1 电力系统基本概念

1. 电流制与额定电压 根据电流形式： 根据电流形式： 直流制: 直流制: 主要用于城市轨道交通 额定电压有1500V和750V 额定电压有 和 低频单相交流制: 低频单相交流制: 目前已不采用 交流制: 交流制: 工频单相交流制: 工频单相交流制: 主要用于大运量、 主要用于大运量、重载的铁路运输 额定电压为25kV，广泛采用 额定电压为 ，
2 e
额定线电压U 额定线电压 e （kV） ） 空载电流百分值I 空载电流百分值 0%
1000 Se
U d % U e2 Xb = ⋅ 100 Se
I 0 % U e2 Bm = ⋅ 100 Se
P0 Gm = 2 × 100−3 Ue
三绕组变压器的短路电压百分值： 三绕组变压器的短路电压百分值： Ud1-2% Ud2-3% Ud3-1%
变压器电抗百分值按下式计算： 变压器电抗百分值按下式计算：
Ud1 Ud 2 Ud 3 1 = ( U d 1− 2 % + U d 1− 3 % − U d 2 − 3 % ) 2 1 = ( U d 1− 2 % + U d 2 − 3 % − U d 1− 3 % ) 2 1 = ( U d 2 − 3 % + U d 1− 3 % − U d 1− 2 % ) 2
电能质量指标 电能质量国家标准 中华人民共和国国家标准
电能质量供电电压允许偏差 电压允许波动和闪变 12325—90 GB 12325 90 12326—2000 GB 12326 2000 15945—1995 GB/T 15945 1995
电能质量电力系统频率允许偏差 电能质量公用电网谐波
14549GB/T 14549-1993
• 输电线 参数： 每公里电抗Z’ 参数： 每公里电抗 （ ） 电网线电压U ） 电网线电压 e （kV） 线路长度L（ ） 线路长度 （km） 输电线阻抗参数为
Z = Z' ⋅ L
需要涉及对地导纳时，要将大地影响考虑进去。 需要涉及对地导纳时，要将大地影响考虑进去。
• 短路容量 电力系统短路容量是选择牵引变电所110kV开 电力系统短路容量是选择牵引变电所 开 电力系统的短路容量同电力系统的发电容量有关， 电力系统的短路容量同电力系统的发电容量有关， 关设备所必须的， 关设备所必须的，它也是估计电力系统负荷能力的 还同负载点所在地点有关。 还同负载点所在地点有关。一般电力系统的发电容 重要依据。 重要依据。 量越大，短路容量越大； 量越大，短路容量越大；负载点距离电力系统电源 越远，短路容量越小。 越远，短路容量越小。 基准容量S 基准容量 j 电力系统到牵引变电所进线点的总电抗标么值X 电力系统到牵引变电所进线点的总电抗标么值 *∑ 已知系统短路容量S 已知系统短路容量 〃 电力系统在牵引变电所进线点短路时短路容量为 从牵引变电所看进电力系统的总电抗标值 Sj Sj " S = * Σ = " MVA X X *Σ S
参考教材
曹建猷著，电气化铁道供电系统，中国铁道出版社， 曹建猷著，电气化铁道供电系统，中国铁道出版社， 1993 牵引供电系统， 电气化铁道设计手册 牵引供电系统，中国铁道出 版社，1988 版社， 韩祯祥主编，电力系统分析，浙江大学出版社, 韩祯祥主编，电力系统分析，浙江大学出版社, 1997.12第2版 第 版 简克良主编，电力系统分析， 简克良主编，电力系统分析，西南交通大学出版 社,1993.12
二、电力系统元件参数和短路容量
• 发电机 铭牌参数：额定(线 电压 电压U 铭牌参数：额定 线)电压 e （kV） ） 三相额定容量S 三相额定容量 e （MVA） ） 次暂态电抗的标幺值X 次暂态电抗的标幺值 d% 发电机电抗的有效值为
" X d % U e2 " Xd = ⋅ 100 Se
• 变压器 双绕组变压器铭牌参数： 双绕组变压器铭牌参数： 额定容量S 额定容量 e （MVA） ） 短路电压百分比U 短路电压百分比 d% 三相有功空载损耗P kW） 三相有功空载损耗P0（kW） 短路损耗功率P 短路损耗功率 k（kW） ） 则变压器阻抗为 R = Pk ⋅ U
电压允 许波动 和闪变
电压允 许不平 衡度
正常允许2%，短时不超过4%； 正常允许2%，短时不超过4%； 2% 4% 每个用户一般不得超过1.3% 每个用户一般不得超过1.3%
频率： 频率： 额定频率： 额定频率： 频率偏差： 频率偏差： 50Hz（国外： 60Hz Hz） 50Hz（国外：50 或 60Hz） Hz Hz（ 3000MW系统） MW系统 ±0.2Hz（≥3000MW系统） Hz（ 3000MW系统） MW系统 ±0.5Hz（＜3000MW系统） 国外： 电压波形畸变率极限值 电压等级 国外：±(0.1~0.2)Hz 或 ±0.5Hz 波形： 波形： 0.38kV 5% 质量标准： 质量标准： 正弦波电压和电流 6-10kV 4% 35- 谐波的危害与抑制 35-60kV 110kV以上 110kV以上 2% 3%
• 电力系统数学模型 在已知电力系统各元件的参数和等值电路的基础上， 在已知电力系统各元件的参数和等值电路的基础上， 按照它们的电气连接关系互连起来构成电力系统的 等值电路。 等值电路。 电压等级的归算问题：元件在不同电压等级下所显 电压等级的归算问题： 现的电气参数值不同， 现的电气参数值不同，所以不同电压等级的等值电 路不能直接连接，必须归算在同一电压等级下。 路不能直接连接，必须归算在同一电压等级下。
电气化铁道牵引供电系统
西南交通大学电气工程学院
本课程特点、 本课程特点、前修与后续课程
特点 电气工程及其自动化专业本科的一门专业课程 牵引供电系统的科研、 设计、 牵引供电系统的科研 、 设计 、 运行管理的理论与 技术基础 前修课程 高等数学、电路分析、 高等数学、电路分析、电力系统分析 后续课程 牵引供电系统继电保护 电气化铁道供变电工程等
2 16 Hz,25Hz 3
2. 电气化铁路线路和里程 国外: 国外 1881年 巴黎出现有轨电车 年 1895年 美国 直流制电车 600V 年 1906年 美国 低频单相交流制 年 1932年 匈牙利 工频单相交流制 年 我国：1961年 第一条电气化铁路 我国： 年 宝鸡—凤州 宝凤线 (宝鸡 凤州 宝鸡 凤州) 逐步发展， 逐步发展，重载列车京秦线 准高速 高速 广深线 200km/h 秦沈线 300km/h
U = U ' ( K1
I = I ' / ( K1
X = X ' ( K1 K2 L Kn )
2
K2 L Kn )
K1、K2、… 、Kn为 基准级与待归算级之 间所有变压器变比
K2 L Kn )
§1-2 牵引供电系统概述
一、电气化铁路的组成
电气化铁路的牵引动力是电力机车， 电气化铁路的牵引动力是电力机车，它本身 不带能源(非自己性 ， 不带能源 非自己性)，必须从外部电源和牵引供电 非自己性 系统获得电能。 系统获得电能。 电气化铁路除了一般的铁路线路、车站、 电气化铁路除了一般的铁路线路、车站、通 信号等设施外，还包括特殊的牵引供电系统、 讯、信号等设施外，还包括特殊的牵引供电系统、 电力机车以及相应的运行、维修和管理单位(供电 电力机车以及相应的运行、维修和管理单位 供电 电力机务段、电力调度及其主管部门) 段、电力机务段、电力调度及其主管部门 。
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电力系统运行特点 电能不能大量存储：电能的生产、变换、输送、 电能不能大量存储：电能的生产、变换、输送、分 配和使用必须同时进行 过渡过程十分短暂： 过渡过程十分短暂：要求自动化控制程度高 对社会生活、 对社会生活、政治和国民经济影响巨大
电力系统基本任务 按电力用户的种类及要求供电的连续性， 按电力用户的种类及要求供电的连续性 ， 一般将用 户分成三级：一级负荷、二级负荷和三级负荷。 户分成三级：一级负荷、二级负荷和三级负荷。 为用户提供充足、可靠和具有良好电能质量的电能 为用户提供充足、可靠和具有良好电能质量的电能 充足 和具有良好电能质量 保证电力系统安全（ 保证电力系统安全（secure)、稳定 安全 、稳定(stable)、可靠 、 （reliable) 和经济 (economical)运行 运行
发电厂： 发电厂：
生产电能
变(配)电所： 变压或分配电能 电所： 输配电线路： 输配电线路： 用户： 用户： 输送电能
消耗电能
动力系统： 电力系统+ 发电厂的动力部分（ 动力系统 ： 电力系统 + 发电厂的动力部分 （ 发电厂 的动力部分，如火电厂的锅炉、汽轮机、 的动力部分 ， 如火电厂的锅炉 、 汽轮机 、 热力网 和用热设备，水电厂的水轮机和水库， 和用热设备 ， 水电厂的水轮机和水库 ， 核电厂的 核反应堆和汽轮机) 核反应堆和汽轮机) 电力网：电力系统中除发电机和用电设备外的部分， 电力网：电力系统中除发电机和用电设备外的部分， 变压器和不同电压等级输电线路组成的网络 和不同电压等级输电线路组成的网络。 由 变压器 和不同电压等级 输电线路 组成的网络 。 电力网是电力系统的一个组成部分，而电力系统 电力网是电力系统的一个组成部分， 又是动力系统的一个组成部分。 又是动力系统的一个组成部分。
15543电能质量三相电压允许不平衡度 GB/T 15543-1995
• 电压： 电压：
名 称 允许限值 35kV及以上为正负偏差绝对值之 35kV及以上为正负偏差绝对值之 和不超过10% 10%； 和不超过10%； 10kV及以下三相供电为 7%； 及以下三相供电为± 10kV及以下三相供电为±7%； 220V单相供电为+7%， 单相供电为+7% 220V单相供电为+7%，-10% 1．电压波动： 电压波动： 10kV及以下 及以下2.5%; 10kV及以下2.5%; 35kV~110kV为2%； 35kV~110kV为2%； 220kV及以上 及以上1.6% 220kV及以上1.6% 闪变∆ 2．闪变∆V10： 对照明要求较高,0.4%(推荐值); ,0.4%(推荐值 对照明要求较高,0.4%(推荐值); 一般照明负荷,0.6%(推荐值) ,0.6%(推荐值 一般照明负荷,0.6%(推荐值) 说 明 电压 允许 偏差 衡量点为供用电产权分界处 或电能计量点 衡量点为电网公共连接点(PCC)， 衡量点为电网公共连接点(PCC)， (PCC) 取实测95%概率值； 95%概率值 取实测95%概率值； 给出闪变电压限值和频度的关系曲 线，可以根据电压波动曲线查得允许 值，并给出算例； 并给出算例； 对测量方法和测量仪器作出基本规 定 各级电压要求一样； 各级电压要求一样； 衡量点为PCC 取实测95% PCC， 95%概率值或 衡量点为PCC，取实测95%概率值或 日累计超标不超过72min 72min， 日累计超标不超过72min，且每 30min中超标不超过5min； 中超标不超过5min 30min中超标不超过5min； 对测量方法和测量仪器作出规定； 对测量方法和测量仪器作出规定； 提供不平衡度算法
二、我国电气化铁路发展概况
现代电力牵引都以公用电网配电， 现代电力牵引都以公用电网配电，实质上是取 用经变换的单相电。 用经变换的单相电。 在我国，矿山电力牵引， 在我国，矿山电力牵引，城市电车和地下铁道 或轻轨交通都采用直流制，电压从 或轻轨交通都采用直流制，电压从450V到3000V不 到 不 电气化铁道都采用工频（ ），额定电压为 等，电气化铁道都采用工频（50Hz），额定电压为 ）， 27.5kV或2×27.5kV的单相交流制。 或 × 的单相交流制。 的单相交流制
第一章 绪 论 §1-1 电力系统基本概念
一、电力系统简介
水（汽）轮机 及发电机 G ~ 电力网 电力系统 动力系统 M ~ 升压变压器 输电线路 降压变压器 用户 用电设备
M ~
电力系统构成简图
电力系统： 发电机、变压器、输电线路以及 以及用电 电力系统： 由 发电机 、 变压器 、 输电线路 以及用电 设备（或生产、输送、 设备 （ 或生产 、 输送 、 分配和消耗电能的各种电 气设备）按照一定规律连接而成的系统。 气设备 ） 按照一定规律连接而成的系统 。 发电机 把机械能转化为电能，电能经过变压器、 把机械能转化为电能 ， 电能经过变压器 、 变流器 和电力线路输送并分配到用户。 和电力线路输送并分配到用户。