牵引供电系统若干技术问题课件

牵引供电系统若干技术问题牵引供电系统若干技术问题.一、电气化铁路建设背景一、电气化铁路建设背景二、主要关键技术问题二、主要关键技术问题三、解决问题的方法三、解决问题的方法四、结束语四、结束语内容提要内容提要.铁路已成为制约国民经济发展瓶颈铁路已成为制约国民经济发展瓶颈电电力力牵牵引引能能源源危危机机货运运能只能货运运能只能满足满足1/31/3运量运量客运节假日输客运节假日输送旅客送旅客40004000万万人次人次/日日客运高速化客运高速化既有线提速既有线提速高密度运行高密度运行货运重载化货运重载化一、电气化铁路建设背景一、电气化铁路建设背景.中长期铁路网规划中长期铁路网规划客运专线客运专线电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景 国家发展和改革委员会国家发展和改革委员会20041592004159号文件号文件中长中长期铁路网规划批准：期铁路网规划批准：“为满足快速增长的旅客运输为满足快速增长的旅客运输要求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，要求，建立省会城市及大中城市间的快速客运通道，规划规划“四纵四横四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统。建设客运专线速客运系统。建设客运专线1.21.2万公里以上，客车速度万公里以上，客车速度目标值达到每小时目标值达到每小时200200公里及以上。公里及以上。.电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景 四纵：北京四纵：北京-上海，北京上海，北京-武汉武汉-广州广州-深圳，北京深圳，北京-沈沈阳阳-哈尔滨（大连），杭州哈尔滨（大连），杭州-宁波宁波-福州福州-深圳。深圳。四横：徐州四横：徐州-郑州郑州-兰州，兰州，杭州杭州-南昌南昌-长沙，青岛长沙，青岛-石石家庄家庄-太原，南京太原，南京-武汉武汉-重重庆庆-成都。成都。三个城际客运系统：三个城际客运系统：环渤海地区、长三角地区、环渤海地区、长三角地区、珠三角地区，覆盖区域内主珠三角地区，覆盖区域内主要城镇。要城镇。至至20202020年，中国铁路年，中国铁路将形成以高将形成以高/快速客运专线快速客运专线为主干网络的客运系统。为主干网络的客运系统。.电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景 “十一五十一五”铁路规划铁路规划 将建成新线将建成新线1919，800800公里，其中客运公里，其中客运专线专线9 9，800800公里，既有线复线公里，既有线复线8 8，000000公里，公里，既有线电气化既有线电气化1515，000000公里。公里。2010 2010年，全国铁路营业里程将达到年，全国铁路营业里程将达到9595，000000公里，其中复线里程公里，其中复线里程4242，750750公里，公里，电气化里程电气化里程4242，750750公里。公里。.电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景 建成武汉建成武汉广州、郑广州、郑州州西安、石家庄西安、石家庄太原太原三条客运专线，三条客运专线，开工建设北京开工建设北京武汉、哈尔滨武汉、哈尔滨大连、天大连、天津津秦皇岛三条客运专线秦皇岛三条客运专线 .电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景 建成北京建成北京天津、广州天津、广州珠海、广州珠海、广州深圳、上海深圳、上海南京、上海南京、上海杭州城际客杭州城际客运铁路运铁路 对京沪、京广、京哈、京九、陆桥、对京沪、京广、京哈、京九、陆桥、沪蓉和沪昆七条主通道进行系统配套改造，沪蓉和沪昆七条主通道进行系统配套改造，扩大运输能力。扩大运输能力。.研究牵引供电系统的成套技术，实现研究牵引供电系统的成套技术，实现电气化铁路建设背景电气化铁路建设背景 运行控制自动化运行控制自动化运营管理信息化运营管理信息化技术装备国产化技术装备国产化.关关键键技技术术问问题题装装备备研研制制及及系系统统集集成成二、主要关键技术问题二、主要关键技术问题 电能质量与电磁兼容电能质量与电磁兼容弓网关系与检测技术弓网关系与检测技术自动过电分相与同相供电自动过电分相与同相供电牵引供电自动化与信息化牵引供电自动化与信息化.三、解决问题的方法三、解决问题的方法 自动过电分相与同相供自动过电分相与同相供电技术电技术牵引供电系统电分相环牵引供电系统电分相环节是制约列车运行速度的节是制约列车运行速度的瓶颈之一。瓶颈之一。.解决问题的方法解决问题的方法 自动过电分相技术自动过电分相技术 瑞士瑞士AF公司公司柱上自动切换式柱上自动切换式 QF1 QF2 正常时：正常时：QF1断开、断开、QF2闭合闭合.解决问题的方法解决问题的方法 日本新干线日本新干线地面自动转换式地面自动转换式 正正常常时：时：S1闭闭合、合、S2断断开开.解决问题的方法解决问题的方法 英国英国车上自动转换式车上自动转换式 中国中国自动电自动电分相技分相技术：三术：三者都有者都有采用。采用。机车或动车组通过电分相引起的过电压？机车或动车组通过电分相引起的过电压？.解决问题的方法解决问题的方法 同相供电系统同相供电系统 通过在变压器二次侧通过在变压器二次侧绕组上并联相应的电感、绕组上并联相应的电感、电容器件实现同相供电。电容器件实现同相供电。右图为右图为SCOTT平衡变压平衡变压器实现同相供电的电路图器实现同相供电的电路图 .解决问题的方法解决问题的方法 采用电力电子技术实现同相供电采用电力电子技术实现同相供电.解决问题的方法解决问题的方法.解决问题的方法解决问题的方法.解决问题的方法解决问题的方法 电能质量与电磁兼容电能质量与电磁兼容 随着牵引负荷的增大，无功、负序、电压随着牵引负荷的增大，无功、负序、电压闪变和谐波问题更加突出。闪变和谐波问题更加突出。n研制新型平衡变压器研制新型平衡变压器n研制综合静止补偿装置研制综合静止补偿装置n采用独立供电系统采用独立供电系统 运行部门关注：运行部门关注：“大马拉小车大马拉小车”问题、问题、“无功计量无功计量”问题、问题、“再生制动能量反馈再生制动能量反馈”问题问题.解决问题的方法解决问题的方法 弓网关系与检测技术弓网关系与检测技术 弓网关系是决定受流质量的主要因素。弓网关系是决定受流质量的主要因素。n通过理论与实验研究，确定最佳的悬挂形式、通过理论与实验研究，确定最佳的悬挂形式、零件材质零件材质 （简链（简链?弹链弹链?）n确定以硬点和压力为主要检测对象的接触网受确定以硬点和压力为主要检测对象的接触网受流状态评价标准与体系流状态评价标准与体系 （受电弓动态包络线，动、静态检测的拟合）（受电弓动态包络线，动、静态检测的拟合）.解决问题的方法解决问题的方法 牵引供电自动化与信息化牵引供电自动化与信息化 牵引供电自动化与信息化是保障电气化铁路牵引供电自动化与信息化是保障电气化铁路安全可靠运行的有效手段。安全可靠运行的有效手段。牵引供电自动化要解决的技术问题：牵引供电自动化要解决的技术问题：.解决问题的方法解决问题的方法 n自适应三段距离保护自适应三段距离保护 常规原理的阻抗继电器常规原理的阻抗继电器在牵引重负荷与励磁涌流在牵引重负荷与励磁涌流叠加或牵引重负荷与再生叠加或牵引重负荷与再生制动负荷叠加时，可能发制动负荷叠加时，可能发生误动作生误动作对交流传动动车组的适用性？对交流传动动车组的适用性？.解决问题的方法解决问题的方法 保护原理与动作特性保护原理与动作特性 .n断线接地故障检测与保护断线接地故障检测与保护AT牵引网断线接地故障将使阻抗急剧增大，牵引网断线接地故障将使阻抗急剧增大，常规原理的保护拒动常规原理的保护拒动ZL解决问题的方法解决问题的方法.断线接地故障检测与保护断线接地故障检测与保护解决问题的方法解决问题的方法 断线接地的故障电流与负荷电流识别在于：断线接地的故障电流与负荷电流识别在于：断线接地故障电流是突变的，而负荷电流是断线接地故障电流是突变的，而负荷电流是渐变的。渐变的。电流增量保护原理：电流增量保护原理：.n异相短路故障保护异相短路故障保护电力机车带电过分相可电力机车带电过分相可能引起异相短路，烧毁能引起异相短路，烧毁电分相电分相解决问题的方法解决问题的方法.电压增量电压增量故障检测故障检测原理原理解决问题的方法解决问题的方法 异相短路故障，自由相电压异相短路故障，自由相电压电弧电压，电弧电压，接近方波，谐波丰富；正常运行、常规短路故接近方波，谐波丰富；正常运行、常规短路故障，自由相电压障，自由相电压谐波含量低谐波含量低.解决问题的方法解决问题的方法 n全并联全并联AT供电方式故障测距供电方式故障测距pAT中性点吸上电中性点吸上电流比原理流比原理.解决问题的方法解决问题的方法 为了克服为了克服AT漏抗、线路不均衡的影响，对漏抗、线路不均衡的影响，对上式进行修正如下：上式进行修正如下：.解决问题的方法解决问题的方法 关于同步问题关于同步问题 方案一：架设专用通道，费用高，若专方案一：架设专用通道，费用高，若专用通道故障，全线不能测距；用通道故障，全线不能测距；方案二：利用方案二：利用AT站的电压互感器，采用站的电压互感器，采用低压元件进行启动（为实现站的电动隔离低压元件进行启动（为实现站的电动隔离开关、负荷开关的投切，站安装有电压互开关、负荷开关的投切，站安装有电压互感器感器）。.解决问题的方法解决问题的方法 故障测距流程故障测距流程供电臂发生故障，沿线电压降低，启动供电臂发生故障，沿线电压降低，启动每个每个AT站的电流采集单元进行电流采集，持续站的电流采集单元进行电流采集，持续至电流截断；至电流截断；以电流截断前一个周波采样点作为计算以电流截断前一个周波采样点作为计算电流幅值的基础，一方面消除衰减直流分量的电流幅值的基础，一方面消除衰减直流分量的影响；一方面可以确保同步；影响；一方面可以确保同步；.解决问题的方法解决问题的方法 将所有将所有AT站的电流传送至调度端，由调站的电流传送至调度端，由调度端选择两个电流最大的相邻度端选择两个电流最大的相邻AT中性点电流进中性点电流进行故障点计算。行故障点计算。优点优点能对所有运行方式进行故障测距。能对所有运行方式进行故障测距。.解决问题的方法解决问题的方法 p转移阻抗比原理转移阻抗比原理利用首末端电压和利用首末端电压和馈线电流进行测距馈线电流进行测距.解决问题的方法解决问题的方法 关于同步问题关于同步问题只须变电所的电气量同步采集，无须变电只须变电所的电气量同步采集，无须变电所与分区亭电气量同步。所与分区亭电气量同步。特点特点不能对所有运行方式进行故障测距不能对所有运行方式进行故障测距.解决问题的方法解决问题的方法 n故障性质识别原理故障性质识别原理限流施压识别法：与故障线路对应断路器并限流施压识别法：与故障线路对应断路器并联一条由负荷开关、限流电阻、电流或电压互联一条由负荷开关、限流电阻、电流或电压互感器组成的支路。感器组成的支路。.解决问题的方法解决问题的方法 基于耦合电压的故障性质识别原理基于耦合电压的故障性质识别原理 电容耦合电压电容耦合电压:.解决问题的方法解决问题的方法 电感耦合电压电感耦合电压:瞬时性故障：耦合电压为电容耦合电压瞬时性故障：耦合电压为电容耦合电压加加电感耦合电压。电感耦合电压。（电压高！）（电压高！）永久性故障：耦合电压为电感耦合电压永久性故障：耦合电压为电感耦合电压。（电压低！）（电压低！）.解决问题的方法解决问题的方法 自适应故障性质识别原理自适应故障性质识别原理电压原理：电压原理：补偿电压识别原理：补偿电压识别原理：.解决问题的方法解决问题的方法 n牵引变电所综合自动化系统牵引变电所综合自动化系统变电所综合自动化是指集测量、保护、控制、变电所综合自动化是指集测量、保护、控制、中央信号、通信、管理等多种功能的自动化系中央信号、通信、管理等多种功能的自动化系统。统。秦沈客运专线采用的秦沈客运专线采用的TA21型牵引变电所安全型牵引变电所安全监控与综合自动化系统。由牵引变电所综合自监控与综合自动化系统。由牵引变电所综合自动化系统、远方视频监控及防灾报警系统构成动化系统、远方视频监控及防灾报警系统构成式。式。.解决问题的方法解决问题的方法.解决问题的方法解决问题的方法 p系统采用分层分布式结构形式系统采用分层分布式结构形式p变电站层为系统监控机变电站层为系统监控机p网络层采用双层网结构，通信处理单元接在网络层采用双层网结构，通信处理单元接在第一层环形现场测控网上，当地监控系统挂接第一层环形现场测控网上，当地监控系统挂接在第二层以太网上，两层网通过通信处理单元在第二层以太网上，两层网通过通信处理单元实现现场总线与以太网的连接，变电站内各个实现现场总线与以太网的连接，变电站内各个保护测控单元为间隔层。保护测控单元为间隔层。.解决问题的方法解决问题的方法 网络型网络型:由于高压电场的强烈干扰由于高压电场的强烈干扰,网络通信媒质选网络通信媒质选用了光纤。用了光纤。分层分布式分层分布式:当任一模块出现故障时当任一模块出现故障时,不影响其他模不影响其他模块的正常运行块的正常运行,从而保证供电的可靠性。从而保证供电的可靠性。集中组屏方式集中组屏方式:从节约占地、降低投资等来看从节约占地、降低投资等来看,分散分散布置有明显优势布置有明显优势,但从目前国内电气化铁路所用设备的但从目前国内电气化铁路所用设备的情形看情形看,条件尚不成熟条件尚不成熟,故集中组屏的方式。故集中组屏的方式。模块相互独立模块相互独立:在综合自动化系统中采用双总线网络在综合自动化系统中采用双总线网络,模块相互独立模块相互独立,当网络失效时提供应急控制措施等。当网络失效时提供应急控制措施等。.解决问题的方法解决问题的方法 n牵引供电牵引供电SCADA系统系统在牵引供电设备监控、故障判断处理和运行在牵引供电设备监控、故障判断处理和运行状态分析等方面都发挥着重要作用，并为牵引状态分析等方面都发挥着重要作用，并为牵引供电系统调度管理提供了全新的技术手段。供电系统调度管理提供了全新的技术手段。功能是进行电力调度与所管辖的牵引变电所、功能是进行电力调度与所管辖的牵引变电所、开闭所、分区亭及开闭所、分区亭及V 停设备等供电装置之间的停设备等供电装置之间的远距离实时监测和控制。远距离实时监测和控制。.解决问题的方法解决问题的方法 调调度度端端.通信通道通信通道 传输介质传输介质包括电话包括电话线、光纤、线、光纤、电力载波、电力载波、无线电等无线电等解决问题的方法解决问题的方法.RTU主要配主要配置有置有CPU、I/O（输入（输入/输输出）模板、通出）模板、通信接口单元，信接口单元，以及通讯机、以及通讯机、GPS天线、电天线、电源、机箱等辅源、机箱等辅助设备助设备解决问题的方法解决问题的方法.解决问题的方法解决问题的方法 发展方向发展方向远动系统通道远动系统通道:优化远动系统通道结构，提高通信线优化远动系统通道结构，提高通信线路的可靠性。路的可靠性。通信网络及接口的标准化通信网络及接口的标准化:采用标准规约及接口方式采用标准规约及接口方式,实现不同厂家的设备间的信息交换。实现不同厂家的设备间的信息交换。通讯模式通讯模式:以以太网为代表的局域网技术中，以客户以以太网为代表的局域网技术中，以客户/服务服务(Client/Server)方式为基础的网络技术在远动系方式为基础的网络技术在远动系统中得到了广泛的应用，如何过渡到实时性更好的发统中得到了广泛的应用，如何过渡到实时性更好的发布布/订购订购(Publish/Subscribe)模式需进一步研究。模式需进一步研究。.牵引变电所安全监控牵引变电所安全监控及综合自动化系统及综合自动化系统牵引供电调度自动化系统牵引供电调度自动化系统牵引供电运营安全保障牵引供电运营安全保障及信息智能化管理系统及信息智能化管理系统牵引牵引供电供电自动自动化系化系统统解决问题的解决问题的方法方法n牵引供电自动化系统牵引供电自动化系统.解决问题的方法解决问题的方法.解决问题的方法解决问题的方法 n基于基于IEC61850的牵引供电自动化系统的牵引供电自动化系统为了实现不同生产厂商设备的互操作性，为了实现不同生产厂商设备的互操作性，IEC推出了新的自动化系统标准推出了新的自动化系统标准国外大的生产厂商正在积极研制相关系统，国外大的生产厂商正在积极研制相关系统，拟投入试运行拟投入试运行国内也在积极研制国内也在积极研制牵引供电自动化系统也应适应这个标准牵引供电自动化系统也应适应这个标准.未来的十五年，电气化铁路建设将会有大的发未来的十五年，电气化铁路建设将会有大的发展展电气化铁路，尤其是客运专线牵引供电自动化电气化铁路，尤其是客运专线牵引供电自动化系统有许多技术问题系统有许多技术问题应该集中各单位的优势力量解决这些问题，推应该集中各单位的优势力量解决这些问题，推动铁路的科技进步和客运专线建设动铁路的科技进步和客运专线建设结束语结束语.谢谢大家！.