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

2、路平縱斷面和基礎(chǔ)設(shè)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(dòng)車組,1、高速鐵路的特點(diǎn),1）線路特點(diǎn)列車運(yùn)行控制方式：自動(dòng)控制 行車指揮方式：綜合調(diào)度集中；運(yùn)輸組織模式：不同速度等級(jí)的高速列車共線運(yùn)行閉塞方式：車載信號(hào)ATC自動(dòng)閉塞；列車追蹤間隔時(shí)分：高速列車：3min設(shè)計(jì)，近期4min使用，設(shè)備綜合維修天窗：6h。,1、高速鐵路的特點(diǎn),1）線路特點(diǎn)建筑限界：,1、高速鐵路的特點(diǎn)

3、,2）牽引負(fù)荷特點(diǎn)列車運(yùn)行最高速度(km/h)：350km/h列車傳動(dòng)方式:大功率交-直-交動(dòng)車組 列車功率:≥16MW;可以近似為1MW/節(jié)負(fù)荷電流（A）：?jiǎn)诬嚻骄娏鳛?70A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(dòng)方式：再生制動(dòng) 功率因數(shù)：0.97諧波含量：?jiǎn)未沃C波含量低，但頻譜較寬 追蹤運(yùn)行間隔（min）：3min設(shè)

4、計(jì)，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(qiáng)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(duì)于高速電氣化工程，BT和CC供電方式均存在致命的弱點(diǎn)，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(diǎn)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(fèi)用；④減少了電分相數(shù)量，有利于列車的高速運(yùn)行；,2、牽引網(wǎng)供電方式的比較,1)AT供電方式特點(diǎn)⑤ 牽引網(wǎng)系統(tǒng)需設(shè)正饋線，較一般直供方式復(fù)雜，但在重負(fù)荷區(qū)段不必設(shè)加強(qiáng)導(dǎo)線，可與直供方式相當(dāng)；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(shè)AT所，開(kāi)關(guān)設(shè)備需用雙

6、極；⑥ 適用于高速和重載的重負(fù)荷鐵路及運(yùn)輸繁忙雙線區(qū)段。⑦ 牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，導(dǎo)線數(shù)量多，造價(jià)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(shè)施較為簡(jiǎn)單，接觸網(wǎng)在一般情況下（重負(fù)荷除外）也比較簡(jiǎn)單，但在接觸網(wǎng)使用加強(qiáng)導(dǎo)線的情況下，牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)已與AT供電方式相當(dāng)；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(yùn)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(shè)回流線后的防干擾效果一般，并需增加防干擾費(fèi)用；⑤適用于防干擾問(wèn)題不突出和外部電源投資相對(duì)較小的區(qū)段及運(yùn)輸繁忙干線、重載和高速線。⑥供電回路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行可靠，造價(jià)低。⑦要對(duì)絕緣子閃絡(luò)采取保護(hù)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(guó)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(zhǎng)度增加一倍，同時(shí)滿足大功率負(fù)荷的需求。牽引網(wǎng)采用直接供電方式只有德國(guó)采用，因?yàn)榈聡?guó)采用獨(dú)立自用電源系統(tǒng)，全線接觸網(wǎng)可實(shí)現(xiàn)縱向并聯(lián)方式運(yùn)行，沒(méi)有電分相，不存在通過(guò)電分相對(duì)列車速度的影響問(wèn)題。 根據(jù)我國(guó)國(guó)情，應(yīng)首先選用AT供電方式。,3、供電方式對(duì)外部電源的要求,1）外部電源電壓應(yīng)為220kV 京滬高速鐵路是繁忙干線和重負(fù)荷線路，從高速電鐵牽引負(fù)荷的需用功率與電力系統(tǒng)相應(yīng)電

9、壓等級(jí)所適應(yīng)的輸送功率應(yīng)相匹配的角度來(lái)看，牽引變電所的外部電源電壓等級(jí)應(yīng)是220kV， 牽引變電所的外部電源是線路的基礎(chǔ)設(shè)施之一，只有采用220kV電源電壓供電才能滿足最高時(shí)速為350km/h的高速列車穩(wěn)定正常運(yùn)行的需要。,3、供電方式對(duì)外部電源的要求,2）采用單相牽引變壓器對(duì)外部電源的要求 采用單相牽引變壓器的負(fù)序功率等于牽引負(fù)荷功率。電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)處的電壓不平衡度應(yīng)滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T 15543-95）的要求

10、，電壓不平衡度εU的最大限值是連接點(diǎn)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(guò)120MVA，因此電力系統(tǒng)在正常的最小運(yùn)行方式下，公共連接點(diǎn)處的三相短路容量應(yīng)大于3000MVA，220kV電網(wǎng)的三相短路容量通常在3000MVA以上時(shí)，在公共連接點(diǎn)處引起的電壓不平衡度和諧波電壓畸變率可以滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)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(diǎn)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(fù)荷平穩(wěn)、電能損耗小、運(yùn)營(yíng)費(fèi)用低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高、設(shè)備數(shù)量少、運(yùn)營(yíng)維護(hù)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(jī)車再生能量的利用等優(yōu)點(diǎn)，但對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)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(diǎn)平衡型牽引變壓器：兩臂牽引負(fù)荷相等的前提下，平衡型牽引變壓器的原邊三相是對(duì)稱的；它的過(guò)載能力強(qiáng)，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(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響，但是其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是高速列車采用再生制動(dòng)方式，可能造成牽引變壓器的平衡效果的嚴(yán)重惡化,4、牽引變壓器選型及容量,2)牽引變壓器接線特點(diǎn)V接線牽引變壓器 ：兩臂牽引負(fù)荷相等的前提下，V接線牽引變壓器的負(fù)序功率等于牽引負(fù)荷功率的50%，對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響較小。 ；結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單，但供電范圍小，實(shí)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(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

13、較成熟，對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)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(jì)算條件高速列車4min追蹤間隔模擬仿真、變壓器過(guò)載能力為過(guò)載75%情況下滿足負(fù)荷需求運(yùn)行1小時(shí)、采用單相變壓器；參照500系高速動(dòng)車組的參數(shù)，進(jìn)行牽引計(jì)算；選取一段完整供電臂的線路條件，配以機(jī)車特性進(jìn)行模擬。②瞬間最大負(fù)荷185MVA,小時(shí)負(fù)荷111MVA。③計(jì)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(jì)算條件正常運(yùn)行方式情況下，自耦變壓器的短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力按200％考慮，非正常運(yùn)行方式情況下，自耦變壓器的短時(shí)過(guò)負(fù)荷能力按250％考慮。在最大運(yùn)行方式下，短時(shí)順勢(shì)容量不超過(guò)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(wú)功補(bǔ)償及濾波裝置,本線高速列車采用交-直-交動(dòng)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(shè)置無(wú)功補(bǔ)償裝置。 在諧波方面，高速鐵路采用交-直-交動(dòng)車組，其諧波含量（尤其是3、5和7次諧波）比交直機(jī)車明顯減少，可以大大改善諧波電壓畸變率。同時(shí)電網(wǎng)的不斷擴(kuò)大，提高了對(duì)負(fù)序和諧波的承受能力，相應(yīng)解決了牽引供電的負(fù)序和諧波問(wèn)題。,6、牽引供電所設(shè)計(jì),1）設(shè)計(jì)原則①主接線型式的選擇和確定應(yīng)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(tái)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(jiǎn)單、節(jié)能； ④盡可能地減少各所的占地面積，并應(yīng)與選址條件相適應(yīng)。 ⑤牽引變電所按無(wú)人值班、有人值守設(shè)計(jì)，分區(qū)所、AT所和開(kāi)閉所按無(wú)人值班、無(wú)人值守設(shè)計(jì)；,6、牽引供電所設(shè)計(jì),1）設(shè)計(jì)原則⑥控制保護(hù)采用綜合自動(dòng)化系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)具有故障性質(zhì)判斷和故障位置標(biāo)定的功能。⑦設(shè)備選擇要努力實(shí)現(xiàn)無(wú)維修、壽命管理的目標(biāo)。⑧高速鐵路系統(tǒng)設(shè)綜合調(diào)度中心，牽引供電遠(yuǎn)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(shè)綜合維修基地，有維修調(diào)度管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工務(wù)、電務(wù)、電力、供電的集中管理。,6、牽引供電所設(shè)計(jì),2）主接線方案進(jìn)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(shí)現(xiàn)100%備用，同時(shí)并聯(lián)接線通過(guò)倒閘作業(yè)，可實(shí)現(xiàn)上下行分開(kāi)供電。,6、牽引供電所設(shè)計(jì),3）綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 綜合自動(dòng)化系統(tǒng)是將獨(dú)立保護(hù)、測(cè)控單元設(shè)備，通過(guò)通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)牽引供電

18、設(shè)施的保護(hù)、當(dāng)?shù)乇O(jiān)控及遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。綜合自動(dòng)化系統(tǒng)既要考慮重要保護(hù)的獨(dú)立性，又要建立經(jīng)濟(jì)靈活的網(wǎng)絡(luò)形式，以實(shí)現(xiàn)資源共享，最大限度地利用系統(tǒng)資源,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)輔助保護(hù)功能及自動(dòng)控制功能，完善保護(hù)配置，提高系統(tǒng)的故障處理速度和運(yùn)行的可靠性。,6、牽引供電所設(shè)計(jì),3）綜合自動(dòng)化系統(tǒng) 特點(diǎn)：☆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(hù)測(cè)控一體化設(shè)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(shí)現(xiàn)故障點(diǎn)參數(shù)的檢測(cè)及處理。 ☆實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)組態(tài)功能,提高系統(tǒng)自動(dòng)化的能力。 ☆根據(jù)系統(tǒng)檢測(cè)參數(shù),優(yōu)化牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行工況。 ☆實(shí)現(xiàn)分區(qū)所越區(qū)供電的自動(dòng)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(shè)計(jì)4）牽引變電所繼電保護(hù),線路主變壓器組：1)    差動(dòng)保護(hù)2)    失壓保護(hù)和過(guò)壓保護(hù)3)  

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

21、#160; 反時(shí)限過(guò)電流保護(hù)3)    定時(shí)限過(guò)電流保護(hù)4)    距離保護(hù)5)    失靈保護(hù),7、設(shè)備選型原則,1)部領(lǐng)導(dǎo)精神提高建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)和質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施質(zhì)的提高，縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家四十年的實(shí)際差距，實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，使鐵路總體質(zhì)量達(dá)到發(fā)達(dá)國(guó)家水平。2)高速鐵路的原則成熟、先進(jìn)、可靠；無(wú)維護(hù)、壽命管理。3)國(guó)際高速鐵路的現(xiàn)狀GI