高速鐵路牽引供電技術(shù)

1、高速鐵路牽引供電技術(shù),1、高速鐵路的特點2、牽引網(wǎng)供電方式的比較3、外部電源對供電方式的影響4、牽引變壓器選型及容量5、無功補償及濾波裝置6、牽引供電所設計7、設備選型原則8、綜合調(diào)度系統(tǒng),1、高速鐵路的特點,1）線路特點正線數(shù)目：雙線全封閉客運專線；最大坡度：12‰；到發(fā)線有效長度：650m；最小曲線半徑：一般7000m，困難5500m；線間距：5.0m；設計速度：列車運行速度在200～350km/h之間，線

2、路平縱斷面和基礎設施滿足350km/h的條件；牽引種類：電力；列車類型：大功率流線型交--直--交動車組,1、高速鐵路的特點,1）線路特點列車運行控制方式：自動控制 行車指揮方式：綜合調(diào)度集中；運輸組織模式：不同速度等級的高速列車共線運行閉塞方式：車載信號ATC自動閉塞；列車追蹤間隔時分：高速列車：3min設計，近期4min使用，設備綜合維修天窗：6h。,1、高速鐵路的特點,1）線路特點建筑限界：,1、高速鐵路的特點

3、,2）牽引負荷特點列車運行最高速度(km/h)：350km/h列車傳動方式:大功率交-直-交動車組 列車功率:≥16MW;可以近似為1MW/節(jié)負荷電流（A）：單車平均電流為770A左右 列車平均帶電概率：96%列車單位能耗（kWh/104t?km）： 列車平均單位能耗為711左右 電制動方式：再生制動 功率因數(shù)：0.97諧波含量：單次諧波含量低，但頻譜較寬 追蹤運行間隔（min）：3min設

4、計，近期4min,2、牽引網(wǎng)供電方式的比較,牽引網(wǎng)供電方式有： 1）直接供電方式（含帶回流線、加強線） 2）BT供電方式 3）AT供電方式 4）CC（同軸電力電纜）供電方式 對于高速電氣化工程，BT和CC供電方式均存在致命的弱點，是不能予以考慮的供電方式。,2、牽引網(wǎng)供電方式的比較,1)AT供電方式特點①2×25kV系統(tǒng)，供電電壓比直供方式高一倍，而牽引網(wǎng)單位阻抗僅為直供方式的57％左右，電能損失小，顯示了良好

5、的供電特性；②牽引變電所的間距大，易選址，減少了外部電源的工程數(shù)量和投資；③牽引網(wǎng)回路是平衡回路，屏蔽系數(shù)為直供方式的1/20左右，防干擾效果，可改善電磁環(huán)境，并減少防干擾費用；④減少了電分相數(shù)量，有利于列車的高速運行；,2、牽引網(wǎng)供電方式的比較,1)AT供電方式特點⑤ 牽引網(wǎng)系統(tǒng)需設正饋線，較一般直供方式復雜，但在重負荷區(qū)段不必設加強導線，可與直供方式相當；變電系統(tǒng)較直供方式減少了牽引變電所的數(shù)量，但需設AT所，開關(guān)設備需用雙

6、極；⑥ 適用于高速和重載的重負荷鐵路及運輸繁忙雙線區(qū)段。⑦ 牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜，導線數(shù)量多，造價高。,2、牽引網(wǎng)供電方式的比較,2)直接供電方式①1×25kV系統(tǒng)，變電設施較為簡單，接觸網(wǎng)在一般情況下（重負荷除外）也比較簡單，但在接觸網(wǎng)使用加強導線的情況下，牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)已與AT供電方式相當；②牽引變電所的間距較小，這大大增加了電分相數(shù)量，不利于列車的高速運行，外部電源的工程數(shù)量和投資較大；③在牽引網(wǎng)的電壓損失和電能損失方面

7、較AT供電方式為大；,2、牽引網(wǎng)供電方式的比較,2)直接供電方式④牽引網(wǎng)回路是不平衡回路，防干擾性能差，加設回流線后的防干擾效果一般，并需增加防干擾費用；⑤適用于防干擾問題不突出和外部電源投資相對較小的區(qū)段及運輸繁忙干線、重載和高速線。⑥供電回路結(jié)構(gòu)簡單，運行可靠，造價低。⑦要對絕緣子閃絡采取保護措施。,2、牽引網(wǎng)供電方式的比較,3)供電方式選擇 在AT和直接兩種供電方式中，高速鐵路供電系統(tǒng)電源取自公共電網(wǎng)的國家，牽引網(wǎng)

8、均采用AT供電方式，電壓較直供方式提高一倍，供電臂長度增加一倍，同時滿足大功率負荷的需求。牽引網(wǎng)采用直接供電方式只有德國采用，因為德國采用獨立自用電源系統(tǒng)，全線接觸網(wǎng)可實現(xiàn)縱向并聯(lián)方式運行，沒有電分相，不存在通過電分相對列車速度的影響問題。 根據(jù)我國國情，應首先選用AT供電方式。,3、供電方式對外部電源的要求,1）外部電源電壓應為220kV 京滬高速鐵路是繁忙干線和重負荷線路，從高速電鐵牽引負荷的需用功率與電力系統(tǒng)相應電

9、壓等級所適應的輸送功率應相匹配的角度來看，牽引變電所的外部電源電壓等級應是220kV， 牽引變電所的外部電源是線路的基礎設施之一，只有采用220kV電源電壓供電才能滿足最高時速為350km/h的高速列車穩(wěn)定正常運行的需要。,3、供電方式對外部電源的要求,2）采用單相牽引變壓器對外部電源的要求 采用單相牽引變壓器的負序功率等于牽引負荷功率。電力系統(tǒng)公共連接點處的電壓不平衡度應滿足國家標準（GB/T 15543-95）的要求

10、，電壓不平衡度εU的最大限值是連接點處三相短路容量的4%。 牽引變電所的最大單相功率一般不超過120MVA，因此電力系統(tǒng)在正常的最小運行方式下，公共連接點處的三相短路容量應大于3000MVA，220kV電網(wǎng)的三相短路容量通常在3000MVA以上時，在公共連接點處引起的電壓不平衡度和諧波電壓畸變率可以滿足國家標準要求。,4、牽引變壓器選型及容量,1)牽引變壓器接線種類牽引變壓器接線型式有單相牽引變壓器、V/V接線牽引變壓器、平衡型

11、牽引變壓器和三相Y/?牽引變壓器 2)牽引變壓器接線特點單相牽引變壓器：容量利用率高，牽引變壓器的安裝容量小，負荷平穩(wěn)、電能損耗小、運營費用低、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高、設備數(shù)量少、運營維護方便和工程投資低、減少接觸網(wǎng)電分相數(shù)量和有利于電力機車再生能量的利用等優(yōu)點，但對電力系統(tǒng)的負序影響大。,4、牽引變壓器選型及容量,2)牽引變壓器接線特點平衡型牽引變壓器：兩臂牽引負荷相等的前提下，平衡型牽引變壓器的原邊三相是對稱的；它的過載能力強，容

12、量利用率較高?？筛纳茽恳冸娝l(fā)生三相不平衡的概率和減少對電力系統(tǒng)的負序影響，但是其結(jié)構(gòu)復雜，特別是高速列車采用再生制動方式，可能造成牽引變壓器的平衡效果的嚴重惡化,4、牽引變壓器選型及容量,2)牽引變壓器接線特點V接線牽引變壓器 ：兩臂牽引負荷相等的前提下，V接線牽引變壓器的負序功率等于牽引負荷功率的50%，對電力系統(tǒng)的負序影響較小。 ；結(jié)構(gòu)較簡單，但供電范圍小，實際安裝容量比單相牽引變壓器要大。Y/?牽引變壓器 ：制造和運行經(jīng)驗

13、較成熟，對電力系統(tǒng)的負序影響介于單相牽引變壓器和平衡型牽引變壓器之間，但是其容量利用率較低。,4、牽引變壓器選型及容量,3)牽引變壓器容量①計算條件高速列車4min追蹤間隔模擬仿真、變壓器過載能力為過載75%情況下滿足負荷需求運行1小時、采用單相變壓器；參照500系高速動車組的參數(shù)，進行牽引計算；選取一段完整供電臂的線路條件，配以機車特性進行模擬。②瞬間最大負荷185MVA,小時負荷111MVA。③計算容量47.7MVA，校核容

14、量53.6MVA，安裝容量2×63MVA。,4、牽引變壓器選型及容量,4)自藕(AT)變壓器容量①計算條件正常運行方式情況下，自耦變壓器的短時過負荷能力按200％考慮，非正常運行方式情況下，自耦變壓器的短時過負荷能力按250％考慮。在最大運行方式下，短時順勢容量不超過額定容量的25倍。②自藕變壓器采用上、下行互為備用③安裝容量10MVA。,5、無功補償及濾波裝置,本線高速列車采用交-直-交動車組，其功率因數(shù)在0.97

15、左右，故暫不在各牽引變電所內(nèi)設置無功補償裝置。 在諧波方面，高速鐵路采用交-直-交動車組，其諧波含量（尤其是3、5和7次諧波）比交直機車明顯減少，可以大大改善諧波電壓畸變率。同時電網(wǎng)的不斷擴大，提高了對負序和諧波的承受能力，相應解決了牽引供電的負序和諧波問題。,6、牽引供電所設計,1）設計原則①主接線型式的選擇和確定應滿足高速鐵路供電系統(tǒng)安全、可靠、靈活的要求；②兩回220kV單相電源，互為熱備用，兩臺單相牽引變壓器，100%固定

16、備用方式 ③饋線采用上、下行分別供電，力求可靠、靈活、簡單、節(jié)能； ④盡可能地減少各所的占地面積，并應與選址條件相適應。 ⑤牽引變電所按無人值班、有人值守設計，分區(qū)所、AT所和開閉所按無人值班、無人值守設計；,6、牽引供電所設計,1）設計原則⑥控制保護采用綜合自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)應具有故障性質(zhì)判斷和故障位置標定的功能。⑦設備選擇要努力實現(xiàn)無維修、壽命管理的目標。⑧高速鐵路系統(tǒng)設綜合調(diào)度中心，牽引供電遠東系統(tǒng)，成為綜合調(diào)度的子系統(tǒng)

17、之一（電力調(diào)度子系統(tǒng)）。⑨高速鐵路系統(tǒng)設綜合維修基地，有維修調(diào)度管理系統(tǒng)，實現(xiàn)工務、電務、電力、供電的集中管理。,6、牽引供電所設計,2）主接線方案進線采用不帶跨條的接線(即線路變壓器組接線)型式；饋線側(cè)采用AT所和分區(qū)所上下行并聯(lián)的接線方式，AT實現(xiàn)100%備用，同時并聯(lián)接線通過倒閘作業(yè)，可實現(xiàn)上下行分開供電。,6、牽引供電所設計,3）綜合自動化系統(tǒng) 綜合自動化系統(tǒng)是將獨立保護、測控單元設備，通過通信網(wǎng)絡構(gòu)成系統(tǒng)，實現(xiàn)對牽引供電

18、設施的保護、當?shù)乇O(jiān)控及遠程數(shù)據(jù)傳輸。綜合自動化系統(tǒng)既要考慮重要保護的獨立性，又要建立經(jīng)濟靈活的網(wǎng)絡形式，以實現(xiàn)資源共享，最大限度地利用系統(tǒng)資源,通過網(wǎng)絡實現(xiàn)輔助保護功能及自動控制功能，完善保護配置，提高系統(tǒng)的故障處理速度和運行的可靠性。,6、牽引供電所設計,3）綜合自動化系統(tǒng) 特點：☆軟、硬件結(jié)構(gòu)模塊化，集中加分布式的單元布置，功能分布式配置。 ☆饋線間隔采用保護測控一體化設備，在系統(tǒng)可靠性和安全性的前提下，合理優(yōu)化系統(tǒng)配置。

19、☆綜合利用系統(tǒng)資源，實現(xiàn)故障點參數(shù)的檢測及處理。 ☆實現(xiàn)系統(tǒng)自動組態(tài)功能,提高系統(tǒng)自動化的能力。 ☆根據(jù)系統(tǒng)檢測參數(shù),優(yōu)化牽引供電系統(tǒng)運行工況。 ☆實現(xiàn)分區(qū)所越區(qū)供電的自動控制。 ☆避免不合理的系統(tǒng)資源配置,節(jié)省工程投資。,6、牽引供電所設計4）牽引變電所繼電保護,線路主變壓器組：1)    差動保護2)    失壓保護和過壓保護3)  

20、;  反時限過電流保護4)    定時限過電流保護5)    反時限熱過負荷保護 主變壓器本體保護（溫度、瓦斯等）,1.線路主變壓器組： 反時限過電流保護2)    反時限熱過負荷保護2.牽引變電所饋線保護1)    反時限過負荷保護2)  &

21、#160; 反時限過電流保護3)    定時限過電流保護4)    距離保護5)    失靈保護,7、設備選型原則,1)部領(lǐng)導精神提高建設標準和質(zhì)量，實現(xiàn)基礎設施質(zhì)的提高，縮短與發(fā)達國家四十年的實際差距，實現(xiàn)跨越式發(fā)展，使鐵路總體質(zhì)量達到發(fā)達國家水平。2)高速鐵路的原則成熟、先進、可靠；無維護、壽命管理。3)國際高速鐵路的現(xiàn)狀GI