牵引变电所全解

三相电源 三相电源 GK GK DL GK DL GK GK GK DL GK GK GK GK 1#B 2#B DL GK DL GK GK GK DL 三相电源 GK GK DL DL GK GK DL GK 三相电源 GK 三相电源 三相电源
DL
1#B 1#B 2#B 2#B
五、牵引变电所一次设备模拟接线图
一、电气化铁路牵引供电系统概述
中国电气化铁路是从1961年建成宝鸡一风州段 (93ｋｍ)开始的 ,它经历了从无到有、 从山区到平原、从单线到复线 ,从一般干线到繁忙干线、客专线，从常速到准高速、高铁 的发展历程。 电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统 提供。牵引供电系统是指铁路从地方电站引入110kv（220KV)）电源，通过牵引变电所降 压至27.5kv送至电力机车的整个系统，它由地方变电站、110kv（220KV)）输电线、牵引 变电所、27.5kv馈电线、接触网、电力机车、轨回流线、地回流线组成。其中牵引变电所 是电气化铁路供电系统中的心脏,它的主要任务是将地方变电站输送来的110kV（220KV)三 相交流电变换为27.5kV单相电，然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，接触网沿铁 路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。电压变化由牵引变压器 完成，牵引变电所通常设置两台变压器，采用双电源供电，互为备用以提高供电的可靠性， 还设置有串联和并联的电容补偿装置，用以改善供电系统的电能质量，减少牵引负荷对电 力系统和通信线路的影响。
5、牵引变压器各种保护
牵引变压器的主要保护有差动保护、110KV、27.5KV低压过流保护、接地保护、瓦斯保 护、过负荷保护、过热保护。其中差动保护和瓦斯保护为变压器主保护，瓦斯保护范围是 变压器内部故障，主要反应内部多相短路，匝间与铁芯或外皮短路，铁芯发热，漏油、油 面下降等；差动保护范围是变压器两侧差动LH之间的一次设备，主要反应的故障是变压器 内部绕组相间短路，严重匝间短路，以及引出线和绝缘套管相间短路。 瓦斯保护又分为轻瓦斯与重瓦斯，轻瓦斯保护是按气体容积进行整定的，重瓦斯保护 是按油气流速进行整定的，轻瓦斯动作于信号，重瓦斯动作于跳闸。 110KV、27.5KV低压 过流保护为主变的后备保护，它必须同时满足低电压、过电流两个条件，它主要动作于母 线短路（主变低压侧DL的LH外侧到馈线DL的LH内侧间）或变压器内部故障时，其主保护 （WS和CD保护）拒动，JCW线路故障时，KX保护拒动等。 过热保护为变压器上层油温在70℃时发出过热信号 ， 变压器允许在额定的条件下长期 运行，但是应严格地监视油温，上层油温最高不得超过95℃，但一般不宜经常超过85℃。 其设有主变通风电机，通风电机一般为60 ℃启动，50 ℃停运。 过负荷保护规定为当牵引变压器事故过负荷30%，可持续运行120分钟，过负荷60% 时，可持续运行45分钟，过负荷75%时，可持续运行20分钟，过负荷100%时，可持续10 分钟，过负荷140%时，可持续运行5分钟，过负荷200%时，可持续运行2分钟。
牵引变电所 接触网 回流线 电力机车 钢轨
3、BT供电方式
在牵引供电系统中加装吸流变压器-回流线装置的供电方式，称为吸流变压器供电方 式，简称BT（Booster Transformer）供电方式。它是在牵引网中，每相距1.5-4km，设一 台变比为1：1的吸流变压器，吸流变压器采用变比为1：1的特殊变压器，原边串接在接触 网上，次边串接在回流线中。间隔约1.5-4km 设置一台吸流变压器，在两个吸流变压器中 间，把轨道和回流线连接起来，这个连接成为吸上线。它是机车电流返回回流线的通路。 回流线中流回的电流与接触网内流过的牵引电流大小基 本相等，方向相反，它们形成的电磁场相互抵消，这样 就显著的消弱了接触网和回流线周围空间的交变磁场， 回流线 使牵引电流在邻近的通信线路中的电磁感应影响大大的 减小。但BT方式牵引网结构复杂，造价较高，由于吸流 变压器串入接触网，使得牵引网阻抗变大，供电臂长度将 接触网 减小；因存在BT分段（火花间隙），不利于高速、重载 吸 电力机车 等大电流运行. 上
牵引变电所一次设备包括：牵引变压器、DL、GK、YH、LH、BL、电抗器、电容器、接地装置 等,它的作用是接受、分配、输送电能,所以必须将它们按一定的接线方式连接起来,如下图某变电 所一次设备接线图:
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六、牵引变电所主要一次设备结构及工作原理
㈠.牵引变电所内的变压器结构: 牵引变电所内根据需求，一般设有两台主变压器(牵引变压器)和2台所用变压器。主 变压器主要供电力机车牵引负荷用电，所用变压器(又称自用电变压器)是给本所的二次设 备、检修设备以及日常生活、照明负荷供电。本章简单介绍主变压器（牵引变压器）。
变压器是根据电磁感应原理工作的。主要部件是铁芯和绕组。如下图，在一次绕组施 加交流电压U1，则一次线圈中流过电流I1,在铁芯中产生磁通Øm，磁通穿过二次绕组在铁芯 中闭合，在二次感应一个电动势E2，当变压器二次绕组接上负载后，在电势E2的作用下将 有电路I2通过，这样在负载两端会有一个电压降U2，根据公式U1 / U2= N1/ N2 ，所以一 二次绕组电压高低取决于一二次绕组匝数，并与其成正比。变压器的变比 K= U1/ U2= N1/ N2。变压器的内损耗相对于变压器的传递功率来说较小可忽略不计，U1*I1=U2*I2 即： I2/ I1= U2/ U1=1/ K，表明：一二次侧电流的大小跟绕组匝数成反比。 牵引变压器一般为三相变压器，其低压侧一相接地 并与钢轨及回流线（直供加回流方式）相连。根据接线 方式，牵引变压器一般采用三相V/v接线及三相YN,d11 接线 ，下页将分别简单介绍这两种变压器工作原理。
㈡、牵引电网对机车的供电方式
1、直接供电方式 直接供电方式是牵引电网中不加特殊防护措施的一种供电方式。它以一根馈线接 在接触网上，通过机车钢轨回到变电所，下图所示：
牵引变电所 C A 电力机车 钢轨 接触网
这种供电方式最简单，投资最省，牵引网阻抗小，能耗也较低，机车由接触网取得电 流，经钢轨流回牵引变电所。这种直接供电方式的缺点是由于钢轨与大地是不绝缘的，一 部分回流由钢轨流入大地，因此对沿线通信线路产生感应影响。
接触网 电力机车 钢轨
正馈线(架空回流线)
四、牵引变电所高压进线接线方式
牵引变电所进线电源接线方式分为桥式接线和双T接线，其中桥式接线又分为内桥接线 和外桥接线。双T接线是目前采用比较普遍的一种接线方式，它比内桥和外桥接线形式都简 单，双T接线要求两回进线同时采用，一般都能作主供回路，并能作为互为备用。各种接线 如下图所示：
2、三相V/v接线变压器
电力机车是单相交流负荷，现在普遍采用三相V/v接线牵引变压器。这种变电所内装设 两台三相V,v接线牵引变压器。一台运行，一台固定备用。三相V/v接线牵引变压器的内部 接线类似两台纯单相接线变压器，有两台独立的铁心和对应的绕组通过电磁感应进行变换 和传递，两台容量可以相等，也可以不等，容量利用率可达100% 。其接线原理示意图如下：
A B C
a
b
c
3、三相YN,d11接线变压器
目前在有些牵引变电所中采用的是110kV油浸风冷式变压器，该牵引变压器的接线采用 标准联结组，即YN,d11，备用方式大多采用固定备用。该变压器原边采用YN接线，中性点 引出接地方式与高压电网相适应。变压器结构相对简单，又因中性点接地，绕组可采用分 级绝缘，因此变压器造价较低，运用技术成熟，供电安全可靠性好，但容量不能充分利 用，输出容量只能达到其额定容量的75.6%，引入温度系数后也只能达到84%。其原理电路 图及展开图如下：
㈡互感器
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互感器分电压互感器与电流互感器,简称压互、流互，用字母表示为YH(PT)、LH(CT), 其主要作用是将大电压变换成小电压，将大电流变换成小电流，以供给测量与保护用，这 3 样既缩小了仪表与继电器的体积，又扩大了量程。 。它们的工作原理与变压器基本相似。 3 3 电压互感器的一次线圈匝数N1很多，并接于被测高压电网上，二次线圈匝数 N2较少，二 3 次负荷比较恒定，接于高阻抗的测量仪表和继电器电压线圈，正常运行时，电压互感器接 近于空载状态 。电流互感器一次绕组匝数少且粗，串接在一次电路中，而二次绕组匝数 很多，导体较细，与仪表、继电器电流线圈串联，形成闭合回路，工作时电流互感器二次 回路接近短路状态 。为使测量仪表和继电器标准化、小型化，互感器二次电压、电流一 般都作统一电压为100V、57.7V，电流为5A。它们的联接方式如下图所示：
目 录
一、电气化铁路牵引供电系统概述 二、电气化铁路牵引供电回路 三、电气化铁路牵引供电方式 四、牵引变电所高压进线接线方式 伍、牵引变电所一次设备模拟接线图 六、牵引变电所主要一次设备结构及工作原理 七、牵引变电所二次设备及其接线图 八、牵引变电所工作票填写标准 九、牵引变电所值班业务基础知识 十、牵引变电所常见故障及处理方法
三、电气化铁路牵引供电方式
㈠、牵引变电所对接触网的供电方式 牵引变电所对接触网的供电方式可分为单边供电和双边供电，接触网单线区段普遍采用单 边供电，复线区段可以采用单边供电也可以采用双边供电，但由于复线的双边供电分区亭设备 复杂，对接触网短路故障的保护十分困难，故目前我国只采用复线单边供电。 单边供电各变电所相互独立，接触网供电分区由牵引变电所 从一边供应电能。每个接触网供电分区通常称为一个供电臂，相 邻两个牵引变电所之间的供电臂相互绝缘，机车只从相关的某个 牵引变电所取电。对于两个异相牵引端口的牵引变电所，通常在 开关 牵引变电所出口两馈线相连的接触网上和分区的接触网上设分相 绝缘器。当某一牵引变电所因故障失电时，可将两端分区亭的开 关合上进行越区供电。 B B A
牵引变压器的作用是将电压从高 压变为低压，把发电厂输送的110KV （220KV）高压通过降压圈变为适合 电力机车运行的27.5KV电压。它主要 组由：铁芯、线圈、油箱、套管、防 爆管（压力释放器）、净油器、散热 器、呼吸器、温度计、WSJ等部件组 成。其外观结构图如右：
油箱
1、牵引变压器工作原理
线 钢轨
4、AT供电方式
AT供电方式又称为自耦变压器供电方式,是每隔10km左右在接触网与正馈线之间并联 接入一台自耦变压器，其中性点与钢轨相连。电力机车由接触网受电后，牵引电流一般 由钢轨流回，由于自耦变压器的作用，经钢轨流回的电流经自耦变压器绕组和正馈线流 回变电所，因电流在接触网和正馈线中的方向相反，因而对邻近的通信线路干扰很小。 如下图所示。
2、带回流线的直接供电方式(直供加回流)
带回流线的直接供电方式是在接触网支架上架设一条与钢轨并联的回流线，如下图示， 电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线电流方向相反，架空 回流线与接触网距离较近，利用接触网与回流线之间的互感作用，因此相当于对邻近通信 线路增加了屏蔽效果,另外，钢轨电位大为降低，对通信线的干扰得到较好抑制。
4、变压器的技术参数：
⑪、额定电压：变压器长时间运行所能承受的工作电压。三相变压器的额定 电压指线电压 ⑫、额定容量：在额定使用条件下所能输出的视在功率。 ⑬、额定电流：变压器在额定容量下允许长期通过的电流。三相变压器的额 定电流指线电流 ⑭ 变压器并联运行的条件：接线组别相同、电压比相同、短路电压相同 ⑮变压器运行中的巡视检查项目： ①、声响是否正常 ； ②、油位是否正常 ； ③、油温是否正常 ； ④、引线有无过松、过紧现象，接头接触是否良好； ⑤、绝缘套管是否清洁无裂纹，有无打火放电现象； ⑥、防爆筒玻璃应无破裂，密封良好。 ⑦、呼吸器内无油，干燥剂颜色应正常。 ⑧、瓦斯继电器内无气体。 ⑨、冷却装置、风扇电机应齐全，运行正常。 ⑩、有载调压开关装置位置指示，动作记数器显示正确，低压侧母线电压在 调压范围内。
二、电气化铁路牵引供电回路
牵引供电回路是由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨、地或回 流线构成。另外还有分区亭、开闭所、AT所等。如下图: ㈠开闭所 牵引系统中的开闭所，实际上从严格意义上讲是“高压配电”站，仅仅起配 电作用，实现环网供电、双路互投等功能。开闭所应尽量设置在枢纽地区的负 荷中心处，以减少馈线的长度和馈线与接触网的交叉干扰。 ㈡分区亭 为了增加供电的灵活性，提高运行的可靠性， 在两个牵引变电所的供电区间常加设分区亭。分 区亭起到平时将两个供电臂或上下行接触网联络 起来的作用，这样，当事故发生时，可缩小停电 馈电线 范围和实现越区供电。 ㈢AT所 牵引网采用AT供电方式时，在铁路沿线每 电力机车 隔10km左右设置一台自耦变压器AT，该设置 处所称做AT所。