3第三章电力牵引与电气计算、牵引变电所容量
第二章-牵引变电所容量计算与选择
第二章牵引变电所容量计算与选择2.1 牵引变电所容量计算和选择就是指牵引变压器容量的计算和选择。
一般可以分为三个步骤进行。
⑴按给定的计算条件求出牵引变压器供应牵引负荷所必须的最小容量，称为计算容量。
⑵按列车紧密运行时供电臂的有效电流与充分利用牵引变电所的过负荷能力，求出所需要的容量，称为校核容量。
这是为确保牵引变压器安全运行所必须的容量。
⑶根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素(如备用方式)，最后按实际系列产品的规格选定牵引变压器的台数和容量，称为安装容量或设计容量。
牵引变压器是牵引供电系统的重要设备，从安全运行与经济方面来看，容量过小会使牵引变压器长期过载；反之，容量过大将使牵引变压器长期不能满运行，造成容量浪费。
因此，牵引变压器容量的确定是很关键的一步，也是短路计算、负荷计算、电气设备选择的重要依据。
现根据铁路运行实际情况作如下假设：某复线客、货铁路采用TT供电方式，上行供电臂A长22km，下行供电臂B长20km。
其负荷情况如下：①近期调查年货运量γ=2000万吨/年②牵引吨数Q=5100t③牵引计算结果：（ΣA中已包括机车自用电）供电臂 A 上行：n=3，ΣA=1724kVAh，Σtg=28.3min Σt=34.5min下行：n=3，ΣA=1988kVAh，Σtg=29.2min Σt=36.1min=27对N非供电臂 B 上行：n=3，ΣA=2155kVAh，Σtg=26.9min Σt=29.2min下行：n=3，ΣA=1822kVAh ，Σtg=26.3min Σt=28.3minN 非=30对④cos φ=0.8，在牵引母线上补偿，补偿后cos φ=0.92.2 供电区间内的需要输送能力N=净ϕγ⋅⋅⋅⋅Q K K 36510421=705.0510036510200015.12.14⨯⨯⨯⨯⨯=21(列/日)= 11（对/日）其中1K ——波动系数，取1.2；2K ——储备系数，复线取1.15；γ——年运货量（104吨/年）净ϕ——货物列车载重系数（有各种车辆的百分比决定）；Q ——列车牵引重量（吨）； 2.3供电臂AB 的基本参数：2.3.1 上下行供电臂列车平均电流： 供电臂A:上行：I aA 上=∑∑⨯上上tA 4.2=5.3417244.2⨯=119.9 （A ） 下行：I aA 下=∑∑⨯上上t A 4.2=1.3619884.2⨯=132.2（A ） 供电臂B:上行：I aB 上=∑∑⨯上上tB 4.2=2.2921554.2⨯=177.1（A ） 下行：I aB 下=∑∑⨯ 4.2下下t B =3.2818224.2⨯=154.5（A ）2.3.2 上下行供电臂列车带电平均电流： 供电臂A: 上行：I aA 上=∑∑⨯上上g tA 4.2=3.2817244.2⨯=146.2（A ） 下行：I aA 下=∑∑⨯上上g tA 4.2=2.2919884.2⨯=163.4（A ） 供电臂B: 上行：I aB 上=∑∑⨯上上g tB 4.2=9.2621554.2⨯=192.3（A ） 下行：I aB 下=∑∑⨯4.2下下g tB =3.2618224.2⨯=166.3（A ） 2.3.3 供电臂中同时存在的平均列车数：供电臂A ：m 上=Tt N ∑上=14405.3411⨯=0.264m 下=Tt N ∑下=14401.3611⨯=0.276 供电臂B ：m 上=Tt N ∑上=14402.2911⨯=0.223 m 下=Tt N ∑下=14403.2811⨯=0.216 2.3.4 供电臂内列车带电平均概率：供电臂A ：p 上=nTt N g ∑上=144033.2811⨯⨯=0.072p 下=nTt N g ∑下=144032.2911⨯⨯=0.074供电臂B ：p 上=nTt N g ∑上=144039.2611⨯⨯=0.068p 下=nTt N g ∑下=144033.2611⨯⨯=0.0672.3.5 列车电流间断系数: 供电臂A ： a 上=∑∑上上g tt =3.285.34=1.22 a下=∑∑下下g tt =2.291.36=1.24 供电臂B ： a 上=∑∑上上g tt =9.262.29=1.09 a下=∑∑下下g tt =3.263.28=1.08 2.4 供电臂AB 的平均电流I aA 上 I aA 下 I aB 上 I aB 下I aA 上=1.667N ∑A 上×10-3=1.667×11×1724×10-3=31.6 （A ） I aA 下=1.667N ∑A 下×10-3=1.667×11×1988×10-3=36.5（A ） I aB 上=1.667N ∑A 上×10-3=1.667×11×2155×10-3=39.5（A ） I aB 上=1.667N ∑A 上×10-3=1.667×11×1822×10-3=33.4 （A ） I aA = I aA 上 + I aA 下 = 68.1（A ） I aB = I aB 上 + I aB 下 =72.9 （A ）2.5 供电臂AB 的有效电流I xA 、I xB供电臂A ：K xA 上=上上A A nP P -K +21ε=072.03072.01.11⨯-+=2.4I xA 上 = K xA 上×I aA 上=2.4×31.6=75.8 （A ）K xA 下=21下下A A nP P -K +ε=074.03074.01.11⨯-+=2.37I xA 下 = K xA 下×I aA 下=2.37×36.5=86.5（A ）P A =P A 上+P A 下－P A 上×P A 下=0.072+0.074－0.072×0.074=0.141K xA =AA nP P -K +21ε=141.03141.01.11⨯-+=1.808I xA = K xA ×I aA =1.808×68=123 (A)供电臂B ：K xB 上=上上B B nP P -K +21ε=068.03068.01.11⨯-+=2.46I xB 上 = K xB 上×I aB 上=2.46×39.5=97.2（A ）K xB 下=21下下B B nP P -K +ε=067.03067.01.11⨯-+=2.48I xB 下 = K xB 下×I aB 下=2.48×33.4=82.8 （A ）P B =P B 上+P B 下－P B 上×P B 下=0.067+0.068－0.067×0.068=0.130K xB =BB nP P -K +21ε=130.03130.01.11⨯-+=1.867I xb= K xB ×I aB =1.867×72=134 (A)其中：εK ——有效系数，取1.04；P ——供电臂出现带电运行列车的平均概率； K x ——供电臂有效电流系数；2.6 变压器的计算容量S ：S=K t UxB xA xA xB I I I I 2422++2-1=0.9×27.572682123134422⨯⨯++⨯ =7698 (KV ·A)其中： K t ——变压器的温度系数，一般取0.9；U ——牵引变电所母线额定电压即27.5KV ；2.7 变压器的校核容量：按非平行运行区间通过能力N 非的要求进行核算： 轻负荷臂A 对应于N 非的有效电流I xA ：P A 上=nTtg N ∑非=144033.2827⨯⨯=0.177P A 下=nTtg N ∑非=144032.2927⨯⨯=0.183P A =P A 上+P A 下－P A 上×P A 下=0.177+0.183－0.177×0.183=0.330K xA =AA nP P -K +21ε=330.03330.01.11⨯-+=1.333I aA =1.667N非∑A ×10-3=1.667×27×(1724+1988)×10-3=167(A)I xA = K xA ×I aA =1.333×167=223 (A)重负荷臂 B 对应于N 非的最大短时电流：P B 上=nT tg N ∑非=144039.2630⨯⨯=0.187P B 下=nTtg N ∑非=144033.2630⨯⨯=0.183P B =P B 上+ P B 下－P B 上P B 下=0.187+0.183－0.187×0.183=0.335查表4-6-1及Imax=f(p)曲线得：I==)(60下上下）（上++∑g Ut A ）（）（3.269.26251822211560+⨯+⨯=177.6 (A) I max =2.42×177.6=430 (A)表4-6-1参照中国铁道出版社出版，铁道部电气化工程局电气化勘测设计院编《牵引供电系统》的69页三相Y △,d11接变压器最大短时容量：S bmax=K t U(2I max +0.65I xA )2-2=0.9×27.5×(2×430+0.65×223) =24873 (KVA)三相Y △,d11接变压器的校核容量为：S 校=Sbmax/k=24873/1.5=16582 (KVA)其中：k ——过负荷倍数，通常三相Y △,d11接变压器取1.52.8 变压器的安装容量：固定备用的安装容量应选用2×20000KVA 的变压器 有变压器允许过负荷50℅可知：固定备用的S bmax =20000×1.5=30000 > 24873 (KVA) 故所选用的固定备用方案是合适的。
电力牵引与电气计算、牵引变电所容量
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i
能耗的计算
利用i=f(t)曲线计算列车电流及能耗。
将时间[0,τ]区间划分为n个间隔，
每一等份为Δt(分钟)，则每个时刻 τ 0 1 2 3 ………… ……
t
都有对应的取流(i)的数值， τ=nΔt
电流平均值：
I
1n n 1 k0 ik
平均电压U=25kV
列 车列用车电能平耗均为功：率：PUInnU1kn0ik
2.列车取电平均电流为：
Ig
60A tg U
It
tg
交直型电力机车：
25kV,50Hz 机车牵引 降压
全波 整流 直流
~
变压器
整流电路
牵引电机
实现这一转变过程的是机车主电路，以SS1 为例。
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SS1型电力机车主电路
25kV
机车主变压器
700kW
平波电抗器
整流机组
直流牵引电机，串励机 4200kW
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电力机车的工作过程
牵机引车变主电变所压输器出 将的 高高 压压 交交 流流 电电 送变为到低接压触交网流以后电，再由经机车过整受电 弓流和器接组触整线流接后变触为而引直入流，机车供， 机给车牵电引流电经动主机断 ，路 牵器 引、 电高 动压 机电 流得互电感旋器转，到其机 转车 轴变 输压 出器 的高 机压 绕械组功，率再通经过过齿低轮压传电动流装互置感传器、 车送体给轮、对接，地轮电对刷作、用轮于轴轨、道车，轮 到轨轨道道以，大然小后相经 等轨 、道 方、 向大 相地 反等 流的回力牵作引用变于电轮所 对。 ，从而形成 牵引力，牵引列车运行。
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当采用近期运量计算时：
3-电力牵引与电气计算
→
i=f(t)
给定某一供电臂，全天列车对数N，由原始资料
ik(t)=f(t) k=1,2,…，2N
2N
对于全天
ia i k ( t )
k 1
在一个周期内（1440min）进行积分，得 Ia 、I a
方法二：统计法
根据概率论对ia 进行统计，求得 Ia
Nt gi
0
1 ii dt T Nt gi
Nt gi
Nt gi
0
iidt
Nt gi 1 Ia Nt gi i 1 T
n n i 1
Nt gi
0
1 ii dt T Nt gi
Nt gi
Nt gi
0
i i dt
SS3型电力机车的牵引特性曲线和牵引电流特 性曲线如下。
根据我国具体条件和走自己发展的道路而设
计制造的电力机车，质量和性能不断提高。 随着微电子技术的迅速发展，交流传动机车 是当今世界机车技术的发展趋势。中国铁路在交 流传动机车技术方面的研究开始于上世纪70年代
末，其间进行过交－直－交电传动地面试验系统
•制动
电能制动、机械制动
交－直型机车的网上取流都是感性滞后的，
并且因取流大小而异。考虑各种工况，一般网上
平均功率因数为0.8或略高。
SS3型电力机车 SS3型电力机车的牵引电机仍为串激直流电机， 仍属于交－直型。牵引电机每轴一台，共6台。每 台小时功率为800kW，SS3型机车总功率为 4800kW。与SS1型相比， SS3型电力机车采用了 较为先进的可控硅半控桥式整流电路。
A Ag Aga Ac Ab
第3章牵引变电所容量计算与确定
3-1-3 列车能耗
3-1-3 列车能耗 电力机车在运行中消耗的能量是电能，通常称之为列车能耗。
在电力牵引中，列车的运行状态有三种：牵引状态、惰行状态、制动 状态。具体采用哪种状态取决于线路的情况。
在牵引计算中，根据线路状况和列车的运行状态可以通过作图得到列 车电流曲线，即列车取流与走行路线（或时间）的关系曲线，在列车上装 设记录式仪表可画出电流曲线。如：宝风线某段实测的电流曲线如图3-1 所示。
若国家规定的年输送能力已接近线路输送能力时，可按线路输送能力 计算。若低于线路输送能力的一半时，可按2倍需要输送能力计算。在这 两种情况下，都不再考虑波动系数和储备系数。
因此，在计算牵引变压器容量时，计算列车对数N可按以下三种情况 确定：
3-1-1 确定列车数的计算条件
1、采用近期年运量时
N K1K2 104 列 /日
3-3-1 不同结线方式变压器的绕组有效电流
3-3-1 不同结线方式变压器的绕组有效电流
计算变压器绕组有效电流，首先要明确供电臂负荷在变压器采用不同 结线方式时在变压器绕组中的分配关系。这样就可以用供电臂有效电流和 平均电流求得变压器绕组的有效电流。
1、三相YN，d11结线牵引变压器重负荷绕组的有效电流
第3章 牵引变电所容量计算与确定
3-1 计算条件 3-2 馈线电流 3-3 牵引变压器的计算容量 3-4 牵引变压器的校核容量 3-5 牵引变压器的安装容量
3-1 计算条件
3-1 计算条件
为了合理地确定变压器的额定容量，在进行变压器容量计算时，要 正确选择变压器计算的条件。
牵引变压器的计算容量取决于各供电臂的负荷电流，而各供电臂的 负荷电流主要取决于电力机车类型、牵引定数、牵引方式、线路坡道、 行车量和线路通过能力等。在诸多因素中，当线路断面确定后，年运输 量是确定供电臂负荷的关键因素。由年运输量可以算出线路要通过的列 车数，它反应了列车的密度。其次是列车的用电量，由它可以算出列车 电流，进而确定各供电臂电流。
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
最新05 牵引变电所容量计算(一)计算条件与馈线电流
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背景材料 一
❖ 【案例一】：某YN/d11型牵引变压器，92年 投入运行时容量为20000kVA，至95年时因过 负荷频繁而更换为25000kVA，运行至98年时， 日平均过负荷次数达到40次，因过负荷跳闸 次数一日内曾多达15次，严重干扰了正常的 运输秩序。于99年又将此变压器更换为容量 31500kVA，2006年更换为32000kVA的三相 VV接线变压器。
❖ （2）行车密度极不均匀。线路上列车密集则负荷大，反之 则负荷小，没有车则负荷为零。(有时列车密度非常大，有 时则很长一段时间没有车运行)
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n 1
能耗基本公式：
AT•U•I
列车能耗是计算变压
t•n 总时(m 间in)器容量的基础，有了 列车能耗就可以计算
n
列车电流、馈线有效
in
0
n 1
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电流，进而计算牵引
- -电流平均值 变压器容量。
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列车运行的3种状态
❖ 在电力牵引中，列车的运行状态有三种：牵引状态、惰行 状态、制动状态，具体采用哪种状态取决于线路的情况， 如：列车在上坡时，运行阻力加大必然加大牵引力，列车 电流也就随之加大，反之，列车下坡时，其自重形成牵引 力就可少用电或不用电。
05 牵引变电所容量计算(一)计 算条件与馈线电流
牵引 供电 系统 4种 电流 制式
2012春级 电气化铁道供电系统 学习指导及复习题
2012春《电气化铁道供电系统》学习指导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基本知识三相牵引变压器均为双绕组油浸变压器。
国家标准规定三种形式为标准接线，即Y/d11，Y/yn12，YN/d11。
牵引变电所采用其中YN/d11接线，原边电压110KV(220KV)，副边电压27.5KV。
【补充知识点】：Y—原边星形接线(大写)；N—原边带中性点引出线y—副边星形接线(小写)；n—副边带中性点引出线d—副边△形接线；12,11—为接线组别，用于表示副边电压与其对应的原边电压之间的相位关系。
电力牵引与电气计算、牵引变电所容量
定义
电力牵引是一种使用电能作为 动力源的牵引方式，通过牵引 电动机驱动车辆或机械设备。
环保
电力牵引不产生尾气和噪音污 染，对环境友好。
可靠性高
电力设备具有较高的可靠性， 减少了机械磨损和维护成本。电力牵引的应用与发展 Nhomakorabea应用
电力牵引广泛应用于地铁、轻轨 、动车组、货运列车等领域，成 为现代轨道交通的主要牵引方式 。
供电距离和线路参数
供电距离越长，线路阻抗越大，所需 牵引变电所容量越大。
牵引网供电方式
不同的牵引网供电方式对牵引变电所 容量有不同的影响。
牵引变电所容量优化策略
根据实际运行情况调整变压器分 接头
通过调整变压器分接头来改变电压水平， 从而减小变压器容量。
采用新型节能设备
采用新型节能设备如高效电动机、节能变 压器等，以减小牵引负荷，从而减小牵引 变电所容量。
优化供电系统网络结构
加强负荷管理
通过优化供电系统网络结构，减少供电距 离和线路阻抗，从而减小牵引变电所容量 。
通过加强负荷管理，合理安排机车运行和 调整负荷曲线，提高负荷率，从而减小牵 引变电所容量。
04 牵引变电所容量与电力牵 引的关系
牵引变电所容量对电力牵引的影响
供电能力
01
牵引变电所的容量直接决定了其供电能力，从而影响电力牵引
列车运行图
列车运行图决定了电力牵 引系统的运行方式和时间， 从而影响牵引变电所的容 量需求。
技术进步
随着电力牵引技术的不断 进步，列车牵引负荷逐渐 增加，对牵引变电所的容 量需求也随之提高。
电力牵引与牵引变电所容量的协调发展
规划与设计
在电力牵引系统的规划与设计中， 应充分考虑牵引变电所的容量需 求，确保其满足电力牵引发展的 需要。
《牵引供电系统》-第三章-牵引负荷计算
2、列车带电平均电流Ig
Ig 60 A A 7 2.4 7 Utg tg
列车通过供电分区的总的给电运行时分，min
§3.3 牵引负荷计算
3、列车有效电流 I ε
定义：列车电流在供电区间运行全部时间内的均方根值。
公式：
I ε kε I
有效系数，一般1.23~1.41
4、列车带电有效电流 I 公式：
§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。
1440 N max 180 8
单线铁路按按每区间均有一列车计算
N max
一对车在第i个区间的 上行净走时间，min
1440 t i t i'
停车、会让时间， 一般取7min
§3.3 牵引负荷计算
ΓJ在不同条件下取值不同。
储备系数，单线取 1.2，双线取1.15。
当采用近期运量计算时
J K1 K 2
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。
车辆惰性运行和停站时，电力机车只有自用电电流。
§3.2 车辆电流和能耗
续上页
车辆电流与铁路线路状况紧密相关。如上坡时车辆运行 阻力加大，牵引力和机车电流也加大；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)， 则每个时刻都有对应的取流(i)的数值，τ=nΔt。
牵引变电所容量计算一计算条件与馈线电流
容量过小，长期过载，易损
容量大小要合理
容量过大，损耗大，成本高
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二、牵引变压器容量计算的3个步骤
❖ (1)确定计算容量--按正常运行的计算条件求出 主变压器供应牵引负荷所必需的最小容量。
❖ (2)确定校核容量--按列车紧密运行时的计算条 件并从充分利用牵引变压器的过负荷能力所计 算的容量。
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n 1
能耗基本公式：
A T •U • I
t • n
n
in
0
n 1
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总时间(min)
- -电流平均值
列车能耗是计算变压 器容量的基础，有了 列车能耗就可以计算 列车电流、馈线有效 电流，进而计算牵引 变压器容量。
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列车运行的3种状态
❖ 在电力牵引中，列车的运行状态有三种：牵引状态、惰行 状态、制动状态，具体采用哪种状态取决于线路的情况， 如：列车在上坡时，运行阻力加大必然加大牵引力，列车 电流也就随之加大，反之，列车下坡时，其自重形成牵引 力就可少用电或不用电。
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背景材料 二
❖ 【案例二】：某三相VV结线牵引变压器， 2007年1月投入运行，容量为 10000+12000kVA。2007年11月，过负荷信 号动作频繁，同时机车司机时常反映，列车 运行至供电臂末端大上坡道时，接触网末端 电压很低，常启动困难，变电所值班员检查 变电所母线电压在大负荷时常低于22kV。
3-接触网
1-电力系 统
2-牵引变电所
4-电力机
车
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馈线电流
馈线电流是确定主设备容量的主要数据 定义：牵引变电所侧母线经由馈电线送到牵
引网中的电流，即牵引变电所的负荷电流。 牵引变电所馈线电流，等于供电分区各运行
列车的电流之和。 计算方法： 1.负荷过程法 2.同型列车法 3.概率统计法
②充分利用牵引电动机容量；列车轻载时，运行 速度高；重载时，运行速度低。 2.直流串励电动机特性： ①起动转矩大，过载能力强。
②当负载转矩增加时，电动机转速会自动下降。 即低速时所需转矩大，高速时所需转矩小。
§3.3 牵引计算
牵引计算是根据机车类型、牵引重量及必要 的线路条件等原始数据，为电气化铁路设计 提供必要的结果的过程。
第三章
电力牵引与电气计算 牵引变电所容量计算与选择
§3.1概述
牵引供电系统的电能是通过电力机车转化成机械 能来牵引列车运动的。
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
电力机车由于受运行图及牵引重量、线路状况、 司机操作情况等因素的影响，使牵引过程包括了 多种工况。
备用方式：
牵引变压器在检修或发生故障时，都需有备用变压器 投入，以确保正常的铁路运输。
2.列车取电平均电流为：
Ig
60A tg U
It
tg
tg
Ig It
考虑列车正常运行时的自用电7A：
Ig
It
tg
760A7 tgU
3.列车取电走行时间内有效电流：
Ig
1 tg
tg 0
ih2dt
令 Ig KIg ， K 为机车取流有效系数 一般 K 1.031.05 通常取 K 1.05
电力机车简况及其牵引特性
交流电力机车因主电动机和种类而异。 a.接受交流电后变换为直流利用直流电动机运行 b.直接将交流降压后利用交流整流子电动机运行 目前多采用的是将交流变换为直流后利用直流串
励电动机运行。
1.电力机车特性的要求： ①电力机车出发时，速度为零，需要很大的力； 要求起动加速力大。
紧密运行时牵引变压器容量计算
紧密运行：线路行车中不可避免的短时间高峰 运输。
馈线电流计算方法： 以紧密运行时全天运行密 度N´代替以上公式中的N即可。
N´确定：
复线：上、下行均按10min(或8min)为间隔连
发
N1440或 N1440
10
8
即每天144对列车或每天180对列车
单线：经验公式： N 1440 按每区间均有一算 列车计
SS1型电力机车主电路
25kV
机车主变压器
700kW
平波电抗器
整流机组
直流牵引电机，串励机 4200kW
电力机车的工作过程
牵机引车变主电变所压输器出将的 高高 压压 交交 流流 电电 送变到为接低触压网交以流后电，由 再机 经车 过受 整电 弓流和器接组触整线流接后触变而 为引 直入 流机 ，车 供， 机给车牵电引流电经动主机断，路 牵器 引、 电高 动压 机电 流得互电感旋器转，到其机转车 轴变 输压 出器 的高 机压 绕械组功，率再通经过过齿低轮压传电动流装互置感传器、 车送给体轮、对接，地轮电对刷作、用轮于轴轨、道车，轮 到轨轨道道以，大然小后相经等轨 、道 方、 向大 相地 反等 流的回力牵作引用变于电轮所对。 ，从而形成 牵引力，牵引列车运行。
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
a.列车运行速度v与列车走行距离的关系，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与列车走行时间的关系，i=f(t) 由t=f(l)、 i=f(l)曲线作出。
当采用近期运量计算时： NK1K2104 (列/日 )
36G 5净
当需要输送能力接近线路输送能力时： N 线104 (列/日)
365G净
当需要输送能力低于线路输送能力的一半时： 2 104
N
365G 净
二、列车用电量的计算条件
对于不同类型的列车，都按满载货物列车考虑。
力的情况下能安全运行。
牵引变压器校核容量的确定
1.不同结线型式牵引变压器最大容量的计算 以三相YN,d11结线牵引变压器为例
S m a K tU x2 I a ,m 0 a .6 x I b 5
轻负荷臂有效电流
重负荷臂最大电流
2.校核容量的确定
在最大的容量Smax的基础上，再考虑牵引变压 器的过负荷能力后所确定的容量，就是校核容
(2)馈线日平均电流 IF 由已知的原始数据：
Ig ht6gh0AUh Ight6gh0AUh
或:
Ig
1 htg h
th 0
ihdt
Ight1gh
th 0
ihdt
所以，我们可由上、下行的牵引能耗、上下
行的带电运行时间；或由上下行的即时有效电
而馈线负荷的变化具有随机性。
进行牵引负荷及电气量的精确计算是复杂而困难的。
本章主要内容
电力机车的牵引特性 牵引计算 馈线电流 牵引变电所容量计算与选择
§3.2 电力机车牵引特性
交直型电力机车：
25kV,50Hz 机车牵引 降压
全波 整流 直流
~
变压器
整流电路
牵引电机
实现这一转变过程的是机车主电路，以SS1 为例。
2.单相变压器 按馈线有效电流（全日平均）Iε(Tr)计算
S计(单 U 相 I)(Tr)
若由两臂合成到馈线，则 iF iR iL 均方根值I2F I2R I2L 2IRIL S计(单相 )U I2R I2L 2IRIL
单例相：变已压知器IR计=算18容0A量，。IL=200A，KεF=1.35，求
t0i t0i
t0i t0i —一对车在第i个、 区下 间行 上净走行时
—停车会让时间，7一 分般 钟取
由此可得馈线电流，进而可得变电所容量
牵引变压器的校核容量
对牵引变压器进行容量校核，要达到两个方 面的目的：
1.为了满足列车紧密运行的需要 2.为了保证牵引变压器在充分利用过负荷能
列车运行曲线
列车电流曲线与列车运行的状况有关。 通过司机操作，机车可在启动、正常牵引、
惰行、制动等多种状态下运行。 惰行：机车断电运行，靠惯性行驶。 制动：对列车加制动力，使列车减速或停止 前进。
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。
当电力牵引的旅客列车数比例较大时，或上、下 行方向空载车数比例很大时，也可分别按实际的客、 货、空列车的用电量计算。
三、牵引变压器校核容量的计算条件
按其最大容量的需要来确定，应计算最大列车数： Nmax(N非)。
列车电流
☻列车瞬时电流 ih:指列车电流的即时有效值 (h=1,2,…,n,h为供电臂内运行的列车数)。
正常运行时牵引变压器容量计算
正常运行和紧密运行是相对而言的，一般按全日平均有 效电流选择变压器。
1.三相牵引变电所
计算容量取决于重负荷绕组的有效电流。
I(T r)
1 3
4I2重 2I重I轻 I2轻
1 3(2I重
0.65I轻)
所以变压器计算容量(按正常运行考虑)
S 计 3 U (TI)r K t K t0 .94
列车运行图：
馈线电流的计算 (1)原始数据：
N 每日列车对数(上行列 N ，下行N列)
Ah， Ah 第h列车通过全分区上、下行牵引能耗
q 所论及供电分区的区间数
ih， ih 第h列车在供电分区内t时刻取流有效值 tgh， tgh 第h列车通过全分区上、下行带电运行时分 th， th 第h列车通过全分区上、下行总运行时分 Igh， Igh 第h列车通过全分区上、下行带电平均电流
牵引计算需要的原始数据主要有：
1.机车参数，包括机车类型及其牵引特性，机 车重量；
2.上、下行单列牵引重量； 3.线路情况，如区段总长度，最小曲线半径，
上、下行坡道等。
要求提供的主要结果有： 1.区间运行时分及带电运行时分； 2.区间上、下行能耗； 3.列车运行曲线
牵引计算中获得列车运行曲线是问题的关键！
tgh
tgh
tgh
Ig h Pgh
Igh Pgh
Ig Pg
时:
IF 2NPgIg PIg
P—(N对其 列车中:作P用2时N)馈Pg 线2全NT天tg带电概率
Ig—每列车通过全区的全日平均带电电流 tg—每列车通过全区带电时间(min)
(3)馈线电流有效值
i
能耗的计算
利用i=f(t)曲线计算列车电流及能耗。
将时间[0,τ ]区间划分为n个间隔，
每一等份为Δt(分钟)，则每个时刻 τ 0 1 2 3 ………… ……
t
都有对应的取流(i)的数值， τ =nΔtFra bibliotek 电流平均值：
I
1 n 1
k
n 0
ik
平均电压U=25kV
列车用电平均功率： PUI
那么：各区间日带电概率也相同，即：
PkPZ
N
tg
Tn