高速铁路电力供电系统

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第三章 高速铁路电力供电系统

高速铁路电力岗位维修人员，必须掌握高速铁路电力专业基本知识。了解高速铁路电力供电系统和电力SCADA 系统基本原理和设计特点。

第一节 电力供电系统

一、电力系统概述

电力系统是由发电厂、变电站、输电线、配电系统和负荷组成的有机整体，是现代社会最重要、最庞杂的系统之一。通常把包括动力、发电、变电、输电、配电及用电的全部系统称为动力系统。将电力系统中输送、变换和分配电能的整个环节称为电力网。它们的关系如图3-1所示（以水力发电为例）。

图3-1 动力系统、电力系统和电力网示意图

（一）发电厂

发电厂就是将煤、水力、原子能等一次能源转换为电能——二次能源的工厂。按照发电厂所使用的一次能源不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂、原子能发电厂等，火力发电和水力发电在我国电能生产中占有很大的比例，除此之外，还有风力、地热和太阳能发电等。

（二）电力网

电力网担负着将发电厂和电能用户连接起来组成系统的任务，它对于电力系统的可靠性和经济性运行有着重要的意义。图3-2是电力系统组成示意图，虚线框内是电力系统的电力网部分。

电力网由各种电压等级的输、配电线路和变（配）电站（所）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。按其功能常分为输电网和配电网两大部分，输电网是由220 kV及以上的输电线路和与其相连接的变电所组成，是电力系统的主要网络，其作用是将电能输送到各个地区的配电网或直接输送给大型企业用户。配电网是由110 kV及以下的配电线路和与其相连接的配电所（或简单的配电变压器）组成，其作用是将电能输送到各类用户。

为了减少电流在输电网络上产生的电能损耗，在远距离的输电网中，一般采用超高压（330 kV以上）输电方式。发电厂的发电机端电压不可能过高（一般为6～10 kV），电能用户的电压也不可能很高（一般为10 kV及以下），因此，电力网还担负着改变电压等级的作用，这就是变（配）电所（站）。变电所（站）由电力变压器和配电装置组成，它是改变电压和分配电能的场所：将电压升高的称为升压变电所（站），将电压降低的称为降压变电所（站），而配电所（站）只负担分配电能的任务。

图3-2电力系统组成示意图

（三）电能用户

电能用户主要包括工矿企业、铁路企业和居民区等。

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工矿企业、铁路企业的电能一般取自电力系统，为了在企业内部合理、经济、可靠地分配、使用电能，往往大型企业又建构自己的供电系统。

二、高速铁路电力系统

高速铁路电力系统承担着铁路运输生产调度指挥、通信信号、旅客服务等系统供电任务，是确保铁路安全、稳定、高效运营的基础设施之一。高速铁路供配电系统主要由外部电源、变（配）电所、沿线两回高压电力贯通线路、站场电力线路构成。为了提高高速铁路电力系统的管理水平和应急处置能力，应用先进的计算机和通信技术，将高速铁路电力设备纳入电力SCADA（数据采集与监视控制系统）系统进行远程监视和控制。高速铁路电力系统示意图如图3-3所示。

图3-3高速铁路电力系统示意图

（一）高速铁路电力系统构成

1. 高速铁路电力系统的外部电源

高速铁路供电电源应优先采用公共电网中可靠的外部电源。当技术经济合理时，可与牵引变电所共用电源，外部电源应保证高速铁路电力供电的安全性、可靠性、可用性和可维护性。

一般情况下，高速铁路的配电所设置两路独立的10 kV外部电源，当枢纽地区用电容量较大，10 kV电源无法满足供电要求时，可与当地供电公司协商接引相互

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独立的两路110 kV外部电源，变压后供贯通线路及枢纽动力照明负荷。

2. 电力变（配）电所

高速铁路电力变（配）电所采用免维护、少维修设备，按照无人值班设计，通过SCADA系统远动操作、监视。两路电源供电的10 kV变（配）电所应采用单母线分段接线，向区间10 kV贯通线路供电的变（配）电所应设有载调压器及专用母线段。

1）110 kV、10 kV变（配）电所

①设置及其规模。

根据铁路用电负荷性质和特点，每间隔40～60 km设置铁路变（配）电所1座，向沿线一级负荷和综合负荷贯通线路供电，相邻所对贯通线路形成互供条件，需要时还可跨所供电。110 kV变电所宜采用户外装置，在用地困难的情况下可采用户内气体绝缘配电装置（GIS）；35（10）kV变（配）电所宜采用户内成套配电装置。

②变（配）电所电气主接线。

10 kV变（配）电所电气主接线：双电源10 kV变（配）电所采用单母线分段接线，单电源10 kV变（配）电所采用单母线接线；综合负荷贯通线、一级负荷贯通线分别经调压器调压后供电。

全电缆10 kV贯通线，供电可靠性较高，发生瞬间接地故障的概率较低，接地系统按低电阻方式设计，当发生单相接地故障，继电保护装置动作，能及时切除故障区段，最大限度地恢复正常供电。

实验证明，当长电缆线路不投入线路电抗进行补偿，可安全送电80 km，但末端电压会升高7%。为确保电网安全运行，在长电缆线路上设置电抗器，起到补偿接地电容电流、补偿容性无功功率、降低线路容性电流，限制线路末端电压上升等综合作用。

变（配）电所电气主接线图如图3-4所示。

③ 10 kV变（配）电所设备类型及布置

高压开关柜采用免维护、少维修SF6气体绝缘全封闭组合电器（GIS），断路器采用真空断路器；高压无功补偿采用先进的补偿技术，进行动态跟踪补偿；变压器采用智能化、低损耗干式变压器；调压器采用干式；直流电源设备采用智能高频开关铅酸免维护电池直流电源柜。

高压开关设备及调压器分别布置在独立的房间内，变压器及低压柜布置在一个房间内。

④ 10 kV变（配）电所继电保护及自动装置。

变（配）电所采用综合自动化系统，利用先进的计算机技术、现代电子技术、通信技术和信号处理技术，对配电所的二次设备（包括测量、信号、保护、控制、自动和远动装置等）进行功能的组合和优化设计，从而实现对变（配）电所的主要设备（变压器、电容补偿装置和输、配电线路等）进行自动监视、测量、控制和保

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