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牵引供电系统课程作业（18级春）电气工程与自动化北交大第一次作业（2019.9.6）1、力负荷如何分级?电气化铁道的供电负荷如何分级?答：一级负荷两路电源供电，增设应急电源二级负荷两回路供电三级负荷无特殊如何保证电气化铁道两回电源的可靠性和独立性?答：从两个不同的变电站引接可以保证独立性；从电压等级高的变电站接，可以保证可靠性。电力系统中性点有哪些运行方式?会对电铁供电系统产生哪些影响?答：电力系统中性点运行方式分为直接接地和非直接接地两种。非直接接地细分为经消弧线圈接地和经阻抗接地。(注意中性点直接接地系统并不是每一台变压器中性点都接地)中性点非直接接地称为小电流接地系统，特点就是可以在发生单相接地故障时继续运行一定的时间，避免许多瞬间故障停电，但是会因中性点位移形成过电压。2、电气化铁道对电能的基本质量要求是什么?电能主要指标：1、电压；2、频率；3、波形；4、功率因数；5、谐波。（1）电压偏差：是电压下跌（电压跌落）和电压上升（电压隆起）的总称。（2）频率偏差：对频率质量的要求全网相同，不因用户而异，各国对于该项偏差标准都有相关规定。（3）谐波和间谐波：含有基波整数倍频率的正弦电压或电流称为谐波。含有基波非整数倍频率的正弦电压或电流称为间谐波，小于基波频率的分数次谐波也属于间谐波。（4）功率因数，电压三相不平衡：表现为电压的最大偏移与三相电压的平均值超过规定的标准。（5）电压波动和闪变：电压波动是指在包络线内的电压的有规则变动，或是幅值通常不超出0.9～1.1倍电压范围的一系列电压随机变化。闪变则是指电压波动对照明灯的视觉影响。并接在电力网上的铁路接触网，主要考虑电压，功率因数和谐波干扰满足要求。3、电系统的电压等级与输送功率有何种关系?中性点有几种运行方式，各有何特点?试举例说明。答：因为输电过程中的电路损耗主要是热损耗，Q=I*2Rt，可见热损和电流的平方正相关，但与电压没有直接关系，同等功率下电压越高则电流越小，热损便越小，所以电压等级越高输送功率越大。1、中性点不接地系统的优点：这种系统发生单相接地时，三相用电设备能正常工作，允许暂时继续运行两小时之内，因此可靠性高，其缺点：这种系统发生单相接地时，其它两条完好相对地电压升到线电压，是正常时的√3倍，因此绝缘要求高，增加绝缘费用。2、中性点经消弧线图接地系统的优点：除有中性点不接地系统的优点外，还可以减少接地电流；其缺点：类同中性点不接地系统。3、中性点直接接地系统的优点：发生单相接地时，其它两完好相对地电压不升高，因此可降低绝缘费用：其缺点：发生单相接地短路时，短路电流大，要迅速切除故障部分，从而使供电可靠性差。当前，高速铁路大都采用AT供电方式(如京宁高铁)，请绘制供电系统原理图，并说明原理。(自己采用计算机软件绘制，切勿拷贝！)4、当前，高速铁路大都采用AT供电方式（如京宁高铁），请绘制供电系统原理图，并说明原理。（自己采用计算机软件绘制，切勿拷贝！）牵引变电所作为电源向牵引网输送的电压为55kV。接触悬挂与轨道之间的电压仍为25kV，正馈线与轨道之间的电压也为25kV。自耦变压器并联在接触悬挂和正馈线之间，其中性点与钢轨(保护线)相连接。彼此相隔一定距离(一般间距为10~16km)的自耦变压器将整个供电区段分成若干个小的AT区段，从而形成了一个多网孔的复杂供电网络。接触悬挂是去路，正馈线是回路。接触悬挂上的电流与正馈线上的电流大小相等，方向相反，因此其电磁感应影响可互相抵消，故对邻近的通信线有很好的防护作用。5、当前高速动车组的基本工作原理是什么?答：(CRH)动车组牵引供电系统牵引供电系统顾名思义就是能够带动机车前进的系统，从车的外观上可以看到在4号和6号车顶上有受电弓。它只是这套系统的一部分。主牵引系统主要由受电弓、牵引变压器、牵引变流器及牵引电机组成。受电弓通过电网接入25KV的高压交流电，输送给牵引变压器，降压成1500V的交流电。降压后的交流电再输入牵引变流器，通过一系列的处理，变成电压和频率均可控制的三相交流电，输送给牵引电机，通过电机的转动而牵引整个列车。主牵引基本动力单元由1台牵引变压器、2台牵引变流器、8台牵引电机构成，1台牵引变流器驱动4台牵引电机。4台牵引电机并联使用，其特性差异控制在正负5%以内，以便电流负荷分配均匀。动车组有两个相对独立的主牵引动力单元。正常情况下，两个牵引单元均工作。当设备出现故障时，两个主牵引单元可分别使用。另外，整个单元可使用VCB切除，不会影响其它单元工作。受电弓的升弓装置安装在底架上，主要装置由较轻的铝合金材料结构设计制造而成。滑板安装在U型弓头支架上，其独特的结构使清板在机车运行方向上移动灵活，开且能够缓冲各方向_上的冲击，达到保护清板的目的。6、请分析说明电气化铁路牵引负荷的特点。答：电气化铁道会产生谐波，无功等电能质量问题，最好的办法就是在线路中安装有源滤波器或者无功补偿装置，对电网产生的问题进行治理，为了线路安全，车辆安全，生命安全，建议安装此设备7、一般来说，运能与运量决定的电铁的供电方式和供电结构，请分析说明当前供电方式和供电结构的技术要素。直接供电方式直接供电方式以钢轨作为主要牵引回流通路的一种牵引网供电方式。较常见的两种形式：一种是以钢轨作为回流导体，称简单直接供电方式(T-R方式)，另一种是在回流系统中增设一条回流线，并每隔3km~4km与钢轨并联连接，称带回流线直接供电方式(I-R-NF方式)(见牵引网供电方式)。吸流变压器(BT)供电方式这种供电方式，在接触网上每隔一段距离装一台吸流变压器(变比为1:1)，其原边串入接触网，次边串入回流线(简称亚线，架在接触网支柱田野侧，与接触悬挂等高)，每两台吸流变压器之间有一根吸上线，将回流线与钢轨连接，其作用是将钢轨中的回流“吸上”去，经回流线返回牵引变电所，起到防干扰效果。8、电气化铁路的优点是什么?请预判其发展方向。电气化机车上不设原动机，其电力由铁路电力供应系统提供。该系统由牵引变电所和接触网构成。来自高压输电线路的高压电经牵引变电所降压整流后，送至铁路架空接触网，电气机车通过清线弓受电，牵引机车行驶。供电制式分为直流制。电气化铁路与现有其他动力牵引的铁路相比，具有的优越性是能源节省，其热效率可达20%26%；运输能力大，功率大，可使牵引总重提高：运输成本低，维修少，机车车辆周转快，整备作业少、耗能少：污染少，粉尘与噪声小，劳动条件也较好等9、牵引供电系统的基本组成和结构是怎样的?有何特点?牵引供电系统的构成及各组成部分：电力系统与输电线。为电气化铁道提供高压电源，其电压为110kV或220kV。电气化铁道的牵引负荷是一级负荷，故要求电源有足够的容量和较高的可靠度。牵引变电所将电力系统供应的电能转变为适于电力幸引及其供电方式的电能，其核心元件是牵引变压器，并设有备用。牵引网由馈(电)线、接触网、轨(地)、回流线等组成，是牵引供电网(回路)，完成对电力机车的送电任务。牵引网馈线:接在牵引变电所率引母线和接触网之间的导线，即将电能由牵引变电所引向电气化铁路：接触网：是一种悬挂在轨道上方，沿轨道數设的、和铁路轨顶保持一定距离的输电网。通过电动车组的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，从而驱动幸引电动机使列车运行。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，还需要完成导能回流的任务。因此，电力牵引的轨道，需要具有良好的导电性能。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。10、牵引变电所给接触网的供电方式有哪些?各有何特点?答：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。11、电力系统给牵引变电所的供电方式有哪些?各有何不同?牵引供电-牵引供电有以下5种方式：直接供电方式(TR)、BT(吸流变压器)供电方式、AT(自倡变压器)供电方式、直供+回流(DN)供电方式(TRNF)和同轴电力电缆供电方式。各种供电方式的特点如下：1、直接供电方式(TR)直接供电方式较为简单，是将牵引变电所输出的电能直接供给电力机车的一种供电方式，主要设备有牵引变压器、断路器、隔离开关、所用变、电压互感器、电流互感器、母线、接地系统、交流盘、直流盘、硅整流盘、控制盘、保护盘等设备。优点：结构简单、投资省缺点：由于牵引供电系统为单相负荷，该供电方式的牵引回流为钢轨，是不平衡的供电方式，对通信线路产生感应影响大。回路电阻大，供电距离短(十几公里)。2、BT(吸流变压器)供电方式这种供电方式，在接触网。上每隔-一段距离装~台吸流变压器(变比为1:1)，其原边串入接触网，次边串入回流线(简称F线，架在接触网支柱田野侧，与接触悬挂等高)，每两台吸流变压器之间有一根吸上线，将回流线与钢轨连接，其作用是将钢轨中的回流“吸上”去，经回流线返回牵引变电所，起到防干扰效果。由于大地回流及所谓的“半段效应”，BT供电方式的防护效果并不理想，加之“吸一回”装置造成接触网结构复杂，机车受流条件恶化，近年来已很少采用。3、AT(自偶变压器)供电方式采用AT供电方式时，牵引变电所主变输出电压为55kV，经AT(自耦变压器，变比2:1)向接触网供电，一端接接触网，另一端接正馈线(简称版线，亦架在田野侧，与接触悬挂等高)，其中点抽头则与钢轨相连。AP线的作用同BT供电方式中的F线一样，起到防干扰功能，但效果较前者为好。此外，在AF线下方还架有一条保护(PW)线，当接触网绝缘破坏时起到保护跳闸作用，同时亦兼有防干扰及防雷效果。显然，AT供电方式接触网结构也比较复杂，田野侧挂有两组附加导线，AF线电压与接触网电压相等，PW线也有一定电位(约几百伏)，增加故障几率。当接触网发生故障，尤其是断杆事故时，更是麻烦，抢修恢复困难，对运输干扰极大。但由于牵引变电所馈出电压高，所间距可增加一倍，并可适当提高末端网压，在电力系统网络比较薄弱的地区有其优越性。4、直供+回流(DN)供电方式(TRNF)带回流线的直接供电方式取消BT供电方式中的吸流变压器，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，因而部分抵消接触网对临近通信线路的干扰，其防干扰效果不如BT供电方式，通常在对通信线防干扰要求不高的区段采用。这种供电方式设备简单，因此供电设备的可靠性得到了提高：由于取消了吸流变压器，只保留了回流线，因此幸引网阻抗比直供方式低一些，供电性能好一些，造价也不太高，所以这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用。这种供电方式实际上就是带回流线的直接供电方式，E线每隔一定距离与钢轨相连，既起到防干扰作用，又兼有PW线特性。由于没有吸流变压器，改善了网压，接触网结构简单可靠。近年来得到广泛应用。5、同轴电力电缆供电方式同轴电力电缆供电方式是在牵引网中沿铁路埋设同轴电力电缆，其内部导体作为馈电线与接触网并联，外部导体作为回流线与钢轨并联的供电方式。这种供电方式由于投资大，一般不采用。12。接触网的对机车的供电方式有哪些?各有何特点?答：接触网供电方式有单边、双边供电和越区供电。单边和双边供电为正常的供电方式。单边供电：供电臂只从一-端的变电所取得电流的供电方式。双边供电：供电臂从两端相邻的变电所取得电流的供电方式。越区供电是一种非正常供电方式(也称事故供电方式)。越区供电是当某一牵引变电所因故障不能正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经开关设备成分区亭同相邻的供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供电。复线区段的供电情况与上述类同，但牵引变电所馈出线有四条，分别向两侧上、下行接触网供电。牵引变电所同一-侧上、下行实现并联供电，提高供电臂末端