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1、第六章 牵引网电压水平与改善,概述：牵引供电系统的电压损失，包括牵引变压所电压损失和牵引网电压损失。由于电力机车的工作电压有一定的范围，一般为19kV-29kV，由于馈电臂的平均电压水平影响列车的运行速度，以至馈电臂的平均电压水平将直接影响区段的通过能力，因此，在考虑变电所分区亭的布置方案时，要计算牵引供电系统的电压损失。在进行工程计算时要计算馈电臂的最大电压损失，它是指列车在紧密运行时，可能出现的短时(1-2min)最大损失，与此相应的为馈电臂最低电压。此外还要计算列车在限制区间和馈电臂末端追踪间隔的平均电压损失，依据具体条件(线路运行情况)进行计算。机车受电点电压=牵引变压器空载电压-牵引
2、变电所压损-牵引网压损21(kV)压损计算是为了对设计方案进行电压水平校验。,6.1 电压损失的计算方法一、压损概念及计算方法1.压降和压损 给定线路(负荷)首端电压 及末端电压,2.压损计算 以单线牵引网压损计算为例：,解法1：Z为实数，可称之为牵引网单位等效阻抗用于电压损失计算。,解法2：若以负载端电压为基准,6.2 单线牵引网电压损失计算 按以下条件计算压损1.供电分区每个区间均有一取流列车；2.最未端列车处于起动状态设有n个区间，各区间 取流Ik，功率因数均为牵引网单位阻抗，Ik距牵引变电所距离求Ik处的压损。,6.3 复线牵引网电压损失计算 一、复线牵引网电流分配规律 已知：复线牵引
3、网上、下行 自阻抗：ZI=Z=Z(/km)互阻抗：ZI=Zm(/km)变电所至机车处的电压降方程为：,二、复线牵引网压损计算计算条件：1)按上、下行连发，供电分区上尽可能排车 2)分区末端列车启动 3)计算分流点电压损失,(5)导线电流分界点原则：1)某机车电流由相邻两段的电流供给 或2)相邻两段中有一段中的电流是零原因：当两边电流均流入该点时，该点电位最低(类似水位),一、单相变压器 若馈线负荷为，功率因数为(滞后)归 算至次边时，系统短路阻抗，牵引变压器的漏抗，则变电所压损为：,当考虑变电所压损时弓上最大压损为：,6.4 单相及三相-两相平衡变压器电压损失,二、三相-两相平衡变压器,因为各
4、种三相-两相接线（如Scott、LeBlance等）牵引变压器在完成对称变换后，次边两相阻抗基本上是相互独立的，因此，可以像对待单项变电所那样处理。,6.5 YNd11牵引变压器电压损失,一、YNd11牵引变阻抗参数 根据变压器铭牌参数可知，变压器短路电压百分比（），变压器额定容量 变压器额定铜损，以及变压器原次边额定电压。在牵引系统中主要关心牵引侧母线电压，故将变压器阻抗参数以及系统阻抗参数均归算到次边侧（注意阻抗的 变换）。,二、绕组压损计算,1.压损计算公式已知：归算到侧系统及变压器阻抗 绕组电流,情况1：,情况2：,注意：采用以上公式计算各绕组电压损失时，均需以本绕组电压为基准向量,3
5、、计算步骤计算变电所阻抗（包括系统阻抗和变压器阻抗）；画出臂负荷矢量图；计算绕组电流及与本绕组功率因数角；根据公式计算绕组压损。,解：1、求变电所阻抗,2、画出矢量图,3、计算引前相C相绕组电流（以 为基准）,4、计算滞后相A相绕组电流（以 为基准）,5、计算,（亦可先计算 然后取其实部）,说明：1滞后相在同等负荷情况下，比引前相压损大，所以重载相一般应安排在引前相。2通常情况下，无功分量引起的压损占主导地位，即,四、绕组压损的解析计算,解：,1计算引前相压损，以 为基准向量。,2计算滞后相压损，以 为基准向量。,牵引网电压水平可由下式表示,其中U为牵引母线空载电压U为压损,6.6 牵引网电压
6、水平的改善,一、牵引变压器分接头调压 常用牵引变压器高（低）压侧设有多个分接头用来调压。通用的YNd11牵引变压器高压侧电压分接头有 及 等，为调节牵引变此边输出电压，可在一次系统电压不变的情况下，将原边进线接于适当的分接头处，通过改变牵引变压器变比来调整变压器次边输出电压。如对于原次边额定电压为110kV/27.5kV的牵引变压器，将原边110kV电压进线接于110-11022.5%=104.5kV分接头上，则变压器次边输出电压上升为约28.95kV。达到直接提高牵引母线电压的目的。但是按照规定，变压器是不允许超电压长期运行的，故此方法有一定局限性。,二、专用变压器调压,用于调压的专用变压器
7、多采用自耦变压器。为不使接触网出现开口，一般接在牵引母线与牵引变压器次边出线之间，多用于YNd11接线。这种方法受网上最高电压限制，同时调压范围也受自耦变调压特性的限制。如：,设k=U2/U1，U1侧系统阻抗为，自耦变阻抗为，则,可见，自耦变调整时，随着k的增大，U2呈抛物线形，U2的最大值出现在当k继续增大时，U2开始下降,三、串联电容补偿,采用补偿方式改善牵引网电压水平是行之有效的方法，这里只介绍串联电容补偿，并联电容补偿将在以后章节介绍。,（一）串联电容补偿的原理 由于牵引负荷为感性负荷，若在牵引网中串入集中式电容器，可以达到提高牵引网电压水平的目的。如下图,补偿前，网损为,补偿后，网损
8、为,（二）串联电容补偿的优缺点 1优点Uc随着I成正比变化，可以实现平滑无惯性补偿；可以改善供电臂功率因数；可降低变电所运行不对称度。,2缺点可能造成接触网开口；电容器通过牵引负荷全电流，要求其容量较大；实际应用中，负荷的感性阻抗和电容器容性阻抗可能对某次谐波电流产生谐振,（三）串联补偿的安装位置,3、设置在变电所回流线处 优点是电容器绝缘水平较低，综合效果较好,（四）加入串联电容补偿后馈线电压的提高,为通用起见，在馈线及回流线处均加入串联电容补偿器。将系统参数归算到YNd11牵引变压器二次侧。,设 引前 画出矢量图为,1.引前相馈线电压的提高,以 为基准，则近似认为在加入串联补偿后相位关系不
9、变,即引前相馈线电压的提高为,2.滞后相馈线电压提高,以 为基准，则近似认为在加入串联补偿后相位关系不变按照与1相同的方法可得,即滞后相馈线电压的提高为,总结：由于牵引负荷功率因数角一般在370左右，可见在一般情况下，串联电容补偿对滞后相馈线电压的提高效果明显,引前相馈线电压的提高为,滞后相馈线电压的提高为,在实际应用中，多采用集中式串联电容补偿。例：在回流线处加入以串联电容补偿，分析其补偿效果,解：1、引前相,2、滞后相,结论：在回流线处设置串联电容补偿，对改善滞后相馈线电压水平效果较好。,（五）串联电容的设计与选择,以一个实际情况下的串联电容补偿设计为例已知：通过电容器的负荷电流为，要求：
10、试确定串联电容器组的参数。,1、选择单台电容器参数 根据实际需要选择某型号电容器，再根据其额定参数选择数量。如选择型号为“YY-1-50-1”的电容器，其额定参数为,2、确定并联电容器支路数m,3、确定每支路串联电容器个数,4、电容器组总容量为,5、电容器组总容抗,要求电容器容抗不能大于牵引变压器电抗，以免空载时牵引系统对一次系统表现容性，并可能造成谐振放大等有害后果。,6、校验牵引网最大容许电流,7、校验容许电压,初步设计满足要求,（六）串联补偿电容器主接线,串联补偿装置主接线方式应便于电容器组的投入和切除。1、内部接线,内部接线应满足:某一台电容器击穿时，故障电容器释放的能量不应大于8kW
11、/秒，防止电容器发生爆炸；某一台电容器击穿时，不致在其他电容器上引起危险过电压；当有一并联支路断线时，不致使其他电容器承受危险过负荷。,2、主接线,串联电容器的容量通常是按照线路最大工作电流来选择的，此时电容器两端的电压为其额定电压。但是在线路短路故障时，由于很大的短路电流通过电容器，在其两端出现很大过电压，可达到电容器额定电压的几倍甚至十几倍。电容器所能承受的瞬时过电压能力一般为其额定电压的45倍，因此必须采取相应的过电压保护措施，以免由于线路故障引起电容器损坏。下图是一种串补的主接线,通常采用并联于电容器两端的放电间隙J来保护电容器，在电容器两端电压值超过放电间隙击穿电压整定值时，放电间隙被击穿，电容器处于短接状态，消除电容器两端的过电压。,放电间隙并联一台断路器B，它与隔离开关1、2、3配合用来操作电容器，还用于帮助放电间隙灭弧。串联电容器未投入时：1合、B合；串联电容器运行时：1开、B开；串联电容器投入时：合2、合3；开1；开B、投入C；串联电容器退出时：合B、退出C；合1；开2、开3；,在间隙和断路器回路中串有阻尼元件（电感L和电阻R），用来衰减间隙击穿时或并联断路器合闸时的电容器放电电流。这就大大改善了电容器、放电间隙和并联断路器的工作条件。,
