牵引变电所简介
牵引变电
牵引变电所（traction substation）向电气化铁道或城市轨道交通电力牵引等提供电能和变换、分配电能的电气装置与设施。
其功能是将电力系统的三相交流电经降压、整流或变频后，供电力机车和...牵引变电所（traction substation）向电气化铁道或城市轨道交通电力牵引等提供电能和变换、分配电能的电气装置与设施。
其功能是将电力系统的三相交流电经降压、整流或变频后，供电力机车和动车组使用。
类型与主要设施根据电力牵引采用电流制的不同，牵引变电所区分为直流、低频交流及工频交流三种类型。
直流牵引变电所具有降压和整流两种功能，主要设备有降压变压器及整流装置。
用于直流制电气化铁路、矿山与城市轨道交通电力牵引系统。
低频交流牵引变电所具有降压和变频两种功能，主要设备有降压变压器、变频设备和升压变压器。
电力系统的三相工频交流电，经降压并将工频变换成低频162/3Hz，供具有单相整流子牵引电机的机车使用。
这种牵引变电所在西欧一些国家（德国、瑞士、瑞典等）得到采用。
工频交流牵引变电所的主要功能是降压，主要设备是降压变压器，以及无功、谐波综合补偿装置等，随着工频交流电力牵引制的发展，这类牵引变电所在中国、欧洲等不少国家得到广泛应用。
所有类型牵引变电所，都设有由断路器或快速开关、母线、测量用电流、电压互感器和避雷器等电气设备构成的屋外和屋内式配电装置，用以汇集和分配电能；各种电力变压器和换流设备，用以变换电压（降压和升压）、变换电流（整流）与频率（变频）；设于控制室内的控制、测量、信号、继电保护和自动、运动装置，它们是保证电气设备安全、经济运行的监控和保护设施；还设有供变电所运行、维护和控制、保护等需用的交、直流自用电电源与低压配电装置等。
各种牵引变电所功能与主要设施的示意框图见下图。
主要特点电气化铁路和城市轨道交通牵引变电所为一级电力负荷，要求电力系统必须采用双回进线或由两个电源点的环网进线，对其可靠供电。
城市轨道交通牵引变电所概述
牵引变电所内部相关高压电气设备多，电压高，电流大，防火要求高。
3. 维护周期长
牵引变电所用的变压器、整流器、中低压开关设备需要进行人工维护，一般白天 进行设备维护，维护周期相对较长，因此尽量选用设备范围内免维护、免维修的设 备。
4. 有效利用再生电能
应使列车制动时产生的电能回馈给牵引网，补给牵引网电能，提高电能利用率。
5. 成套设备
成套设备是指按一定的线路方案将有关一次、二次设备组合而成的设备，如高压开关柜， 低压配电屏，高、低压电容器柜和成套变电站等。
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1. 变换设备
变换设备是指用以变换电能电压或电流的设备，如电力变压器、整流器、电压互 感器、电流互感器等。
2. 控制设备
控制设备是指用以控制电路通断的设备，如各种高、低压开关设备。
3. 保护设备
保护设备是指用以保护电路过电流或过电压的设备，如高、的无功功率，以提高系统功率因数的设备，如高、低压电 容器和静止无功补偿装置等。
4. 有效利用再生电能
牵引变电所主要设备的技术条件如表2-1所示。 表2-1牵引变电所主要设备的技术条件
3牵引变电所的工作原理
图2-1直流牵引变电所的接线原理
直流牵引变电所从主变电站或城市电网双电源受电，经整 流机组变压器降压、分相后，按一定整流接线方式由大功率硅 整流器把三相交流电变换为与直流牵引网相应电压等级的直流 电，向电动车组提供直流电能。直流牵引变电所的接线原理如 图2-1所示。
牵引变电所简介
互感器分为电流互感器和电压 互感器，分别用于转换电流和 电压。
互感器的作用是保护设备和测 量仪表。
输电线路与母线
01
输电线路是用于传输电能的导线或电缆。
02
母线是牵引变电所内连接各个设备的导线或电缆。
输电线路和母线的材质和规格根据不同的输电需求进行选择。
03
控制系统与保护装置
控制系统是用于控制牵引变电所 内各个设备运行的装置。
作用
牵引变电所是铁路电气化的核心 设施，能够提高铁路运输效率和 安全性，同时降低运营成本。
组成与结构
组成
牵引变电所主要由变压器、断路器、 隔离开关、母线、电流互感器、电压 互感器等设备组成。
结构
牵引变电所的结构根据其规模和实际 需求可分为电源进线柜、降压变压器 柜、馈线柜、高压开关柜、控制柜等 主要部分。
05
牵引变电所的节能与环保措施
能效提升与节能技术应用
采用高效变压器
选择具有高效率的变压器，以减少能量损失。
优化输电线路
采用低阻抗输电线路，减少线路损耗。
负载自动调整
通过技术手段实现负载的自动调整，使变压器输出与实际负载相 匹配，降低能耗。
环保措施与绿色能源利用
使用清洁能源
优先选择使用清洁、可再生的能源，如风能、太阳能等。
紧固件检查与紧固
对牵引变电所的紧固件进行检查 和紧固，防止松动和脱落。
异常处理与事故应对
异常情况处理
当牵引变电所出现异常情况时，应立即采取措施进行处理，如断 路器跳闸、变压器漏油等。
事故应对
制定牵引变电所的事故应对预案，包括火灾、地震等自然灾害和人 为破坏等情况的应对措施。
应急电源与备用设备
在牵引变电所设置应急电源和备用设备，确保在故障情况下能够及 时恢复供电。
电气化铁路牵引变电所简介
电气化铁路牵引变电所简介牵引变电所的功能是将三相的110KV(或220KV)高压交流电变换为两个单相的27.5KV的交流电，然后向铁路上、下行两个方向的接触网(额定电压为25KV)供电，牵引变电所每一侧的接触网都被称做供电臂。
该两臂的接触网电压相位是不同的，一般是用分相绝缘器隔离开来。
相邻变电所间的接触网电压一般是同相的[BFQ]，期间除也用分相绝缘器隔离外，还设置了分区亭，通过分区亭断路器或隔离开关的操作，实行双边(或单边)供电。
牵引变电所外部电源牵引供电系统一般又由铁路以外的容量较大的电力系统供电。
电力系统有许多种电等级网络和设备，其中110KV及以上电压等级的输电线路，用区域变电所中的变压器联系起来，主要用于输送强大电力，利用它们向电气化铁路的牵引变电所输送电力，供电牵引用力。
为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所高压输电线路无一例外地为双回线。
两条双回线互为备用，平时均处于带电状态，一旦一条回路发生供电故障，另一条回自动投入，从而保证不间断供电。
牵引变电所主接线牵引变电所(包括分区亭、开闭所，AT所等)，为了完成接受电能，高压和分配电能的工作，其电气接线可分为两大部分：一次接线(主接线)和二次接线。
主接线是指牵引变电所内一次主设备(即高压、强电流设备)的联接方式，也是变电所接受电能、变压和分配电能的通路。
它反映了牵引变电所的基本结构和功能。
二次接线是指牵引变电所内二次设备(即低电压、弱电流的设备)的联接方式。
其作用是对主接线中的设备工作状态进行控制，监察、测量以及实现继电保护与运动化等。
二次接线对一次主设备的安全可靠运行起着重要作用。
主接线是根据变电所的容量规模、性能要求、电源条件及配电出线的要求确定的，其基本主接线型式有：单母线分段接线、劳旁路母线的单母线分段接线、双母线接线、桥式接线、双T式(即分支式)接线等。
开闭所所谓开闭所，是指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所，一般有两条进线，然后多路馈出向枢纽站场接触网各分段供电。
第5讲 牵引变电所
二.整流器
1.作用和原理
将交流电变成直流电供电动车辆的牵引电机用。 为提高电能质量，降低直流电源的脉动量，通常采用多相整流的 方法，可Байду номын сангаас是六相、十二相整流，还可以增加到二十四相整流。 最基本的整流工作电路：
1.三相半波整流
2.三相桥式整流
2.整流器的构造
• 整流器由大功率二极管及其散热器、保护器件、故障显示器件、 通信接口等组成。 • 整流器要求可靠性高，噪声、谐波污染要小，维修要小。
牵引变电所的工作原理：
将引自城市电网或轨道交通供电系统内部的35kv或 10kv电源降压、整流后变成750v或1500v直流电源，再 由牵引变电所内的直流配电装置将直流电源送到区间接 触网，供电动列车用电。
二.直流牵引变电所的设备分类：
• 为了实现牵引变电所的受电、变电和配电的功能，在牵引变电所 中，把设备按一定的接线方式连接起来构成供配电系统。
一.变压器
• 1.作用和原理
• 变压器（T/TM）：牵引变电所中实现电能输送、电压变换，满 足不同电压等级负荷要求的核心设备之一。
• 目前使用最多的是三相油浸式电力变压器和环氧树脂浇筑式干式 变压器。
2.变压器的构造
3.变压器的主要技术参数
见书
4.变压器的分类
变压器的分类有很多，主要有以下几种： a)按变压器的应用方式：升压变压器和降压变压器； b)按变压器的相数：单相变压器、三相变压器、多相变压器； c)按线圈形式：单线圈变压器（自耦变压器）、双线圈变压 器、三线圈变压器；
单元3 牵引变电所的主要电气设备
3.1 概述
一.牵引变电所的类型和原理 牵引变电所是城市轨道交通牵引供电系统的核心，它担负对电动 列车直流电能的供应，它的站位设置、容量大小，根据所采用的 车辆形式、车流密度、列车编组，经过牵引供电设计，经多方案 比较选定。 牵引变电所的两种形式： 1.户内式变电所 2.户外式箱式变电所
《牵引变电所设计》课件
详细描述
牵引变电所的主要组成部分包括输入电路、变压器、 断路器、隔离开关和无功补偿装置等。输入电路负责 接收电力系统的高压电，变压器则将高压电转换成低 压电。断路器和隔离开关用于控制和保护牵引变电所 的运行安全。无功补偿装置可以提高电力系统的功率 因数，降低线损。根据电力系统的不同需求，牵引变 电所可以分为直流牵引变电所和交流牵引变电所。
《牵引变电所设计》 PPT课件
• 牵引变电所概述 • 牵引变电所的一次设计 • 牵引变电所的二次设计 • 牵引变电所的防雷接地设计 • 牵引变电所的环保与节能设计 • 牵引变电所设计案例分析
目录
Part
01
牵引变电所概述
牵引变电所的定义与作用
总结词
牵引变电所是专门为电气化铁路供电的特殊类型的变电所，其主要作用是将电力系统的 高压电转换成适合电力机车使用的低压电。
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详细描述：该案例介绍了某城市轨道交通牵引变电所的设 计过程，包括负荷计算、短路电流计算、设备选型和校验 等。
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总结词：设计特点
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总结词：设计难点
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详细描述：该案例指出了城市轨道交通牵引变电所设计中 的难点，如空间限制、设备散热、电磁干扰等。
根据二次回路的负载和传输距离，选 择合适的电缆型号和截面，确保传输 性能和机械强度。
电缆敷设
设计合理的电缆敷设路径和方式，以 满足牵引变电所的安全、可靠运行要 求。
控制、信号及测量系统设计
控制系统设计
设计控制系统的结构、功 能和操作方式，确保牵引 变电所的稳定、安全运行 。
信号系统设计
设计信号系统的结构、功 能和报警方式，及时发现 和处理异常情况。
开闭所,牵引变电所,分区所的区别
开闭所，牵引变电所，分区所的区别开闭所开闭所(sub-section post)牵引网有分支引出时，为保证不影响电力牵引安全可靠供电而设的带保护跳匣断路器等设施的控制场所。
多设于枢纽站、编组场、电力机务段和折返段等处。
在供电分区范围较大的复线AT牵引网中，有时为了进一步缩小接触网事故停电范围和降低牵引网电压损失和电能损失，也可在分区所与牵引变电所之间增设开闭所，也称辅助分区所(subsectioning post)。
开闭所的主要设备是断路器。
电源进线一般设两回，复线时可由上、下行牵引网各引一回，出线则按需要设置。
当出线数量较多时，也可将开闭所母线实行分段。
单线时如就近无法获得第二电源，也可只引一回电源。
AT牵引网辅助分区所(SSP)的典型结构见下图。
图中，T为接触网;F为正馈线，PW为与钢轨并联的保护线(protection wire);B为断路器;SD为保安接地器;LA为避雷器;OT为控制回路电源;PT为电压互感器;AT为自耦变压器。
保护线的作用是当接触网或正馈线绝缘子发生闪络接地时，可与保护线形成金属性短路，便于断电保护动作。
分区亭分区亭设于两个牵引变电所的中间，可使相邻的接触网供电区段(同一供电臂的上、下行或两相邻变电所的两供电臂)实现并联或单独工作。
如果分区厅两侧的某一区段接触网发生短路故障，可由供电的牵引变电所馈电线断路器及分区亭断路器，在继电保护的作用下自动跳闸，将故障段接触网切除，而非故障段的接触网仍照常工作，从而使事故范围缩小一半。
AT所牵引网采用AT供电方式时，在铁路沿线每隔10km左右设置一台自耦变压器AT，该设置处所称做AT所。
牵引网的构成:1 馈电线2 接触网3 轨道回路和回流系统(一)牵引变电所牵引变电所是电气化铁路的心脏，它的功能是将电力系统输送来的110kV或220kV等级的工频交流高压电，通过一定接线形式的牵引变压器变成适合电力机车使用的27.5kV等级的单相工频交流电，再通过不同的馈电线将电能送到相应方向的电气化铁路(接触网)上，满足来自不同方向电力机车的供电需要。
牵引变电所知识
牵引变电所电力牵引的专用变电所。
牵引变电所把区域电力系统送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电。
目录简介结构组成分类任务回路简介电力牵引的专用变电所。
牵引变电所把区域电力系统送来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电。
一条电气化铁路沿线设有多个牵引变电所，相邻变电所间的距离约为40～50公里。
在长的电气化铁路中，为了把高压输电线分段以缩小故障范围,一般每隔200～250公里还设有支柱牵引变电所,它除了完成一般变电所的功能外，还把高压电网送来的电能，通过它的母线和输电线分配给其他中间变电所。
结构组成牵引变电所的主要电力设备是单机容量为10000千伏安以上的降压变压器,称主变压器或牵引变压器。
工矿和城市交通大多采用直流电力牵引，故直流牵引变电所里除降压变压器外，还有把交流电变成直流电的半导体整流器。
此外，各类牵引变电所中还有用来接通和开断电力电路的主断路器、为了检修和安全用的隔离开关，以及为了自动、远动控制和保护用的自动控制系统和断电保护系统。
分类牵引变压所分为直流和交流两类。
直流牵引变电所的功能是把区域电网的高压电加以降压和整流，使之成为直流1500伏、750伏或城市交通用600伏电压,再送到接触网，为直流电力机车或电动车辆供电。
交流牵引变电所根据牵引变压器绕组接线不同，又分为三相、单相和三相-两相牵引变电所。
①三相牵引变电所：变压器原边绕组通常为星形连接，副边绕组为三角形连接。
三角形的一个连接点接铁路行车轨道，另两个连接点分别接牵引变电所左右两侧的供电分区接触网。
由于两侧相位差60°,需要分段。
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下面是电力牵引的输、供电系统示意图：
~ 发电厂或变电站（电力系统） 输电线（电力系统） 牵引变电所 馈电线
接触网
钢轨回流线
电力机车 钢轨
牵引供电系统
BT供电方式（BT—回流线方式）
牵引变电所
BT
BT
电力机车 BT供电方式（BT-回流线方式）
NF 接触网
钢轨
在没有设置回流线的区段，也可以使用BT— 钢轨方式，如下图，以减少对通讯的干扰。
牵引变电所
BT
BT
接触网
电力机车 钢轨
BT供电方式（BT-钢轨方式）
3、AT供电方式
AT供电方式既能有效地减轻牵引网对通 信线路的干扰，又能适应高速、大功率电 力机车的运行。这种供电方式每隔10Km左 右在接触网与正馈线之间并联接入1台自藕 变压器，其中性点与钢轨相接。自藕变压 器将牵引网的供电电压提高1倍，而供给电 力机车的电压仍为25KV，其工作原理如下 图所示。
BT供电方式的工作原理是：
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。 由于接触网与回流线电气空间距离较近，流 过的电流大致相等，方向相反，因此对邻近 通信线路的电磁感应绝大部分被抵消，从而 降低了对通信线的干扰。这种供电方式由于 在牵引网中串联了吸流变压器，致使牵引网 的阻抗比直接供电方式约大50%，能耗也较 大，供电距离也较短（单线一般为25Km左右， 双线一般为20Km左右），投资也比直接供电 方式大。
AT供电方式
牵引变电所 AT
AT
AT
接触网
电力机车
钢轨
AF AT供电方式
电力机车由接触网受电后，牵引电流一般由钢 轨流回，由于自藕变压器的作用，从钢轨流回的电 流，经自藕变压器绕组和正馈线（AF）流回变电所。 当自藕变压器的一个绕组流过机车电流时，其另一 个绕组感应出电流供给电力机车。
自藕变压器供电方式的牵引网阻抗很小，约为 直接供电方式的1/4，因此电压损失小，电能损耗低， 供电能力大，供电距离长，可达40—50Km。由于牵 引变电所间的距离加大，从而减少了牵引变电所的 数量，也减少了电力系统对电气化铁路供电的工程 投资。但由于牵引变电所和牵引网比较复杂，因此 加大了电气化铁路自身的投资。这种供电方式一般 用在重载、高速等负荷大的电气化铁路上。在电力 系统较薄弱的地区，为了减少电源部分投资，经技 术经济比较也可采用这种供电方式。由于牵引负荷 电流在接触网和正馈线中方向相反，因而对邻近的 通信线路干扰很小，其防干扰效果与吸流变压器— 回流线供电方式相当。
（二）供电方式 ：
随着交流电气化铁路的飞速发展和科学技术 的不断进步,世界各国铁路研究采用了很多种新 的牵引供电技术。 目前, 广泛采用和正在研究的 有:直接供电方式、BT（吸流变压器）供电方式、 AT（自耦变压器）供电方式和CC（同轴电力电 缆）供电方式。
交流电气化铁道对邻近通信线路的干扰主要 是由接触网与地回路对通信线的不对称引起的。 如果能实现由对称回路向电力机车供电，就可以 大大减轻对通信线路的干扰。采用BT、AT、CC 等供电方式就是为了提高供电回路的电气对称性， 其中，CC供电方式效率最高，但投资过大。目前， 电气化铁路多采用BT、AT供电方式。
带负馈线的直接供电方式
牵引变电所
NF 接触网
电力机车 钢轨
直接供电方式（带负馈线）
2、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，目前在我国电 气化铁路中应用较广。吸流变压器的变比为1：1， 它的一次绕组串接在接触网（1）中，二次绕组串 接在专为牵引电流流回变电所而设的回流线（NF） 中，故称之为吸流变压器—回流线供电方式，如 下图所示。在两个吸流变压器中间用吸上线将钢 轨与回流线连接起来，构成电力机车负荷电流由 钢轨流向回流线的回路。两个吸流变压器之间的 距离称为BT段，一般BT段长2—4Km。
下面，对常用供电方式做一简单介绍。
1、直接供电方式
这是一种最简单的供电方式。在线路上，机 车供电由接触网—轨—地直接构成回路，对通信 干扰不加特殊防护措施，如下图所示。电气化铁 路最早大都采用这种供电方式。这种供电方式最 简单，投资最省，牵引网阻抗较小，能损也较低， 供电距离一般为30—40Km。电气化铁路的单相负 荷电流由接触网经钢轨流回牵引变电所。由于钢 轨与大地是不绝缘的，一部分回流由钢轨流入大 地，因此对通信线路产生感应影响，这是直接供 电方式的缺点，它一般用在铁路沿线无架空通信 线路或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段，必 要时，也常将通信线迁到更远处。
4、各种供电方式比较
由于高速电力牵引的速度快、电流大， 因此要求供电系统的供电质量要高，并应 尽量减少电分相、电分段的数量。BT供电 方式虽然在通信线路防干扰方面性能较好， 但由于它在接触导线中串入了吸流变压器， 伴随一个火花间隙，使一个供电臂的接触 导线分成很多段，因此会大大影响高速列 车运行的安全性及列车速度；同时牵引网 的阻抗大，变电所间距小，电分相数量多， 因此不适合高速电力牵引。
牵引变电所简介
基本知识
一、牵引供电制式分类
（一）前言： 我国电气化铁路采用单相50HZ，25KV牵引供电
系统。牵引供电系统由牵引变电所（包括分区亭、开 闭所、AT所）、馈电线、接触网、钢轨和回流线等组 成。
由于从电力部门供电系统的高压线路供给电气化 铁路的电力参数为三相50HZ，110（或220）KV，故 需在电气化铁路沿线布设牵引变电所，以完成供电参 数的转换。
直接供电方式
牵引变电所
接触网
电力机车
直接供电方式（基本型）
钢轨
还有一种直接供电方式称为带回流线的直 接供电方式，它是在接触网支柱上架设一条与 钢轨并联的回流线，称为负馈线（NF），如下 图。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，减少了电气空间，因而能部分抵消接触网 对邻近通信线路的干扰，但其防干扰效果不及 BT供电方式。这种供电方式可在对通信线路防 干扰要求不高的区段采用，能进一步降低牵引 网阻抗，供电性能要好一些，但造价稍高。