牵引供电期末复习题.docx
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牵引供电期末复习题
《牵引供电系统》复习题〔本科〕
一、填空题
1、内燃机车是以柴油为燃料，利用柴油发电机-电动机组牵引列车，效率比蒸汽机车高。
2、电力系统是指发电,送电,变电,和用电组成的整体。
3、电力网简称电网。
由输电线路、配电线路、变电所组成。
4、输电线路的作用是输送电能，其特点是电压较高、线路较长。
5、配电线路的作用是分配电能，其特点是电压较低、线路较短。
6、变电所分为枢纽变电所、地区变电所、用户变电所三种。
7、变电所除具有变换电压的作用外,还具有集中电能,分配电能和控制电能以与调整电压的作用。
8、牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电形式。
9、工频单相交流牵引供电系统主要由牵引变电所、牵引网两部分组成。
10、机车的额定电压为25kv，最高工作电压为29kv，最低工作电压为20kv。
11、工频单相交流电力机车是功率很大的单相负荷，会影响到三相电力系统的对称性。
12、根据所采用的变压器的类型不同，牵引变电所通常又分为单相牵引变电所、三相变电所、三相-两相变电所三种。
13、为减小操作过电压对变压器绕组绝缘的威协，在变压器送电和停电的瞬间必须合上中性点接地隔离开关。
14、为了经济合理地选择牵引变压器容量，计算分确定计算容量、确定校核容量、安装容量三个步骤进行。
15、牵引网的电阻主要包括接触网的电阻、钢轨的电阻、大地回路的电阻。
16、牵引网阻抗是供电臂的电压损失、电能损失、短路计算的基本参数。
17、电气化铁道供电系统的主要任务是保证安全可靠地向电力机车供电。
18、牵引供电系统由于阻抗与负荷而导致供电电压降低，其降低的数值称为电压损失。
19、牵引负荷引起的电压损失主要由牵引网的电压损失、牵引变电所的电压损失两部分组成。
20、牵引供电系统目前采用直流制,低频单相交流制,三相交流制,工频单相交流制几种制式.
21、牵引变电所的作用是降压,并将三相电源转换成两个单相电源,然后通过馈电线分别供电给牵引变电所两侧的接触网。
22、每一供电臂牵引网的电能损失包括列车自身造成的、同行列车产生的、非同行线路列车产生的三项电能损失之和。
23、牵引变压器的损失是指变压器的铜耗、铁耗两部分能耗。
24、任意一个不平衡负荷都可用对称分量法分为正序、负序、零序三组对称分量。
25、单相工频交流牵引网对通信线路造成的危险电压影响包括静电感应影响、电磁感应影响两种。
26、牵引网是由馈电线、接触网、钢轨、回流线组成的双导线供电系统。
27、电气化铁道牵引供电属于一级负荷。
28、牵引变电所的供电方式有一边供电,两边供电,环形供电三种。
29、我国目前牵引变电所的引入线方式有桥接线方式、双T接线方式、单母线分段方式。
30、接触网的供电方式是指牵引变电所向接触网的供电方式。
二、判断题
1、电力机车本身的电能转换效率低。
×
2、牵引变电所的引入线方式又称为牵引变电所一次侧的主接线方式。
3、工频单相交流电力机车是功率很大的单相负荷，必然会影响到三相电力系统的对称性。
4、斯科特结线变压器的主要特点是当副边两负荷臂电流相等时，原边三相电流不对称。
×
5、电力机车在运行中消耗的能量是电能，通常称之为运行能耗。
×
6、允许变压器过负荷的主要条件是不损害变压器的正常使用期限。
7、交流牵引网的电阻值比直流电阻值要小，主要是交变电流的趋表效应所致。
×
8、在单线电气化区段上，牵引电流在各导线中所产生的电压降相同，而且各导线间的电流分布有固定的比例。
9、复线电气化区段接触网的悬挂类型和单线区段相同。
10、单相接地短路和两相短路接地只会在大电流接地系统中发生。
11、牵引供电系统总容量无限大即指系统内阻为无穷大。
×
12、不对称短路可以应用对称分量法求解。
13、牵引网中的电压损失即牵引网中的电压降。
×
14、复线牵引网中电流分配与支路长度成正比。
×
15、牵引供电系统电能损失主要包括牵引网电能损失和牵引变压器电能损失两部分。
三、名词解释
1、电力系统——指发电、送电、变电和用电组成的整体，主要包括发电厂、电力网与电网电压、变电所。
2、电气化铁道牵引供电系统——牵引供电指拖动车辆运输所需电能的供电形式。
电气化铁道供因用电量大、分布广，因而形成相对独立于电力系统的电气化铁道牵引供电系统。
3、容量利用率——指变压器的额定输出容量与额定容量之比，变压器的容量利用低，不仅造成基本建设投资的浪费，还会额外增加运营成本。
4、变压器的过负荷能力——指在保证变压器正常寿命〔一般是20年〕的前提下，可以带比额定值大的负荷运行一段时间。
5、牵引网阻抗——指供电臂的电压损失、电能损失、短路计算的基本参数。
通过实施牵引网阻抗的测试，可确保电气化系统的稳定运行。
6、短路——指不同电位导电部分之间的短接，包括一切相与相、在大电流接地系统中相与地间的直接短接等。
7、电压损失——牵引供电系统由于阻抗与负荷而导致供电电压降低，其降低的数值称为电压损失。
四、简答题
1、电力牵引比蒸汽机车牵引,内燃机车牵引具有更大的优越性,主要表现在哪几方面？
答:
1.电力牵引的动力大,生产效率高；2.电力牵引节省能源,经济效益好；3.有利于优化生态环境,改善劳动条件。
2、请说明什么是牵引变电所的电气主接线？
答:
牵引变电所（包括开闭所,分区亭）电气主接线是指由隔离开关,互感器,避雷器,断路器,主变压器,母线.电缆等高压一次电气设备,按一定顺序连接的用于表示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性能,在运行中表明电能的输送和分配关系,一次设备的运行方式,成为实际运行操作的依据.
3、工频单相交流制的主要优点有哪些
答:
（1）牵引供电系统结构简单.牵引变电所从电力系统获得电能并经过电压变换后,直接供给牵引网,不需要在变电所设置整流和变频设备,变电所结构大为简化.
（2）牵引供电电压增高,既可保证大功率机车的供电,提高机车的牵引定数和运行速度,又可使变电所之间的距离延长,导线截面减少,建设投资和运营费用显著降低.（3）交流电力机车的粘着性能和牵引性能良好.通过机车上变压器的调压,牵引电动机可以在全并联状态下工作,牵引电动机并联运转可以防止轮对空转的恶性发展,从而提高了运用粘着系数.（4）和直流制比较交流制的地中电流对地下金属的腐蚀作用小,一般可不设专门防护装置.
4、单边全并联供电方式比末端并联供电方式有哪些优势？
答:
单边全并联供电方式比末端并联电更能有效地减小接触网阻抗,降低接触网电压损失和电能损失;另一方面又能对接触网的短路故障进行有效的保护,即当接触网短路故障时,牵引变电所两馈线断路器自动跳闸,接触网瞬时失电,负荷开关随即自动断开,上,下行接触网分开,此时,通过变电所的故障判断装置确定其故障线路,而非故障线路即刻自动重合送电.如果是瞬消性故障,两条线路分别送电成功后,负荷开关自动重合,又恢复到全并联供电方式.
5、为什么我国城市无轨电车、矿山电力机车、地铁都采用直流制，而电气化铁道干线上却不采用直流制？
答：
在矿工企业，城市地上交通和地铁供电，由于相对距离较近，对供电的安全性却要求较高，所以采用电压较低的直流制供电更具有优越性。
矿山运输的直流电压为1500V，城市电车为650~800V，地铁为720~820V。
工频单相交流制是电气化铁道发展中的一项先进供电制,最早出现在匈牙利,电压为16kV.1950年法国试建了一条25kV的单相工频交流电气化铁道.随后日本,前苏联等相继都采用了工频交流制,电压为20kV.由于此种电流制的优越性比较明显,很快在各国被采用,目前已占到电气化铁道的40%以上.我国电气化铁道建设一开始就采用了此种电流制,从而为后来的电气化铁道的发展打下了良好的基础.
6、画出三相牵引变压器结线图,并说明中性点通过隔离开关接地的原因是什么？
答:
中性点通过隔离开关QS接地,其原因有以下两点:
（1）由于每一个中性接地点,都构成零序电流回路的一个分支,对电力系统故障时的零序电流形成分流,使零序保护的动作受到影响.因此中性点何时需要接地,应根据地方电力调度的命令确定.通常中性点隔离开关训是断开的.
（2）为减小操作过电压对变压器绕组绝缘的威胁,在变压器送电和停电的瞬间必须合上中性点接地隔离开关。
7、斯科特结线变压器的电压关系？
答:
斯科特结线变压器可以把三相对称电压变换成两相对称电压,所谓两相对称是指数值相等,相位相差90°
8、采用三相YN,d11结线的三相变电所主要有以下优点:
？
答:
采用三相YN,d11结线的三相变电所主要有以下优点:
（1）变压器原边采用YN结线,中性点引出接地方式与高压电网相适应.
（2）变压器结构相对简单,又因中性点接地,绕组可采取分级绝缘,因此变压器造价较低.
（3）运用技术成熟,供电安全可靠性好.
（4）变电所有三相电源,不但所内自用电可靠,而且必要时还可向地方负荷供电.
9、斯科特结线变压器工作原理？
答：
斯科特结线变压器由两台单相变压器按规定连接而成。
一台单相变压器的原边绕组两端引出，分别接到三相电力系统的两相，称为座变压器;另一台单相变压器的原边绕组一端引出，接到三相电力系统的另一相，另一端到M座变压器原边绕组的中点O，称为T座变压器。
这种结线型式把对称三相电压变换成相位差为的对称两相电压，用两相中的一相供应一边供电臂，;另一相供应另一边供电臂。
M座变压器原边绕组匝数，电压分别用表示，两端分别接入电力系统的B，C相;副边绕组匝数，电压分别用表示，向左边供电臂供电。
T座变压器原边绕组匝数，电压分别为，一端接在M座变压器原边绕组的中点O，另一端接到接到电力系统的A相;副边绕组匝数，电压分别为，向右边供电臂供电。
T座和M座副边匝数相同，都是，原边匝数不同，T座原边匝数是M座的。
实际中，通常把两台单相变压器绕组装配在一个铁芯上，安装在一个油箱内。
10、斯科特结线变压器的优缺点？
答：
优点：
当M座和T座两供电臂负荷电流大小相等，功率因素也相等时，斯科特结线变压器原边三相电流对称。
变压器容量可全部利用。
（用逆斯科特结线变压器把对称两相电压变换成对称三相电压）。
对接触网的供电可实现两边供电。
缺点：
斯科特结线牵引变压器制造难度较大，造价较高。
牵引变电所主结线复杂，设备较多，工程投资也较多。
维护检修工作量与相应的费用有所增加。
而且斯科特结线牵引变压器原边T接地（O点）电位随负载变化而产生漂移。
严重时有零序电流流经电力网，可能引起电力系统零序电流继电保护误动作，对邻近的平行通信线可能产生干扰，同时引起牵引变压器各相绕组电压不平衡，而加重绕组的绝缘负担。
为此，该结线牵引变压器的绝缘水平要采用全绝缘。
11、为了经济合理的选择牵引变压器容量,计算分哪几个个步骤进行？
答:
为了经济合理的选择牵引变压器容量,计算分3个步骤进行：
（1）确定计算容量—按正常运行的计算条件求出主变压器供应牵引负荷所必须的最小容量.
（2）确定校核容量—按列车紧密运行时的计算条件并充分利用牵引变压器的过负荷能力所计算的容量.（3）安装容量—根据计算容量和校核容量,再考虑其他因素（如备用方式）等,最后按变压器实际产品的规格所确定的变压器台数与容量。
12、画出牵引网等效电路,并说出其等值电路？
答:
两个等值电路,一条是由牵引变电所—接触网—电力机车—大地回路—牵引变电所.这条回路的特点是在整个回路中流过的电流均为牵引电流,作用在这个回路上的电压是牵引变电所端压与电力机车弓上电压的相量差,为有源回路,另一条是轨道—大地回路.
13、引起短路的原因有哪些？
答:
短路的原因有:
（1）自然灾害引起.例如带电部分遭受雷击,或因风雪引起的倒杆断线等均属于此类.
（2）因恶劣的工作环境而引起.例如变电所位于污染严重地区,绝缘子因受污染而击穿.
（3）因设备维护不善而引起.例如设备绝缘已老化,而未与时更换造成击穿.
（4）由于工作人员违章误操作而引起.例如接触网工带电挂接地线与未撤地线而送电等均属此类.
14、为了减少短路故障的危害,采取哪些措施？
答:
为了减少短路故障的危害,主要采取以下措施:
（1）减少短路发生的可能,根除短路危害.通常做法是正确设计,高质量地安装,精心维护,认真检修,定期进行绝缘预防性试验,与时消除设备缺陷,严明操作规程.
（2）限制短路电流,减少危害程度.通常的做法是在线路上接电抗器等.
（3）限制短路电流的危害时间和X围.通常的做法是在供电系统中装设性能良好的继电保护装置,能在短路发生时,快速地将短路部分有选择地从系统中切除.将故障部分与正常部分隔离,使非故障部分正常工作,故障部分与时脱离电源。
（4）提高发电机的性能,增强系统稳定性.通常的做法是在发电机上装设自动调压装置。
15、减少牵引供电系统的电能损失,通常采取哪些措施？
答:
为了减少牵引供电系统的电能损失,通常采取如下措施:
（1）限制供电臂的长度.供电臂的长度除了对其末端最低电压水平有较大影响外,还对牵引网电能损失有较大的影响.即过长的供电臂,将使牵引网能耗急剧增加,因此,对供电臂的长度要适当限制.
（2）加设加强导线.从经济上考虑,增设加强导线的一次性投资,可以在近期内被减少的牵引网能耗的费用所补偿,这样增设加强导线是有意义的。
（3）当电气化铁路有较大的迂回区段时,应设置捷接线.
（4）接触网尽可能采用双边供电方式.
（5）在满足防干扰条件的电气化区段,牵引供电系统应采用直接供电方式（较之BT供电方式的牵引网电能损耗为小）.
（6）结合变压器经济运行选择容量.从经济上考虑,如果适当增大牵引变压器容量而引起的一次性投资与基本电价费用增加,可以用近期内节能回收的费用来补偿,这样,增大主变压容量是有意义的.
（7）对牵引网结构布置,材质,导线与截面进行优选,以降低牵引网阻抗.
（8）因负荷要求,需对接触悬挂实行分段采用不同截面时,在单线区段应由近电源点开始依次由大到小采用不同截面的导线.在复线区段则宜将大截面导线均匀置于近电源侧的上,下行接触悬挂内.即加设加强导线一般应设于变电所端.
（9）实行牵引变压器的经济运行
在牵引变电所中,应根据实际的负荷大小调整变压器是一台运行还是两台同时投人.即要求两台变压器应在功率损耗最小的情况下运行.为此,常用临界负荷率来判定.
临界负荷率是在一台变压器运行的能耗与两台变压器运行的能耗相等的条件下推导所得.
（10）在复线区段,采用上,下行线路在供电臂末端并联供电,可减少牵引网电能损耗。
（11）在牵引变电所装设并联电容补偿装置,可提高功率因数,减少电能损失。
（12）在牵引变电所中采用节能型牵引变压器,效率可达99%以上.尽可能选容量利用率高和高过载能力,低阻抗电压的牵引变压器.
16、三相-两相平衡变压器次边两相电压应符合什么条件？
当次边两相负荷满足什么条件时，才能使平衡变压器达到平衡？
答：
当三相－两相平衡变压器次边两相电压幅值相同、相位互差90°，并且两相负荷大小相同、功率因数也相同时，牵引负荷在三相系统产生的合成负序功率为零，也就是说此时三相－两相平衡变压器达到了平衡。
17、对于YNd11牵引变电所，若两臂负荷完全相同，问
a.变压器超前相与滞后相绕组的功率因数比较起来哪一相较大？
b.变压器超前相与滞后相绕组的电压损失比较起来哪一相较大？
c.由以上结果，一般情况下应将重负荷安排在哪一相？
答：
YNd11牵引变压器牵引端口等效电路与电气量参考方向如下图所示，其中a为引前相，b为滞后相。
以
为基准画相量图如下：
a．可见，一般情况下，a相即引前相绕组功率因数较好；
b．由于功率因数较差，故滞后相绕组上的电压损失较大；
c．滞后相电压水平较低，所以重负荷一般安排在引前相上。
18、对于YNd11牵引变电所，问
a.每臂牵引负荷是否会产生零序电流分量？
为什么？
b.如果会，牵引负荷产生的零序电流分量是否能注入电力系统？
c.如果不能，牵引负荷产生的零序电流分量在什么地方流动？
答：
a．牵引负荷作用在变压器次边，不会在原边产生零序电流。
因为牵引变电所从三相系统所取的电流满足
〔参照下图〕，故原边三相电流中不存在零序分量。
c．画出对应的零序网络如下：
易知，负荷产生的零序分量只在变压器次边，即YNd11变压器的三角绕组侧形成回路。
19、并联补偿有哪些作用？
答：
并联补偿作用主要有
（1）补偿无功，提高功率因数；
（2）适当设置可降低负序；
（3）滤除高次谐波；
（4）降低母线压损，提高网压水平；
（5）降低牵引变压器、电网的功率损失；
（6）提高供变电设备的容量利用率。
五、计算题
1、某复线牵引变电所采用V/V结线，电力系统的电抗X1∑=0.689〔Sd=100MV·A〕，两台单相变压器各为15MV·A，Uk%=10.5。
试求牵引母线接地短路和异相牵引母线短路时的电流值。
解：
当发生牵引母线接地短路时，有：
当发生异相牵引母线短路时，有：
2、已知供电臂最大负荷电流Imax=450A，要求补偿的电压损失
=2000V，采用CY1-20-1标准电容器。
求所需要电容器个数与电容器组的容量。
解：
CY1-20-1电容器参数为：
UcN=1000V
QcN=20000V·A
IcN=
XcN=
需要的容为：
Xc=
并联电容器数为：
串联电容器数为：
取m=23，n=4，则电容器组的实际容量Qc和实际容抗Xc分别为
串联电容器组补偿的电压损失〔
〕
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