牵引供电系统

绕组(cz)为自由相绕组
接供电臂
b. 展开图
(A)
为分析的直观与方便，
更常见使用YN,d11接线
(B)
牵引变压器的展开图。 画展开图有如下约定：
(1)为施工和运行安全起见，
(C) *
(a)
(b)
统一规定次边绕组的(c)端子接钢轨和地；
*
(c)
(2)原、次边对应绕组相互平行；
(3)原、次边每相绕组的同名端放在同一侧；
或者表示为：
电力 地铁
G
电力系统(发电厂）
输电线
主（降压）变电站
回流线
直流牵引变电所
馈电线
接触网
走行轨
电动车辆
§1-5 电力系统与电力牵引供电系统
一、构成
1.电力系统—是一个包括发电厂、输电(线)、变电、配 电、用电装置的完整工作系统。
发电厂
配电系统
发 电G 机
升压 变压器 TM
输电线路 L
降压 变压器 TM
A B C
a b
牵引变电所装设两台单相
结线牵引变压器，作V,v接线。
V,v接线牵引变压器原边
接入电力系统的两个线电压。
次边各有一端分别接到牵
引侧的两相母线上，各有另
c
一端与轨道及接地网连接。
A
（1）原、次边电流关 系
B
C• IA
•
I AB
1
•
I ab
KT
•
I BC
1
•
I bc
KT
•
I ab
（1）结线
（2）原理与特点 原边（高压侧）：接电网的AB（BC、CA） 次边（牵引侧）：一端接钢轨，另一端接供电臂
优点： 主接线结构简单 ; 设备少 ;占地面积小，投资较少; 容量利用率（额定输出容量与变 压器的额定容量之比）为100%； 缺点： 不能实现对接触网的双边供电, 副边不能提供三相电源; 对电力系统的不对称性
•
•
I A I AB
1
•
I ab
•
U ab
KT
•
•
•
I B ( I AB I BC )
1
•
•
( I ab I bc )
KT
•
•
I C I BC
1
•
I bc
KT
Ib
I
2 ab

I
2 bc

2
I
ab I
bc co s ,
•
•
I AB
IB •
I BC
•
IC
定向。
规格化定向的具体含义：
(1)原边绕组电压、电流采用电动机惯例定向，即牵引变压器从 电力系统吸收电能。
(2)次边绕组电压、电流采用发电机惯例定向，即牵引变压器是 次边负荷的电源。
(3)负荷吸收正功率。
简单讲就是： 对于原边：电压U首端为正尾端为负；电流I首端流入，尾端流出。 对于次边：电压U首端为正尾端为负；电流I首端流出，尾端流入。
匹配平衡结线；⑦非阻抗匹配 YN , 平衡结线 2、按高压输电线的引入方式分类 ① T接线（又称分支接线） ；②桥接线（内桥和
外桥接线） 3、按承担供电臂的供电任务分类 集中供电方式和分散供电方式
二、单相牵引变电所
１、纯单相牵引变电所 ２、单相V,v结线牵引变电所
3、三相 V,v结线牵引变电所
1、纯单相结线牵引变压器结线
（5）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。
• 牵引网: 通常将接触网、馈电线、钢轨回路(包括大地)和回 流线称为牵引网。
牵引变电所和牵引网构成牵引供电系统 。
专用高压输电线路和牵引供电系统称为电气化铁路供电系统 。
二、牵引变电所一次侧的供电方式 (1)单边供电：牵引变电所的电能由电力系统中的一个
IB
-
•
U
B
+
•
UC
*
•
- U b +
•
• I b •
• I a I c U a
•
U c
UC
*
３、供电臂电流与绕组电流关系
(A )
(B ) (C )
（1）当只有Ib流通时，
bc绕组中的电流为
，
而ca23 与I&ba13 bI&绕b 组电流为
*
Ia
2* Ia
3
(a)
1* Ia
3
1* Ib
第一章 电力牵引供电系统
参考教材
谭秀炳 主编， <<交流电气化铁道牵引供电系统>>
西南交通大学出版社
华东交通大学 电气与电子工程学院 罗杰
§1-1 电力系统术语
电力系统: (Power System)
生产、输送、分配、消费电能的发电机、 变压器、电力线路、各种用电设备联系在 一起组成的统一体。
1、电力系统：生产、输送、分配与消费电能的系 统。包括：发电机、电力网和用电设备组成。
下标确定原则：
(1)电流、电压相量的下标表示其实际相别，与绕组端子 号无关。
(2)臂负荷的电压相别与其对应的工作绕组相别一致。
A B C
•
IA
L
b
•
IB
•
•
UB
IC
-
•
UC
+
•
UA
*
•
- U c +
•
• Ic •
• Ib I a U b
•
U a
La
*
A B C
•
I C
U
a
•
IA
•
•
UA
（2）交流制
低额频定单电相压1交5K流V制或:(111K632VH。z,25Hz)目前已不采用，
工频单相交流制:主要用于大运量、重载的铁路运 输，额定电压为25kV，广泛采用。
二、电力牵引供电系统主要内容
(一)电力系统及牵引供电系统概述 (二)牵引变电所主变压器的结线方式 (三)供电方式和供电回路 (四)牵引网对通信线路的影响
（3）接触网:是一种悬挂在轨道上方，沿轨道敷设的、和铁路轨 道保持一定距离的输电网。通过电动车组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。
（4）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。
三、三相YN,d11接线牵引变电所
目前在三相牵引变电所中大多采用的是110KV油浸风冷式
变压器，该牵引变压器的接线采用YN,d11标准联结组。
1.原理电路图及展开图
A B
a. 原理电路图
(A) (B) (C) *
C
接供电臂
（）内符号表示端子号，
(X) (Y) (Z)
(a) (b) (c) *
大写为原边，小写为次边 其中绕组(ax)，(by)为负荷相绕组；(x) (y) (z)
§1-3 交流电力牵引系统概述
电力牵引系统 electric traction system ：
1、电力牵引供电系统 electric traction supply system — 保证实现电力牵引方式且能够安全可靠的、不间断
工作的电力供应系统 （1）牵引变电所 traction substation （2）牵引网 traction network ①馈电线 feeder line ②接触网 overhead contact line ③钢轨及回流线 rail, negative feeder
3
1
*
Ib
3
(b )
1
*
Ia
2* Ib
33
(c)
*
Ib
（2）当只有Ia流通时，
ca绕组中的电流为
，
而ca23 与I&a a13 bI&绕a 组电流为
(A )
(C )
*
Ia
2
*
Ia
3
(a)
1
*
Ia
3
1
*
Ib
3
(B )
1* Ib
3
(b )
1* Ia
2
*
Ib
33
(c)
（3）同时流通时，各绕 组电流应叠加处理。
（负序）影响 最严重（不对称系数为1）;
（3）应用 纯单相结线主要适合于电力系统容量较大，地方电力网发达的地区。我国的哈-大线
（哈尔滨--大连）全部采用纯单相结线，牵引变电所接入容量较大的220KV电力网。
2、开口三角形(单相V/V结线)牵引变压器结线
（1）结线 （2）原理与特点
单相变电所的一种变形；
原边：以开口三角形的形式实现获取两相电能（AＢ、BC）两高压绕组有公用端子； 故构成了原边的V接。
次边：各取一端连接于牵引母线a相和b相，各自的另一端联结成 公共端接至钢轨构成了副边的V接；
不对称性分析结论：虽然其变压器的三端都是联向三相电力系统，即使在两牵 引供电臂电流相等的情况下，三相系统的电流也不是对称的，仍然会影响三相 电力系统的对称运行。
就某一YN,d11接线牵引变电所而言，规格化定向还应 注意以下两条：
(1)原边绕组电压与实际进线电压相别一致；
(2)次边绕组按同名端与原边绕组电压一致；
通常，完成电压定向后(先原边，后次边)，先标次边 电流，再标原边电流。
这种方法不仅方便于单个变电所的电气分析，也方便 多个变电所的相量图和相量分析。
•
I bc
•
U bc
(2) 额定利用率 当Iab=Ibc=Ie时， 额定输出容量：
S=IabUe+IbcUe=2UeIe 额定容量：
S=2UeIe 所以，K=100% (3) 跨相供电
当一台变压器因故停电时，另一台变压器 必须跨相供电，即兼供左右两边供电分区的 牵引网。
• 3、三相 V,v牵引变压器结线
由此，先画次边，后画原边，可作出展开图。
(4)画成“
，
”形式
(B) (A)
(C) *
(a)
(B) (b)
(C) *
(b)
(A) (a)
*
*
(c)
(c)
图1
图2
如约定次边绕组的(a)端子放在图左边，(b)端子放在 图右边，则得展开图(图1),反之则得展开图(图2)
2.电压、电流相量的规格化定向 在牵引供电系统分析中，对所有牵引变压器均采用规格化
方向的发电厂送来。
110kV
C1
C2
C3
B1
B2
A1
B3 35kV
A2
A3
(2)两边供电：就是牵引变电所的电能由电力系统中 两个方向的发电厂送来。
D1 D2
C B
G
G
A1
A2
(3)环形供电：若干个发电厂、地方变电所通过高压输电线连 接成环形的电力系统，牵引变电所处于环形电力系统的一 段环路之中。
a1，x2分别为a相和b相。
•
也可以接成反V（V，V-６）即a１与x２连接
成为c即反Ｖ的顶点，x1，a2分别为a相和b相。
• 优缺点：
三相V/V结线的牵引变电所不但保持了 单相V/V结线牵引变电所的所有优点，而且 完全克服了单相V/V结线牵引变电所的缺点。 最可取的是解决了单相V/V结线牵引变电所 不便于采用固定备用及自动投入的问题。 同时2台变压器的容量可以相等也可以不等； 副边电压可以相等也可以不等，这样大大 提高了供电的灵活性。
(3)牵引变电所主变压器的主结线型式
• YN,d11三相接线—广泛应用于DF和BT方式 • 单相V,V接线 • 斯科特(Scott)—广泛应用于AT方式 • 阻抗匹配平衡变压器接线 • 非阻抗匹配平衡变压器接线
§1-6 牵引变电所
一、牵引变电所的分类
1、按牵引变压器的结线形式分类 ①纯单相结线；②单相V,v结线; ③三相V,v结线； ④三相YN,D11结线；⑤斯柯特结线；⑥ YN , 阻抗
2、电力网：电力系统中输送与分配电能的部分。 3、动力系统：动力部分与电力系统组成的整体。
电力系统:
发电 输送-- 分配
用户
发电机 变压器--输电线路 用电设备 电力网
发wenku.baidu.com厂
电力网
电力用户
§1-2 电力牵引电流制式与基本内容
一、 电流制与额定电压
根据电流形式：
（1）直流制:主要用于城市轨道交通，额定电压有1500V和 750V、3000V或6000V。
D1 D2
C B
G
G
A1
A2
三、牵引供电系统的构成方式 (1)牵引供电系统向接触网的供电方式
Ⅰ、单线区段 ①一边供电 ②两边供电
Ⅱ、双线区段 ①同相一边并联供电 ②同相一边分开供电 ③双边纽结供电
(2)牵引供电系统向电力机车的供电方式
• 直接供电方式(DF) Direct feed • 带回流线的直接供电方式(DN供电方式) • 自耦变压器供电方式(AT供电方式) Auto-Transformer • 吸流变压器供电方式(BT供电方式) Booster-Transformer • 同轴电力电缆供电方式（CC） Coaxial cable
2、电力机车 electric locomotive
3、电力牵引系统组成原理图 G 电力系统(发电厂）
输电线
牵引变电所 电力牵引系统
馈电线
接触网
回流线 钢轨、地
电力机车
§1-4直流牵引供电系统概述
Ⓘ 基本结构
输电线路
发
升压
电
变压器
厂 主降压变电站
升压
发
变压器
电
厂
直流牵引变电所
馈线
回 流 线
接触网 走行轨道
• （1）结线
• （2）原理与特点
•
高压绕组引出3个端子A，B，C接三相电源，
同单相V/V结线一样，第一个高压绕组的尾端X1与
第二个绕组的首端A2构成原边的V接，顶点为C。
•
副边绕组的四个端子a1,x1,a2,x2全部引出在
油箱的外部，根据牵引供电的要求，可以接成正V
（V，V-12）即a2与x1连接成为c即正Ｖ的顶点，
110kV
牵引变电所
馈 回线 流 线
接触网 27.5kV
钢轨
用户
电
专用高压输电线路
气
化
铁
道
供
电
(牵引)供电系统
系
统
2、电力牵引供电系统的组成部分与作用
（1）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。
（2）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。