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1、电力牵引供变电技术,第一章 基础知识,电力牵引供变电系统,电力牵引供变电系统是指从电力系统或一次供电系统接受电能，通过变压、变相或换流后，向电力机车负荷提供所需电流制式的电能，并完成牵引电能传输、配电等全部功能的完整系统。,1.3 电力牵引供变电系统一次电气设备 和监控设备简介,1.一次电气设备 通常把转换与分配电能的设备和载流导体，如变压器、整流器和断路器等称为一次电气设备。(1)转换电能和补偿无功的设备。主变压器、自用变压器、整流机组和无功补偿的电容器组作用：满足供变电、运行控制和电能质量的需要。(2)接通或断开电路的开关电器。断路器、隔离开关、直流快速开关、负荷开关、熔断器作用：正常或故
2、障时将电路闭合、断开或隔断。,(3)抑制过电压电器与接地装置避雷器、防雷线圈、放电器接地装置作用：工作接地或保护人身安全的保护接地网。(4)载流导体母线、电缆作用：用导体将有关电气设备连接起来，构成各种电气接线，完成预定的任务。,2.二次设备 对一次设备进行控制、监测和保护，以保证它们正常、安全运行的设备。(1)仪用互感器。电压互感器、电流互感器、直流电流互感器作用：将一次电路的高电压、大电流变换为测量仪表、继电保护适用的量值。(2)测量与电度表计。作用：监测电流、电压、功率因数与功率、电度等参数。,(3)继电保护与自动装置。作用：迅速反映不正常和故障状态，从而自动切换电路、发信号或使断路器跳
3、闸，切除故障线路或设备。(4)直流系统设备。蓄电池组、充电硅机组、不停电电源装置等作用：用来供给控制、保护和事故照明的操作电源与直流用电。,将各种一次电气设备，按接受和分配、转换电能的要求和顺序连接成的总电气线路，称为电气主结线,高压双回电源进线,1G、2G：线路检修时起隔断电压作用。,1DL4DL：正常带负荷投入或切断变压器，以及其内部或外部短路故障时起保护作用，使断路器自动跳闸，以保护变压器不受损坏。,第二章 电气主结线与高压配电装置,2.1 高压电器的作用及分类 在高压系统中，用来对电路进行开合操作、切除和隔离事故区域，对电路进行运行情况监视、保护及数值测量的量测设备，统称为高压电器。电
4、器设备代表符号：新旧两套标准并用可查看电气技术中的文字符号制订通则(GB 7159-87)电工设备文字符号编制通则(GB 315-64)分类：一、按用途分；二、按安装地点分；三、按工作电流制分,一、按用途分：1.开关电器：开、合电路的电器(1)断路器(Circuit breaker)符号：DL或QF DL是一种能对电路进行控制和保护的具有双重作用的高压电器。a.当通过断路器对电路进行开、合控制性操作时，DLr 控制由操作人员进行。b.DL也能按照继电保护装置的信息对发生于高压电路中事故进行隔离切除，以缩小高压电路的事故范围，这时DL是按继电保护装置的信息自动工作的。这两种工作性质都要求DL具有
5、强大的熄弧能力，及快速而灵敏的操作机构。,(2)隔离开关(disconnector)符号：GK或QS GK是一种不能切断载流电路，但能 为电路的运行及操作提供许多便利条件 的另一种高压电器，用于把高压设备与带 电部分隔离开来。只能起隔离电压的作用，开关本身不具 备强大的熄弧设备。GK与DL配合工作时，应按无弧安 全操作顺序进行操作。(1)3DL、1DL跳闸切断工作电流(2)8G、4G打开，使主变完全处于无电状态,在容量较小，电压等级较低的电路中，还可以用一些结构比较简单造价较低的开关设备来代替DL的工作。(3)熔断器(fuse)符号：RD或FU 在电路发生过载或短路时依靠熔件的熔断开断电路，其
6、主要功能是保护设备。(4)负荷开关(Load breaking switch)符号：FN或QL 在电路正常工作或过载时关合和开断电路，不能开断短路电流。,2.限制电器：用于对电路中电流或电压的水平进行限制(1)电抗器(inductive coil reactor)符号：DK或L 限制电路中的短路电流。(2)避雷器(arrestor)符号：BL或F 限制电路中出现的过电压。3.变换电器：用于把高压系统电气参数转换为测量、计量、保护等系统能接受的信号(1)电压互感器(voltage transformer)符号：YH或TV 高压 低压(110kV 100V)(2)电流互感器(current tra
7、nsformer)符号：LH或TA 大电流 小电流(500A 5A或2A),4.组合电器：将上述某几种电器，按一定的线路装配成一个整体的电器组合。二、按安装地点分：1.户内式：安装于屋内，基本上不受自然条件影响的高压电器。工作电压：35KV及以下。2.户外式：安装于屋外，具有抗风、冰、雨雪等自然条件侵袭能力的高压电器。工作电压：35KV及以上。三、按工作电流制分：1.交流电器 2.直流电器,3.1电气主结线的功能、基本要求与设计原则 主接线是指牵引变电所内一次主设备的联接方式，也是变电所接受电能、变压和分配电能的通路。它反映了牵引变电所的基本结构和功能。为了简单明了，在主接线图中通常用单线表示
8、三相电路。,一、基本要求1.安全性 主要体现在：隔离开关的正确配置和隔离开关接线的正确绘制。隔离开关的主要用途是将检修部分与电源隔离，以保证检修人员的安全。在主接线图中，凡是应该安装隔离开关的地方都必须配置隔离开关，不能有个别遗漏之处，也不允许从节省投资来考虑而予以省略。主接线的安全性是必须绝对保证的，在比较分析主接线的特点时，不允许有“比较安全、安全性还可以”等不合适的结论。,2.可靠性 电气主接线的可靠性不是绝对的。同样形式的主接线对某些发电厂和变电所来说是可靠的，而对另一些发电厂和变电所则不一定满足可靠性要求。电气主接线可靠性的高低，与经济性有关。一般来讲，主接线的可靠性愈高，所需的总投
9、资和年运行费愈多。另一方面，可靠性愈高，因停电而造成的经济损失愈小。所以，对主接线可靠性进行分析时，要根据资金是否充沛，停电的经济损失多少等，从各方面加以综合考虑。,3.经济性 它通常与可靠性方便性之间有矛盾。4.方便性(1)操作的方便性 尽可能使操作步骤少，以便于人员掌握，不致出错。(2)调度的方便性 根据调度要求，方便地改变运行方式。(3)扩建的方便性,附：电气主接线图读图方法一、了解发电厂或变电所的基本情况 这一步应在读图前进行，需要了解以下3点：1.变电所在系统中的地位与作用 所谓地位、作用，是指该发电厂或变电所在电力系统中的重要程度，如果全所停电会给系统造成什么影响。要了解该所的供电
10、范围。2.变电所的类型 要弄清楚是枢纽变电所、地区变电所还是用户变电所，是中间变电所还终端变电所。一般的变电所为降压变电所。3.对于新建或扩建的变电所，要了解变电新建或扩建的必要性。对于扩建的，最好能找到扩建前的电气主接图，加以对比。,二、了解主变压器的主要技术数据 这些数据一般都标在电气主接图中，也有另列在设备表内的。三、明确各个电压等级的主接线基本形式 变电所有二或三个电压等级。阅读时应逐个阅读。对变电所来说，主变高压侧的进线是电源，所以要先看高压侧的主接基本形式：是单母线还是双母线，是不分段还是分段，带不带旁路母线；是不是桥式，内桥还外桥。如有中压再看中压侧，最后看低压侧的。四、检查开关
11、设备的配置情况,1.对断路器的检查：与电源有联系的各侧都应配置断路器，否则发生故障时，无法迅速切除。如果该有DL处没有，则此电气主接线图不符合要求。2.对隔离开关的检查：该装GK处是否都装了(检修工作需要)GK接线绘制方法是否正确(有没有将刀片端与电源端相连的)。五、检查互感器的配置情况1.该装的地方是否都已配置。2.配置LH方面，要查看同一安装点装设LH的只数，有无可装一只的装了两只，该装三只的只装了两只。3.查看LH的铁芯数，即副绕组数，是否满足需要。,六、检查避雷器的配置情况 有些电气主接线图中并不绘出，就不用检查。而绘出时，应检查是否配置齐全。七、综合评价 从安全、可靠、经济、方便四个
12、方面，对主接线图分析，指出优缺点，最后得出是否切实可行的结论。,3.2电气主结线的基本结线形式 在主接线中，从电源系统接受电能，再通过馈电回路分配电能，实现其间联系的是母线系统。当采用不同型式的母线时，便构成不同的结线型式。一、单母线结线母线：又称汇流排，用以汇集电能和分配电能，是发电厂和变电所的重要装置。牵引变电所的室外母线一般由23条大截面的钢芯铝铰线(软母线)用悬式绝缘子串固定在门形架上组成。1.单母线不分段结线 不论是发电机、变压器或其他电源都接到一组母线上，向母线输送电能。所有引出线也都接到同一组母线上，由母线送出电能。,特点：1.DL套数等于母线上所接的回路数2.接线简单3.每回路
13、由DL切断负荷电流或故障电流。检修DL时，可用两侧的GK隔离电源，保证检修人员的安全。4.任一回路DL检修，不影响其它回路的正常运行，任一用电回路可从任一电源回路获得电能。5.母线或母线隔离开关检修或故障时，所有回路都要停止工作，将造成全所停电，供电可靠性不高，DL无备用。仅适用于对供电可靠性要求不高的1035kV的地区负荷。,2.单母线分段结线,为了克服上述缺点，通常采用：（1）用DL或GK将母线分段，以提高供电的可靠性和运行的灵活性（2）增设旁路母线和相应的设备，使检修DL时该回路不停电,这种结线分段母线可轮流检修，提高了供电的可靠性，但断路器仍无备用，分段母线检修时将造成该段母线上所有回
14、路停电，这对大型变电所来说也是不允许的。因此，这种接线只应用于功率不大的1035kV地区负荷和110kV电源进线回路较少的变电所中。为克服单线线分段方式的缺点，在分段母线(工作母线)两侧或一侧另设一套母线，平时处于完好的备用状态。这套母线叫旁路母线。,3.单母线分段带旁路母线的结线,这种结线解决了断路器的公共备用和检修备用，在调试、更换断路器和整定继电保护装置时都可不必停电，提高了供电的可靠性。它广泛应用于牵引负荷和35kV以上线路中，特别是负荷较重要，线路断路器较多，检修断路器不允许停电的场合。其主要缺点是：设备较多，接线较复杂，倒闸作业较复杂，配电装置的占地面积大。为减少变电所投资，可根据
15、变电所在电力系统中的重要程度，对供电可靠性的具体要求，采用仅在工作母线一侧设旁路母线，同时将旁路断路器和分段断路器合并为一套断路器的简化的单母线分段带旁路母线的电气主结线。,4.简化的单母线分段带旁路母线的结线,二、双母线结线两组不分段的母线，可以互为备用。每一电源和出线的回路都装有一台断路器，有两组母线隔离开关，可分别与两组母线连接。两组母线之间的联络，通过母线联络断路器来实现(简称母联断路器),双母线结线的特点：1.比单母线结线增加一套备用母线，故当工作母线发生短路故障时，可将全部回路迅速转换到由备用母线供电，缩短停电时间。2.检修母线时可倒换到由另一套母线工作而不中断供电，修理任一回路的
16、母线隔离开关时，只需本回路停电。3.无备用断路器情况下，检修任一断路器时，可通过一定的转换操作用母联断路器代替被检修的断路器，而停电时间很短。缺点是隔离开关数量多，配电装置结构复杂，转换操作步骤较繁琐。一次投资合占地面积都相应增大。适用于牵引变电所电源回路较多（四回路以上），且具有通过母线给其他变电所输送大供功率供电回路的场合。,三、桥形结线 当牵引变电所只有两条电源回路和两台主变压器时，常在电源线路间用横向母线将它连接起来，即构成桥形结线。根据连接桥所处位置的不同，桥式接线分为：外桥式 内桥式1.内桥式结线 连接桥若设置在靠变压器侧，则构成内桥接线。为提高内桥结线供电的可靠性和运行的灵活性，
17、一般在进线断路器外侧设置一条带隔离开关的横向母线(称为外跨条)。系统功率穿越：指某一功率由一条线路流入并穿越横跨桥又经另一线路流出的功率,内桥结线,内桥带外跨条主接线的特点是：两条电源进线回路上均设有断路器，电源线路中有一路故障时，不影响供电。但当任一主变压器故障或检修时，会影响本无故障的回路工作；在切除和投入主变压器时，操作比较复杂。故该种结线适用于线路较长，线路故障和检修的机会较多、变压器不需要经常切换的变电所。,2.外桥结线连接桥设置在线路侧(即进线断路器外侧)，则构成外桥接线。,外桥接线适用于电源线路较短，负荷不恒定，主变压器需经常切换的场合。桥式接线中，两回线路，两台主变压器，只用3
18、组断路器，其数量比较少、配电装置简单、清晰且便于发展成为单母线或双母线结线，具有一定的运行灵活性、供电可靠性，因此，广泛应用于35kV至220kV的环形供电网络的电力系统中。,四、简单分支结线(双T结线),双T式主结线运行的灵活性较高，应尽量采用倒换电源操作时不造成全变电所停电的运行方式。在双T接线中，两路电源，两台主变压器只需要两套断路器，并且110kV侧无系统功率穿越。主结线结构简单，110kV线路不需设置继电保护装置，使二次接线装置也较简单，可节省投资。,3.3 27.5kV侧(或55kV侧)电气主结线 27.5kV侧(或55kV侧)电气主结线是指变电所、开闭所、分区亭、自耦变压器所内2
19、7.5kV(或55kV)电路的结线。其结线形式与牵引变电所的类型、向接触网的供电方式、主变压器的备用方式、馈线回路数的多少、10kV负荷的供电方式等因素有关。牵引侧主接线的特点：1.接触网的故障机率比一般电力输电线路大得多，且无备用。因此，牵引负荷侧主接线对馈线断路器的类型与备用方式的要求，比一般电力负荷更高。2.牵引侧主接线与牵引变压器的类型及其备用方式有关。,3.与牵引网的供电方式有关。4.与馈线数目、铁路的情况（运量大小、单线或复线、枢纽站、电力机车段等）以及地区负荷等的供电要求有关。一、牵引变电所27.5kV(55kV)侧主结线1.主变压器27.5kV(55kV)侧主结线,a.三相YN
20、,d11接线变压器,b.V/V接线变压器,c.斯科特接线变压器,二、27.5kV(55kV)侧馈线的接线方式 由于27.5kV馈线断路器的跳闸次数较多，为提高供电的可靠性，按馈线断路器备用方式不同，牵引变电所馈线接线方式有三种：1.馈线断路器100%备用的接线 这种接线在工作断路器需检修时，由备用断路器代替。断路器的转换操作简便，供电可靠性强，但一次投资较大，适用于单线电化区段牵引母线不同相的场合。,2.馈线断路器50%备用的接线 这种接线适用于单线区段牵引母线同相的场合和复线区段每相牵引母线只有两条馈线的场合，并且馈线只向牵引网供电。每两条馈线设一台备用断路器，通过隔离开关的转换，备用断路器
21、可代替任一断路器工作。牵引母线用两台隔离开关分段是为了便于两段母线轮流检修。,3.带有旁路断路器和旁路母线的接线,这种接线方式适用于每相牵引母线的馈线数目较多(如变电所在枢纽地区或大的区段处)的场合，以减少备用断路器的数量。通过旁路母线，旁路断路器可代替任一馈线断路器工作。,3.4 交流牵引变电所和供电装置电气主结线中心变电所：有4路以上进线并有系统功率穿越中间通过式变电所：有两路进线并有系统功率穿越中间式变电所：有两路进线，无系统功率穿越不同类型的牵引变电所采取不同型式的电气主接线。,一、中心牵引变电所电气主结线,简化的单母线分段带旁路母线结线,主变采用两台三相三绕组变压器(110/25/1
22、0kV),单母线结线,27.5kV侧馈线采用100%备用方式,自用变压器,供测量仪表与继电保护用的YH、LH，过电压保护用的阀形避雷器。,正常状态下：1M、2M并列运行，PD合闸，3G打开，PM带电。,当1M故障时，母线继保动作，将与1M联接的1DL2DL、5DL断开，同时PD跳闸，通过已打开的3G把故障1M隔离，另一段母线2M及其所连接的线路主2B保持正常运行。,二、中间通过式变电所,外桥结线，110kV侧有系统功率穿越,两台并联运行的双绕组三相主变,单母线不分段,27.5kV侧采用馈线断路器100%备用,三、中间变电所,双T结线，无功率穿越,两台并联运行的双绕组三相主变,考虑到牵引母线引入高压室的方便，在高压室外设置四条辅助母线A1、B1 A2、B2,27.5kV侧采用隔离开关分段带旁路母线的单母线结线,馈线出口处，均装有抗雷线圈，并与阀型避雷器配合使用，以防止接触网上落雷时，雷电波袭击牵引变电所内的设备,四、AT供电系统牵引变电所,
