牵引变电所基础知识

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。
一次设备主要图形
电流互感器：（常称为：CT） 作用： 将一次回路的大电流变为二次回路标准的小电流，使测量仪表和保护装置标准化、小型 化；使二次设备与高电压部分隔离，保证人身和设备的安全。 图形及文字符号表示：
文字符号：TA（新） LH（旧）
或 两表法 三表法
主接线图表示
一次设备主要图形
电压互感器：（常称为：PT） 作用： 将一次回路的大电压变为二次回路标准的小电压，使测量仪表和保护装置标准化、小 型化；使二次设备与高电压部分隔离，保证人身和设备的安全。 图形及文字符号表示： 文字符号：TV（新） YH（旧）
一次设备主要图形
变压器 主要接触类型： 按绕组数：双绕组（110/10KV、35/10KV）、三绕组（110/35/10KV）。 按调压方式：有载调压、无励磁调压（无载调压）、无分接变压器（不调压）。 图形及文字符号表示：
双绕组变压器
三绕组变压器
有载调压变压器
文字符号：TM（新） B（旧）。 （注意本文图形均可见于各设计图纸，并不完全符合标准）
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。
外部供电电源的电压选择
电气化铁路供电系统的外部电源来自公用电力系统 的电力网，应选择一个合适的电压等级，一般根据 输送功率和输电距离来选择。
额定电压 (kV) 110 220 500
输送功率 (MVA) 10-50 100-150 1000-1500
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。 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。 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。
牵引变电所一次接线主要是桥式接线和双T型接线两种。 (1)桥式接线:在通过式变电所中，有电力系统的穿过功率通过，桥断路器应经 常处于闭合状态，这种接线称为桥式接线。桥式接线有外桥式和内桥式两种: a) 外桥式接线:连接桥设在线路侧时，为外桥式接线。外桥式接线适用于线路 较短或变压器需要经常切换的情况。 b) 内桥式接线:连接桥设在变压器侧时，为内桥式接线。内桥式接线适用于线 路较长或变压器不需要经常切换的情况。 (2)双T型接线:也叫分支接线，它于外桥式接线相似，区别是用桥隔离开关代 替了原来的桥断路器。双T型接线设置了桥隔离开关目的是当某一因故障或检 修退出运行时，另一输电线路可借助桥隔离开关向两台变压器同时供电。 母联隔离开关经常是闭合的，两组进线只有一组向变电所供电的是工作电源 (主电源)，另一组输电线则是备用电源(副电源)，与桥式接线相比，省去一台 断路器，隔离开关也减少了。因此屋外配电装置的结构简化，占地面积减小， 相应的以桥断路器为作用的保护装置也随之取消，控制室内的二次接线大为减 化。 牵引变电所引入线大多采用双T型接线。
输送距离 (km) 50-150 100-300 150-850
对于高速铁路，由于牵引功率更大，应尽可能选用 更高的电压等级---220kV。
牵引变电所外部供电电源
国外高速铁路外部供电电源的有关数据 世界各国的高速电气化铁路，均采用高压供电。 日本山阳新干线，牵引变电所的进线电压采用275kV。这 与原来的70kV相比，电源电压变动和不和、平衡承受能力都 有所提高，因而更能保证机车稳定、高速运行。 法国大部分牵引变电所的进线电压为225kV。 德国牵引网电压采用15kV，牵引变电所进线电压采用 110kV。使用12.5 频率给铁路专门供电。
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
牵引变电所引入线的方式
电力系统与电力牵引供电系统
发电厂 输电线路 L 发 G 电 机 升压 TM 变压器 降压 TM 变压器 专用高压输电线路 110kV 牵引变电所 馈 线 接触网 27.5kV (牵引)供电系统 电 气 化 铁 道 供 电 系 统 配电系统
用户
回 流 线
钢轨
牵引供电系统由哪几部分组成
铁路从地方引入110kv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叫牵引供电系 统 牵引供电系统由以下几部分组成:地方变电站、 110kv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 牵引变电所从地方引入110kv高压，通过牵引变压 器降至适合电力机车运行的27。5kv电压，送至接 触网，供给电力机车运行。其作用是接受、分配、 输送电能。
一次设备主要图形
手车式断路器：（常称为：手车开关） 像手推车一样可以推拉出来的自带隔离开关的断路器，手车拉出后即将两侧隔离 开关断开。 图形及文字符号表示： 文字符号：DL
电力电容器： 用途： 并联连接于交流电力系统中，用于补偿感性无功功率，改善功率因数，改善电 压质量，降低线路损耗，提高系统或变压器的有功输出。 图形及文字符号表示文字符号：C
三相电源
三相电源
三相电源
三相电源
三相电源
三相电源
牵引变电所引入线的方式
牵引变电所进线电源接线方式分为桥式接线和双T接线，单母线分段式 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：
牵引供电系统原边的供电方式
2.双侧供电
C B
A1
A2
C：牵引变电所；B：地区变电站；A：发电厂
牵引供电系统原边的供电方式
3.环形供电
牵引变电所
牵引变电所
地区变电站 或发电厂
地区变电站 或发电厂
牵引供电系统原边的供电方式
4.放射供电
牵引变电所
地区变电站 或发电厂
牵引变电所引入线的方式
又称牵引变电所一次侧主接线方式。主要有以下3种，。
世界主要高速铁路国家电压等级
国名 铁路名称 东海道新干线 山阳新干线 日本 北陆新干线 东北新干线 上越新干线 巴黎－里昂 巴黎－图尔 法国 巴黎－加莱 里昂－瓦朗斯 瓦朗斯－马赛 巴黎－斯特拉斯堡 最高速度 (km/h ) 300 300 300 260 275 300 300 300 300 350 350 供电电压 ( kV ) 275 275 275 275 275 225 225 225 225 225 225 1个站400kV 1个站400kV 1个站400kV 1个站400kV 个别站154kV 附注 个别站154kV 个别站154kV
一次设备主要图形：
断路器：（常称为：开关） 用途： 在正常或故障状态下，接通或断开高压电路的专用电器。断路器的 触头装有特殊的灭弧装置，能迅速的断开短路电流，切断故障电 路。 图形及文字符号表示： 文字符号：QF（新） DL（旧）
新
旧
隔离开关（常称为：刀闸）： 用途： 主要起隔离电压和切换电路的作用。无灭弧装置。注意应“先合后 断”（先合刀闸再合断路器，先分断路器再断刀闸）。可手动操 作，也可电动操作（电动操作主要应用于110KV及以上，需要遥 控） 图形及文字符号表示： 文字符号：QS（新） G（旧） 新 旧 。
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。
牵引变电所外电源(2路)
牵引变电所进线铁塔(双回单塔)
牵引变电所进线电源相序标识(单回单塔)
C 相
A相 B相
变电所内电气主接线
变电所电气主接线由断路器、隔离开关、互感器、避雷器、主变压器、 母线和电缆等一次高压设备按一定顺序连接起来用于表示接受和分配电 能的电路
反映变电所的基本结构和性能，在运行中表明电能的输送和分配关系、 一次设备的运行方式，成为实际运行操作依据
主接线图表示
饶桥变电所模拟图
某变电所模拟盘
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
牵引变电所对接触网的供电有两种方式:单边供电和双边供电。 接触网通常在相邻两牵引变电所的中央断开，将两牵引变电所间两 个供电臂的接触网分为两个供电分区。每以供电分区的接触网只能 从一端的牵引变电所获得电能，称为单边供电。 如果在中央断开处设开关设备时可将两供电分区连通，此处称为分 区亭。将分区亭的断路器闭合，则相邻牵引变电所间的两个接触网 供电分区可同时从两变电所获得电能，此方式称为双边供电
接触网的供电方式
（一）单线区段 1.单边供电：接触网的每个分段由牵引变电所从一边供应 电能，也即每个供电臂独立供电。如图1-6所示。
牵引变电所 开关 牵引变电所
分相绝缘器
2.双边供电 图中将分区所的断路器连接，接触网就从两个变电所同时 供电，这种供电方式称为双边供电
接触网的供电方式
（二）复线区段 复线区段也有单边供电和双边供电两种方式。双边供电方式设备 复杂，短路保护困难等，目前我国只采用单边供电。 1. 单边末端并联供电 2. 单边全并联供电
西 班 牙
马德里－塞维利亚 马德里－巴塞罗那
250 350
220 400
3个站132kV，短路 容量不小于2000MVA 3个站220kV
牵引供电系统原边的供电方式
1.单侧供电
110kV
C1
C2
C3

B3
B1
B2
35kV
A1
A2
A3
牵引变电所C1、C2、C3只能从右侧的发电厂A1用两路 输电线供电。而发电厂A1又通过地区变电所B1、B2、 B3与发电厂A2、A3相连，构成一个可靠的供电网络。