第一篇：交流牽引傳動(dòng)系統(tǒng)

交流牽引傳動(dòng)系統(tǒng) 隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展與成熟，交流傳動(dòng)技術(shù)越來(lái)越受到重視，交流電機(jī)有全面取代直流電機(jī)的趨勢(shì)；在大功率晶閘管技術(shù)的成熟與發(fā)展，特別是近年來(lái)全控電力電子器件的迅速發(fā)展的影響下，可調(diào)壓調(diào)頻的逆變裝置已經(jīng)成功解決了交流電機(jī)的調(diào)速問(wèn)題。

（1）交流牽引電機(jī)的類(lèi)型。交流牽引電機(jī)有同步和異步之分，目前城軌交通車(chē)輛普遍采用的是交流異步牽引電機(jī)，異步牽引電機(jī)在空間利用和重量上都優(yōu)于同步牽引電機(jī)，因此被廣泛應(yīng)用。異步牽引電機(jī)采用 VVVF 控制，即直流電通過(guò)逆變器變?yōu)槿嘟涣麟姡秒妷汉皖l率的變化來(lái)控制異步牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速變化，獲得最佳的調(diào)速性能，并實(shí)現(xiàn)再生制動(dòng)。

交流異步牽引電機(jī)的轉(zhuǎn)速控制方法是在保持電源頻率恒定的情況下改變定子電壓的大小，從而實(shí)現(xiàn)控制目的的。目前，我國(guó)的城軌交通車(chē)輛多采用閉環(huán)控制系統(tǒng)，基本采用：轉(zhuǎn)差-電流控制，如上海地鐵 2 號(hào)線車(chē)輛；矢量控制，如西安地鐵 2 號(hào)線 DKZ27 型車(chē)輛、廣州地鐵 1 號(hào)線車(chē)輛、北京地鐵 1 號(hào)線 SMF04 型車(chē)輛等；直接轉(zhuǎn)矩控制，如深圳地鐵 1 號(hào)線車(chē)輛。

（2）交流感應(yīng)電機(jī)在城軌車(chē)輛上的使用。交流感應(yīng)電機(jī)主要有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的鼠籠式感應(yīng)電機(jī)。主要由定子和轉(zhuǎn)子構(gòu)成。定子上加載三相交流電壓時(shí)，間隙磁通量發(fā)生變化，從而使轉(zhuǎn)子受到感應(yīng)，產(chǎn)生扭矩。

第二篇：交直流調(diào)速實(shí)驗(yàn)報(bào)告(圖形 文字)-電力牽引交流傳動(dòng)系統(tǒng)

六：實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1：列寫(xiě)SPWM控制時(shí)，在不同輸出頻率條件下所測(cè)量的各種波形和電機(jī)工作情況

SPWM

30HZ

同步調(diào)制

CH1=20.0mv

CH1/23.2mv

CH1=50.0mv

CH1/314mv

CH1=200mv

CH1/1.15v

SPWM

30HZ

異步調(diào)制

CH1=20.0mv

CH1/124mv

CH1=200mv

CH1/1.12v

CH1=5.00v

CH1/31.4v

SPWM

30HZ

混合調(diào)制

CH1=10.0mv

CH1/62.8mv

CH1=100mv

CH1/628mv

CH1=100mv

CH1/31.2v

2：列寫(xiě)電壓空間矢量控制時(shí)，在不同輸出頻率條件下所測(cè)量的各種波形和電機(jī)工作情況

SVPWM

50HZ

同步調(diào)制

CH1=10.0mv

CH1/62.8mv

CH1=10.0mv

CH1/31.2v

CH1=5v

CH1/27.4v

SVPWM

50HZ

異步調(diào)制

CH1=10.0mv

CH1/62.8mv

CH1=100mv

CH1/560mv

CH1=5.00v

CH1/27.2v

SVPWM

50HZ

混合調(diào)制

CH1=10.0mv

CH1/62.8mv

CH1=50.0mv

CH1/27.2v

CH1=5.00v

CH1/27.2v

SVPWM

30HZ

同步調(diào)制

CH1=10.0mv

CH1/65.2mv

CH1=50.0mv

CH1=100mv

CH1/652mv

SVPWM

30HZ

異步調(diào)制

CH1=10.0mv

CH1/65.2mv

CH1=50.0mv

CH1/326mv

CH1=5.00v

CH1/27.2v

SVPWM

30HZ

混合調(diào)制

CH1=20.0mv

CH1/130mv

CH1=50.0mv

CH1/326mv

CH1=5.00v

CH1/27.2v

3．調(diào)節(jié)低頻補(bǔ)償度，列出電機(jī)能均勻旋轉(zhuǎn)的最低工作頻率。

0.2Hz,0.12Hz 4．SPWM控制，電壓空間矢量控制，不同調(diào)制方式時(shí)的電機(jī)氣隙磁通軌跡，定子電流及電機(jī)平穩(wěn)性與噪聲比較。

電壓空間矢量控制與SPWM控制相比較，電機(jī)氣隙磁通軌跡，效果更加的明顯，電機(jī)更加的平穩(wěn)，噪聲更小。同步調(diào)制，異步調(diào)制，混合調(diào)制定子電流越來(lái)越小，電機(jī)越來(lái)越平穩(wěn)，噪聲越來(lái)越小。

七．思考題

1．低頻時(shí)定子壓降的補(bǔ)償度是否越大越好？過(guò)大了會(huì)造成何種不良結(jié)果？應(yīng)該如何調(diào)節(jié)才算恰到好處？

不是越大越好。端電壓提高過(guò)大，會(huì)使轉(zhuǎn)矩過(guò)大，使得磁通太強(qiáng)，使鐵芯飽和，導(dǎo)致勵(lì)磁電流過(guò)大，嚴(yán)重時(shí)因繞組過(guò)熱會(huì)孫桓電機(jī)。2．SPWM控制主要著眼于使逆變器輸出電壓盡量接近正弦波，那么電壓空間矢量控制的目標(biāo)是什么？它與SPWM控制相比，有哪些特點(diǎn)？ SVPWM的目標(biāo)是電動(dòng)機(jī)空間形成圓形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，能產(chǎn)生恒定的電磁轉(zhuǎn)矩。在每個(gè)小區(qū)間雖然有多次開(kāi)關(guān)切換，但但是每次開(kāi)關(guān)切換僅涉及一個(gè)器件，所以開(kāi)關(guān)損耗?。焕肧VPWM直接生成三相PWM波，計(jì)算簡(jiǎn)單；逆變器輸出電壓基波最大值比PWM的輸出電壓高15%。3．設(shè)單相輸入的交-直-交變頻調(diào)速系統(tǒng)的直流母線電壓為310V，按SPWM控制時(shí)電機(jī)線電壓的最大值為幾伏？如要達(dá)到電機(jī)線電壓為220V有否可能？如何實(shí)現(xiàn)？

電機(jī)線電壓最大值=0.612*310=189.72V 母線電壓為220/0.612=360V 通過(guò)調(diào)節(jié)SVPWM的載波比來(lái)實(shí)現(xiàn)，就是對(duì)電路的開(kāi)關(guān)器件進(jìn)行通斷時(shí)間控制

第三篇：交流牽引網(wǎng)保護(hù)教案

繼電保護(hù)

§7 交流牽引網(wǎng)保護(hù)

§7.1 交流牽引負(fù)荷與交流牽引網(wǎng)短路參數(shù)的特點(diǎn)； §7.2 交流牽引網(wǎng)的距離保護(hù) 講授

1、了解交流牽引負(fù)荷與交流牽引網(wǎng)短路參數(shù)的特點(diǎn)。

2、掌握交流牽引網(wǎng)的距離保護(hù)。

重難點(diǎn)：四邊形特性方向阻抗繼電器基本原理和整定計(jì)算。處置：詳細(xì)講解、對(duì)比分析

無(wú) 【組織教學(xué)】（2min）

1.點(diǎn)名 2.填寫(xiě)教學(xué)日志

【復(fù)習(xí)舊課】（3min）

1、斯科特接線牽引變壓器的差動(dòng)保護(hù)

2、平衡牽引變壓器和三相V,v接線牽引變壓器差動(dòng)保護(hù)

4、利用二次諧波制動(dòng)和鑒別波形間斷角的差動(dòng)保護(hù)

【講授新課】（77min）

§7 交流牽引網(wǎng)保護(hù)

§7.1 交流牽引負(fù)荷與交流牽引網(wǎng)短路參數(shù)的特點(diǎn)

1、交流牽引負(fù)荷的特點(diǎn)

2、交流牽引網(wǎng)短路參數(shù)的特點(diǎn)

§7.2 交流牽引網(wǎng)的距離保護(hù)

1、四邊形特性方向阻抗繼電器

（1）四邊形特性方向阻抗繼電器的基本原理

① 兩邊折線的構(gòu)成原理及其實(shí)現(xiàn)的原理電路 a）兩邊折線的構(gòu)成

折線的頂點(diǎn)坐標(biāo)由復(fù)量Z3表示，折線兩條邊的方向由復(fù)量Z1和Z2表示。

b）測(cè)量阻抗ZK落在不同范圍時(shí)，三個(gè)復(fù)量中相鄰兩個(gè)復(fù)量夾角的特征。

? 當(dāng)測(cè)量阻抗ZK落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)時(shí)，Z1、Z2Z3?Zk三個(gè)復(fù)量中，任意兩個(gè)相鄰復(fù)量之間的夾角都小于180°。

? 當(dāng)測(cè)量阻抗ZK落在動(dòng)作區(qū)外時(shí)，Z1、Z2Z3?Zk三個(gè)復(fù)量中，總有一對(duì)相鄰復(fù)量之間的夾角大于180°。

? 當(dāng)測(cè)量阻抗ZK落在動(dòng)作邊界線上時(shí)，Z1、Z2Z3?Zk三個(gè)復(fù)量中，總有一對(duì)相鄰復(fù)量之間的夾角等于180°。

c）相位差不同特征時(shí)的三個(gè)電壓相量用波形表示的關(guān)系。

為了便于在電路上實(shí)現(xiàn)，可以將三個(gè)阻抗復(fù)量都乘以電流I，使它們變?yōu)槿齻€(gè)電壓相量，即：

?????U1IZ1 ????U2?IZ2??????U3?I?Z3?ZK??IZ3?UK??當(dāng)三個(gè)電壓相量中任意兩個(gè)相鄰相量間的相位差都小于180°時(shí)，它們對(duì)時(shí)間軸的電壓波形是半波連續(xù)的，即在任意時(shí)刻至少有一個(gè)電壓是正的（或負(fù)的），沒(méi)有間斷出現(xiàn)。

反之，當(dāng)三個(gè)電壓相量中的任意兩個(gè)相鄰相量間的相位差大于180°時(shí)，電壓波形就會(huì)出現(xiàn)間斷，即某一時(shí)間間隔內(nèi)，三個(gè)電壓都不為正（或負(fù)），此時(shí)半波連續(xù)的時(shí)間小于20ms。

d）兩邊折線實(shí)現(xiàn)的原理電路。

如果任意兩個(gè)相鄰電壓相量之間的夾角都小于180°，就動(dòng)作；只要有一個(gè)夾角大于180°，就不動(dòng)作。

② 三邊折線的構(gòu)成原理 a）三邊折線的構(gòu)成

設(shè)折線的一個(gè)頂點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)O；另一個(gè)頂點(diǎn)的 坐標(biāo)用復(fù)量Z4表示，復(fù)量Z4也是折線的一條邊。折線其余兩條邊的方向分別用復(fù)量Z5和Z6表示。

b）測(cè)量阻抗ZK落在不同范圍時(shí)，四個(gè)復(fù)量中相鄰兩個(gè)復(fù)量夾角的特征。

? 當(dāng)測(cè)量阻抗ZK落在動(dòng)作區(qū)內(nèi)時(shí)，?Z4?Zk?、Z5、Z6和?Zk四個(gè)復(fù)量中，任意兩個(gè)相鄰復(fù)量之間的夾角都小于180°。

? 當(dāng)測(cè)量阻抗ZK落在動(dòng)作區(qū)外時(shí)，?Z4?Zk?、Z5、Z6和?Zk四個(gè)復(fù)量中，總有一對(duì)相鄰復(fù)量之間的夾角大于180°。

? 當(dāng)測(cè)量阻抗ZK落在動(dòng)作邊界線上時(shí)，?Z4?Zk?、Z5、Z6和?Zk四個(gè)復(fù)量中，總有一對(duì)相鄰復(fù)量之間的夾角等于180°。同理，將四個(gè)阻抗復(fù)量都乘以電流I，使它們

??????????U4I?Z4ZK?IZ4UK???變?yōu)樗膫€(gè)電壓相量，即?U5?IZ5。

????U6?IZ6?????U?I??ZK???UK?7?③ 由兩邊折線和三邊折線組成“與”門(mén)，即測(cè)量阻抗Zk必須同時(shí)落在兩組折線的動(dòng)作區(qū)內(nèi)，電路才有輸出，繼電器動(dòng)作。

（2）四邊形特性方向阻抗繼電器交流回路的構(gòu)成

① 構(gòu)成四邊形特性的兩組相量

② 四邊形特性方向阻抗繼電器的交流回路 a）電壓形成電路的組成

主要由電抗變壓器TX、阻容移相電路和電壓變 換器UV構(gòu)成。

b）各電壓相量之間的相量關(guān)系 c）多相量相位比較電路（比相電路）兩組負(fù)“或門(mén)”，一組負(fù)“與門(mén)”。d）四邊形特性方向阻抗繼電器的整定 四邊形特性方向阻抗繼電器整定的任務(wù)，就是要把a(bǔ)b邊和bc邊的動(dòng)作阻抗整定到四邊形特性方向阻抗繼電器上，即確定TX原邊的匝數(shù)和UV的變換系數(shù)K1、K2。

e）四邊形特性方向阻抗繼電器的主要優(yōu)缺點(diǎn)

2、平行四邊形偏移特性阻抗繼電器

3、L形特性阻抗繼電器

【歸納小結(jié)】（5min）

1、交流牽引負(fù)荷與交流牽引網(wǎng)短路參數(shù)的特點(diǎn)

2、四邊形特性方向阻抗繼電器的基本原理

3、四邊形特性方向阻抗繼電器交流回路的構(gòu)成

【布置作業(yè)】（3min）

無(wú)

第四篇：牽引供電

目前電氣化鐵路供電系統(tǒng)主要熱點(diǎn) 供電系統(tǒng)主要是指牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分。變電所設(shè)在鐵道附近，它將從發(fā)電廠經(jīng)高壓輸電線送來(lái)的電流，送到鐵路上空的接觸網(wǎng)上。接觸網(wǎng)是向電力機(jī)車(chē)直接輸送電能的設(shè)備。

我國(guó)目前已有了直接供電（簡(jiǎn)稱TR供電）、自耦變壓供電（簡(jiǎn)稱AT供電）、吸流變壓器供電（簡(jiǎn)稱BT供電）和帶回流線的直接供電（簡(jiǎn)稱DN供電）等供電方式.牽引網(wǎng)是由饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌及回流線組成的供電網(wǎng)絡(luò)，一般情況下，接觸網(wǎng)電壓不應(yīng)低于21kv，干線額定電壓25kv，對(duì)地27.5kv。供電如下：

（1）單變供電：每個(gè)供電分區(qū)只從一端的牽引變電所獲得電能（分區(qū)亭設(shè)備開(kāi)關(guān)關(guān)閉）。

（2）雙邊供電：兩個(gè)供電臂同時(shí)從兩個(gè)牽引變電所獲得電能（分區(qū)亭設(shè)備開(kāi)關(guān)關(guān)閉）

（3）越區(qū)供電：當(dāng)牽引變電所不能正常供電時(shí)，通過(guò)分區(qū)亭開(kāi)關(guān)，由兩側(cè)相鄰的共電所供電的臨時(shí)措施（非正常狀態(tài)）

直供方式，在牽引網(wǎng)中不加特殊防護(hù)措施，一般只在通信線路少的山區(qū)采用，AT和BT供電方式比較復(fù)雜，因此在滬杭、浙贛和京滬線電氣化改造中均采用帶回流線的直接供電方式。

帶回流線的直接供電方式取消BT供電方式中的吸流變壓器，保留了回流線，利用接觸網(wǎng)與回流線之間的互感作用，使鋼軌中的回

流盡可能地由回流線流回牽引變電所，因而部分抵消接觸網(wǎng)對(duì)臨近通信線路的干擾，其防干擾效果不如BT供電方式，通常在對(duì)通信線防干擾要求不高的區(qū)段采用。這種供電方式設(shè)備簡(jiǎn)單，因此供電設(shè)備的可靠性得到了提高；由于取消了吸流變壓器，只保留了回流線，因此牽引網(wǎng)阻抗比直供方式低一些，供電性能好一些，造價(jià)也不太高，所以這種供電方式在我國(guó)電氣化鐵路上得到了廣泛應(yīng)用。

直接供電方式

優(yōu)點(diǎn)：簡(jiǎn)單、投資省

缺點(diǎn)：由于牽引供電系統(tǒng)為單相負(fù)荷，該供電方式的牽引回流為鋼軌，是不平衡的供電方式，對(duì)通信線路產(chǎn)生感應(yīng)影響。

自耦變壓器供電方式（AT供電方式）

由于自耦變壓器的作用，接觸網(wǎng)和正饋線的電流均為I/2，方向相反，有效地減少牽引網(wǎng)對(duì)通信線的干擾。由于自耦變壓器的中性點(diǎn)與鋼軌相連，牽引網(wǎng)的供電電壓為2x25kV，電壓提高了一倍，因此牽引變電所的間距理論上提高了一倍。

例如直供+回流線供電方式牽引變電所間距為20-30km，則AT供電方式為40-60km。AT供電方式用于重載、高速需大電流的牽引供電系統(tǒng)。饋線電流只有直供方式的一半。

牽引網(wǎng)阻抗—AT：0.09Ω/km;BT:0.85Ω/km;直供：0.33Ω/km;直供+回流：0.31Ω/km

我國(guó)主要干線電氣化鐵路中，直接供電和BT現(xiàn)在基本不用了，直供現(xiàn)在基本都帶回流線，最開(kāi)始是因?yàn)榭梢詼p少對(duì)通信線的干擾才

設(shè)置回流線的，但現(xiàn)在通信基本用光纜和高屏蔽電纜，回流線意義已經(jīng)不大，但歷史原因吧，習(xí)慣成自然了，現(xiàn)在直供基本都加回流，一根回流線又沒(méi)多少錢(qián)。BT由于牽引網(wǎng)單位阻抗太高，現(xiàn)在新建項(xiàng)目已基本不用，除非在一些對(duì)防護(hù)有特殊要求的地方。所以現(xiàn)在用的比較多的就是帶回流線的直接供電方式和AT方式。

一般接觸網(wǎng)電壓不應(yīng)低于20kv即可。

牽引網(wǎng)阻抗主要和接觸線規(guī)格有關(guān)，另外AT方式的阻抗分長(zhǎng)回路阻抗和段中阻抗兩項(xiàng)。

電氣化鐵路的牽引動(dòng)力是電力機(jī)車(chē)，機(jī)車(chē)本身不帶能源，所需能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。牽引供電系統(tǒng)主要是指牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分。變電所設(shè)在鐵道附近，它將從發(fā)電廠經(jīng)高壓輸電線送來(lái)的電流，送到鐵路上空的接觸網(wǎng)上。接觸網(wǎng)是向電力機(jī)車(chē)直接輸送電能的設(shè)備。沿著鐵路線的兩旁，架設(shè)著一排支柱，上面懸掛著金屬線，即為接觸網(wǎng)，它也可以被看作是電氣化鐵路的動(dòng)脈。電力機(jī)車(chē)?yán)密?chē)頂?shù)氖茈姽瓘慕佑|網(wǎng)獲得電能，牽引列車(chē)運(yùn)行。牽引供電制式按接觸網(wǎng)的電流制有直流制和交流制兩種。直流制是將高壓、三相電力在牽引變電所降壓和整流后，向接觸網(wǎng)供直流電，這是發(fā)展最早的一種電流制，到20世紀(jì)50年代以后已較少使用。交流制是將高壓、三相電力在變電所降壓和變成單相后，向接觸網(wǎng)供交流電。交流制供電電壓較高，發(fā)展很快。我國(guó)電氣化鐵路的牽引供電制式從一開(kāi)始就采用單相工頻（50赫）25千伏交流制，這一選擇有利于今后電氣化鐵路的發(fā)展。

和傳統(tǒng)的蒸汽機(jī)車(chē)或柴油機(jī)車(chē)牽引列車(chē)運(yùn)行的鐵路不同，電氣化鐵路是指從外部電源和牽引供電系統(tǒng)獲得電能，通過(guò)電力機(jī)車(chē)牽引列車(chē)運(yùn)行的鐵路。它包括電力機(jī)車(chē)、機(jī)務(wù)設(shè)施、牽引供電系統(tǒng)、各種電力裝置以及相應(yīng)的鐵路通信、信號(hào)等設(shè)備。電氣化鐵路具有運(yùn)輸能力大、行駛速度快、消耗能源少、運(yùn)營(yíng)成本低、工作條件好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)運(yùn)量大的干線鐵路和具有陡坡、長(zhǎng)大隧道的山區(qū)干線鐵路實(shí)現(xiàn)電氣化，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上均有明顯的優(yōu)越性。

和傳統(tǒng)的蒸汽機(jī)車(chē)或柴油機(jī)車(chē)牽引列車(chē)運(yùn)行的鐵路不同，電氣化鐵路是指從外部電源和牽引供電系統(tǒng)獲得電能，通過(guò)電力機(jī)車(chē)牽引列車(chē)運(yùn)行的鐵路。它包括電力機(jī)車(chē)、機(jī)務(wù)設(shè)施、牽引供電系統(tǒng)、各種電力裝置以及相應(yīng)的鐵路通信、信號(hào)等設(shè)備。電氣化鐵路具有運(yùn)輸能力大、行駛速度快、消耗能源少、運(yùn)營(yíng)成本低、工作條件好等優(yōu)點(diǎn)，對(duì)運(yùn)量大的干線鐵路和具有陡坡、長(zhǎng)大隧道的山區(qū)干線鐵路實(shí)現(xiàn)電氣化，在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上均有明顯的優(yōu)越性。

世界上第一條電氣化鐵路，是德國(guó)的西門(mén)子公司和哈爾斯克公司于1879年在柏林貿(mào)易展覽會(huì)上鋪設(shè)的，長(zhǎng)300米，軌距為1000毫米。此后，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展、鐵路運(yùn)量的增長(zhǎng)和對(duì)能源利用率的重視，全世界電氣化鐵路營(yíng)業(yè)里程逐年增加，到90年代初，在130余萬(wàn)公里的鐵路中，電氣化鐵路有18萬(wàn)公里，占鐵路總里程的13.8%。我國(guó)的鐵路電氣化工程建設(shè)，是從1958年6月開(kāi)始的。1961年8月15日，第一條電氣化鐵路--寶成線寶雞至鳳州段建成通車(chē)，運(yùn)輸效率顯著提高，揭開(kāi)了我國(guó)電氣化鐵路建設(shè)的序幕。在“內(nèi)（燃）

電（力）并舉，以電為主”以及“大力發(fā)展電力牽引”方針的指導(dǎo)下，到1990年底，我國(guó)已建成16條電氣化鐵路，里程達(dá)7000公里。電氣化鐵路的牽引動(dòng)力是電力機(jī)車(chē)，機(jī)車(chē)本身不帶能源，所需能源由電力牽引供電系統(tǒng)提供。牽引供電系統(tǒng)主要是指牽引變電所和接觸網(wǎng)兩大部分。變電所設(shè)在鐵道附近，它將從發(fā)電廠經(jīng)高壓輸電線送來(lái)的電流，送到鐵路上空的接觸網(wǎng)上。接觸網(wǎng)是向電力機(jī)車(chē)直接輸送電能的設(shè)備。沿著鐵路線的兩旁，架設(shè)著一排支柱，上面懸掛著金屬線，即為接觸網(wǎng)，它也可以被看作是電氣化鐵路的動(dòng)脈。電力機(jī)車(chē)?yán)密?chē)頂?shù)氖茈姽瓘慕佑|網(wǎng)獲得電能，牽引列車(chē)運(yùn)行。牽引供電制式按接觸網(wǎng)的電流制有直流制和交流制兩種。直流制是將高壓、三相電力在牽引變電所降壓和整流后，向接觸網(wǎng)供直流電，這是發(fā)展最早的一種電流制，到20世紀(jì)50年代以后已較少使用。交流制是將高壓、三相電力在變電所降壓和變成單相后，向接觸網(wǎng)供交流電。交流制供電電壓較高，發(fā)展很快。我國(guó)電氣化鐵路的牽引供電制式從一開(kāi)始就采用單相工頻（50赫）25千伏交流制，這一選擇有利于今后電氣化鐵路的發(fā)展。

第五篇：牽引供電系統(tǒng)

牽引供電系統(tǒng)

說(shuō)起電氣化鐵路，大家可能首先想到的就是線路兩旁一根根的線桿和列車(chē)頭頂密如蛛網(wǎng)的電線吧。沒(méi)錯(cuò)電氣化鐵路與普通鐵路最明顯的不同在于，它除了地上一條線（軌道）、還有天上一張網(wǎng)（接觸網(wǎng)），是一種立體化的線路。

電力機(jī)車(chē)所需的電能來(lái)自發(fā)電廠由輸電線路、變電裝置、牽引用電網(wǎng)絡(luò)、回流電路等組成的供用電系統(tǒng)供應(yīng)。世界各國(guó)采用的供電制式各不相同，我國(guó)的電氣化鐵路選擇了25千伏單相工頻（50赫茲）交流供電制式。這種供電制式與工業(yè)生產(chǎn)所使用電流頻率簡(jiǎn)稱工頻相同能使?fàn)恳齽?dòng)力獲得最佳效果。從天上到下，一套復(fù)雜完整的大系統(tǒng)為電氣化列車(chē)的運(yùn)行提供了保證。

1電氣化鐵路的心臟——牽引變電所

牽引變電所是牽引供電系統(tǒng)的心臟，它的主要任務(wù)是將國(guó)家電力系統(tǒng)送來(lái)的三相高壓電變換成適合電力機(jī)車(chē)使用的單相交流電。牽引變電所從國(guó)家電網(wǎng)引入220千伏或110千伏三相交流電將三相電轉(zhuǎn)換為適合電氣列車(chē)使用的單相交流27.5千伏電源并送上接觸網(wǎng)。除此而外，它還起著供電保護(hù)、測(cè)量、控制電氣設(shè)備提高供電質(zhì)量，降低電力牽引負(fù)荷對(duì)公共電網(wǎng)影響的作用。為確保牽引供電萬(wàn)無(wú)一失，牽引供電系統(tǒng)都采用“雙備份”模式，兩套設(shè)備通過(guò)切換裝置可以互為備用并隨時(shí)處于“戰(zhàn)備”狀態(tài)，以備不時(shí)之需。

通常將變電所設(shè)備分為一次設(shè)備和二次設(shè)備，一次設(shè)備是指接觸高電壓的電氣設(shè)備，如牽引變壓器、高壓斷路器、高壓隔離開(kāi)關(guān)、高壓（電壓和電流）互感器、輸電線路、母線、避雷器等，它們主要完成電能變換、輸送、分配等功能。二次設(shè)備則主要是控制、監(jiān)視、保護(hù)設(shè)備。隨著科技的發(fā)展，二次設(shè)備更加的集成化和智能化，形成了牽引變電所自動(dòng)化系統(tǒng)為牽引變電所的遠(yuǎn)動(dòng)控制提供了可能。

2電氣化鐵路的動(dòng)脈——接觸網(wǎng)

當(dāng)我們乘坐在電氣化鐵路的旅客列車(chē)上出行時(shí)，會(huì)看到路基兩旁有一根根電桿豎立著頂端安裝有單臂結(jié)構(gòu)裝置伸向線路側(cè)上方且懸掛有電線，并將其固定在距軌道面一定高度的地方，在股道多的車(chē)站或編組站，懸掛結(jié)構(gòu)及各種線網(wǎng)多如蛛網(wǎng)。這就是電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)的主要供電設(shè)備——接觸網(wǎng)。

接觸網(wǎng)是在露天設(shè)置，不但受到各種氣象條件的影響，而且還受到電力機(jī)車(chē)行走時(shí)帶來(lái)的動(dòng)作用力，加上接觸網(wǎng)又無(wú)法設(shè)置備用的條件，所以接觸網(wǎng)的工作環(huán)境條件非常惡劣。為了保證電氣化鐵路可靠安全運(yùn)營(yíng)，接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)必須經(jīng)久

耐用，這就決定了對(duì)接觸網(wǎng)要有特殊的結(jié)構(gòu)。

接觸網(wǎng)的功能，不但要把電能輸送給邊行走邊受流的電力機(jī)車(chē)使用，還要保證電力機(jī)車(chē)在走行時(shí)其受電弓與接觸線在滑動(dòng)摩擦接觸過(guò)程中有良好的受流條件，特別是在環(huán)境條件變化的時(shí)候，線路基礎(chǔ)引起的震動(dòng)，軌道的不平順，車(chē)體上下彈性跳動(dòng)，受電弓弓臂和接觸滑板在受壓狀態(tài)下機(jī)車(chē)快速運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的垂直加速度，以及接觸網(wǎng)導(dǎo)線不平整等因素的存在，都不應(yīng)出現(xiàn)受電弓與接觸線分離現(xiàn)象（通常稱離線），否則將會(huì)導(dǎo)致受流惡化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生電弧燒傷接觸線和受電弓的滑板，后果不堪設(shè)想。安全可靠的供電對(duì)接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)提出了特殊的要求。通過(guò)不斷優(yōu)化，現(xiàn)在的接觸網(wǎng)主要有以下幾個(gè)部分構(gòu)成：

(1)接觸懸掛部分。包括承力索、接觸線、吊弦、中心錨結(jié)、錨段關(guān)節(jié)、補(bǔ)償裝置等。其中接觸線是與電力機(jī)車(chē)受電弓直接接觸處于滑動(dòng)摩擦受流的導(dǎo)線。

(2)支持裝置。用以懸吊和支撐接觸懸掛并將其各種受力載荷傳遞給支柱或橋隧等大型建筑物，還應(yīng)通過(guò)定位構(gòu)件將承力索和接觸線固定在一定范圍內(nèi)，使受電弓在滑行時(shí)與接觸線有良好的接觸。根據(jù)接觸網(wǎng)所在位置及工作環(huán)境的不同，支持裝置的結(jié)構(gòu)又可分為腕臂支持裝置、軟橫跨、硬橫跨、橋梁支持裝置及隧道支持裝置等。

(3)支柱與基礎(chǔ)。用以安裝支持裝置、懸吊接觸懸掛并承受其載荷。另有因供電系統(tǒng)需要的供電線、加強(qiáng)線，以及因供電方式不同而設(shè)置的回流線、正饋線、保護(hù)線等附加導(dǎo)線均安裝在支柱的不同高度位置上，以及為了供電安全與維護(hù)檢修作業(yè)的需要而設(shè)置的保護(hù)設(shè)備、電氣設(shè)備等也安裝在支柱上。

隨著電氣化鐵路特別是高速電氣化鐵路的發(fā)展，對(duì)接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)和供電質(zhì)雖提出了更加嚴(yán)格的要求。接觸網(wǎng)的懸掛方式也衍生出簡(jiǎn)單接觸懸掛、簡(jiǎn)單鏈形懸掛彈性鏈形懸掛、復(fù)鏈形懸掛等多種方式。由于篇幅限制，我們?cè)诖司筒灰灰辉敿?xì)介紹了。

3電氣化鐵路供電方式的變遷

電氣化鐵路中單相文流電的電流回路主要是由鋼軌擔(dān)任的。但鋼軌與大地之間不可能做到理想的絕緣，不僅可能帶來(lái)危險(xiǎn)，還會(huì)嚴(yán)重影響沿途通信。為防止電氣化鐵路的電磁干擾以及減輕回流的泄漏給地下金屬管道帶來(lái)的高電位差，人們采取了各種辦法，供電方式的結(jié)構(gòu)形式也在逐漸演變。

(1)直接供電方式供電方式。（TR供電方式）

所謂直接供電，就是牽引網(wǎng)不采取任何措施，回流電通過(guò)鋼軌返回牽引變電所。由于鋼軌和大地之間沒(méi)有良好的絕緣牽引回流從鋼軌泄漏到地中的回流分量

較大，對(duì)鐵路沿線平行接近的架空通信線和廣播線路產(chǎn)生較大的電磁干擾。但這種方式結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)單，投資最省。我國(guó)早期修建的電氣化鐵路大都是采用這種供電方式。

(2)帶回流線的直接供電方式（TN-RF供電方式）

為了改善鋼軌中的回路電流流入大地所造成的危險(xiǎn)影響和干擾影響，于是在接觸網(wǎng)的支柱上再架設(shè)一條與鋼軌并聯(lián)的回流線，利用回流線與鋼軌間的并聯(lián)連接線使鋼軌中的回路電流盡可能地由回流線流回到牽引變電所中，從而減少大地回流，減小對(duì)沿線通信的干擾。這種改進(jìn)型的直接供電方式的供電性能和供電質(zhì)量得到了改善，在我國(guó)電氣化鐵路上得到了廣泛的采用。

(3)吸流變壓器供電方式（BT供電方式）

BT是英文的Booster Transformer的縮寫(xiě)，即“吸流變壓器”。吸流變壓器并非名符其實(shí)的變壓器，它既不升壓也不降壓，僅是一個(gè)原邊和次邊線圈匝數(shù)相等的電磁耦合器。它的作用就是通過(guò)電磁耦合使?fàn)恳娏鲝匿撥壩交亓骶€。由于接觸網(wǎng)與回流線中流過(guò)的電流

大致相等、方向相反，因此對(duì)鄰近的架空通信線路和廣播線路的電磁感應(yīng)絕大部分被抵消。吸流變壓器使?fàn)恳W(wǎng)阻抗約增大50%，能耗增加，應(yīng)用就受到限制。

(4)自耦變壓器供電方式（AT供電方式）

AT是Auto Transformer（自耦變壓器）的英文縮寫(xiě)。它是將單相自耦變壓器的原理移植到電氣化鐵路供電系統(tǒng)的供電方式，從自輻變壓器繞組的中點(diǎn)抽出一個(gè)端子直接接到鋼軌，就能把單相變壓器的輸出端分成兩個(gè)電壓相等的電源。電力機(jī)車(chē)受電的工作電壓是自耦變壓器輸入端電壓的一半，這時(shí)牽引變電所牽引變壓器的供電電壓可達(dá)到50千伏，大大提高了供電能力。電力機(jī)車(chē)從接觸網(wǎng)受電后，牽引電流一般由鋼軌流回，但由于自耦變壓器的作用經(jīng)鋼軌流回的電流經(jīng)自耦變壓器的另一段繞組和正饋線流回牽引變電所。當(dāng)電力機(jī)車(chē)取用電流時(shí)，由于自禍變壓器的作用，流經(jīng)接觸網(wǎng)和正饋線的電流僅為機(jī)車(chē)負(fù)荷電流的一半。另外，這種供電方式可在不提高牽引網(wǎng)絕緣水平的條件下將饋電電壓提高一倍，可成倍提高牽引網(wǎng)的供電能力，加上牽引網(wǎng)的阻抗小，電壓損失小，電能損耗低，供電距離長(zhǎng)，牽引供電的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)十分優(yōu)越，在高速、重載等負(fù)荷大的電氣化鐵路，是一種首選的供電方式，目前已得到廣泛應(yīng)用。

現(xiàn)在，我國(guó)鐵路根據(jù)實(shí)際情況，對(duì)沿線通信無(wú)特殊要求的一般區(qū)段，基本上都還采用帶回流線的直接供電方式(TR-NF)，在重載、高速、大密度的繁忙干線

和電源設(shè)施薄弱的地區(qū)，則采用AT供電方式。

4電力牽引的特點(diǎn)及優(yōu)越性

電氣化鐵路的供電系統(tǒng)是由發(fā)電廠集中提供電能，經(jīng)變電站，通過(guò)高壓輸電線（110kV）傳輸給牽引變電所，轉(zhuǎn)變成電壓27.5kV或55kV送到接觸網(wǎng)上，供給沿線運(yùn)行的電力機(jī)車(chē)。而牽引供電是指電力系統(tǒng)從鐵路牽引變電所開(kāi)始，向牽引接觸網(wǎng)的供電。電力牽引是一種新型有軌運(yùn)輸牽引動(dòng)力形式。在干線鐵路、城市軌道交通運(yùn)輸和工礦運(yùn)輸中有著廣泛的作用。電力牽引是利用電能作為牽引動(dòng)力，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，驅(qū)動(dòng)鐵路列車(chē)、電動(dòng)車(chē)組和城市軌道交通車(chē)輛等有軌運(yùn)輸工具運(yùn)行的一種運(yùn)輸形式。

電力牽引按其牽引網(wǎng)供電電流制式不同，分為工頻單相交流制、低頻單相交流制和直流制。我國(guó)電氣化鐵路采用工頻單相交流制電力牽引，直流制電力牽引僅用于城市軌道交通運(yùn)輸系統(tǒng)和工礦運(yùn)輸系統(tǒng)。我國(guó)電力牽引供電系統(tǒng)的主要特點(diǎn)有以下幾方面：

(1)電力機(jī)車(chē)是單相移動(dòng)性隨機(jī)負(fù)荷，是一種負(fù)序源。

(2)非線性整流器機(jī)車(chē)，成為一種諧波源，并從電力系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)獲取無(wú)功。

(3)供電方式及設(shè)備種類(lèi)多樣化，有直接供電方式、帶回流線的直接供電方式、串聯(lián)吸流變壓器、BT供電方式、自耦變壓器AT供電方式，這些供電方式的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)特性有較大的差異。對(duì)牽引變壓器，有單相、YN，d11接線、斯科特接線、伍德橋接線、阻抗匹配平衡型、三相不等容量型等形式，它們具有不同的結(jié)構(gòu)和性能特點(diǎn)。由于供電方式不同，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)類(lèi)型也較多。

(4)牽引供電系統(tǒng)和電力機(jī)車(chē)在電氣上是—個(gè)連續(xù)的整體，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和信息化管理。

電力牽引的優(yōu)越性主要有以下幾點(diǎn)：

(1)電力牽引的動(dòng)力大，生產(chǎn)效率高

電力牽引的能量取于強(qiáng)大的電力系統(tǒng)，牽引動(dòng)力大，能最大限度適應(yīng)鐵路運(yùn)輸多拉快跑的需要。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，電力牽引的生產(chǎn)效率比內(nèi)燃機(jī)車(chē)的生產(chǎn)效率高50％以上，對(duì)于客貨運(yùn)輸繁忙的鐵路干線，電力牽引的這種優(yōu)越性尤為顯著。

(2)電力牽引節(jié)省能源，經(jīng)濟(jì)效益好

一方面電力機(jī)車(chē)本身的電能轉(zhuǎn)換效率高；另一方面，電力的生產(chǎn)能夠高效率地綜合利用各種廉價(jià)的自然能源，這對(duì)于節(jié)約國(guó)家有限的煤炭、石油資源，提高鐵路運(yùn)輸?shù)慕?jīng)濟(jì)效益十分有利。

(3)有利于優(yōu)化生態(tài)環(huán)境，改善勞動(dòng)條件

電力機(jī)車(chē)運(yùn)行時(shí)不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，對(duì)鐵路沿線的居民和列車(chē)乘客不會(huì)造成危害，特別是在多隧道的山區(qū)線路，這種無(wú)有害氣體產(chǎn)生的優(yōu)點(diǎn)更為可貴。電力機(jī)車(chē)的司乘人員工作條件好，維護(hù)檢修工作量小，大大降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。5電氣化鐵路供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)中存在的問(wèn)題

(1)牽引變壓器的選型問(wèn)題

鐵路部門(mén)從經(jīng)濟(jì)性考慮，在牽引變壓器選型方面大多會(huì)采用V/V（V/X）接線變壓器，會(huì)產(chǎn)生較嚴(yán)重的三相功率不平衡問(wèn)題。而可大大減少對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)序影響的阻抗平衡牽引變壓器或Scott牽引變壓器，由于造價(jià)相對(duì)較高，往往不被選用。特別是220kV 三相平衡牽引變壓器，鐵路部門(mén)認(rèn)為目前尚無(wú)可靠制造和應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，廣泛推廣面臨困難。

(2)系統(tǒng)短路容量問(wèn)題

從保證高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的電壓水平、確保動(dòng)車(chē)組穩(wěn)定正常運(yùn)行的角度出發(fā)，要求在牽引變電站進(jìn)線處外部配套電源的系統(tǒng)短路容量一般不小于特定數(shù)值。目前給牽引變電站供電的110kV電源，鐵路方面提出的系統(tǒng)短路容量大都低于1000MVA，相當(dāng)多的牽引變電站短路容量在500 MVA 以下，有的甚至只有200、300 MVA，按此標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)電氣化鐵路供電工程，將導(dǎo)致系統(tǒng)壓降很大。從供電安全可靠性考慮，要達(dá)到這個(gè)要求供電部門(mén)有一定困難。因此為保障電氣化鐵路的安全供電，要加強(qiáng)對(duì)電氣化鐵路短路容量問(wèn)題的合理性研究。

(3)負(fù)序諧波治理問(wèn)題

近年來(lái)電氣化鐵路大量投運(yùn)，現(xiàn)有電氣化鐵路仍有部分線路存在著負(fù)序、諧波超標(biāo)等問(wèn)題。隨著電氣化鐵路運(yùn)力的不斷提高，三相不平衡、諧波以及短路電流過(guò)大等問(wèn)題會(huì)更加突出。由于鐵路部門(mén)在設(shè)備選取時(shí)注重經(jīng)濟(jì)性因素，電氣化鐵路對(duì)電網(wǎng)電能質(zhì)量的影響愈加突出。以大秦鐵路湖東牽引站為例，需要采用SVC實(shí)現(xiàn)諧波、負(fù)序治理，但鐵路部門(mén)反映設(shè)備占地面積大、不實(shí)用，新型、有利于治理負(fù)序和諧波的技術(shù)難以推廣。