《牵引供电系统》-第三章-牵引负荷计算
牵引供电三相v v联结计算题计算过程
牵引供电三相v v联结计算题计算过程牵引供电三相v v联结是指通过特定的方式将交流电源分配给行车、牵引及辅助电气设备，以满足列车正常运行的电气供应需求。
在实际应用中，需要对牵引供电三相v v联结计算进行精确的计算，以保证系统的电气稳定性和安全性。
下面将对牵引供电三相v v联结计算过程进行详细分析和阐述。
1.牵引供电三相v v联结计算的基本概念牵引供电三相v v联结是根据列车的运行速度和负载大小，通过串/并联或串联变压器的方式将高压输入变为适合列车牵引设备使用的低电压电源。
其给定值的计算基于下面的公式：Uml = (Upm2 / Z1) × Z2 × Z3其中，Uml是牵引电缆两端的电压；Upm2是高压电源的电压；Z1、Z2和Z3是电阻或电抗器的阻抗。
2.牵引供电三相v v联结计算的基本步骤（1）计算牵引轴每一组电机的额定电流牵引轴是指一个驱动轴到对面的驱动轴之间的区间。
按照牵引轴两端牵引设备总功率和额定电压计算得到每组电机的额定电流。
（2）计算每组电机的电源电压将计算出來的牵引设备的额定电流乘以不同的负载率，能得到每个牵引电机的电源电压，然后再通过推算得出该段牵引电缆两端的电压。
（3）计算每组电机的平均电源电压将每组电机的电源电压求平均值，得到牵引电缆两端的平均电源电压。
（4）计算每组电机的三相效率所需的平均供电电压平均供电电压通过用牵引设备的总功率除以设备各组电机的额定电流，再根据计算公式得出每个牵引电机所需的平均供电电压。
（5）利用牵引供电三相v v联结电源电压平衡平衡输入电缆的电压值，避免3相电缆的电压差异超过限度。
在牵引供电三相v v联结计算中，牵引线电压均衡是一个基本要求。
如果电压不均衡，需要进行一定的调整和改进，从而确保系统的电气稳定性和安全性。
3. 牵引供电三相v v联结计算的技术要点（1）要合理选择牵引电机的系数和负载系数（2）采用合理的电源电压调节方式，实现三相电压的均衡分配（3）要根据列车负载和运行时速，进行合理的串/并联和变压器的设计选择（4）对于复杂系统和大功率的牵引供电保护设备，必须进行可靠性评估并进行适当的备份总的来说，牵引供电三相v v联结计算是保证列车正常运行的关键环节。
6.第三章-电力牵引与电气计算、牵引变电所容量
二、计算列车数N的计算条件
牵引负荷由通过本供电区段的多台机车构成，负荷计算需要 先计算列车数N，列车数反应列车负荷密度。 1.平均列车数N，代表所需的线路通过能力，一般按运量计算， 并留有一定的储备能力。
远期按国家要求的输送能力计算，考虑储备能力
第三章
电力牵引与电气计算 牵引变电所容量计算与选择
本章主要内容
电力机车的牵引特性（p20-26自学） 牵引计算 馈线电流 牵引变电所容量计算与选择
牵引变压器容量
牵引变压器的容量大小关系到能否完成预定 的运输任务，以及有效地降低运营成本。 从安全运行和经济方面来看： 容量过小----变压器长期过载运行，变压器寿 命缩短； 容量过大----变压器长期不能满载运行，变压 器容量浪费，损耗增加，运营费用增大
机械制动—通过司机操纵，启动车辆制动阀来 实现；
电能制动—将电动机转换为他励发电机，从而 将制动中的机械能转化为电能。
电阻制动—将制动产生的电能消耗在电阻 器上，变成热能散发；
再生反馈制动—将电能反送到牵引网，供 其他处于牵引状态的机车使用或返回电力系统。
列车电流曲线和列车能耗 p27
a.列车运行速度v与列车走行距离l的关系，v=f(l) 可由原始资料中获得； b.列车走行时间t与列车走行距离l的关系，t=f(l) 在v=f(l)曲线基础上得到； c.列车取用电流i与列车走行距离l的关系，i=f(l) 结合机车网上电流特性i=f(v) 曲线得到； d.列车取用电流i与列车走行时间t的关系，i=f(t)
电车机车的型号： 国产—SS1、SS3、SS4、 SS7、 SS8、 SS9等 进口—前苏联6G、日本6K、法国8K 交直交机车—CRH系列动车组
第三章牵引计算
--
牵引计算
牵引计算以力学为基础，研究作用在列车上 的与列车运行方向平行的外力，以及这些力 和列车的运动关系，进而研究与列车运动有 关的一系列实际问题的计算方法，如列车运 行速度和时间、牵引质量、机车能耗、列车 制动等问题的计算与解算。本课程重点学习 牵引质量、运行速度、运行时分等的相关概 念和计算方法。
a)LL≤LY,
wr =
r
R
L
Ll
Ly
600 10 . 5 α g ( N / t )或 w r = g (N / t) R Ly
Wr =
b)LL>LY,
wr =
600 g × LY × q ( N ) R
600 L 10 . 5α g Y ( N / t )或 w r = g (N / t) R LL LL
作用在列车上的力
列车制动力
电阻制动： 电阻制动：
电阻制动力产生原理：利用 电阻制动力产生原理 列车在坡道上的下滑力带动牵 引电动机电枢旋转，使牵引电 动机变为发电机运行。
最大励磁电流限制线 最大励磁电流
最大制动电流限制线
最大制动电流限 制线
解：
1、计算列车平均单位基本阻力 1）韶山3型机车单位基本阻力： w0’=(2.25+0.019V+0.00032V2)g =(2.25+0.019×70+0.00032 ×70 2) ×9.81 =50.50 (N/t)
------=e单位阻力
空气制动力产生原理
闸瓦制动：以机车上装置的空气压缩机产生的压缩空气为动力 推动机车车辆上的制动闸瓦压紧车轮轮箍，由摩擦产生制动。
盘形制动：将闸瓦紧装在车轴上的制动盘而引起制动作用，也是一种 摩擦制动方式。
电气化铁道供电系统2011教学要点
《电气化铁道供电系统》2011教学要点第一章电力系统与牵引供电系统电力系统：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。
电力网的任务是将电能从发电厂输送和分配到电能用户。
电力网由各种电压等级的输、配电线路和变（配）电站（所）组成。
按其功能常分为输电网和配电网两大部分。
国家规定的电网额定电压分别为(KV)：750、500、330、220、110、60、35、10、6等9个电压等级。
牵引变电所进线电源电压等级主要为110kV，少量采用220kV。
牵引供电系统具有哪些主要特点？由哪几个子系统组成？答：牵引供电系统与一般供电系统相比，具有以下明显特点：(1) 所供负载是一个单相、移动而且是直流的负载。
(2) 供电额定电压为27.5kV(BT)和55kV(AT)，不同于国家电网规定的额定电压。
(3) 供电网不同于电力网，它是通过与电力机车接触而供电，因此又叫接触网。
(4) 具有独特的回流通路(架空回流、轨回流和地回流)。
广义牵引供电系统由：电力系统、牵引变电所、牵引网(接触网、供电线、吸回装置)、电力机车。
狭义的牵引供电系统通常只指牵引变电所和牵引网2大部分。
牵引供电系统的4种电流制：（1）直流制(1500V)，主要用于地铁、矿山等。
（2）低频单相交流制（3）三相交流制（4）工频单相交流制(27.5KV)，我国电气化铁路均采用这种制式。
牵引变电所的4种一次供电方式：（1）一边供电（2）两边供电（3）环形供电（4）辐射供电。
单侧供电方式的可靠性一般比双侧供电方式和环形供电方式要差。
牵引变电所向接触网供电的供电方式：单边供电与双边供电。
第二章牵引变压器及其结线第二章牵引变压器及其结线序号变压器类型输出电压容量利用率对称与否1 单相接线(纯单相单相VV，三相VV量等，60°100%不对称系数1,0.52 三相YN/d11量等，60°75.6%不对称系数0.53 三相不等容量量等，60°94.5%不对称系数0.54 斯科特接线量等，90°92.8%对称5 阻抗匹配平衡型(非阻抗匹配平衡型)量等，90°100%对称三相牵引变压器容量利用率是75.6%，当考虑温度系数kt=0.9时容量利用率可提高到84%容量利用率=定额输出容量/额定容量单相结线在电力系统的电流不对称系数为1，VV结线和三相Y/d结线变压器的不对称系数为0.5。
负荷计算公式
负荷计算公式标准化管理处编码[BBX968T-XBB8968-NNJ668-MM9N]①由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取K∑p=～K∑q=～？②由车间干线计算负荷直接相加来计算时取K∑p=～K∑q=～？3. 对断续周期工作制的用电设备组①电焊机组要求统一换算到ε=100﹪,Pe=PN(εN)½ =Sncosφ(εN)½ ？为电焊机的铭牌容量;εN为与铭牌容量对应的负荷持续率;cosφ为铭牌规定的功率因数. ) ？②吊车电动机组要求统一换算到ε=25﹪, Pe=2PN(εN)½二. 单相用电设备组计算负荷的确定: ？单相设备接在三相线路中,应尽可能地均衡分配,使三相负荷尽可能的平衡.如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的？15﹪,则不论单相设备容量如何分配,单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算.如果单相设备容量超过三相设备容量15﹪时,则应将？单相设备容量换算为等效三相设备容量,再与三相设备容量相加. ？1. 单相设备接于相电压时等效三相负荷的计算: Pe=φ ( φ最大单相设备所接的容量) ？2. 单相设备接于线电压时等效三相负荷的计算: ①接与同一线电压时Pe=.φ ？②接与不同线电压时 Pe=+P2 ？Qe=φ1+P2tanφ2 ？设P1>P2>P3,且cosφ1≠cosφ2≠cosφ3,P1接与UAB,P2接与UBC,P3接与UCA. ？③单相设备分别接与线电压和相电压时的负荷计算首先应将接与线电压的单相设备容量换算为接与相电压的设备容量,然后分相计算各相的设备容量和计算负荷.而总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷φ的3倍.即P30=φ Q30=φ5施工用电准备现场临时供电按《工业与民用供电系统设计规范》和《施工现场临时用电安全技术规范》设计并组织施工，供配电采用TN—S接零保护系统，按三级配电两级保护设计施工，PE 线与N线严格分开使用。
不同供电方式下牵引网保护配置及整定计算—牵引供电方式(铁路牵引供电系统继电保护)
全并联AT供电方式
全并联AT供电方式
全并联AT供电方式是在复线AT供电方式的基础上，通过 AT 所、 分区所的母线和断路器，将上下行牵引网并联连接的供电方式。上 下行牵引网虽然都有各自的断路器，但在正常情况下均为一用一备 运行方式，即上下行牵引网共用一台断路器。
全并联AT供电方式
图3.8 全并联AT供电方式示意图
带回流线的直接供电方式
1
2 6
T 5 3 4
R
图3.5 带回流线的直接供电方式示意图 1—牵引变电所；2—接触网；
3—电力机车；4—吸上线；5—回流线；6—钢轨
带回流线的直接供电方式
带回流线的直接供电方式的特点
1 减少流入大地的电流，减轻对通讯的干扰危害。 2 降低钢轨电位，减小馈电回路的阻抗。
3 馈电回路和设备简单、投资省、运营维护方便。
AT供电方式
AT供电方式
AT（Auto Transformer 自耦变压器）供电方式，即225kV供 电方式，是指AT变压器跨接于接触网（T线，Touch）和正馈导线 （F线，Feeder）之间，其中点与钢轨及沿接触网线路同杆架设的保 护线（PW线，Protecting Wire）相连的一种供电方式。
直接供电方式
直接供电方式
直接供电方式（TR供电方式），是在牵引网中不加特殊防护措 施的一种供电方式。电气化铁路最早大都采用这种供电方式，它一 根馈线接在接触网（Touch）上，另一根馈线接在钢轨（Rail）上。
直接供电方式
1
2 T
3 4
R
图3.1 直接供电方式示意图 1-牵引变电所 2-接触网 3-机车 4-钢轨
上行 下行
直接供电方式
直接供电方式的特点
第三章 馈线电流的计算
T 0
iidt
n
pi Ii piIi i 1
馈线日平均电流
pi
Nt gi T
n
Ia
pi Ii
piI
i
i 1
pi
Nt
gi
T
n — 供电分区的区间数
N — 列车密度 （对车/天）
T — 全日时分1440min
t
gi
,
t
gi
—列车通过各区间上、下行带电走行时间
馈线电流有效值(日平均有效值)
(2) 列车带电走行时间内有效电流
I g
1 tg i 2dt tg 0
若令 I g k I g ，则 k 为机车取流有效系数
一般 k 1.03 1.05 通常取 k 1.04， k2 1.08
(3) 馈线电流
原始数据 供电分区的区间数n
列车密度N — 每日列车对数 tgi , tgi —列车通过各区间上、下行带电走行时间 Ai , Ai — 列车通过各区间上、下行能耗
0
n
A (ii ii )2 i 1
nn
B
(ii
ii )(i j
i
j
)
i1 j1, ji
n 2q
n
n
n
A (ii ii )2 (ii2 ii2 2iiii ) (ii2 ii2 )
i 1
i 1
i 1
1
T
T
1
Adt
0
T
T 0
n i 1
(ii2
ii2 )dt
(kVA.h)
其中U —25kV，取牵引网平均值；
Δt — 单位为分钟。
i
牵引电流的平均值I 为
负荷计算公式
一. 三相用电设备组计算负荷的确定:1. 单组用电设备负荷计算: P30=KdPe Q30=P30tanφS30=P30/cosφI30=S30/(1.732UN)2. 多组用电设备负荷计算: P30=K∑p∑P30,i Q30=K∑q∑Q30,i S30=(P²30+Q& sup2;30)½ I30=S30/(1.732UN)注: 对车间干线取K∑p=0.85～0.95 K∑q=0.85～0.97对低压母线①由用电设备组计算负荷直接相加来计算时取? ?K∑p=0.80～0.90? ???K∑q=0.85～0.95? ?? ?? ?? ???? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???②由车间干线计算负荷直接相加来计算时取? ???K∑p=0.90～0.95? ???K∑q=0.93～0.97? ?? ?? ?? ???? ?3. 对断续周期工作制的用电设备组? ???①电焊机组要求统一换算到ε=100﹪,Pe=PN(εN)½ =Sncosφ(εN)½(PN.SN为电焊机的铭牌容量;εN为与铭牌容量对应的负荷持续率;cosφ为铭牌规定的功率因数. )②吊车电动机组要求统一换算到ε=25﹪, Pe=2PN(εN)½二. 单相用电设备组计算负荷的确定:单相设备接在三相线路中,应尽可能地均衡分配,使三相负荷尽可能的平衡.如果三相线路中单相设备的总容量不超过三相设备总容量的15﹪,则不论单相设备容量如何分配,单相设备可与三相设备综合按三相负荷平衡计算.如果单相设备容量超过三相设备容量15﹪时,则应将单相设备容量换算为等效三相设备容量,再与三相设备容量相加.1. 单相设备接于相电压时等效三相负荷的计算: Pe=3Pe.mφ( Pe.mφ最大单相设备所接的容量)2. 单相设备接于线电压时等效三相负荷的计算: ①接与同一线电压时? ?? ?Pe=1.732Pe.φ? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?②接与不同线电压时 Pe=1.732P1+(3-1.732)P2Qe=1.732P1tanφ1+(3-1.732)P2tanφ2设P1>P2>P3,且cosφ1≠cosφ2≠cosφ3,P1接与UAB,P2接与UBC,P3接与UCA.③单相设备分别接与线电压和相电压时的负荷计算? ? 首先应将接与线电压的单相设备容量换算为接与相电压的设备容量,然后分相计算各相的设备容量和计算负荷.而总的等效三相有功计算负荷为其最大有功负荷相的有功计算负荷P30.mφ的3倍.即? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ?? ???P30=3P30.m φ? ?? ?? ?Q30=3Q30.mφ5施工用电准备现场临时供电按《工业与民用供电系统设计规范》和《施工现场临时用电安全技术规范》设计并组织施工，供配电采用TN—S接零保护系统，按三级配电两级保护设计施工，PE线与N线严格分开使用。
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车辆负荷沿线路移动，可出现在供电区段上任意位置，并 不固定。 2、波动性
在电气化铁路运营中，车辆行车密度、运行速度、线路状 况、环境因素等变化都会导致车辆取流及牵引总负荷的大小 随时间发生很大变化，以至于这种波动性甚至表现为间断性 ，牵引负荷一般很难表现出持续的状态。
特别适用于运输繁忙的铁路干线和隧道多，坡度大的山区 铁路。
§3.1 牵引供电负荷简介
一、电动车辆类型
1、直直型：直流供电+直流牵引电动机的； 该机型已基本退出历史舞台。
2、交直型：交流供电+直流牵引电动机； 世界上多数列车采用该机型
3、交直交：交流供电+变流器环节+三相交流异步电动机。 这是发展的主流和方向。
态的机车使用或返回电力系统。
§3.2 车辆电流和能耗
二、车辆电流曲线
1、机车电流曲线：车辆电流i 与机车行走里程l 的关系(i-l曲 线)或车辆电流i与车辆运行时间t的关系(i-t曲线)。
§3.2 车辆电流和能耗
2、车辆电流的变化说明 ➢ 车辆启动时电流逐渐增加到最大值，然后随着车辆加速而减小。 ➢ 车辆运行级位高时速度增高，电流加大；运行级位低时速度降低 ，电流减小； ➢ 车辆惰性运行和停站时，电力机车只有自用电电流。
则每个时刻都有对应的取流(i)的数值，τ=nΔt。
§3.2 车辆电流和能耗
续上页
➢ 电流平均值： ➢ 电压平均值U=25kV ➢ 车辆用电平均功率 ➢ 车辆在该供电区段的能耗：
§3.3 牵引负荷计算
一、计算内容和作用
➢牵引负荷计算的核心：计算负荷电流(馈线电流)； ➢采取的方法：运行图+概率统计相关原理来获得。
§3.3 牵引负荷计算
续上页
负荷计算时一般先计算三种负荷电流： ➢ 有效电流：负荷电流一昼夜的均方根值，主要用来计算
牵引变压的容量和接触线的发热校验等。 ➢ 平均电流：一般为负荷电流有效值一昼夜间的平均值，
主要用于计算变压器容量利用率和负序大小等。 ➢ 最大电流：一般为负荷电流有效值瞬时的最大值，主要
三、列车电流计算。计算馈线电流前，需先计算列车。
1、列车平均电流I
列车通过供电分区的 总能耗，kVA.h
车辆自用电。 近似时可忽略
网压，取25kV
列车通过供电分区的总运行时分，min
2、列车带电平均电流Ig
列车通过供电分区的总的给电运行时分，min
的停留，此时一般不降下受电弓。
§3.2 车辆电流和能耗
几种制动方式简介
➢ 机械制动：通过司机操纵，启动车辆制动阀来实现； ➢ 电能制动：将电动机转换为他励发电机，从而将制动中的
机械能转化为电能； ➢ 电阻制动：将制动产生的电能消耗在电阻器上，变成热能
散发； ➢ 再生反馈制动：将电能反送到牵引网，供其他处于牵引状
ΓJ在不同条件下取值不同。 ➢ 当采用近期运量计算时
储备系数，单线取 1.2，双线取1.15。
波动系数，取1.2
线路货物年需要输送能 力，单位万吨／年。
➢ 若需要输送能力已经接近线路输送能力时，按线路输送能 力计算；若低于输送能力的一半时，可按2倍需要输送能 力计算。此时，都不再考虑波动系数和储备系数。
§3.1 牵引供电负荷简介
二、电动车辆的基本特性
1、速度特性：车辆运行速度v与牵引电机电枢电流i 的关系。 v =f(ia)
2、牵引力特性：车辆牵引力Fk 与电动机电枢电流i 的关系。 Fk=f(ia)
说明：
特性均是将牵引电机特性归算到轮周特性而获得的， 即速度特性曲线和牵引力特性曲线与牵引电动机的转速特性曲线、转
车辆电流与铁路线路状况紧大；下坡时，车辆的自重形 成牵引力，此时可采用惰性、减速或制动等方式运行。
§3.2 车辆电流和能耗
三、车辆能耗
根据车辆电流曲线i=f(t)，并借鉴微元求和的方法，可求得
车辆能耗。 将时间[0,τ]区间划分为n个间隔，每一等份为Δt(分钟)，
矩特性曲线具有相同的趋势。 其优点是方便定性分析车辆速度特性和牵引力特性。
续上页
§3.1 牵引供电负荷简介
3、牵引特性：辆牵引力F 与其运行速度v 的关系，即 Fk=f(v)
4、制动特性：车辆制动时轮周制动力Bk与机车运行速度v的 关系，即 Bk=f(v)
§3.1 牵引供电负荷简介
三、牵引负荷特点
用于继电保护装置整定。
§3.3 牵引负荷计算
二、列车数N计算
牵引负荷由本供电区段的多台车辆构成，负荷计算需先计算
列车数N。
1、(平均)列车数N（列/日）
一般按运量计算，并留有余地。 计算公式
线路货物年计算输 送能力，万吨/年
列车牵引重 量，吨/列
货物列车净载重系 数，即货车净载重 与货车总重之比
§3.3 牵引负荷计算
§3.1 牵引供电负荷简介
续上页
3、随机性 牵引负荷的变化具有很强的随机性，这导致牵引负荷和电气
量的精确计算是难以实现的，只能借助工程经验或简化计算。
§3.2 车辆电流和能耗
一、电动车辆的运行状况
启动：车辆由静止状况到所要求的正常牵引状况的过程； 牵引：电动车辆取电运行，牵引列车运行； 加速：调速级位进级，使车辆运行速度提高； 减速：调速级位减级，使车辆运行速度降低； 惰性：电动车辆断电运行，列车靠惯性前进； 制动：对列车加制动力，使列车减速或停止前进。 停站：在中间站因会车、待避或装卸等原因使列车无作业
§3.3 牵引负荷计算
2、最大列车数Nmax 。一般按紧密运行状态计算（对/日）。 双线铁路上、下行均按8min追踪连发计算。
单线铁路按按每区间均有一列车计算
停车、会让时间， 一般取7min
一对车在第i个区间的 上行净走时间，min
一对车在第i个区间的 下行净走时间，min
§3.3 牵引负荷计算
第3章 牵引负荷计算
本章主要内容：
1、牵引供电负荷简介； 2、车辆电流和能耗； 3、牵引负荷电流计算； 3 4、牵引变压器容量计算； 5、牵引负荷计算样例
§3.1 牵引供电负荷简介
牵引供电系统的供电对象为轨道车辆，牵引供电系统的电 能是通过车辆转化成机械能来牵引列车运动的。
轨道车辆具有功率大、效率高、速度快、过载能力强、运 行安全可靠等优点，而且不污染环境.