牵引变电所运行与维护课件

模块一 牵引供电系统认知 牵引变电所运行与维护模块一 牵引供电系统认知 牵引变电所运行与维护第一节电力牵引特点及发展概况电力牵引是一种新型有轨运输牵引动力形式。电力牵引是利用电能作为牵引动力，将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动机组和城市轨道交通车辆等有轨运输工具运行的一种运输形式。电力牵引按其牵引网供电电流制式不同，分为：工工频单相交流制频单相交流制、低频单相交流制和直流制直流制。第一节 电力牵引特点及发展概况电力牵引是一种新型有轨运输牵引一、电力牵引特点电力牵引机车本身不带燃料，使用电能做为能源，连接全国电网，能源有保证。总功率大，启动和加速快、过载能力强、运输能力大。空气和环境污染小。电力牵引的总效率高，节约能源。安全性高。缺点：一次投资费用较同类运输工具高。一、电力牵引特点电力牵引机车本身不带燃料，使用电能做为能源，二、我国电气化铁路发展概况第一条电气化铁路:宝成线，宝鸡至凤州段，于1961年8月建成，全长94km。年代建成电气化铁路里程（km）建成电气化铁路累计里程（km）19611965949419661970197291197119753966971976198097416611981198525074168198619902787695519911995301299171996200047831475020012005538220132电气化铁路发展历程表电气化铁路发展历程表二、我国电气化铁路发展概况第一条电气化铁路:宝成线，宝鸡至凤三、我国铁路发展电力牵引的适应性和重大意义1、提高运输能力和效益，主要取决于对列车重量、密度和速度的优化组配。2、铁路电气化为快速、又好又省地缓解我国铁路运输紧张状态提供了有效途径。3、铁路牵引动力电气化适应我国能源资源结构状况，并可大幅度实现节能。三、我国铁路发展电力牵引的适应性和重大意义1、提高运输能力和四、我国城市公共交通电力牵引发展简况国内外较多采用的公共客运工具有三种：1、大运量的地下铁道。2、中等客运量的轻轨交通运输。3、低客运量的公共汽车、电车。城市轨道交通包括：地铁、轻轨、市郊铁路、有轨电车等。四、我国城市公共交通电力牵引发展简况国内外较多采用的公共客运第二节电力系统简介一、电力系统的组成电能的生产、输送、分配和使用组成了一个系统，称为电力系统，主要由发电厂、电力网、电能用户组成。第二节 电力系统简介一、电力系统的组成电能的生产、输送1、发电厂发电厂是将煤、水力、核能等一次能源转换为电能（二次能源）的工厂。1）火力发电厂（火电站/火电厂）。2）水力发电厂（水电站/水电厂）：堤坝式、引水式、混合式水电站。3）核能发电厂（核电站/核电厂）。4）其他：风力、地热和太阳能发电等。1、发电厂发电厂是将煤、水力、核能等一次能源转换为电能（二次发电厂图集发电厂图集发电厂图集火电厂陕西渭河发电厂：陕西渭河发电厂：火电厂陕西渭河发电厂：山西省大同第二山西省大同第二发电厂，厂，总装机装机120万千瓦：万千瓦：山西省大同第二发电厂，总装机120万千瓦：大同第一大同第一发电厂：厂：大同第一发电厂：江江苏徐州徐州发电厂，装机容量厂，装机容量139万千瓦：万千瓦：江苏徐州发电厂，装机容量139万千瓦：华能太能太仓发电厂：厂：华能太仓发电厂：水水电厂厂新安江水电厂全景：新安江水电厂全景：水电厂新安江水电厂全景：新安江水新安江水电厂控制室：厂控制室：新安江水电厂控制室：三峡三峡电站航拍照片：站航拍照片：三峡电站航拍照片：三峡大三峡大坝全景全景图：三峡大坝全景图：三峡左岸三峡左岸电站机站机组：三峡左岸电站机组：水水轮机机转轮吊装：吊装：水轮机转轮吊装：发电机机转子吊装：子吊装：发电机转子吊装：GIS开关站及主开关站及主变压器：器：GIS开关站及主变压器：牵引变电所运行与维护课件龙泉泉换流站：流站：龙泉换流站：三峡三峡电厂中央控制室：厂中央控制室：三峡电厂中央控制室：核核电站站秦山核电站外景：秦山核电站外景：核电站秦山核电站外景：秦山核秦山核电站汽站汽轮机房：机房：秦山核电站汽轮机房：秦山核秦山核电站主控制室：站主控制室：秦山核电站主控制室：风力力发电厂：厂：风力发电厂：新疆达坂城新疆达坂城风力力发电厂：厂：新疆达坂城风力发电厂：牵引变电所运行与维护课件2、电力网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。2、电力网电力网由各种电压等级的输、配电线路和变（配）电站（电力网按功能可分为：1、输电网：220kv及以上的输电线路和与其连接的变电所组成。2、配电网：110kv及以下的配电线路和与其连接的配电所组成。高压配电网（35110kv）中压配电网（610kv）低压配电网（220/380）电力网按功能可分为：3、用户电能用户主要包括工矿企业和居民区等。按用户的重要程度和对供电可靠性的要求：1）一级负荷，这类负荷中断供电将造成人身伤亡、重要设备严重损坏、重要产品大量报废、生产秩序被打乱并长期不能恢复或使城市生活发生严重混乱。如电气化铁路、铁路自动闭塞信号电源铁路自动闭塞信号电源等。必须有两路以上饿独立电源供电。2）二级负荷，中断供电将造成产品产量及质量严重下降。应有两路电源供电。3）三级负荷，对供电可靠性要求不高，可以允许非连续性供电，通常用一路电源供电。3、用户电能用户主要包括工矿企业和居民区等。二、电能质量指标1、供电频率：工频50hz2、电压偏差：第一类额定电压，100V一下，安全电压。第二类额定电压，100V1000V，低压。第三类额定电压，1000V及以上，高压。3、电压的不对称性和波形的非正弦性。4、供电的可靠性。二、电能质量指标1、供电频率：工频50hz1、中性点非直接接地系统（小电流接地系统）。分为中性点不接地和中性点经消弧线圈接地系统。2、中性点直接接地系统（大电流接地系统）。分为中性点直接接地和中性点经电抗器接地系统。第三节三相电力系统的中性点运行方式1、中性点非直接接地系统（小电流接地系统）。第三节 三相电力一、中性点非直接接地的三相电力系统1、中性点不接地的三相电力系统（1）三相系统正常运行状态 一、中性点非直接接地的三相电力系统1、中性点不接地的三相电力（2）系统发生单相接地各相电压的变化:中性点对地电压不为零，而变为 结论：三相相间电压对称关系没有改变，故障相对地电压为零，非故障相对地电压为相电压的 倍。（2）系统发生单相接地电流的变化 非故障相对地电容电流为原来的 倍，故障相接地电流上升为原来接地电容电流的3倍。结论 对中性点不接地的三相电力系统，当发生单相接地时，系统的相间电压对称关系没有改变，对三相负载无影响，因此允许系统继续运行。但由于非故障相对地电压为原来对地电压的 倍，故障相接地电流上升为原来对地电容电流的3倍，如系统任长期运行，可能引起非故障相对地绝缘薄弱处被破坏而接地，导致两相接地短路故障，故只允许短期运行（2h）。允许采用中性点不接地方式的范围：线路额定电压为110kv以下、接地电流在10A及以下；线路额定电压为610kv，接地电流在30A及以下的网络。电流的变化2、中性点经消弧线圈接地的三相电力系统（1）工作原理 正常工作时，消弧线圈无电流流过。单相接地时，IE=IL-IC，电流补偿。（2）IL和IC的补偿关系 全补偿:IL=IC,消弧好，但易谐振。欠补偿:ILIC，常用方式。2、中性点经消弧线圈接地的三相电力系统二、中性点直接接地的三相电力系统这种系统发生单相接地时，故障相经接地点通过大地形成单相短路回路，单相短路电流很大，故又称大电流接地系统。可用中性点经电抗器接地，减少短路电流。中性点直接接地的系统中，发生单相接地时，短路电流很大，为了避免电气设备被破坏，必须通过保护装置断开故障线路。优点：中性点直接接地系统，发生单相接地时，中性点的电位不变，因此非故障相对地的电压也不变。绝缘保护的造价就比较低二、中性点直接接地的三相电力系统这种系统发生单相接地时，故障三、低压配电系统中性点接地方式在380/220V的低压配电系统中，按配电系统和用电设备接地方式的不同组合分类，分为TN、TT、IT三年中。中性点引出线：中性线（N）：用来向单相用电设备提供电源，传导三相系统的单相电流和不平衡电流，减小负荷中性点的电位偏移。保护线（PE）：用来保障人身安全、防止触电事故的公共接地线。保护中性线（PEN）：具有以上两种线的功能，也叫“零线”或“地线”。三、低压配电系统中性点接地方式在380/220V的低压配电系1、TN系统所有设备外壳都与保护线（PE）或保护中性线（PEN）连接，称为TN系统。（1）TN-C系统：系统中的N线与PE线合并为PEN线。节约导线材料，比较经济；PEN线有电流通过，有电磁干扰；PEN断线，易造成触电危险，且发生单相短路时，非故障相电压升高PEN线上不得装设开关和熔断器。1、TN系统所有设备外壳都与保护线（PE）或保护中性线（PE（2）TN-S系统：系统中N线和PE线全部分开。适用于对抗电磁干扰要求高的数据处理、电磁检测等试验场所，也适用于安全要求较高的场所，但是导线材料消耗较多，投资比TN-C高。（3）TN-C-S系统：系统中前部分N线与PE线合并为PEN线，后部分N线与PE线分开。（2）TN-S系统：系统中N线和PE线全部分开。2、TT系统所有设备外壳各自经PE线单独接地。2、TT系统所有设备外壳各自经PE线单独接地。3、IT系统中性点需经1000阻抗接地，通常不引出中性线（三相三线制系统）。3、IT系统中性点需经1000阻抗接地，通常不引出中性线（工频交流单相电力牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网组成。牵引网实行单相供电，由馈电线、接触网、轨道电路及回流线组成。我国规定牵引网额定电压为25kv，额定频率为50hz。电力牵引的实现：第四节 牵引供变电系统的组成 工频交流单相电力牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网组成。牵牵引变电所接触网馈电线回流线轨道分区所开闭所自耦变压器站分相绝缘器和分段绝缘器第四节 牵引供变电系统的组成 牵引变电所第四节 牵引供变电系统的组成 一、牵引变电所完成变压、变相和向牵引网供电等功能，并实现三相交流一次供电系统与单相电力牵引系统的接口与系统变换。分类：三相牵引变电所 单相牵引变电所 三相两相牵引变电所供电方式：一般（直供、BT方式）供电方式牵引变电所 自耦变压器（AT）供电方式牵引变电所二、接触网 架空单线式（交流电气化铁道）架空复线式（城市无轨电车）接触式（地铁）一、牵引变电所三、馈电线（馈出线）：连接牵引变电所和接触网的导线。四、回流线：将轨道和牵引变电所主变压器地相之间连接的导线。五、轨道：机车的导轨+回流电路。六、分区所（SP）：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中间常加设分区所。1、可以使两相邻的供电区段实现 并联工作或单独工作。2、越区供电。3、切除故障点所处供电区。三、馈电线（馈出线）：连接牵引变电所和接触网的导线。七、开闭所（ssp）：配电作用的开关站。1、在离牵引变电所较远的铁路枢纽地区。2、AT供电方式的复线牵引网供电臂中间八、自耦变压器站九、分相绝缘器和分段绝缘器 分相绝缘器又称电分相；分段绝缘器又称电分段。七、开闭所（ssp）：配电作用的开关站。一、牵引供电系统的供电方式1、直接供电方式（TR供电方式）优点：结构简单、投资最省，牵引网阻损较小，能耗较低。缺点：较大电磁干扰。第五节 牵引供电方式 一、牵引供电系统的供电方式第五节 牵引供电方式 2、吸流变压器供电方式（BT供电方式）BT供电方式是在牵引网中架设有吸流变压器回流线装置的一种供电方式。工作原理：由于吸流变压器的变比为1:1，当吸流变压器的一次绕组流过牵引电流时，在其二次绕组中强制回流，通过吸上线流入回流线。优点：对通信线路的干扰小。缺点：牵引网的阻抗大，能耗大，投资大。2、吸流变压器供电方式（BT供电方式）3、带回流线的直接供电方式（DN供电方式）DN供电方式是在接触网支柱上架有一条与钢轨并联的回流线。这种供电方式取消了吸流变压器，保留了回流线。利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所。特点：1）对通信线路的干扰小于直接供电（TR），大于BT供电 2）造价低于BT供电。3、带回流线的直接供电方式（DN供电方式）4、自耦变压器供电方式（AT供电方式）每隔10km左右在接触网与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，绕组的中点与钢轨相接。优点：1）阻抗小，约为TR的1/4，电压损失小，电能损耗低，供电距离长。2）供电工程投资因减少了牵引变电所的数量而减小。3）对通信线路的干扰小，与BT相当。缺点：牵引变电所和牵引网比较复杂，加大了电气化铁路自身的投资。4、自耦变压器供电方式（AT供电方式）5、同轴电力电缆供电方式（CC供电方式）优点：对邻近通信线路几乎无干扰，由于阻抗小，因而供电距离长。缺点：造价高，投资大。5、同轴电力电缆供电方式（CC供电方式）二、牵引网的供电方式 1、单边供电：我国单线电气化铁路全部采用单边供电。结构简单，继电保护装置简单。2、上下行并联供电：在复线电气化区段的供电臂末端设有分区所，将上下行接触网通过断路器实行并联供电。3、双边供电：由相邻两个牵引变电所同时向其间的接触网供电，在供电臂的末端由分区所连接起来。二、牵引网的供电方式