铁路系统牵引变电所的供电方式和主接线设计研究

史华强中铁三局电务公司

铁路系统牵引变电所的供电方式和主接线设计研究

史华强
中铁三局电务公司

随着高铁技术的推进与发展，电气化系统已经成为铁路发展的必然趋势，牵引变电所作为电气化铁路供电系统的关键保障，为高铁的运行提供电能支撑。本文设计的任务为构建铁路系统井陉牵引变电所供电系统设计。借鉴国内外相关理论研究成果和实践经验，本文确定了牵引供电方案，采用2×25kV工频交流制，AT供电方式与复线区段供电，以及牵引变压器采用三相VV型式。为铁路牵引系统研究提供基础研究参考。

牵引变电所；牵引变压器；AT供电方式；主线设计

1.牵引供电系统

1.1系统结构

根据理论与实践经验总结，本文认为在电气化铁道中，向电力机车或动车组供电的系统结构为分相绝缘器、回流线、接触网、分段绝缘器和电力机车组成，电动机在电力机车或汽车集团中转换为机械能。牵引供电系统通常被称为牵引供电系统，其接触网和沿线的供电设施一般称为牵引供电系统。

1.2系统的工作特点

根据相关理论成果得出，牵引变电所、接触网、电力机车或动车组是牵引供电系统的组成部分。电力机车或动车组牵引供电系统只在负载和驱动电力机车或动车组总是在运动中。本文认为该系统具有以下特点：牵引供电对象是电力机车或动车组，系统的负载具有单相、随机、短时间、非线性等特点。牵引负荷，电力机车或动车组运行单几百安培的电流，牵引变电所馈线电流可以超过1000安培，电流产生在网上联系较大的压力降的牵引力，以保证不小于手臂的21kv供电端电压，必须限制供电臂长度。电力电子变换器、脉冲电流直流电动机等非线性器件，可以产生大的高阶谐波、图像电能质量。铁路范围广，分布广，沿线地理和气象条件差大，接触网张力对机械性能影响显著，受气候影响显著影响，电力机车或动车组受电弓在高速滑动时可能会导致刮弓和断开，接触网或顶绝缘子可能被污闪、雷电过电压和系统电压会引起绝缘击穿放电。

2.牵引网对电力机车的供电方式

牵引电力机车电源的主要直接供电（DF），带回流线直接供电（DN）、自耦变压器（AT供电方式），吸流变压器（BT供电）和同轴电缆（CC电源）。这五种供电方式都有其优缺点，并通过比较和选择适合于客运专线的供电方式。这条线的设计是模式选择的结果。通过自耦变压器向电力机车或汽车集团提供动力的方式，以及在供电方式上。自耦变压器是电力变压器，这是连接到接触线，轨道线。这样的接触网、轨道、器和自耦变压器的电源电路，和接触之间的网络和馈线每10-15公里为自耦变压器的中心抽头和铁路，连接。它具有较好的防护效果。因为在供应链，正馈线电流牵引电流的一半，与三种电源相比，线电压可以减少一半，供电臂的供电方式可以增加一倍，达到50km～60km。在实际工程中尽管功率容量和负序问题，在供电臂长度40km～50km。但与其他电源相比，仍然大大降低了接触线分裂相，并沿牵引变电所数量。另外，在供电方式下，接触网的电流减小，电弧燃烧和受电弓滑板的接触线减小，因此适合于高速重载铁路的供电方式。

3.牵引变电所主接线的设计

3.1总体思路

牵引变电所的电气主接线是指由主变压器、断路器、隔离开关等各种高压电器和设备及其连接导线所组成的接受和分配电能的电路。它反映了牵引变电所的基本结构和功能。主接线的确定对牵引变电所的电气设备的选择、配电装置布置、以及牵引变电所的技术经济指标都具有重要影响。根据相关理论电气主接线的基本要求是：可靠保证对牵引负荷和地区负荷供电需要；减少投资和运行费用；应保证运行灵活，检修维护安全方便；结线简单、明显，操作简便可靠。

3.2高压侧电气主结线的基本形式

根据相关实践经验电气主接线的基本形式可以分为：单母线接线、单母线分段接线、双母线接线、T接线、桥式接线和简单接线等，下面介绍牵引供电系统中三种常用的接线方式。单母线接线，整个配电装置中只设一组母线。将各个电源的电能汇集后再分配到各引出线。单母线接线的优点：接线简单，设备少，配电装置费用低，经济性好并能满足一定的可靠性操作方便，便于扩建和采用成套配电装置。切断各断路器的负载电流和故障电流。当断路器被关闭时，该电路被切断，另一电路不受影响。单母线连接的缺点：可靠性差，母线或母线隔离开关故障或检修，全部电路停止工作，也就是造成全厂或长期停运，调度不方便，功率只能并联运行，且线路侧短路发生，短路电流。为了克服单母线接线的缺点，通常采用以下措施：与断路器或隔离开关，母线分段；增加旁路母线和相应的设备，检修停电任何回路的断路器。

本设计采用桥形节点线，当仅2电源电路和2台主变压器时，往往在电源线与水平母线连接，从而构成桥接。根据桥接线的不同位置的中间横桥总线，到桥和桥2。前者的母线连接在变压器侧边，后者与线路侧边连接。因为电路比变压器的故障多，同时，牵引变压器也不需要频繁的操作，所以在牵引变电所的桥梁连接中得到了广泛的应用。外桥连接特点和内桥接线方式比较，外桥适用于线路距离较短，故障线路的故障少，而变压器需要频繁的操作场合。该连接是方便了变压器的输入和去除，和一条线的拆除，需要同时打破变压器的同时，导致变压器的短功率中断。

3.3牵引变压器的接线

结合本设计的系统构建，220kV高压侧的接线方式牵引变压器作为牵引变电所的核心设备，其接线方式的选择对主接线有着非常大的影响，其接线形式有单相接线变压器、单相V,v接线变压器、三相V,v接线变压器、三相YN,d11接线变压器、斯科特接线变压器等。各种变压器接线方式的比较。本设计选择三相VV接线方式，这也是我国高速铁路广泛采用的方式，有许多优点：主变变压器具有制造简单、成本低、无需设置变压器等优点，减少了设备投资，减少了设备的电能损耗，充分利用了变压器二次侧线圈。变电站近端相当于直接供电方式，可以有效地保证牵引供电网的电能质量。运行方式灵活，可实现牵引网供电方式的切换，可转换为牵引网的直接供电方式，有效提高设备故障状态的供电能力。

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