铁道供变电系统

绪论

第一章供变电系统概述

学习目标：了解电力系统的概念；电力牵引供电系统的概述。

重点：电力牵引供电系统的组成；

难点：供变电系统相关的主要设备及功能。

教学内容：

电力牵引是一种新型的运输牵引动力。我国铁路运输的牵引动力，目前主要有内燃牵引和电力牵引两种形式。以电力牵引为主要牵引方式的干线称为电气化铁路。

第一条电气化铁道1961年8月15日宝鸡-凤州91km建成通车。

电力牵引特点：

1、能多拉快跑，提高运输能力。

2、能综合利用能源，减低燃料消耗。

3、能减低运输成本，提高劳动生产率。

4、能改善劳动条件，不污染环境。

5、能采用综合自动化技术，安全性高。

一、电力系统概述

由、、、和用电等环节组成的电能生产与消费系统。它的功能是将自然界的通过转化成电能，再经输电、变电和配电将电能供应到各用户。

为实现这一功能，电力系统在各个环节和不同层次还具有相应的信息与控制系统，对电能的生产过程进行测量、调节、控制、保护、通信和调度，以保证用户获得安全、经济、优质的电能(图1)。

一、电力系统中性点运行方式

电力系统中性点的运行方式共三种：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和中性点经电抗器接地的三相系统。前两种接地系统统称为小接地电流系统，后两种接地系统又称为大接地电流系统。其中采用最广泛的是中性点不接地、中性点经过消弧线圈接地和中性点直接接地等三种方式。

研究分析中性点运行方式的目的一是分析影响系统可靠运行的因素，二是合理设置设备的绝缘，三是研究如何避免对通信的干扰，四是选择继电保护等。

电力线路存在分散电容，各相对地之间是空气层，空气是绝缘介质，组成分散电容C。分散电容有相对地电容和相间电容。通常不予考虑相间电容。

1、中性点不接地的三相电力系统

输电线路的绝缘水平按线电压设计，当发生单相接地故障时，三相系统仍然对称，接在相间电压上的用电器的供电并未遭到破坏，可以继续运行。但是这种电网长期在单相接地的状态下运行，也是不能允许的，因为这时非故障相电压升高，绝缘薄弱点很可能被击穿，而引起两相接地短路，将严重地损坏电气设备。另一方面由于存在接地容性电流，当接地的电容电流较大时，在接地处引起的电弧就很难自行熄灭。在接地处还可能出现所谓间隙电弧，即周期地熄灭与重燃的电弧。由于电网是一个具有电感和电容的振荡回路，间歇电弧将引起相对地的过电压，这种过电压会传输到与接地点有直接电连接的整个电网上，更容易引起另一相对地击穿，而形成两相接地短路，危机系统安全。故限制电弧措施，是电力系统中性点不接地运行方式研究的课题之一。因此在中性点不接地电网中，必须设专门的监察装置，以便使运行人员及时地发现一相接地故障，从而切除电网中的故障部分。

2、中性点经消弧线圈接地的三相系统

中性点不接地电力网发生故障时，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。当一相接地电容电流超过允许值时,可以用中性点经消弧线圈接地的方法来解决，该系统即称为中性点经消弧线圈接地系统。常见限制接地电流的措施是中性点经消弧线圈接地。

当W相发生单相接地故障时，中性点电位N上升为相电压

∵消弧线圈为可调电感线圈

∴电感电流流过接地点，

∵电流方向相反

∴起到相互抵消的作用。

补偿方式有三种：全补偿、欠补偿和过补偿。

全补偿由XL=Xc，网络容易因不对称形成串联谐振过电压，故不采用；欠补偿为容性电流，容易发展成为全补偿方式，所以很少采用；系统通常采用过补偿，使接地为感性电流，但应注意电感电流数值不能过大。

消弧线圈主要有带气隙的铁芯和套在铁芯上的绕组组成，它们被放在充满变压器油的油箱内。绕组的电阻很小，电抗很大。消弧线圈的电感，可用改变接入绕组的匝数加以调节。显然，在正常的运行状态下，由于系统中性点的电压三相不对称电压，数值很小，所以通过消弧线圈的电流也很小。采用过补偿方式,即使系统的电容电流突然的减少(如某回线路切除)也不会引起谐振，而是离谐振点更远。

3、中性点直接接地的三相系统

中性点的电位在电网的任何工作状态下均保持为零。在这种系统中，当发生单相接地时，这一相直接经过接地点和接地的中性点短路，单相接地短路电流的数值最大，因而应立即使继电保护动作，将故障部分切除。运行经验表明，大多数的单相接地故障，都具有瞬时的性质，在故障部分切除以后，接地处的绝缘可能迅速恢复，而送电线可以立即恢复工作。目前在中性点直接接地的电网内，为了提高供电可靠性，均装设自动重合闸装置，在系统单相接地线路切除后，立即自动重合，再试送一次，如为瞬时故障，送电即可恢复。中性点直接接地的主要优点是它在发生单相接地故障时,非故障相地对电压不会增高。

结论：在中性点经消弧线圈接地的系统中，单相接地和中性点不接地系统一样，故障相对地电压为零，非故障相对地电压升高，三相线电压仍然保持对称和大小不变，所以也允许暂时运行，但不得超过两小时，消弧线圈的作用对瞬时性接地系统故障尤为重要，因为它使接地处的电流大大减小，电弧可能自动熄灭。接地电流小，还可减轻对附近弱点线路的影响。

二、电力牵引供电系统概述

我国电气化铁路采用工频单相交流制。向电气化铁路供电的牵引供电系统由分布在铁路沿线的牵引变电所及沿铁路架设的牵引网组成。为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所的高压输电线路均为双回路。

各种牵引变电所功能框图

电气化铁道供电系统组成

牵引供电回路的构成是：牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨与大地、回流线。在这个闭合回路中，通常将馈电线、接触网、钢轨与大地、回流线统称为牵引网。

重点介绍：

1、牵引变电所

牵引变电所的功能是将三相的110KV高压交流电变换为两个单相27.5KV 的交流电，然后向铁路上、下行两个方向的接触网（额定电压为25KV）供电，牵引变电所每一侧的接触网都称做供电臂。该两臂的接触网电压相位是不同相的，一般是用耐磨的分相绝缘器。相邻牵引变电所间的接触网电压一般为同相的，其间除用分相绝缘器隔离外，还设置了分区亭，通过分区亭断路器（或负荷开关）的操作，实行双边（或单边）供电。

牵引供电系统一般由铁路以外的容量较大的电力系统供电。电力系统有许多种电等级网络和设备，其中110KV及以上电压等级的输电线路，用区域变电所中的变压器联系起来，主要用于输送强大电力，利用它们向电气化铁路的牵引变电所输送电力，供电牵引用力。为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所高压输电线路无一例外地为双回线。两条双回线互为备用，平时均处于带电状态，一旦一条回路发生供电故障，另一条回路自动投入，从而保证不间断供电。