带回流线的直供型牵引供电系统
高铁变电所主接线的作用及识读—高铁牵引变电所典型主接线分析
项目七、高铁变电所主接线识读
任务3、高铁牵引变电所典型主接线识读
目录
一一带 直接供电方式的三相变电所
二 直接供电方式的V/V变电所 三 直接供电方式的单相变电所
四 AT供电方式的三相=二相变电所
五 AT供电方式的V/X客运专线变电所
六四
AT供电方式的单相变压器客运专线 变电所
28BLF 301 303 3141
F4
28BLT 27BLT 3102
T3 T4
27BLF 3131
F3 下行
上行
六、AT供电方式下的单相变压器客运专线变电所电气主接线
220kV 1#进线
1BL 1013 1011D
1011
1YH
1012
101
1001（电动）
11BLT
T1 F1
1B1B
接JD
接JD
11BLF
12BLT
201 11YHT 11YHF
2011D 2011
12BLF 13BLF
202 2021D 2021
二、带回流线的直接供电方式下的V，v接线牵引变电所电气主接线
分析要点： 高压侧主接线 高压侧设备情况 主变压器二次侧接线 牵引侧接线 馈线侧接线 电容补偿装置 自用电装置
三、带回流线的直接供电方式下的单相牵引变电所电气主接线
三、带回流线的直接供电方式下的单相牵引变电所电气主接线
分析要点：
四种常见运行方式： 直列供电 1WL向T-1供电 2WL向T-2供电 交叉供电 1WL向T-2供电 2WL向T-1供电
五、AT供电方式下的单相V/X客运专线变电所电气主接线
五、AT供电方式下的单相V/X客运专线变电所电气主接线
牵引供电-供电方式
牵引网供电方式的比较
AT供电方式特点 1) AT供电方式特点 25kV系统，供电电压比直供方式高一倍， kV系统 ① 2×25kV系统，供电电压比直供方式高一倍，电压 损失降为1/4 ， 牵引网单位阻抗约为直供方式的1/4 损失降为 1 牵引网单位阻抗约为直供方式的 1 实际略高） 电能损失小，显示了良好的供电特性； （实际略高），电能损失小，显示了良好的供电特性； 牵引变电所的间距大，易选址， ② 牵引变电所的间距大 ，易选址 ，减少了外部电源 的工程数量和投资； 的工程数量和投资； 减少了电分相数量，有利于列车的高速运行； ③ 减少了电分相数量，有利于列车的高速运行； 牵引网回路是平衡回路，防干扰效果， ④牵引网回路是平衡回路，防干扰效果，可改善电磁 环境，并减少防干扰费用； 环境，并减少防干扰费用；
• •
IC 1
•
•
•
IC 2
I
•
•
•
C
I1
AC
U1
55kV
•
•
I2
T
IT 1
•
IT 2
U2
I1
′ U1
•
IF
′ U2
•
•
I2
F C
T
F
复线末端并联AT网络 复线末端并联 网络
电流分配关系
•
• •
I1
•
IC 1
•
IC 2
•
•
U1
•
I
•
IT 1
•
IT 2
U2
I2
′ U1
•
•
IF
′ U2
•
•
I2
I1
x
D
单线短回路中的电流分配
(完整版)牵引供电方式
—轨道大地回路，改变为距离相对很小的接触网—回流线线路。而且，
方向相反，它们
这样就达到了牵引供电回路比较对称的目的，显著的消
使牵引电流在邻近的通信线路中的电
方式牵引网结构复杂，造价较高，由于吸流变压器串入接触网，使得牵
BT分段（火花间隙），不利于高速、
BT方式的钢轨电位低，抑制通信干扰的效果很好。
接触网对机车的供电方式
1） 直接供电方式
牵引网结构最简，投资最小，但钢轨电位较高，的直接供电方式
DN供电方式：在钢轨上并联架空回流线（又
。
原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵
其方向与接触网中馈线电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近，
G入地。在钢轨对地泄漏电阻和机车取流较
AT区段中部加横向连接线CPW，将钢
并联于牵引网中，克服了BT串入网中BT分段的缺陷，使供电电压成倍
170%-200%），网上压
5） CC供电方式
同轴电缆内外导体间的互感系数很大，吸流效果和抑制通信干扰的效果均
BT和AT供电方式。CC供电牵引网阻抗和供电距离与AT方式相近，钢轨
以加长带有不同电位的两段钢轨之间的距离，此外，当
--回方式比吸--轨方式抑制通信干扰的效果好。我国采用的BT方式均为
-回方式，日本东海道新干线也如此，而英国、法国、瑞典两种方式都有应用，
BT-钢轨方式。
1：1的特殊变压器，其特点是要求励磁电流小。吸
1.5-4km 设置
在两个吸流变压器中间，把轨道和回流线连接起来，这个连接
AF与T架设在同一支柱上。牵引变压器的次边以55kV，在供电臂上并接
。AT两半线圈匝数n1＝n2，即原、次边变比为2：1，使供给接触网上的电
牵引供电系统介绍
一、牵引供电系统组成：
满足牵引供电系统基本要求所采取措施：
（1）牵引变电所进线采用两路电源供电（两路电源引自不 同的电力变电所或同一变电所的两个不同母线），进线 系统采用带跨条的供电方式，主变采用一主一备， 27.5KV（55KV）采用母线分段，馈线采用主备供电 方式（50%或100%备用）等。
（2）采用补偿装置（固定或动态补偿），采用AT供电方 式等。高铁对供电电压的要求：接触网的标称电压为 25KV、长期最高电压为27.5KV、瞬时（5分钟）最高 电压为29KV,设计最低电压为20KV。普速对供电电压 的要求：最高工作电压为27.5KV、瞬时最大值为 29KV, 最低工作电压为20KV、非正常情况下，不得低 于19KV。
二、牵引供电回流方式
以上供电方式的回流线均不直接接钢轨，全部通过扼流 变压器接钢轨。回流线N与保护线PW的区别。
1.直接供电方式回流：所内接地。
二、牵引供电回流方式
AT供电方式（55KV）：通过放电器接地。
二、牵引供电回流方式
AT供电方式（2X27.5KV）,可转换为直供电方式 （TRNF）:所内、接触网端均接地。
二、牵引变电设备－断路器
主要介绍断路器结构形式：单相、二相、三相、 单相：一台操作机构控制一台高压单极 二相：分机械联动（55KV及220KV等级需求较少）和电
气联动。机构联动：一台操作机构通过传动连杆带动二 极同时动作。电气联动：每个单极配备一台操作机构， 通过一套电气控制回路带动二极同时动作。电气联动断 路器：二极间同步问题、分合闸时间问题、与保护装置 间的接口问题 三相：同二相
满足牵引供电系统基本要求所采取措施：
（3）采用补偿装置（固定式或动态补偿方式），提高 机车功率因数（如动车、各谐机车）。 （4）采用Scott、平衡变压器等。 （5）采用直供加回流、AT供电方式等（目前通信方式 基本采用光纤通信，对通信信号的干扰相对减少）
牵引变电所的几种供电方式
电气化铁道牵引供电装置，又称为牵引供电系统，其系统本身没有发电设备，而是从电力系统取得电能。
目前我国一般由110kV以上的高压电力系统向牵引变电所供电。
目前牵引供电系统的供电方式有直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、同轴电缆和直供加回流线供电方式四种，京沪、沪杭、浙赣都是采用的直供加回流线方式。
一、直接供电方式直接供电方式(T—R供电)是指牵引变电所通过接触网直接向电力机车供电，及回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所的供电方式。
这种供电方式的电路构成及结构简单，设备少，施工及运营维修都较方便，因此造价也低。
但由于接触网在空中产生的强大磁场得不到平衡，对邻近的广播、通信干扰较大，所以一般不采用。
我国现在多采用加回流线的直接供电方式。
二、BT供电方式所谓BT供电方式就是在牵引供电系统中加装吸流变压器(约3～4km安装一台)和回流线的供电方式。
这种供电方式由于在接触网同高度的外侧增设了一条回流线，回流线上的电流与接触网上的电流方向相反，这样大大减轻了接触网对邻近通信线路的干扰。
BT供电的电路是由牵引变电所、接触悬挂、回流线、轨道以及吸上线等组成。
由图可知，牵引变电所作为电源向接触网供电；电力机车(EL)运行于接触网与轨道之间；吸流变压器的原边串接在接触网中，副边串接在回流线中。
吸流变压器是变比为1：1的特殊变压器。
它使流过原、副边线圈的电流相等，即接触网上的电流和回流线上的电流相等。
因此可以说是吸流变压器把经钢轨、大地回路返回变电所的电流吸引到回流线上，经回流线返回牵引变电所。
这样，回流线上的电流与接触网上的电流大小基本相等，方向却相反，故能抵消接触网产生的电磁场，从而起到防干扰作用。
以上是从理论上分析的理想情况，但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流，所以经回流线的电流总小于接触网上的电流，因此不能完全抵消接触网对通信线路的电磁感应影响。
另外，当机车位于吸流变压器附近时回流还是从轨道中流过一段距离，至吸上线处才流向回流线，则该段回流线上的电流会小于接触网上的电流，这种情况称为“半段效应”。
(完整版)牵引供电方式
接触网对机车的供电方式（1）直接供电方式牵引网结构最简，投资最小，但钢轨电位较高，对通信线的干扰感应最大, 主要适用于通信线路（主要是明线）较少或很易将受扰通信线迁改径路的场合。
基本型直接供电方式在法国、英国、原苏联都广泛应用。
牽引变电所 K（2）带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式简称 DN 供电方式：在钢轨上并联架空回流线（又 称为负馈线）。
增加回流线后，原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵 引变电所，其方向与接触网中馈线电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近， 因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果； 另外，钢轨电位大为降低，对通信线的干扰得到较好抑制。
还能降低牵引网阻抗，使供电臂延长30%以上。
牵引变电所 Z\l（3） BT 供电方式在牵引供电系统中加装吸流变压器-回流线装置的供电方式，称为吸流变压 器供电方式，简称BT （Booster Transforme ）供电方式。
它是在牵引网中，每相 距1.5-4km ,设置一台变比为1： 1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网， 二次线圈串接在回流线中，（即吸流变压器-回流线方式，简称吸-回方式），或串吸流变压器-轨道方方式）。
吸轨方式需要自吸流变压器处作绝缘轨缝，将轨道进行绝缘分段，依靠吸流变压器的作用，使绝大部分回归电流流经由轨道和吸流变压器二次线圈流回牵引变电所。
与吸--回方式相比，吸轨方式造价要低得多，对接触网的运行维护也比较有利，对于地形比较困难，或穿越长大隧道的的电气化区段是有意义的。
但是, 对邻近线路的防护效果要差一些。
而且，在绝缘轨缝两侧的轨端之间可能出现数百伏的电压，对线路维修人员的安全是个威胁，为了解决这个矛盾，可在吸流变压器出做两个绝缘轨缝，以加长带有不同电位的两段钢轨之间的距离，此外，当列车通过绝缘轨缝的整段时间内，吸流变压器由于副边线路被短路而失去作用。
吸--回方式比吸--轨方式抑制通信干扰的效果好。
带回流线的直接供电方式
8．1 带回流线的直接供电方式一、 引入： 直供特点： 优：简单 经济缺：通讯干扰强 轨道电位高 DN 方式： 改善 1、 回流线加强屏蔽2、阻抗及轨道电位降二、 牵引网阻抗 1、单线单回流线：Z 'R =注：（8.3） d NR (8.4)TR TN d d 回流线+轨道与接触线互几何均距. 由（8.5） 2、回流线裂相： 图8.2注： （8.6） 自几何均距 （8.7） （8.8）3、屏蔽系数及抗干扰： λN =RN λ/R λ RN λ=1—''R TR Z Z抗干扰因素： （1） Z 'TR ↑： λN ↓---------D TR ↓(2) Z 'R ↓ λN ↓-------Z N ↓ 裂相 良导体(3) 并联间距影响不大 。
4‘、应用; (1) 和BT 配合（2）应用广泛§8-2 AT 供电方式一、工作原理： 1、电路图 图 8.3 D=10Km2、防护原理：图 9.15 周围AT 均供电（1） 两个变压器供电且机车靠近AT 2 ------Z S =0 I 只流过AT 2（2）单独自耦供电变比关系磁势平衡 KCL（3）理想电流分布图9.16 注 i\2 i\3规律特点：（1） IR =0 (2) IT=IFdTF↓g↓3、长回路效应 ZS ≠0 使IR≠0 IG≠0 防护不理想4、短段效应：图 8.4由式8.11 因安培公里相同而方向相反所以无干扰二、牵变接线特点分类1、三相—两相（1）斯科特重点图8.5《1》应用广泛《2》无中心抽头必须加AT注; 电分相电压（2）阻抗匹配平衡《1》电压关系《2》正交电压《3》省变电所AT《4》电分相电压2、三相十字交叉（1）三相双绕组十字交叉图 8.7 （a） (b)注：接入相序（2）三相三绕组图8。
8 （a） (b)3、V,v(或V,x)接线（1）单相V,v （或分体式V,x）图8。
9 R接防电器省AT 但复杂要备用少用（2）三相V,v（或连体V,x）图：8。
牵引变电所的几种供电方式
电气化铁道牵引供电装置,又称为牵引供电系统,其系统本身没有发电设备,而就是从电力系统取得电能。
目前我国一般由11０kＶ以上得高压电力系统向牵引变电所供电。
目前牵引供电系统得供电方式有直接供电方式、BT供电方式、AＴ供电方式、同轴电缆与直供加回流线供电方式四种,京沪、沪杭、浙赣都就是采用得直供加回流线方式。
一、直接供电方式直接供电方式(T—Ｒ供电)就是指牵引变电所通过接触网直接向电力机车供电,及回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所得供电方式。
这种供电方式得电路构成及结构简单,设备少,施工及运营维修都较方便,因此造价也低。
但由于接触网在空中产生得强大磁场得不到平衡,对邻近得广播、通信干扰较大,所以一般不采用。
我国现在多采用加回流线得直接供电方式。
二、BT供电方式所谓BＴ供电方式就就是在牵引供电系统中加装吸流变压器(约3~4km 安装一台)与回流线得供电方式。
这种供电方式由于在接触网同高度得外侧增设了一条回流线,回流线上得电流与接触网上得电流方向相反,这样大大减轻了接触网对邻近通信线路得干扰、BT供电得电路就是由牵引变电所、接触悬挂、回流线、轨道以及吸上线等组成。
由图可知,牵引变电所作为电源向接触网供电;电力机车(EL)运行于接触网与轨道之间;吸流变压器得原边串接在接触网中,副边串接在回流线中。
吸流变压器就是变比为1:1得特殊变压器、它使流过原、副边线圈得电流相等,即接触网上得电流与回流线上得电流相等。
因此可以说就是吸流变压器把经钢轨、大地回路返回变电所得电流吸引到回流线上,经回流线返回牵引变电所。
这样,回流线上得电流与接触网上得电流大小基本相等,方向却相反,故能抵消接触网产生得电磁场,从而起到防干扰作用。
以上就是从理论上分析得理想情况,但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流,所以经回流线得电流总小于接触网上得电流,因此不能完全抵消接触网对通信线路得电磁感应影响。
另外,当机车位于吸流变压器附近时回流还就是从轨道中流过一段距离,至吸上线处才流向回流线,则该段回流线上得电流会小于接触网上得电流,这种情况称为“半段效应”。
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• 三相电源参数：线电压110kV。变压器参数：容量 50MVA, 变比110 kV /27.5 kV，短路阻抗百分数10.5%。
24•229010184-6）-15
•第二部分：牵引网
• 流向吸上线3和4的电流的 比值为：54：42=1.29。
牵引供电系统：相邻牵引变电所的牵引变压器原 边换接相序；牵引变电所采Scott接线的变压器；
电力系统：在发电厂或者枢纽变电所安装特殊订货 的同步调相机，或者是临时性的过渡措施，来改变 系统负序电流的分配，以减少负序电流流入负序承 受能力弱或较重的设备。
4•229010184-6）-15
•第三部分：电能质量
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•第二部分：牵引网
4的 参数的变化趋势相同。
相较于单线供电，复线供电时， • 且由于复线是上下行分开并联供
电力机车的运行使电力系统中的
电，电力机车位置不同，上下行 的电压电流的取值也不一样，
谐波含量更是明显增加，网压侧 的电流谐波含量非常大，导致其
• 值得注意的是：频率下降时，在整流触发失败之前，牵 引电机的直流分量有一个明显增加的过程，甚至会高达 牵引电机额定工作电流的2倍，显然，若是让牵引电机 长时间在如此高的电流下工作，会大大的影响电机的寿 命，甚至导致其烧毁。
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单 线 区 段
•第三部分：电能质量 4、网压侧电压骤降的影响
94•229010184-6）-15
•第三部分：电能质量
5、网压侧电压偏差的影响
在整流桥均为满开放时，调节网压侧的电压值，当 网压下降为102.75kV时，整流侧的牵引电机工作在 额定的工作状态，此时，其直流分量分别为1.0328k V，0.840117k A。此时，牵引网的功率因数为：
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带回流线的直供型牵引供电 系统
24•229010184-6）-15
提纲
SS4型电力机车的建模与仿真研究 带回流线的直供型牵引网的建模与
供电系统的研究
牵引供电系统的电能质量研究
• 电力机车产生的谐波，负序问题 • 电网侧频率偏差，电压偏差、骤降（
升）对电力机车运行的影响
34•229010184-6）-15
•
即牵引网供电系统中，各部分电 压电流的分布与机车的所在位置
的波形畸变更为严重。
密切相关。
94•229010184-6）-15
•第三部分：电能质量
第三部分：电能质量研究
分单复线供电区段从以下几方面分别讨论 了电能质量的问题：
➢电力机车引起的谐波分析 ➢电力机车产生的负序分量 ➢电网频率偏差的影响 ➢网压侧电压骤降的影响 ➢网压侧电压偏差的影响
04•229010184-6）-15
•第三部分：电能质量
1、电力机车引起的谐波分析
• 单线区段
• 复线区段
• 电力机车的整流电路产生的谐波含量以奇次谐波为主复 线区段网压侧的变压器原边的谐波总含量比单线区段时 略高一些，因为多列电力机车工作在不同的位置产生的 谐波含量是变化的。
• 谐波的含量增加也导致了电网侧的功率因数的降低。
消除或者减少电力系统中的谐波含量，措施：
✓ 在牵引变电所牵引侧或者是电力机车上加装装设并 联电容补偿装置
✓ 减少谐波电流的发生量 ✓ 电力系统增容，调整运行方式等等。
24•229010184-6）-15
•第三部分：电能质量
2、电力机车产生的负序分量
单 线 区 段
复
线
区
段
• 当牵引变压器所采用单相接线牵引变压器时，其负 荷在三相电力系统中引起的负序电流绝对值与正序 电流绝对值相等，电流不对称系数为也依然为100% 。
94•229010184-6）-15
第二部分 带回流线的直供型牵引网的
建模与供电特性
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第二部分：牵引网
1、牵引网阻抗的等效原理
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2、仿真电路图
•第二部分：牵引网
• 六个传输线模块（seg1～seg6），每一表示5km,总供电 距离为30km。
• 而若是网压侧的电压值过高，虽然理论上，可以通过触发 角的调节总是能使整流桥的输出电压值保持在牵引电机的 额定电压上，但是过高的网压会使晶闸管寿命缩短，甚至 烧毁。所以这也是不允许的。
• 在复线区段，其现象与结论与单线区段一致。
24•229010184-6）-15
总结与展望
• 结果表明：由于电力机车为单相相控整流型非线 性负荷，必然会在电力系统引起负序分量，谐波 含量多，功率因数低等电能质量问题。
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•第二部分：牵引网
4、复线区段的供电特性
其中接触网采用接触网选GLCA-， 承力索选GJ-70，回流线选LJ－ 185，钢轨选50kg/m。
• 上下行回路间的零序互阻 抗
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•第二部分：牵引网
4、复线区段的供电特性
• 上行机车位于12km处，下行机车在15km处
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•第三部分：电能质量
1、电力机车引起的谐波分析
• 当谐波电流返回系统时，由于牵引网对地分布电容和回 路电感的影响，可能构成谐波的谐振回路，造成谐振放 大，危及系统安全。
• 谐波电流流过牵引变压器，会产生谐波电压降，引起附 加铁损和铜耗，使变压器容量减小，效率降低。
3、仿真电路图
•第二部分：牵引网 • 带SS4机车负载时
• 除了用机车模型代替恒阻抗负载，还将电力机车位 于离牵引所12km处，其他参数取值均不变。
54•229010184-6）-15
•第二部分：牵引网
• 其谐波含量明显，也导致 读数时其值过大
带SS4电力机车负荷与带恒 阻抗负荷时钢轨电位的变化 趋势完全一样，只是在钢轨 电位值大小上又差异。毕竟 电力机车是一个非线性变化 的负荷，不是一个恒阻抗。
•
第一部分：SS4电力机车
4、SS4主电路的调速特性
在整流电压电流的线性给 定值下，由
• 牵引电机空载电势的计算 • 整流桥的触发角的确定 描绘SS4电力机车的调速特 性曲线，如右图：
84•229010184-6）-15
•
第一部分：SS4电力机车
5、SS4的功率因数
• 电力机车的功率因数 PF与机车速度的关系 称为功率因数特性。
64•229010184-6）-15
•
第一部分：SS4电力机车
3、整流电路漏抗的影响
考虑漏抗时四段整流桥的输出电压 ：
•=
•=
•
• 要计算有重叠 导通时的输出 电压平均值， 就得在每次换 流中从不考虑 重叠的输出电 压中减去换流 期的电压损失 ，只要计算换 相压降 即可 。
74•229010184-6）-15
•第三部分：电能质量
5、网压侧电压偏差的影响
在整流桥均为满开放时，若网压侧的电压值继续下降，牵 引电机的电流也将低于其额定电流840A。当网压下降为 10%，即为99k V时，整流侧电压电流的直流分量分别为 1.02569k V，0.745709k A，则牵引功率为
此时，牵引网的功率因数为：
14•229010184-6）-15
第一部分
SS4电力机车的建 模与仿真研究
4•229010184-6）-15
第一部分：SS4电力机车
1、SS4 电力机车的相控调压原理
54•229010184-6）-15
•
2、仿真电路图
第一部分：SS4电力机车
• 网压电源为的理想电压源； • 变压器：4760kVA，
25000/671.14/2×335.57V； 漏抗11%； • 平波电抗器0.0078H，牵引电 机的总电阻为0.044104Ω。
•第三部分：电能质量
5、网压侧电压偏差的影响
• 相较于在同等条件时在机车在额定工况工作条件下，当其 牵引功率下降时，会导致其主电路的功率因数下降。
• 在整流电路中，因为直流侧的电压与电流值与晶闸管的触 发角直接相关
• 但是若是网压侧的电压值过低时，即使整流桥全部满开放 ，整流电压也不能达到牵引电机的额定功率，此时，电力 机车的正常运行就会受到影响。
在加上断路故障时， 会引起电网侧的电流 的谐波含量增加。并 且，故障持续的时间 越长，其增加的谐波 含量越大。
74•229010184-6）-15
•第三部分：电能质量
4、网压侧电压骤降的影响
• 复线区段
与单线区段一样, 在加上 断路故障时，会引起电网 侧的电流的谐波含量增加 。并且，故障持续时间越 长,其增加的谐波含量越 大。
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•第三部分：电能质量
4、网压侧电压骤降的影响
• 对于电网出现的频率偏差，电力机车的异 常反应极为迅速，而且对电网的频率偏差 范围要求更严格。
• 单复线供电区段出现网压骤降时，一样会 导致系统的谐波含量增加，功率因数下降 。
• 相较于频率偏差，电力机车的反应要相对 缓和一些，在网压迅速恢复时，整流电路 又会很快恢复正常。
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•第二部分：牵引网
• 随着节点离变电所距离变长，钢 轨电压下降
• 泄露电流的影响主要表现在当电 力机车通过时，会引起通信设备 地电位升高，从而影响通信设备 的正常运行。
• 列车处钢轨电位越高，列车获得 的牵引电压就越小。所以，降低 钢轨电位是很有实际意义的。
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• 图中也清楚的显示了零序电流为0，即单相的电力机 车负荷并没有在系统中引起零序电流。