈线过流保护动作之前，主变过负荷保护已启动，在主变过负荷保护启动后的馈线过流保护跳闸一般为过负荷原因。
( 2)阻抗角在34—42°左右(故障跳闸时阻抗角一般在65°左右)( 3 )故障测距一般为供电臂末端。
(4) 3 次谐波电流一般占故障电流的10%以上。
(5)故障母线电压较高(20KV以上)，故障电流略大于过电流保护定值。
( 6)馈线仅有过电流保护出口。
2、机车带电过分相的判定：同所同行或相邻两所同行相邻馈线发生机车带电过分相时，具有五个特征：（1）同所同行（上行或下行）同时跳闸,可判定为机车带电过分相故障；两相邻所同行（上行或下行）同时跳闸。
（2）电压较高（20KV以上），电流较大（2000A以上），（3 ）保护动作类型不一致，顺机车运行方向，已通过的馈线保护为过电流出口，机车前方的馈线保护为距离保护出口。
（4）阻抗角不同，机车已通过的馈线的阻抗角大于90° 机车前方的馈线的阻抗角大于0°，小于37°.（5 ）根据馈线保护是否重合成功可判定机车运行方向，若一条馈线重合失败，另一馈线重合成功，则机车运行方向为自重合失败的馈线向重合成功方向前进。
判定：3、阻抗保护动作：阻抗I段跳闸，一般为故障点较近（线路长度85%以内）阻抗口段跳闸，一般为故障点较远（线路长度85%以外）。
阻抗I、口段后加速同时动作，电流较大（3000A以上），可判定为接地故障。
牵引网阻抗
接触线与承力 索的平均中心 距离
d
TC
2 h 3
f
c
接触悬挂 承力索的 的结构高 驰度（取 度（取 600~700mm） 1100~1500 mm）
由上图C可知，接触网——地回路的自阻抗为：
z z
1
TC
1 1 zT zTC 1 zC zTC
Km
2）等效轨道——地回路的自阻抗z2
g 1 eq1 R g eqR
R
2.单链形悬挂
与简单悬挂相比，多了一 条承力索。接触线、承力索 分别与地构成接触线——地 回路、承力索——地回路。 每个回路有不相等的自阻抗， 两回路相互有互阻抗。因此 必须把这两个回路归算成单 一的等效导线——地回路， 即单链形悬挂接触网——地 回路。
1）接触网——地回路的自阻抗z1 ①接触线——地回路的自阻抗
有效系数ξ随交变频率和导线截面的加大而 显著增大。因为频率越高和截面越大，导线芯 部的电感就越大，从而有效系数就越大。另其 还与导线的形状、导体材质的铁磁特性有关。 但对于工频和牵引网中应用的截面不太大的铝、 铜等非磁性导线，有效系数ξ≈1。
电感是单位电流所产生的磁链。在导线内部，磁 通只和部分导体交链。
2 1 12
z z z I z I z I z z z z z z u I z I z I z I z z z
z
2
z z
R
mR
2
z mR
z z
R
mR
2
r
R
2
0.05 j 0.145 lg
D R d
g eqR
牵引供电系统 B答案
牵引供电系统 B 答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1．一个完整的电力系统由分布各地的不同类型的（ B ）组成，该系统起着电能的生产、 输送、分配和消费的作用。
A 发电厂、升压和降压变电所、输电线路B 发电厂、升压和降压变电所、输电线路和电力用户C 发电厂、升压和降压变电所、电力用户D 发电厂、输电线路和电力用户2．我国电气化铁道牵引变电所供电电压的等级为（ B ）。
A 500V 或330KVB 110kV 或220KVC 330kV 或220KVD 110kV 或35KV 3．电气化铁道供电系统是由（ A ）组成。
A 一次供电系统和牵引供电系统B 牵引供电系统和牵引变电所C 一次供电系统和接触网D 牵引供电系统和馈电线4．低频单相交流制接触网采用的额定电压有（ C ）A 11-13kV 和3.7kVB 11-13kV 和55kVC 11-13kV 和25kVD 3.7kV 和55Kv5．为确保电力机车牵引列车正常运行，应适当选择牵引变电所主变压器分接开关的运行位，使牵引侧母线空载电压保持（ A ）。
A 直接供电方式: 28kV-29kV 之间；AT 供电方式:56kV-58kV 之间B 直接供电方式: 20kV-29kV 之间；AT 供电方式:56kV-58kV 之间C 直接供电方式: 19kV-29kV 之间；AT 供电方式:56kV-58kV 之间D 直接供电方式: 19kV-27.5kV 之间；AT 供电方式:38kV-55kV 之间6．有加强导线的单链形悬挂的牵引网比简单悬挂相比多了（ A ）。
A 加强导线和承力索B 接触网C 承力索D 加强导线7．根据国家标准《铁道干线电力牵引交流电压标准》的规定，自耦变压器供电方式铁道干线电力牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为（ A ）kV 。
A 55B 50C 25D 588．牵引网的电压降落等于牵引变电所牵引侧母线电压与电力机车受电弓上电压的（ B ）。
故障测距—牵引网故障测距(铁路牵引供电系统继电保护)
AT中性点吸上电流比故障测距
2.吸上电流比测距原理
（2）AT为理想变压器、钢轨对地全绝缘，沿线路阻抗参数均匀时。
根据回路电压方程、
基尔霍夫电流定律可得：
+1
D
++1
=
+1
D
++1
= +
9.33 AT供电牵引网故障时电流分布图
AT中性点吸上电流比故障测距
2.吸上电流比测距原理
XB4
BT
BT
BT
BT
BT方式
T
XB3
N
直供方式
XB2
BT供电牵引网
图9.28 BT供电牵引网
R
XB1
0
lB1
lB2
lB3
lB4
l
图9.29 直接供电和BT供电牵引网的X-l特征
直接供电和BT供电牵引网的X-l特征
− BT /2
=
n：故障牵引网在L范围内吸流变压器台数。
XBT：BT漏抗。
l
QF1
I1
QF2
L1
K
G1
QF
Zm
QF3
G2
I2
9.30 复线牵引网
L2
ሶ = 1ሶ + 2ሶ = 1ሶ + (1 + 2 − − 212 + 2 ) 2ሶ
复线牵引网
— QF1至k点的自主抗和互阻抗，Ω。
1、2 —上行和下行线的自阻抗，Ω。
12 —上行和下行线之间的互阻抗，Ω。
1ሶ 、2ሶ —流过上行线和下行线的故障电流，A。
复线直供方式牵引网故障测距
l
QF1
牵引供电系统_兰州交通大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年
牵引供电系统_兰州交通大学中国大学mooc课后章节答案期末考试题库2023年1.电力牵引的制式是指供电系统向电动车辆或电力机车所采用的（）答案:电压和电流制式2.当前世界各国干线电气化铁路应用较普遍的牵引供电制式是（）答案:工频单相交流制3.为确保轨道交通牵引供电的可靠性，牵引变电所应有（）答案:两个独立的电源点4.为了限制直流串激电动机起动电流太大和正常运行时为了降速而降低其端电压，最早采用在电动机回路中（）答案:串联大功率电阻5.我国干线电气化铁路采用工频单相交流制，其供电电压为（）答案:25kV6.电力系统是由各环节构成的完整工作系统，包括（）答案:发电．输电．变电．配电．用电7.牵引供电系统主要有三大组成，下列哪一项不属于组成之一（）答案:外部电源8.变压器容量需要将负荷电流变换成变压器绕组有效电流，三相变压器应以（）的有效电流计算其容量。
答案:重负荷相绕组9.（）主接线可实现同一供电分区的上．下行接触网并联工作或单独工作。
答案:分区所10.供电臂的负荷电流与下列哪项无关（）。
答案:接触网类型11.为了提高直流电的供电质量，降低直流电源的脉动，直流牵引变电所常采用（）。
答案:多相整流12.电压互感器工作时二次绕组的额定电压一般为（）。
答案:100V13.整流器在一次设备中属于（）。
答案:变换设备14.变压器能实现的作用是（）。
答案:二次侧电压的升降15.通常与隔离开关配合使用的设备是（）。
答案:高压断路器16.所内交、直流自用电系统的控制开关．刀闸．仪表电器等一般装设在（）。
答案:自用电盘17.高压熔断器在一次设备中属于（）。
答案:保护设备18.高压断路器在一次设备中属于（）。
答案:控制设备19.设三相变压器一次侧的额定线电压和额定线电流分别为UN1和I N1铁心，则其额定功率为（）。
答案:SN=31/2UN1 I N120.通常与高压负荷开关配合使用的设备是（）。
答案:高压熔断器21.避雷器是一种（）。
2010(终稿)电气化铁道供电系统与设计试卷参考答案
兰州交通大学试卷（主卷A ）装订线 一、填空题（每空0.5分，共计27分）1、 我国电力网的电压等级主要有0.22 kV 、0.38 kV 、3 kV 、6 kV 、10 kV 、35 kV 、110 kV 、220 kV 、330 kV 、500kV 。
2、最简单的牵引网是由 馈电线、接触网、轨道和大地、回流线 构成的供电网的总称.牵引电流从 牵引变电所主变压器 流出，经由 馈电线、接触网 供给电力机车，然后沿 轨道和大地、回流线 流回牵引变电所主变压器。
3、一级负荷对供电要求为 二个独立电源供电 。
4、二级负荷对供电要求为 两回线路供电 。
在负荷较小或地区供电条件困难时，二级负荷可由 一回6kV 及以上专用线 供电。
5、根据国家标准《铁道干线电力牵引交流电压标准》（GB1402）的规定，铁道干线电力牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为27.5kV ，自耦变压器供电方式母线上的额定电压为 55kV ；电力机车、电动车组受电弓和接触网的额定电压为 25kV ，最高允许电压为 29kV ；电力机车、电动车组受电弓上最低工作电压为 20kV ；电力机车、电动车组在供电系统非正常情况（检修或故障）下运6、分区所应设于 两相邻牵引变电所供电分区的分界处 。
7、在单线单边供电的电气化区段，相邻两供电分区之间一般设 分相绝缘器 ，并设 旁路隔离开关 以便实现临时越区供电。
8、高压熔断器经常与高压负荷开关配合使用。
9、如图所示 其中1QB 、7QB 为中心牵引变电所；2QB 、4QB 为通过式牵引变电所； 3QB 、5QB 为分接式牵引变电所。
10、 倒闸操作的原则是： 接通电路时，先合断路器两侧的隔离开关，然后合断路器； 断开电路时，先断断路器，然后拉开断路器两侧的隔离开关。
11、 在牵引变电所中，电容器串入馈电线的作用是：提高牵引网电压水平 12、 在牵引变电所中，电容器并在母线上的作用是：提高功率因数 13、 牵引变电所按牵引网电流性质(电流制)可分为：直流牵引变电所、交流牵引变电所。
《牵引供电系统》_第四章_牵引网阻抗的计算
类型。在结构和等值阻抗上，其特点为：
上、下行牵引网在供电分区末端并联 所有平行钢轨并联 复线牵引网等效为三个导线—回路 • 上行牵引网—地回路 • 下行牵引网—地回路 • 钢轨网—地回路 无源网络 为分析上、下行牵引网中电流分布、压损计算等等，上、下行牵引网 不能合并为一根导线。其原因是：上、下行运营情况不同，上、下行列车 位置及取流不同。
c
j
f
d jc
h
将接触导线与承力索综合后，便得到“接触网-地”回路的自阻抗：
zw z jc
1 1 1 z j z jc zc z jc
( / km)
§4.2 单线区段牵引网阻抗
-地”回路的自阻抗：（已讲过） 2、“钢轨 zg
' zg zmg
2
rg 2
0.05 j0.145lg
2、“接触导线-地”回路的自阻抗
钢轨有两条，并分别形成两条“钢轨-地回路”。从内部来看，一条 “钢轨-地回路”的自阻抗和两条“钢轨-地回路”的互阻抗的计算公式为
§4.2 单线区段牵引网阻抗
计算公式为
Dg ' ( / km) zg rg 0.05 j0.145lg Rεg z 0.05 j0.145lg Dg ( / km) mg d g
Dg Rεg d g
( / km)
承力索 3、“钢轨-地”回路与“钢轨-地”回路的互阻抗： c
zwg 0.05 j0.145lg
Dg d wj
( / km)
接触导线
d jg
d jc
j
dcg
H
式中， d wj为接触网等值导线与等值轨道间的距离。 g
电气化铁路供电方式
一、电气化铁路供电方式的分类1、直接供电方式（简称TR供电方式）2、自耦变压器供电（简称AT供电方式）3、吸流变压器供电（检查BT供电方式）4、带回流线的直接供电（检查DN供电方式）二、各供电方式的优缺点：1、AT和BT供电比较复杂，一般情况下，大多数采用带回流线的直供方式，取消了BT供电方式中的吸流变压器，保留了回流线，利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能的由回流线流回变电所，因而部分抵消了接触网对临近通信线路的干扰，其抗干扰效果不如BT供电方式好，通常在对通信线防干扰要求不高的地区采用这种方式，这种供电方式设备简单，供电设备的可靠性得到了提高，由于取消了吸流变压器，只保留了回流线，因此牵引网阻抗比直供方式低一些，供电性能好一些，造价也不高，所以这种供电方式在电气化铁路上得到广泛应用。
2、直接供电方式：1）优点：接线简单、节省投资2）缺点：由于牵引供电系统为单相负荷，该供电方式的牵引回流是通过钢轨流回变电所，是不平衡的供电方式，电流流出不等于流入，对通信线路产生感应影响。
3、自耦变压器供电（AT供电方式）1）由于自耦变压器的中心点与钢轨连接，牵引网的供电电压为2＊25KV，电压提高了一倍，因此牵引变电所间的距离也提高了一倍，（直供＋回流的供电方式牵引变电所间的距离20—30公里、而AT供电方式的牵引变电所间的距离为40—60公里）一般AT供电方式用于重载和高速铁路，需要牵引电流比较大的供电系统，而馈线电流只有直供方式的一半。
4、牵引网的阻抗值：1）AT供电方式：0.09欧/km2)BT供电方式：0.85欧/km3)直供方式：0.33欧/km4）直供+回流：0.31欧/km三、牵引变压器接线方式：1、单相V/V接线：1）优点：接线简单、体积小、重量轻、便于运输，适应运输量较小的线路。
2）缺点：负荷严重不平衡、高压侧只用两相，所内用电只有220V 电源，没有380V电源，需要增加劈相设备。
牵引网阻抗计算
0.05
j0.145 lg
Dg d jg
km
2.单链形悬挂
承力索 c
接触导线
j
d jg
d cg
接触网
d jc
1 Z1
等效
H
Z12
Z
Z1
Z
2 12
Z2
钢轨
2 Z2
等值钢轨
dg
Z1---接触网-地回路的自阻抗 (接触线-地回路和承力索-地回路并联)
Z2---等值钢轨-地回路的自阻抗(两条钢轨并联) Z12---接触网-地回路与等值钢轨-地回路的互阻抗
1.接触网电阻(交流电阻)
非铁磁质导线(铜、铝)
：r
0.316K R
f ( km)
铁磁质导线(铁、钢轨)：r 0.447K
式中：
R
f r ( km)
R ---等效半径(mm)； K---多股绞线：1.59，单根：1
接触线、承力索、加强导线
2.钢轨
轨道的情况比较复杂，因为它不但是铁磁材料制成， 而且由于部分电流沿轨道逐渐泄入大地，因而使轨道中电 流的值沿轨道方向变化。因此钢轨有效电阻的计算，通常 采用经验公式。
Z1 Z j Z jc // Zc Z jc Z jc
等值钢轨-地回路：
Z2
r2
0.05
j0.145 lg
Dg R 2
km
r2
r1 // r2
rg 2
R 2 4 R 1 R 2 d12 d 21 Rg d g
接触网-地回路与等值钢轨-地回路之间的互阻抗
2f
4.6 107
带回流线的直接供电方式
8．1 带回流线的直接供电方式一、 引入： 直供特点： 优：简单 经济缺：通讯干扰强 轨道电位高 DN 方式： 改善 1、 回流线加强屏蔽2、阻抗及轨道电位降二、 牵引网阻抗 1、单线单回流线：Z 'R =注：（8.3） d NR (8.4)TR TN d d 回流线+轨道与接触线互几何均距. 由（8.5） 2、回流线裂相： 图8.2注： （8.6） 自几何均距 （8.7） （8.8）3、屏蔽系数及抗干扰： λN =RN λ/R λ RN λ=1—''R TR Z Z抗干扰因素： （1） Z 'TR ↑： λN ↓---------D TR ↓(2) Z 'R ↓ λN ↓-------Z N ↓ 裂相 良导体(3) 并联间距影响不大 。
4‘、应用; (1) 和BT 配合（2）应用广泛§8-2 AT 供电方式一、工作原理： 1、电路图 图 8.3 D=10Km2、防护原理：图 9.15 周围AT 均供电（1） 两个变压器供电且机车靠近AT 2 ------Z S =0 I 只流过AT 2（2）单独自耦供电变比关系磁势平衡 KCL（3）理想电流分布图9.16 注 i\2 i\3规律特点：（1） IR =0 (2) IT=IFdTF↓g↓3、长回路效应 ZS ≠0 使IR≠0 IG≠0 防护不理想4、短段效应：图 8.4由式8.11 因安培公里相同而方向相反所以无干扰二、牵变接线特点分类1、三相—两相（1）斯科特重点图8.5《1》应用广泛《2》无中心抽头必须加AT注; 电分相电压（2）阻抗匹配平衡《1》电压关系《2》正交电压《3》省变电所AT《4》电分相电压2、三相十字交叉（1）三相双绕组十字交叉图 8.7 （a） (b)注：接入相序（2）三相三绕组图8。
8 （a） (b)3、V,v(或V,x)接线（1）单相V,v （或分体式V,x）图8。
9 R接防电器省AT 但复杂要备用少用（2）三相V,v（或连体V,x）图：8。
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牵引网阻抗与牵引网结构、选用导线的型号和钢
轨的类型、数量，所采用的牵引网供电方式，大
地导电率以及采用的防干扰措施有关。 单线区段：主要与接触悬挂的类型，加强导
线的数量与位置有关，在设置吸-回装置的区段
还与回流线的数量与位置有关。 复线区段：除与以上因素有关外，还与双轨 轨距有关，目前我国一般为5m。
Z0 Z D 1 整理： I J n I J ( A B ) A B Z0 Z0 Z D
得：Z 0 A B(2 Z D Z 0 ) (1 n) I J Z 0 Z D
2.在机车处，x=l
1 I2 K IJ ( Ae l Be l ) Z0 U 2 Ae l Be l IJ I2 I2 U 2 I2 Z0
问题变成为Z1 、Z2、 Z12如何求？即所谓导线-地回 路阻抗如何求得
5.4 牵引网导线参数
构成接触网的各种导电线中既有圆形导线（如承力 R0 — 导线半径(mm)；ρ0 — 材料电阻率(Ω.m) 索），也有不规则导线（如钢轨和接触线），导线的 μ — 相对导磁率； f — 频率(Hz)； 参数在牵引网阻抗计算中需要用到导线电阻和导线当 k — 多股绞线 1.59 量半径。 单线 1 一、导线电阻(指交流电阻) 非铁磁质导线(铜、铝) 铁磁质导线(铁、钢轨等)
1 I K I J ( A e x B e x ) Z0 U A e x B e x
1 l l 整理：Z 0 I J K I J ( Ae Be ) Ae l Be l Z0
常用钢轨参数 1、当量半径
钢轨型号 G(kg/m) Rg0(mm) Rεg(mm) P43 44.65 140 11.2
P50
50.51
12.2
2、交流电阻(实测)
I r(Ω)P50 r(Ω)P43
0
100 200 300
0.147
0.160 0.213 0.273
0.162
0.178 0.262 0.310
流的频率有关。
导线2 导线1
U
I
z1 (Ω/km) z12 (Ω/km) z 2 (Ω/km)
l
导线2
大地表面
一、导线-地回路等值自阻抗计算
U
I
z1 (Ω/km) z12 (Ω/km) z2
导线1的当量半径为 R 1 导线2 (虚构)的当量半径为 R 2 导线2 (Ω/km) 导线间距离为d12 (虚构) 线路长度为l 大地表面
分布参数，计算复杂
非线性
若根据
Z12 IG Z I J 2 I D I J IG
Z U Il
( / km)
线性
图中：Z1—接触网-地回路(有源网)自阻抗
Z2—轨道网-地回路(无源网)自阻抗
Z12—接触网-地回路，轨道网-地回路互阻抗
根据边界条件求解A、B 1.在钢轨回流线处x=0
1 I1 K I J Z ( A B ) 0 U1 A B I J I1 I1 U 1 I1 ( Z 0 // Z D )
1 I K I J ( A e x B e x ) Z0 U A e x B e x
IJ KI J 0
ZD
IG
ZD
I D 地中电流
0 稳定区
l
x
如果l足够长，则可忽略钢轨电流和地中电流 的过渡过程，则：
Z12 I Z IJ 2 Z12 I (1 ) IJ IJ I D Z2
据实测：当机车距变电所距离大于5km，这种简化 的误差小于5%。实测数据：
特例2：若认为变电所接地电阻 Z D 0
1 I ( x ) K I J (1 K ) I J e ( l x ) e ( l x ) 2 1 U ( x ) (1 K ) Z 0 I J e ( l x ) e ( l x ) 2 Z12 感应电流 传导电流 K Z2 轨地电流分布
( H / m) ( H / m) ( H / m)
5.1牵引网简介
一、牵引网组成
回 流 线 馈线 接触网 轨网 地
牵引网：由接触网(接触线、承力索、加强导线)， 轨地系统(钢轨网、大地)，馈线及回流线组成。 AT方式：自耦变压器、正馈线、回流线、保护线。 BT方式：吸流变压器、回流线、火花间隙。
牵引网阻抗具有复杂性的特点： 1、结构复杂：接触网由承力索、接触线组成， 或加入加强导线，串联元件（吸流变）、并联元 件（自耦变）。 2、牵引网中含有铁磁材料元件（钢轨、大地）， 铁磁材料的相对磁导率随通过的电流变化而变化。 随着牵引负荷的变化，钢轨有效电阻和内电感有 较大范围的变化。 3、轨道—大地之间是非线性分布参数电路，牵 引网阻抗变化呈非线性。 4、大地作为供电回路一部分，大地土壤情况和 电导率分布复杂，呈非线性。
单线： 0.54 I J IG 复线： 0.67 I J IG I G 、D 基本同相。 I
I D 0.48 I J I D 0.34 I J
5.3 牵引网模型简化
IJ
ΔU
Z1 Z12 Z2 I G ID
J
Z
U Il
( / km)
G D
Z l
2.链型悬挂
特点：有承力索，带有张力补 偿器，有中心锚节且较复杂； 受流质量好，适用于速度高的 正线。
Z 5.2 —接地电阻 轨道和地中电流
D
Z 0 —轨道网特性阻抗 计算轨道和地中电流的意义： Z 2 , Y —分别为钢轨单位自阻抗和对地导纳
Z12 —接触网对地和钢轨对地的互阻抗 (1)确定牵引网电路模型
得
(1 K ) I J Z 0 2 Ae l
1 I K I J ( A e x B e x ) Z0 U A e x B e x
x=0处 x=l 处
Z 0 A B(2 Z D Z 0 ) (1 K ) I J Z 0 Z D
第五章
牵引网阻抗
牵引网阻抗计算的目的：
1.确定牵引网压损ΔU，以校验运行时网压水平；
2.计算短路阻抗、短路电流，确定继电保护方案及 其整定； 3.应用于故障测距； 4.确定牵引网电能损失，比选最优设计方案； 5.计算牵引负荷对电气化铁路沿线通信线路的干扰， 确定所采取的防护措施；
6.用于轨道电流分布及轨道电压分布计算，以确定 安全电位。
0 x l
地中电流 I D I J I
特例1：若认为变电所接地电阻 Z D
1 I ( x ) I K I J (1 K ) I J e ( l x ) e x 2 1 U ( x ) (1 K ) Z 0 I J e ( l x ) e x 2 Z12 感应电流 传导电流 K Z2
二、牵引网供电方式
单线：1.单线单边供电；2.单线双边供电
复线：单边、双边 1.上下行独立供电 ；2.全并联供电 ；3.末端并联供电
三、牵引网接触悬挂方式 1.简单悬挂 特点：无承力索，通过桥隧等 建筑物时，要求净空低；投资 少；维修方便；受流质量差， 适用于速度<80km/小时的线路 及有桥隧线路。
0.447k r f r R0
r
0.316k r f R0
km
km
导线电阻的确定 铜、铝导线 工频下，可认为其有效电阻近似等于直流电阻。 钢轨 确定其有效电阻是 困难的。 钢轨的有效电阻通 常由试验测得，同 时记录试验电流。
二、当量半径 由电磁场理论 内电感
0 r Li 8
R - -当量半径
R0 -- 导线实际半径
r
4
R0 e
0 D ln 2 R
( H / m)
R R0e
常用接触线、承力索导线参数
型号 铜接触线TCG-100 钢、铝接触线 GLCA-100/215 硬铜绞线TJ-95 钢铝绞线LGJ-100 钢绞线GJ-100 交流电阻(Ω/km) 0.179 0.184 0.20 0.255 1.45 当量半径 (mm) 4.6 8.56 4.74 7.22 6.18
( l x ) 2 Z D Z 0e l x ( )e e 2 Z D Z0
U( x )
2 Z D Z 0e l x 1 (1 K ) Z 0 I J e ( l x ) ( )e 2 2 Z D Z0
d U Z 2 I dx Z12 I J dx d I Y U dx
Z K 12 —感应系数变化，整理得： 分布参数使 U 和 I Z2
I J2 —牵引电流
Z0
2
d I Z 2Y I Z12Y I J 0 2 dx Z 2
5.5 Carson理论
导线1 Carson理论：根据电磁波理论，计算以大地为回路的
z1 (Ω/km) I U 架空导线阻抗。“导线-地”回路中的大地可以用一 大地表面 z12 (Ω/km) 根虚设的导线来代替，其中d 为实际导线至虚设导线 d12 虚构的大地返 z 2 (Ω/km) 回“导线” 的距离。Carson理论证明，距离d与大地的电导及电