鐵路系統牽引變電所的供電方式和主接線設計研究

史華強中鐵三局電務公司

鐵路系統牽引變電所的供電方式和主接線設計研究

史華強
中鐵三局電務公司

隨著高鐵技術的推進與發展，電氣化系統已經成為鐵路發展的必然趨勢，牽引變電所作為電氣化鐵路供電系統的關鍵保障，為高鐵的運行提供電能支撐。本文設計的任務為構建鐵路系統井陘牽引變電所供電系統設計。借鑒國內外相關理論研究成果和實踐經驗，本文確定了牽引供電方案，采用2×25kV工頻交流制，AT供電方式與復線區段供電，以及牽引變壓器采用三相VV型式。為鐵路牽引系統研究提供基礎研究參考。

牽引變電所；牽引變壓器；AT供電方式；主線設計

1.牽引供電系統

1.1系統結構

根據理論與實踐經驗總結，本文認為在電氣化鐵道中，向電力機車或動車組供電的系統結構為分相絕緣器、回流線、接觸網、分段絕緣器和電力機車組成，電動機在電力機車或汽車集團中轉換為機械能。牽引供電系統通常被稱為牽引供電系統，其接觸網和沿線的供電設施一般稱為牽引供電系統。

1.2系統的工作特點

根據相關理論成果得出，牽引變電所、接觸網、電力機車或動車組是牽引供電系統的組成部分。電力機車或動車組牽引供電系統只在負載和驅動電力機車或動車組總是在運動中。本文認為該系統具有以下特點：牽引供電對象是電力機車或動車組，系統的負載具有單相、隨機、短時間、非線性等特點。牽引負荷，電力機車或動車組運行單幾百安培的電流，牽引變電所饋線電流可以超過1000安培，電流產生在網上聯系較大的壓力降的牽引力，以保證不小于手臂的21kv供電端電壓，必須限制供電臂長度。電力電子變換器、脈沖電流直流電動機等非線性器件，可以產生大的高階諧波、圖像電能質量。鐵路范圍廣，分布廣，沿線地理和氣象條件差大，接觸網張力對機械性能影響顯著，受氣候影響顯著影響，電力機車或動車組受電弓在高速滑動時可能會導致刮弓和斷開，接觸網或頂絕緣子可能被污閃、雷電過電壓和系統電壓會引起絕緣擊穿放電。

2.牽引網對電力機車的供電方式

牽引電力機車電源的主要直接供電（DF），帶回流線直接供電（DN）、自耦變壓器（AT供電方式），吸流變壓器（BT供電）和同軸電纜（CC電源）。這五種供電方式都有其優缺點，并通過比較和選擇適合于客運專線的供電方式。這條線的設計是模式選擇的結果。通過自耦變壓器向電力機車或汽車集團提供動力的方式，以及在供電方式上。自耦變壓器是電力變壓器，這是連接到接觸線，軌道線。這樣的接觸網、軌道、器和自耦變壓器的電源電路，和接觸之間的網絡和饋線每10-15公里為自耦變壓器的中心抽頭和鐵路，連接。它具有較好的防護效果。因為在供應鏈，正饋線電流牽引電流的一半，與三種電源相比，線電壓可以減少一半，供電臂的供電方式可以增加一倍，達到50km～60km。在實際工程中盡管功率容量和負序問題，在供電臂長度40km～50km。但與其他電源相比，仍然大大降低了接觸線分裂相，并沿牽引變電所數量。另外，在供電方式下，接觸網的電流減小，電弧燃燒和受電弓滑板的接觸線減小，因此適合于高速重載鐵路的供電方式。

3.牽引變電所主接線的設計

3.1總體思路

牽引變電所的電氣主接線是指由主變壓器、斷路器、隔離開關等各種高壓電器和設備及其連接導線所組成的接受和分配電能的電路。它反映了牽引變電所的基本結構和功能。主接線的確定對牽引變電所的電氣設備的選擇、配電裝置布置、以及牽引變電所的技術經濟指標都具有重要影響。根據相關理論電氣主接線的基本要求是：可靠保證對牽引負荷和地區負荷供電需要；減少投資和運行費用；應保證運行靈活，檢修維護安全方便；結線簡單、明顯，操作簡便可靠。

3.2高壓側電氣主結線的基本形式

根據相關實踐經驗電氣主接線的基本形式可以分為：單母線接線、單母線分段接線、雙母線接線、T接線、橋式接線和簡單接線等，下面介紹牽引供電系統中三種常用的接線方式。單母線接線，整個配電裝置中只設一組母線。將各個電源的電能匯集后再分配到各引出線。單母線接線的優點：接線簡單，設備少，配電裝置費用低，經濟性好并能滿足一定的可靠性操作方便，便于擴建和采用成套配電裝置。切斷各斷路器的負載電流和故障電流。當斷路器被關閉時，該電路被切斷，另一電路不受影響。單母線連接的缺點：可靠性差，母線或母線隔離開關故障或檢修，全部電路停止工作，也就是造成全廠或長期停運，調度不方便，功率只能并聯運行，且線路側短路發生，短路電流。為了克服單母線接線的缺點，通常采用以下措施：與斷路器或隔離開關，母線分段；增加旁路母線和相應的設備，檢修停電任何回路的斷路器。

本設計采用橋形節點線，當僅2電源電路和2臺主變壓器時，往往在電源線與水平母線連接，從而構成橋接。根據橋接線的不同位置的中間橫橋總線，到橋和橋2。前者的母線連接在變壓器側邊，后者與線路側邊連接。因為電路比變壓器的故障多，同時，牽引變壓器也不需要頻繁的操作，所以在牽引變電所的橋梁連接中得到了廣泛的應用。外橋連接特點和內橋接線方式比較，外橋適用于線路距離較短，故障線路的故障少，而變壓器需要頻繁的操作場合。該連接是方便了變壓器的輸入和去除，和一條線的拆除，需要同時打破變壓器的同時，導致變壓器的短功率中斷。

3.3牽引變壓器的接線

結合本設計的系統構建，220kV高壓側的接線方式牽引變壓器作為牽引變電所的核心設備，其接線方式的選擇對主接線有著非常大的影響，其接線形式有單相接線變壓器、單相V,v接線變壓器、三相V,v接線變壓器、三相YN,d11接線變壓器、斯科特接線變壓器等。各種變壓器接線方式的比較。本設計選擇三相VV接線方式，這也是我國高速鐵路廣泛采用的方式，有許多優點：主變變壓器具有制造簡單、成本低、無需設置變壓器等優點，減少了設備投資，減少了設備的電能損耗，充分利用了變壓器二次側線圈。變電站近端相當于直接供電方式，可以有效地保證牽引供電網的電能質量。運行方式靈活，可實現牽引網供電方式的切換，可轉換為牽引網的直接供電方式，有效提高設備故障狀態的供電能力。

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