第7章 牵引供电系统的电能损失
第6章 牵引供电系统的电压损失
(6-5)
6-1-3 复线牵引网中的电压损失 2、复线牵引网电压损失的计算条件 一般应按分区亭上、下行接触网最络断路器分闸，取其重负荷方向进 行计算。列车电流取重负荷方向重货列车带电平均电流。计算列车数取对 应远期输送能力概率积分为95%的最大列车数，列车位置参照表6-2。 （1）单边并联供电 如图6-6所示。
如果变压器为 Y， y结线，则ZT 与RT 代表等值 Y，y结线的每相阻抗。 因为大容量变压器的RT<<XT，所以可以认为XT≈ZT，所以可得： 2 Pk UN RT 2 Pk 2 (6-10) 3I N SN
2 U k 100% U N U k 100% U N XT 100 100 SN 3I N
第6章 牵引供电系统的电压损失
第6章 牵引供电系统的电压损失
牵引供电系统由于阻抗及负荷而导致供电电压降低，其降低的 数值称为电压损失。 根据国家有关标准规定，铁道干线电力牵引母线上的额定电压 为27.5kV，自耦变压器供电方式为55kV，电力机车额定电压为25kV， 最高允许电压为29kV，最低工作电压为20kV，受电弓上电压不得低 于19kV。 因为只有最低时电压水平才对确保列车的正常运行有实际意义， 所以供电计算中只需要计算牵引供电系统的最大电压损失。 牵引负荷引起的电压损失主要由两部分组成：牵引网的电压损 失和牵引变电所的电压损失。有时不需计入电力系统的电压损失。 这三部分电压损失的计算原理相同。
2 L L1 I1 2L L1 I1 I1 2L L 2 I2 I2 2L 2 L L2 I2 I2 2L 2 L L1 L2 I1 I1 I 2 I1 I2 2L 2L L1 2 L L2 I 2 I1 I 2 I1 I2 2L 2L I1
城市轨道交通牵引供电系统电能损耗分析
城市轨道交通牵引供电系统电能损耗分析城市轨道交通牵引供电系统是确保城市轨道交通车辆正常运行的关键部分，其电能损耗分析对于提高能源利用效率、降低运营成本具有重要意义。
本文将从城市轨道交通牵引供电系统的组成、电能损耗的主要因素、电能损耗的计算方法以及降低电能损耗的策略等方面进行探讨。
一、城市轨道交通牵引供电系统的组成城市轨道交通牵引供电系统主要由变电所、接触网（或第三轨）、牵引变流器、牵引电动机等组成。
变电所负责将高压交流电转换为适合轨道交通车辆使用的低压直流电或交流电。
接触网或第三轨则是将电能传输到车辆的媒介。
牵引变流器将变电所提供的电能转换为适合牵引电动机使用的电能形式，而牵引电动机则是将电能转换为机械能，驱动车辆运行。
二、电能损耗的主要因素在城市轨道交通牵引供电系统中，电能损耗主要发生在以下几个方面：1. 变电所的转换损耗：在高压交流电转换为低压直流电或交流电的过程中，由于变压器、整流器等设备的损耗，会产生一定的电能损失。
2. 接触网或第三轨的传输损耗：电能在通过接触网或第三轨传输到车辆的过程中，由于电阻、电感等因素的影响，也会产生电能损失。
3. 牵引变流器的转换损耗：牵引变流器在将电能转换为适合牵引电动机使用的电能形式时，由于器件的损耗，同样会产生电能损失。
4. 牵引电动机的损耗：牵引电动机在将电能转换为机械能的过程中，由于铜损、铁损等因素的影响，也会产生电能损失。
5. 车辆运行中的损耗：车辆在运行过程中，由于空气阻力、摩擦力等因素的影响，也会消耗一部分电能。
三、电能损耗的计算方法电能损耗的计算方法通常包括理论计算和实测两种方式。
理论计算主要是根据牵引供电系统的组成和各部分的损耗特性，通过数学模型进行计算。
实测则是通过在实际运行中测量各部分的电能损耗，然后进行分析。
具体计算方法如下：1. 变电所损耗计算：可以通过测量变压器的输入功率和输出功率，计算出变压器的损耗功率。
2. 接触网或第三轨损耗计算：可以通过测量接触网或第三轨的电流和电压，计算出线路的损耗功率。
《牵引供电系统》学习包
《牵引供电系统》学习包第一章电力系统与牵引供电系统第一节电力系统电力系统是指发电、送电、变电和用电组成的整体。
电力系统的规模大小、结构合理与否直接关系到国家工农业生产和交通运输的发展。
我国电气化铁道的建设更与电力能源的发展和建设紧密相关。
电力系统的组成可用图1一1的示意图说明。
图中的电力系统如果把发电厂的汽轮机、锅炉、水电厂的水轮机、水库等动力部分包括进来，统称为动力系统。
电力系统主要包括以下几部分一、发电厂发电厂将其他形式的能源转换为电能。
根据能源的不同，发电厂分为火电厂，水电厂，核电厂等。
此外还有地热电厂，风力电厂，潮汐海洋电厂。
（一）火电厂：目前我国仍以燃煤为主的火电厂居多数。
这些电厂多建在煤炭基地附近，故称为“坑口”电厂，其单机容量可达600 MW（兆瓦）。
如果把已作过功的乏气再供给用户作为热能，这种电厂又称为热电厂。
（二）水电厂：水电厂是建于江河之上并把河流的落差能量变成电能的发电厂。
水能发电不仅效率高，而且水能是在自然界不断循环的再生资源，具有用之不竭的特点。
我国水能资源丰富，水能发电的潜力很大，目前世界最大发电机的容量为750 MW o我国水轮发电机的单机容量为700 M W，例如长江三峡装设了数台700 M W的水轮发电机。
（三）核电厂：核电厂是将原子核裂变时所产生的核能转变为电能。
核电厂的重要部分是核子反应堆和蒸汽发生器，相当于发电厂的蒸汽锅炉。
其发电设备仍为一般汽轮机和发电机。
核电厂建设需要大量公用辅助和防护设施，故为了提高效益，核电厂的单机容量较大，近年来多在900 MW以上。
发电机一般采用三相同步发电机，电压多为10.5 kV。
每台发电机都有相应的升压变压器，组成发电机一变压器组。
二、电力网及电网电压电力网简称电网，由输电线路，配电线路和变电所组成。
输电线路的作用是输送电能，其特点是电压较高，线路较长；配电线路的作用是分配电能，电压较低，线路较短。
电网按其规模主要分为地区电网和区域电网，前者多限于一个地区或一个省，电压等级为110～220 kV 。
铁道供电系统综合知识
目录第一章概论 (3)§1-1 电气化铁路的发展概况 (3)§1-2电力牵引供电系统设计的一般知识 (4)第二章牵引供电一次系统 (6)§2-1 电气化铁路的组成 (6)§2-2 供电方式 (8)§2-3 牵引变电所 (14)第三章牵引网 (26)§3-1 接触网的组成 (26)§3-2 接触悬挂的类型 (27)§3-3 接触网设备与结构 (31)第四章牵引网阻抗计算 (40)§4-1 牵引网导线参数 (40)§4-2 牵引网的等效电路及其阻抗 (42)§4-3 单线牵引网阻抗 (43)§4-4 单线牵引网阻抗计算............................................................................................... 错误!未定义书签。
§4-5复线牵引网阻抗 . (49)第五章牵引变电所容量计算和选择 (53)§5-1 馈线电流的计算 (53)§5-2 牵引变压器容量计算 (62)第六章短路电流及其计算 (67)第七章铁道供变电的高压设备及选择 (67)第八章铁道供变电的二次系统 (67)第九章防雷与接地 (67)第十章牵引供电系统的电能质量问题 (67)§10-1 牵引供电系统的电压损失 (67)§10-2 牵引供电系统的电能损失 (67)§10-3 牵引负荷对电力系统的影响及改善措施 (67)§10-4 牵引网对通信线路的影响 (67)参考文献 (68)第一章概论§1-1 电气化铁路的发展概况一、电气化铁路发展历程采用电力机车为主要牵引动力的铁路成为电气化铁路。
1897年5月31日在德国柏林的世界贸易博览会上，由西门子公司和哈克斯公司展出了世界上第一条电气化铁路，迄今已有近130年的历史。
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。
《牵引供电系统》习题
《牵引供电系统》习题《牵引供电系统》习题⼀、⼆、三⼀、填空题1、电⼒系统是指（发电）、送电、变电、⽤电组成的整体。
2、电⽹按其规模主要分为地区电⽹和（区域）电⽹。
3、电⼒⽹简称电⽹，由（输电线路）、配电线路、变电所组成。
4、按变电所的规模及作⽤，可将其分为（枢纽）变电所、地区变电所、⽤户变电所三种。
5、牵引变电所的⼀次侧主接线⽅式有（桥接线⽅式）、双T接线⽅式、单母线分段⽅式三种。
6、牵引供电系统的电流制主要有（直流制）低频单相交流制、三相交流制、⼯频单相交流制四种。
7、单相牵引变压器结线的⽅式有（纯单相结线）、单相V，V结线、三相V，V结线三种。
8、斯科特变压器可以把（三相对称）电压变换成相位差为90°的两相对称电压，它对电⼒系统形成的负序较⼩，且变压器的容量利⽤率较⾼。
9、斯科特变压器可以把三相对称电压变换成相位差为90°的两相对称电压，它对电⼒系统形成的负序（较⼩），且变压器的容量利⽤率较⼩。
10、⼀台斯科特变压器包括M座变压器和（T）座变压器。
11、牵引⽹是由馈电线、接触⽹、（钢轨）、回流线组成的双导线供电系统。
12、牵引变电所的⼀次供电⽅式有（⼀边供电）、两边供电、环形供电三种。
13、SS8型电⼒机车25kV侧的电路主要包括（受电⼸）、主断路器、变压器、电压互感器、电流互感器、避雷器等设备。
14、牵引变电所容量计算步骤分确定计算容量、确定校核容量、（安装容量）三步进⾏。
15、牵引变压器的备⽤⽅式有移动备⽤和（固定备⽤）两种。
16、牵引⽹阻抗是计算牵引⽹的电压损失、电能损失、（短路电流）所必需的基本参数。
17、牵引⽹主要由接触⽹和（钢轨）组成。
18、单线牵引⽹阻抗的计算，就是两个等值导线-地回路阻抗的计算，其主要任务在于把各并联导线-地回路归算成单⼀导线-地回路，并完成两个导线-（地）回路的等值阻抗计算。
19、根据国家有关标准规定，铁道⼲线电⼒牵引母线上的额定电压为（27.5）kV，⾃耦变压器供电⽅式为55kV，电⼒机车额定电压为25kV，最⾼允许电压为29kV，最低⼯作电压为20kV，受电⼸上电压不得低于19kV。
第7章 牵引供电系统的电能损失
(7-7)
AT AK A0 104 kW h / a
(7-8)
7-2-1 三相YN，d11结线变压器电能损失 若改为两台运行，则全年实际铜耗为：
2 2 2 I ac I bc I ab AK 2PK 0.876 2 3 2I N
(7-21)
7-3 减少牵引供电系统电能损失的措施 则式7-20与式7-21可分别表示为：
2 P P T1 K 0 P 0
(7-22) (7-23)
1 PT 2 PK 02 2P0 2
当P T 1 P T 2时
0
1.414 PK P0
(7-24)
7-2 牵引变压器的电能损失
7-2 牵引变压器的电能损失
7-2 牵引变压器的电能损失
7-2-1 三相YN，d11结线变压器电能损失
7-2-2 单相V，V结线变压器电能损失
7-2-3 纯单相结线变压器电能损失
7-2-4 阻抗平衡变压器电能损失
7-2-1 三相YN，d11结线变压器电能损失 7-2-1 三相YN，d11结线变压器电能损失 在第二章中已知两供电臂负荷在三角接绕组中的分配关系为：
7-1-2 复线区段
7-2 牵引变压器的电能损失
7-2 牵引变压器的电能损失
牵引变压器的电能损失，是指变压器的铜耗和铁耗两 部分能耗。铜耗和铁耗可分别通过变压器的短路与空载试 验而得到。在每台变压器的铭牌上也都标有短路损耗和铁 耗。为了计算电能损失时进行参考，部分牵引变压器的额 定损耗如表7-1所示。 牵引负荷虽然变化剧烈，但变压器的负载率是较低的， 因此其实际负载损耗需要通过额定短路损耗按负载率进行 换算。变压器的负载率是副边负载电流与额定电流之比。 变压器的实际负载损耗等于负载率的二次方与额定短路损 耗的乘积。对变压器进行电能损失和经济运行计算时，有 关其损耗数据应按其实际铭牌数据取值。
chapter7牵引网电压损失的计算
电气化铁道供电系统
§7.1电压损失的计算方法
一、压损概念及计算方法
1.压降和压损 给定线路(负荷)首端电压U及末端电压 U
Δ U(压降)
ΔU (压损)
I
压降： U U U 压损： ΔU U - U 一般： ΔU U
矢量差 算术差
U U Z I
U
Z
U
U
ΔU
一般 δ角很小，近似认为 U U cos δ 工程上认为 ΔU U cos δ U
工程上的ΔU
δ
U
I
电气化铁道供电系统
2.压损计算
以单线牵引网压损计算为例：
已知： I
Z r jX ( / Km)
l求U
I I
Z r jX
n
电气化铁道供电系统
二、复线牵引网压损计算
计算条件：1)按上、下行连发，供电分区上尽可能排车 2)分区末端列车启动
3)计算分流点电压启动
15km
I II II
II
I 300A 1
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7-1-2 复线区段
1.1 下 2rI rI II 6 5rI 3rI II 2 4 4 A 8 . 76 m LI m 1 10 10 kW h / a 下 下 t下 下 24 m上 I t上 rI rI II 8 I t 下 (7-3) 1.1 上 2rI rI II 6 A 8.76m LI 2 m 1 5rI 3rI II 10 4 104 kW h / a 上 t上 上 上 24 m下 I t下 rI rI II 8 I t 上 A A下 A上 104 kW h / a
以上各式，当m≤1时，含有(m-1)因子的项为零。
7-1-2 复线区段
例：复线区段一牵引变电所，如图 7-1 所示。牵引网采用直接供电方 式，接触网采用单链形悬挂其参数为： 钢轨P50,σ=10×10-14(CGSM),rI=0.209Ω/km，rI-II=0.026Ω/km。 求：并联供电与分开供电情况下的供电臂电能损失。 解：分左侧供电臂和右侧供电臂两步求解，且每侧供电臂要分下行和 上行两步求解。 把已知条件代入式7-3可得并联供电情况下的供电臂能耗为： 90.9×104kWh/a 再代入式7-4得分开供电情况下的供电臂能耗为： 111.7×104kWh/a 从以上计算可知，并联供电的能耗比分开供电的能耗小。因此，并联 供电比分开供电具有优越性。
7-1-2 复线区段 2、分开供电
下 0.606m下 1 10 4 104 kW h / a 2 A 4 . 818 m Lr I r I 下 I t下 下 0.606 I II t上 m上 rI I t下 上 0.606m上 1 10 4 104 kW h / a 2 A 4 . 818 m Lr I r I 上 I t上 上 I II t下 0 . 606 m 下 rI I t上 A A下 A 104 kW h / a 上 上 (7-4)
7-3 减少牵引供电系统电能损失的措施 9、实行牵引变压器的经济运行 以三相牵引变电所为例，两台三相变压器为同容量。则，一台运行时 的功率损失为：
2I e21 2I e22 I av1I av 2 P P0 T 1 P K 2 9I N
两台运行时的功率损失为：
(7-20)
2I e21 2I e22 I av1I av 2 1 PT 2 PK 2P0 2 2 9I N 2I e21 2I e22 I av1I av 2 2 设： 0 2 9I N
7-3 减少牵引供电系统电能损失的措施 为了减少牵引供电系统的电能损失，通常采取如下措施： 1、限制供电臂的长度；
2、加设加强导线；
3、当电气化铁路有较大的迂回区段时，应设置捷接线； 4、接触网尽可能采用双边供电方式；
5、在满足防干扰条件的电气化区段，牵引供电系统应采用直接供电 方式；
6、结合变压器经济运行选择容量； 7、对牵引网结构布置、材质、导线及截面进行优选，以降低牵引网 阻抗； 8、因负荷要求，需对接触悬挂实行分段采用不同截面时，在单线区 段应由近电源点开始依次由大到小采用不同截面的导线；
两台运行时全年空载电能损耗为：
PK I I I 0.146 2 IN
2 ac 2 bc
2 ab
10 kW h / a
4
(7-9)
4 A0 0.876 2P 10 kW h / a 0
(7-10)
全年牵引变压器的实际总能耗为：
AT AK A0 104 kW h / a
(7-5)
7-2-1 三相YN，d11结线变压器电能损失 在牵引变电所中，一台变压器运行时的全年实际铜耗为：
2 2 2 PK I ac I bc I ab 4 AK 0.876 10 kW h / a 2 3I N
(7-6)
全年空载电能损耗为：
A0 0.876P0 104 kW h / a
7-4 接触导线截面的选择
7-4 接触导线截面的选择
接触线是向电力机车供电的导线。由于它与受电弓直接接触，经常 处于磨擦状态，特别在高速运行和恶劣的气候条件下，要保证电力机车 正常取流，除了要求接触线满足良好的导电性能外，还必须具备足够的 机械强度和耐磨性。因此，选择接触导线截面时应满足机械强度和电气 性能两方面的要求。
PK I12A I12B I12C 4 AK 0.876 10 kW h / a 2 3I1N
全年实际铁耗为：
(7-14)
A0 0.876P0 104 kW h / a
全年牵引变压器的实际总能耗为：
(7-15)
AT AK A0 104 kW h / a
2 Ce
10 kW h / a
4
(7-17)
4 A0 0.8762P 10 kW h / a 0
(7-18)
AT AK A0 104 kW h / a
(7-19)
7-3 减少牵引供电系统电能损失的措施
7-3 减少牵引供电系统电能损失的措施
第7章 牵引供电系统的电能损失
第7章 牵引供电系统的电能损失
牵引供电系统电能损失，主要包括牵引网电能损失和牵引变压 器电能损失两部分。 牵引供电系统的电能损失是电气化铁道的一项重要的运营指标， 具有很重要的经济意义。不同的牵引变电所结线型式和不同的接触 网供电方式造成的牵引供电系统电能损失也不相同。
第7章 牵引供电系统的电能损失
第7章 牵引供电系统的电能损失
7-1 牵引网的电能损失 7-2 牵引变压器的电能损失
7-3 减小牵引供电系统电能损失的措施
7-4 接触导线截面的选择
7-1 牵引网的电压损失
7-1 牵引网的电压损失
7-1-1 电压损失的简化计算法
7-1-2 单线牵引网中的电压损失
7-1-3 复线牵引网中的电压损失
7-1-1 单线区段 7-1-1 单线区段 m列车在供电臂产生的总的平均有效功功率损失为
1.1 1 P m LrI m 1 103 kW (7-1) 3 2
2 t
每年的电能损失为：
1.1 1 A 24 365 m LrI m 1 103 3 2 (7-2) 1 2 1.1 8.76m LrIt m 1 104 104 kW h / a 3 2
全年牵引变压器的实际总能耗为：
(7-7)
AT AK A0 104 kW h / a
(7-8)
7-2-1 三相YN，d11结线变压器电能损失 若改为两台运行，则全年实际铜耗为：
2 2 2 I ac I bc I ab AK 2PK 0.876 2 3 2I N
(7-21)
7-3 减少牵引供电系统电能损失的措施 则式7-20与式7-21可分别表示为：
2 P P T1 K 0 P 0
(7-22) (7-23)
1 PT 2 PK 02 2P0 2
当P T 1 P T 2时
0
1.414 PK P0
(7-24)
2 t
显然，牵引负荷电流、牵引网单位电阻、车流密度、供电臂的长度与 牵引网的能耗成正比。
7-1-2 复线区段 7-1-2 复线区段 1、并联供电
并联供电牵引网电能损失的计算，是分别按上、下行计算，然后求出 供电臂的总能耗。
每一供电臂牵引网的电能损失，包括列车自身造成的和同行列车产生 的以及非同行线路列车产生的三项电能损失之和。
7-1-2 复线区段
7-2 牵引变压器的电能损失
7-2 牵引变压器的电能损失
牵引变压器的电能损失，是指变压器的铜耗和铁耗两 部分能耗。铜耗和铁耗可分别通过变压器的短路与空载试 验而得到。在每台变压器的铭牌上也都标有短路损耗和铁 耗。为了计算电能损失时进行参考，部分牵引变压器的额 定损耗如表7-1所示。 牵引负荷虽然变化剧烈，但变压器的负载率是较低的， 因此其实际负载损耗需要通过额定短路损耗按负载率进行 换算。变压器的负载率是副边负载电流与额定电流之比。 变压器的实际负载损耗等于负载率的二次方与额定短路损 耗的乘积。对变压器进行电能损失和经济运行计算时，有 关其损耗数据应按其实际铭牌数据取值。
(7-16)
7-2-4 阻抗平衡变压器电能损失
在牵引变电所中如果是两台阻抗平衡变压器并联运行，则全年的铜耗、 铁耗和总能耗分别为：
2 2 2 I Ae I Be I Ce AK 0.8762PK 3 2 I12N
PK I I I 0.146 2 IN
2 2 104 kW h / a IN A0 1.75P0 10 kW h / a
4
(7-13)
AT AK A0 104 kW h / a
7-2-4 阻抗平衡变压器电能损失
7-2-5 阻抗平衡变压器电能损失 阻抗平衡变压器的能耗计算用一次侧的电流计算比较简便，因为一次 侧只有3个绕组，比二次侧绕组简单。 一台阻抗平衡变压器的全年铜耗为：
2 2 2 1 2 2 I ab I e1 I e 2 I av1 I av 2 3 3 9 2 2 2 2 1 2 I bc I e 2 I e1 I av1 I av 2 3 3 9 2 2 2 1 2 2 I ac I e1 I e 2 I av1 I av 2 3 3 9