电力牵引供变电系统分析与典型故障处理毕业论文.docx
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电力牵引供变电系统分析与典型故障处理毕业论文
电力牵引供变电系统分析与典型故障处理
题目：
电力牵引供变电系统分析与典型故障处理
专业：
电气工程及其自动化
学号：
姓名：
指导教师：
学习中心：
2011年3月21日
院系专业电气工程及其自动化
年级学号姓名
学习中心指导教师
题目电力牵引供变电系统分析与典型故障处理
指导教师
评语
是否同意答辩过程分（满分20）
指导教师（签章）
评阅人
评语
评阅人（签章）
成绩
答辩组组长（签章）
年月日
毕业论文任务书
班级学生姓名张彬学号
开题日期：
2011年1月20日完成日期：
2011年3月20日
题目电力牵引供变电系统分析与典型故障处理
1、本论文的目的、意义：
本设计主要以电力牵引供变电系统为主，对其结构特点进行系统分析，包括主电路、控制电路、计量回路。
事故预告，报警回路；高低压电器等。
同时对电力牵引供变电系统供电方式的特点进行分析，对典型故障案例进行深入分析，提出解决方案，包括组织流程、安全、技术、处理措施。
最后对接触网和牵引变电所倒闸部分进行了分析，更便于掌握牵引变电所的运行状态。
2、学生应完成的任务1、熟悉牵引供变电系统的组成
2、了解27.5kV或55kV侧电气主接线
3、了解牵引变电所110kv侧的电气主接线
3、论文各部分内容及时间分配：
（共8周）
第一部分收集有关于电力牵引供电系统的书籍资料（1周）
第二部分学习电力牵引供电系统概述（2周）
第三部分学习牵引变电所电气主接线（1周）
第四部分了解牵引变电所典型案例（1周）
第五部分进行对整个论文成果的总结（1周）
评阅或答辩撰写毕业答辩（2周）
4、参考文献：
1、铁路电力与牵引供电系统西南交通大学出版社
2、铁道论坛
3、电气化铁道接触网中国电力出版社
4、
5、
备注
指导教师：
年月日
审批人：
年月日
诚信承诺
一、本论文是本人独立完成；
二、本论文没有任何抄袭行为；
三、若有不实，一经查出，请答辩委员会取消
本人答辩（评阅）资格。
承诺人（钢笔填写）：
年 月 日
摘要
毕业论文介绍了电气化铁道供变电技术，以交流电气化铁道为重点，加强了对牵引供电系统的认识。
牵引供电系统又以牵引变电所为重点，介绍了供电系统一次设备和二次电气设备，对变电所一次电气设备的构成、类型、工作原理做了一定的介绍。
本设计主要以电力牵引供变电系统为主，对其结构特点进行系统分析，包括主电路、控制电路、计量回路。
事故预告，报警回路；高低压电器等；对典型故障案例进行深入分析，提出解决方案，包括组织流程、安全、技术、处理措施。
关键词：
交流电气化设备供电系统供电方式结构特点
第1章电力牵引供电系统概述8
1.1电力牵引特点8
1.2牵引供变电系统的组成9
1.3牵引供电方式11
1.4接触网14
第2章牵引变电所电气主接线18
2.1电气主接线概述18
2.2牵引变电所110kv侧的电气主接线18
2.327.5kV或55kV侧电气主接线19
第3章牵引变电所典型案例23
结论25
致谢25
第1章电力牵引供电系统概述
1.1电力牵引特点
电力牵引是一种新型有轨运输牵引动力形式。
在干线铁路、城市轨道交通运输和工矿运输中有着广泛的作用。
电力牵引是利用电能作为牵引动力，将电能转换为机械能，驱动铁路列车、电动车组和城市轨道交通车辆等有轨运输工具运行的一种运输形式。
电力牵引按其牵引网供电电流制式不同，分为工频单相交流制、低频单相交流制和直流制。
我国电气化铁路采用工频单相交流制电力牵引，直流制电力牵引仅用于城市轨道交通运输系统和工矿运输系统。
一、电力牵引特点
电力牵引运输具有一系列有点：
（1）电力牵引机车本身不带燃料，可使用二次能源，为非自给式牵引动力，并由大容量电力系统供电，连接全国电网，能源有保证。
（2）机车或动车组总功率大，具有启动和加速快、过载能力强、运输能力大等特点，能满足各种现代交通运输对快速、大运输能力的需要。
（3）不造成空气和环境（噪声）污染，改善劳动条件。
（4）电力牵引的总效率高，节约能源。
我国的铁路机车牵引经历了蒸汽机车、内燃机车和电力机车的发展阶段。
统计资料表明，电力牵引在全部或部分为水电供电的情况下，包括发电厂、输变电和供电系统以及机车、车辆效率在内，比使用内燃机车为动力的内燃机车和汽车运输等运输工具的总效率要高出几个甚至几十个百分点。
因而采用电力牵引可有效节约能源，并降低运输成本。
（5）安全性高。
随着信息技术、微电子技术的广泛应用，电力机车可实现实时检测故障、自动驾驶、遥测及遥控，电力牵引系统易于实现全面自动化和信息化，从而大力提高劳动生产效率和经济效益。
（6）有利铁路沿线实现电气化，促进工农业发展。
当然，电力牵引也存在某些缺点，主要是其一次投资费用较同类运输工具要高。
从上可知，电力牵引的综合优势是明显的。
自20世纪50年代以来，铁路牵引动力电气化已成为世界范围内铁路技术革命的方向、铁路现代化的标志。
在当前，发展城市轨道交通电力牵引，已日益引起人们的广泛重视。
1.2牵引供变电系统的组成
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（将工频交流变换为低频交流或直流电压）后，向电力机车负荷提供所需电流制式（交流或直流）的电能，并完成牵引电能传输、配电等全部功能的完整系统。
工频交流单相电力牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网组成。
牵引网实行单相供电，由馈电线（简称馈线）、接触网、轨道电路及回流线等组成。
为了使电能有效、可靠地供给电力机车，牵引网上还安装有分相绝缘器，分段绝缘器等设备，供电系统中设有分区所、开闭所等。
我国规定牵引网额定电压为25kv，额定频率为50Hz。
交流电气化牵引供电系统组成结构如图1-1所示，牵引供电构成的回路是：
牵引变电所——馈电线——接触网——电力机车——钢轨和大地——回流线——牵引变电所。
图1-1电气化铁道供电系统示意图
城市轨道交通的直流电力牵引供电系统则有主变电所、直流牵引变电所、牵引网等组成。
交流电力牵引供电系统因牵引网对抑制通信干扰采取的技术措施不同而区分为直接供电方式、带回流导线的供电方式、带吸流变压器（BT）供电方式，以及2×25kv自耦变压器（AT）供电方式，不同供电方式的系统和装置结构有所不同。
一、牵引变电所
牵引变电所是交流工频单相电力牵引供变电系统的重要环节，它完成变压、变相和牵引网供电等功能，并实现三相交流一次供电系统与单相电力牵引系统的借口与系统。
牵引变电所停电后，可由相邻变电所实现越区供电，但牵引网电压水平将下降。
根据交流牵引网的不同供电方式和牵引变电所为抑制单相牵引负荷造成电力系统的不对称影响，可采用不同接线方式与结构的主变压器，区分为三相牵引变电所（一般为Y，d11接线主变压器）、单相牵引变电所（含V／V形接线方式主变压器），三相二相牵引变电所（采用特种接线方式，用以变相的平衡变压器）。
相对于牵引网不同供电方式而言，则区分为一般（直供、BT方式）供电方式牵引变电所和自耦变压器（AT）供电方式牵引变电所。
3.2.1接触网
按电力机车集电方式的不同，接触网可分为：
架空单线式、架空复线式和接触轨（第三轨）三种方式。
交流电气化铁道一般均采用架空单线式：
城市无轨电车则采用架空复线式，第三轨方式则普遍应用于地下铁道。
架空接触网是一种悬挂在电气化铁道钢轨上方并和轨面保持一定距离的链型或单导线系统，专为电力机车或电动车组提供电力的特殊供电回路，机车通过受电弓与接触网滑动接触取得电能。
三、馈电线
馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，也称馈出线。
馈电线一般采用钢芯铝绞线，将变电所的电能输送给接触网。
四、回流线
回流线是牵引供电回路中的一部分，是将轨道和牵引变电所主变压器接地相之间连接的导线，通过其将流经电力机车的负荷电流引入变电所。
1.3牵引供电方式
交流电力牵引供电系统因牵引网对抑制通信干扰采取的技术措施不同而采取不同的供电方式。
牵引供电系统的供电方式主要包括直接供电方式、带回流导线的供电方式、带吸流变压器（BT）供电方式，以及2×25kv自耦变压器（AT）供电方式。
牵引网的供电方式则包括单边供电、上下行并联供电和双边供电。
一、牵引供电系统的供电方式
1.直接供电方式（TR供电方式）
直接供电方式是在牵引网中不断增加特殊防护措施的一种供电方式，是结构最简单的一种。
电气化铁路最早大都采用这种供电方式，它的一根馈线接在接触网（T）上，另一根馈线接在钢轨（R）上，如图1-2所示。
这种供电方式结构简单，投资最省，牵引网阻损较小，能耗也较低。
供电距离单线一般为30km左右，复线一般为25km左右。
电气化铁路是单相负荷，机车由接触网取得电流经钢轨流回牵引变电所。
由于钢轨与大地是不绝缘的，一部分回流电流由钢轨流入大地，因此对通信线路产生较大电磁干扰。
这是直接供电方式的缺点，它一般采用在铁路沿线通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段。
图1-2直接供电方式原理图
2.吸流变压器供电方式（BT供电方式）
BT供电方式是在牵引网中架设有吸流变压器—回流线装置的一种供电方式。
与直接供电方式相比，是在系统中增加了吸流变压器设备。
此种方式目前在我国电气化铁路上采用较广。
吸流变压器是变比为1：
1的变压器，它的一次绕组串接在接触网（T）上，二次绕组串接在专为牵引电流流回牵引变电所而特设的回流线（NF）上，所以也称吸流变压器—回流线供电方式，如图1-3所示。
图1-3BT供电方式原理图
吸流变压器供电方式的工作原理是，由于吸流变压器的变比为1：
1，当吸流变压器的一次绕组流过牵引电流时，在其二次绕组中强制回流通过吸上线流入回流线。
由于接触网与回流线中流过的电流大致相等，方向相反，因此对邻近的通信线路的电磁感应绝大部分被抵消，从而降低了对通信线路的干扰。
这种供电方式由于在牵引网中串联了吸流变压器，牵引网的阻抗比直接供电方式约大50％，能耗也比较大，供电距离也较短，单线一般为25km左右，复线一般为20km左右，投资也比直接供电方式大。
3.带回流线的直接供电方式（DN供电方式）
DN供电方式是在接触网支柱上架有一条与钢轨并联的回流线，如图1-4所示。
这种供电方式取消了吸流变压器，保留了回流线。
利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线回牵引变电所。
因而能部分抵消接触网对邻近通信线路的干扰，但其防干扰效果不让BT供电方式。
这种供电方式可在对通信线路防干扰要求不高的区段采用。
由于取消了吸流变压器，只保留了回流线，因此牵引网阻抗比直接供电方式低一些，供电性能好一些，造价也比BT供电方式低。
目前，这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用。
图1-4DN供电方式原理图
二、牵引网的供电方式
1.单边供电
我国单线电气化铁路全部采用单边供电，如图1-7所示。
在复线区段当馈电线较短时也可以采用单边供电。
单边供电与其他区段无联系，继电保护设置简单。
2.上下行并联供电
在复线电气化区段的供电臂末端设有分区所，将上下行接触网通过断路器实行并联供电，如图1-8所示。
这种供电方式的优点是，它能均衡上下行供电臂的电流，降低接触网损耗，提高电压水平，在有轻重车方向和线路有较大坡道情况下，效果更为显著。
我国复线电气化铁路大多采用这种供电方式。
图1-8上下行并联供电方式原理图
3.双边供电
双边供电是由相邻两个牵引变电所同时向其间的接触网供电，在供电臂的末端由分区所连接起来，如图1-9所示。
其优点是由两个牵引变电所供电，均衡了负荷，降低了接触网损耗，提高了电压水平。
目前我国交流电气化铁路还未采用这种供电方式，双边供电方式多用在城市轨道交通的直流牵引供电系统中。
1.4接触网
1.接触网的组成
）`（g M7M"R+h'_-中国地铁生活门户论坛,涉及地铁规划、建设及地铁周边生活相关的讨论。
接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。
其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。
2B（v;_0i（d-中国地铁生活门户论坛,涉及地铁规划、建设及地铁周边生活相关的讨论。
接触悬挂包括接触线、吊弦、承力索以及连接零件。
接触悬挂通过支持装置架设在支柱上，其功用是将从牵引变电所获得的电能输送给电力机车。
（f'k（B J9Q-l#};y9@地铁族支持装置用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其它建筑物。
根据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不同。
支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。
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定位装置包括定位管和定位器，其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。
支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。
我国接触网中采用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱，基础是对钢支柱而言的，即钢支柱固定在下面的钢筋混凝土制成的基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的稳定性。
预应力钢筋混凝土支柱与基础制成一个整体，下端直接埋入地下。
2接触网的电压等级
接触网的电压等级：
工频单相交流制：
25KV
3接触悬挂的类型
接触网的分类大多以接触悬挂的类型来区分。
我们所讲的接触悬挂的分类是对接触网的每个锚段而言的。
接触悬挂的种类较多，一般根据其结构的不同分成简单接触悬挂和链形接触悬挂两大类。
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G,D（S;O）w,^4]8n-中国地铁生活门户论坛,涉及地铁规划、建设及地铁周边生活相关的讨论。
简单接触悬挂（以下简称简单悬挂）系由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。
国内外对简单悬挂做了不少研究和改进。
我国现采用的带补偿装置的弹性简单悬挂系在接触线下锚处装设了张力补偿装置，以调节张力和弛度的变化。
在悬挂点上加装8～16m长的弹性吊索，通过弹性吊索悬挂接触线，这就减少了悬挂点处产生的硬点，改善了取流条件。
另外跨距适当缩小，增大接触线的张力去改善弛度对取流的影响。
/I-u/J1F$G-中国地铁生活门户论坛,涉及地铁规划、建设及地铁周边生活相关的讨论。
链形悬挂的接触线是通过吊弦悬挂在承力索上。
承力索悬挂于支柱的支持装置上，使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，利用调整吊弦长度，使接触线在整个跨距内对轨面的距离保持一致。
链形悬挂减小了接触线在跨距中间的弛度，改善了弹性，增加了悬挂重量，提高了稳定性，可以满足电力机车高速运行取流的要求。
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R+a;F地铁族链形悬挂比简单悬挂得到了较好的性能，但也带来了结构复杂、造价高、施工和维修任务量大等许多问题。
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G;q*R0W）e8J,z2@-中国地铁生活门户论坛,涉及地铁规划、建设及地铁周边生活相关的讨论。
链形悬挂分类方法较多，按悬挂链数的多少可分为单链形，双链形和多链形（又称三链形）。
目前我国采用单链形悬挂。
）v0O7h0P8d链形悬挂根据线索的锚定方式（即线索两端下锚的方式），可分为下列几种方式未补偿链形悬挂、半补偿链形悬挂、全补偿链形悬挂。
越区供电是当某一牵引变电所因故障不能正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经开关设备成分区亭同相邻的供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供电。
复线区段的供电情况与上述类同，但牵引变电所馈出线有四条，分别向两侧上、下行接触网供电。
牵引变电所同一侧上、下行实现并联供电，提高供电臂末端电压。
越区供电时，通过分区亭内的开关设备去实现。
5#o4[5J3Z#p3I-中国地铁生活门户论坛,涉及地铁规划、建设及地铁周边生活相关的讨论。
接触网的特点及要求
接触网担负着把从牵引变电所获得的电能直接输送给电力机车使用的重要任务。
因此接触网的质量和工作状态将直接影响着电气化铁道的运输能力。
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r）V3R'S3Y由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对接触网提出以下要求：
1）在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。
2）接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量廷长设备的使用年限。
3）要求接触网对地绝缘好，安全可靠。
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（q1g#k;|;b6{"_*g/P-中国地铁生活门户论坛,涉及地铁规划、建设及地铁周边生活相关的讨论。
4）设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。
在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。
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T&v%a8Q地铁,地铁族,地铁论坛,上海地铁,轨道交通,北京地铁,天津地铁,南京地铁,广州地铁,深圳地铁,香港地铁,重庆轻轨,武汉轻轨,长春轻轨,大连轻轨,台北捷运,高雄捷运5）尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。
总的来说，要求接触网无论在任何条件下，都能保证良好地供给电力机车电能，保证电力机车在线路上安全，高速运行，并在符合上述要求的情况下，尽可能地节省投资、结构合理、维修简便、便于新技术的应用。
支柱及基础
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T.z*o,Z!
}#U支柱是接触网中最基本、应用最广泛的支撑设备，用来承受接触悬挂与支持设备的负荷。
接触网支柱，按其使用材质分为预应力钢筋混凝土支柱和钢支柱两大类。
预应力钢筋混凝土支柱，简称为钢筋混凝土支柱采用高强度的钢筋，在制造时预先使钢筋产生拉力，它比普通钢筋混凝土支柱在同等容量情况下节省钢材、强度大、支柱轻等优点。
钢筋混凝土支柱本身是一个整体结构，不需另制基础
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地铁,地铁族,地铁论坛,上海地铁,轨道交通,北京地铁,天津地铁,南京地铁,广州地铁,深圳地铁,香港地铁,重庆轻轨,武汉轻轨,长春轻轨,大连轻轨,台北捷运,高雄捷运钢柱以角钢焊成架结构，具有支柱较轻、强度高、抗碰撞、安装运输方便等优点。
根据安装使用地点不同，钢柱的型号规格及外形结构也不同。
支柱按其在接触网中的作用可分为中间支柱、转换支柱、中心支柱、锚柱、定位支柱道岔支柱、软横跨支柱、硬横跨支柱及桥梁支柱等几种。
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接触网支柱的侧面限界是指支柱靠线路一侧至线路中心线的距离。
它是为了确保行车的安全。
支柱侧面限界任何时候不得小于2440mm；机车走行线可降为2000mm；曲线区段适当加宽；直线中间支柱一般取为2500mm；软横跨支柱一般取为3000mm；软横跨支柱位于站台时，为便于旅客行走，一般取为3000mm。
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支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备
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其功用是固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱，定位器有直管定位器、弯管定位器。
提速后采用带减振阻尼装置的多功能定位器，改善了受电弓的取流特性。
第2章牵引变电所电气主接线
2.1电气主接线概述
牵引变电所（包括开闭所、分区所）的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。
表明一次电气设备相互连接关系和工作原理的电气接线图，称为主接线图。
主接线图用国标图形文字符号（见图表）画出。
主接线一般采用单线图表示。
单线图是表示三相交流电气装置中一相连接顺序的图。
局部图由于三相不完全相同，则用三线图表示。
学习电气主接线的目的：
①了解牵引变电所的结构。
②熟悉牵引变电所倒闸作业的内容、倒闸作业的原则、倒闸作业的安全操作步骤。
③了解电气主接线对电气设备的选择、配电装置的布置、继电保护装置的设置、整定及主变压器可靠、经济、安全运行有密切关系。
④掌握主接线的运行方式，主变压器、馈线断路器的备用方式。
总之，电气主接线应在电路转换、设备检修和事故处理等情况下，保证像牵引负荷经济、安全、可靠的供电。
2.2牵引变电所110kv侧的电气主接线
牵引变电所按其在电网中的位置、重要程度和电力系统向牵引变电所供电方式的不同可分为：
①中心变电所，有4路以上进线并有系统功率穿越；②通过式变电所，有两路进线并由系统功率穿越；③分接式变电所，有两路进线，无系统功率穿越，如图3-2所示。
1SS为中心变电所，2SS为分接式牵引变电所，3SS通过式牵引变电所。
不同类型的牵引变电所采取不同形式的电气主接线。
2.327.5kV或55kV侧电气主接线
27.5kV侧（55kV侧）电气主接线是指变电所、开闭所、分区所、自耦变压器所内27.5kV（或55kV）电路的接线。
27.5kV侧（或55kV侧）主接线型式一般采用单母线接线、隔离开关分段的单母线接线和隔离开关分段带旁路母线的单母线接线。
牵引侧电气主接线无复杂的倒闸作业，通常是馈线的停、送电操作。
一、牵引变电所27.5kV或55kV侧主接线
1.主变压器27.5kV或55kV侧主接线
（1）三相YN，d11接线变压器副边三角形绕组，有一端（c端子）经过电流互感器接至地和钢轨，另两角（变压器a、b端子）分别经电流互感器、断路器引至牵引母线。
（2）单相V／V接线变压器，每台单相变压器的副边有一端（a端子）经断路器引接至牵引母线，另一端（x端子）经电流互感器引接至地和钢轨。
两条牵引母线对地电压相位，设两组隔离开关将其断开。
为方便于移动各变压器引入，设有移动变压器专用断路器。
（3）三相—二相斯科特接线变压器，其M座变压器副边的两个端子和T座变压器副边的两个端子分别引接至反斯科特接线的自用变压器、避雷器，并经电流互感器和电动隔离开关引接至牵引母线。
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27.5kV（55kV）侧馈线方式一般有下列三种：
（1）馈线断路器100﹪备用的接线
如图2-1所示，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单，供电可靠性强，但一次投资较大，适合于单线电气化区段牵引母线不同相的场合。
图2-1馈线断路器100﹪备用的接线
（2）馈线断路器50﹪备用的接线
如图
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