电气化铁道供电系统.docx

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电气化铁道供电系统

、解答题

1.请简述电气化铁路的优越性

●重载、高速、运输能力大；

●节约能源，综合利用能源；

●经济效益高；

●绿色环保，劳动条件好；

●有利于铁路沿线实现电气化。

2.请简述电气化铁路存在的问题

●造成电力网的负序电流和负序电压，产生高次谐波及功率因数低等；

●一次投资大；

●对通信线路有干扰；

●接触网检修需要开“天窗”。

3.请简述电气化铁道牵引供电系统的基本要求

电气化铁道供电系统基本要求是：

（1）保证向电气化铁路安全、可靠、不间断地供电;

（2）提高供电质量,保证必须的电压水平;

（3）提高功率因数,减少电能损失,降低工程投资和运营费用;

（4）尽量减少单相牵引负荷在电力系统中引起的负序电流、负序电压和高次谐波的影响;

（5）尽量减小对邻近的通信线路的干扰影响。

1．牵引变电所一次侧（电源侧）的供电方式,可分为（一边）供电、两边供电和环形供电.

2．牵引变电所一次侧（电源侧）的供电方式,可分为一边供电、（两边）供电和环形供电.

3．牵引变电所一次侧（电源侧）的供电方式,可分为一边供电、两边供电和（环形）供电.

4．电力牵引接牵引网供电电流的种类可分为：

（直流）制、低频单相交流制和工频单相交流制。

5．电力牵引接牵引网供电电流的种类可分为：

直流制、（低频）单相交流制和工频单相交流制。

6．电力牵引接牵引网供电电流的种类可分为：

直流制、低频单相交流制和（工频）单相交流制。

7．电气化铁道牵引供电系统的高压进线供电方式中两边供电方式为：

牵引变电所的电能由电力系统（电网）中（两个）方向的发电厂送电。

8．电气化铁道牵引供电系统的高压进线供电方式中（两边）供电方式为：

牵引变电所的电能由电力系统（电网）中两个方向的发电厂送电。

9．电气化铁道牵引供电系统的高压（进线）供电方式中两边供电方式为：

牵引变电所的电能由电力系统（电网）中两个方向的发电厂送电。

10．单相结线牵引变电所的优点之一是：

（主接线）简单，故障少，设备少，占地面积小，投资省等。

11．单相结线牵引变电所的优点之一是：

主接线简单，故障少，设备少，占地面积（小），投资省等。

12．单相V，V结线牵引变电所其缺点是：

当一台牵引变压器（故障）时，另一台必须跨相供电，即兼供左、右两边供电臂的牵引网。

这就需要一个倒闸过程。

13．单相V，V结线牵引变电所其缺点是：

当一台牵引变压器故障时，另一台必须（跨相）供电，即兼供左、右两边供电臂的牵引网。

这就需要一个倒闸过程。

14．单相V，V结线牵引变电所其缺点是：

当一台牵引变压器故障时，另一台必须跨相供电，即兼供左、右（两边）供电臂的牵引网。

这就需要一个倒闸过程。

15．三相V，V结线牵引变电所的优点是：

克服了（单相）V,V结线牵引变电所的缺点。

最可取的是解决了单相V，V结线牵引变电所不便于采用固定备用及其自动投入的问题。

16．三相V，V结线牵引变电所的优点是：

克服了单相V,V结线牵引变电所的缺点。

最可取的是解决了单相V，V结线牵引变电所不便于采用固定备用及其自动（投入）的问题。

17．三相V，V结线牵引变电所的优点是：

克服了单相V,V结线牵引变电所的（缺点）。

最可取的是解决了单相V，V结线牵引变电所不便于采用固定备用及其自动投入的问题。

1.请简述工频单相交流制电气化铁路的优点

●与国家电力行业接轨，易于标准化。

采用50Hz工频，使得牵引供电系统的结构和设备大为简化，牵引变电所只要选择适宜的牵引变压器，就可以完成降压、分相、供电的功能。

●接触网额定电压较高，其中通过的电流相对较小。

从而使接触网导线截面减小、结构简化，牵引变电所之间的距离延长、数目减少，工程投资和金属消耗量降低。

●电能损失和运营费用少。

●电力机车采用直流串激牵引电动机，牵引性能好，运行可靠。

2.请简述单相结线牵引变电所的优点

●牵引变压器的容量利用率（额定输出容量与额定容量之比值）可达100%；

●主接线简单，故障少，设备少，占地面积小，投资省等。

3.请简述单相结线牵引变电所的缺点

●对电力系统的负序影响最大;

●不能供应地区和牵引变电所三相负荷用电；

●不能实现接触网的两边供电。

4.请简述单相V，V结线牵引变电所的优点

●牵引变压器的容量利用率可达100%；主接线简单，设备少，占地面积小，投资省.

●对电力系统的负序影响比单相结线小；

●在正常运行时，牵引侧保持三相，所以可供应牵引变电所自用电和地区用电；

●可同时向左右两边供电臂的牵引网供电。

五．计算题

1．已知某牵引变电所主变压器高压绕组的电压分接范围，变比和级数如下表所示，如系统电压为100000V。

若分接开关选用第III位运行，则牵引侧母线空载电压为多少？

分接各相抽高压侧低压侧

位置头联接电压（V）电压（V）变比

I.2-3115500275004.2

II.3-4112750275004.1

III.4-5110000275004.0

IV.5-6107250275003.9

V.6-7104500275003.8

答案：

U=25000V

2．已知某牵引变电所主变压器高压绕组的电压分接范围，变比和级数如下表所示，如系统电压为110000V。

若分接开关选用第I位运行，则牵引侧母线空载电压为多少？

分接各相抽高压侧低压侧

位置头联接电压（V）电压（V）变比

I.2-3115500275004.2

II.3-4112750275004.1

III.4-5110000275004.0

IV.5-6107250275003.9

V.6-7104500275003.8

答案：

U=26190V

A．。

四.简答题

1.请简述三相YN，d11结线牵引变电所的优点

●牵引变压器低压侧保持三相，有利于供应牵引变电所自用电和地区三相电力；

●在两台牵引变压器并联运行的情况下，当一台停电时，供电不会中断，运行可靠方便。

能很好地适应山区单线电气化铁路牵引负载不均衡的特点；

●对接触网可实现两边供电。

2.请简述斯科特结线牵引变电所的优点

●当M座和T座两供电臂负荷电流大小相等、功率因数也相等时，斯科特结线变压器原边三相电流对称。

不存在负序电流；

●变压器容量可全部利用；

●能供应牵引变电所自用电和站区三相电力；

●对接触网的供电可实现两边供电。

3.请简述斯科特结线牵引变电所的缺点

●斯科特结线牵引变压器制造难度较大，造价较高。

牵引变电所主接线复杂，设备较多，工程投资也较多。

维护、检修工作量及相应的费用也有所增加。

●斯科特结线牵引变压器原边T接点（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。

6．牵引变压器校核容量的计算条件：

①应用非平行运行图区间通过能力来（校核）。

②重负荷臂按对应于非平行运行图区间通过能力（或按线路输送能力）的95％列车数概率积分最大值来计算供电臂最大短时电流（简称最大电流），轻负荷臂取对应（或线路输送能力）的供电臂有效电流。

7．牵引变压器校核容量的计算条件：

①应用非平行运行图区间通过能力来校核。

②重负荷臂按对应于非平行运行图区间通过能力（）（或按线路输送能力）的95％列车数概率积分最大值来计算供电臂最大短时电流（简称最大电流），轻负荷臂取对应（或线路输送能力）的供电臂有效电流。

8．牵引变压器校核容量的计算条件：

①应用非平行运行图区间通过能力来校核。

②重负荷臂按对应于非平行运行图区间通过能力（或按线路输送能力）的95％列车数概率积分最大值来计算供电臂（最大）短时电流（简称最大电流），轻负荷臂取对应（或线路输送能力）的供电臂有效电流。

9．列车用电有效电流系数等于（）。

。

四.简答题

1.请简述牵引网向电力机车的供电方式种类

牵引网向电力机车的供电方式有：

直接供电（DF）方式、带回流线的直接供（DN）电方式、自耦变压器（AT）供电方式、吸流变压器（BT）供电方式和同轴电力电缆（CC）供电方式等。

2.请简述牵引变电所容量计算和选择的三个步骤

牵引变电所容量计算和选择，就是指牵引变压器容量的计算和选择。

一般分三个步骤进行。

①按给定的计算条件求出牵引变压器供应牵引负荷所必须的最小容量，称为计算容量。

②按列车紧密运行时供电臂的有效电流与充分利用牵引变压器的过负荷能力，求出所需要的容量，称为校核容量。

确保牵引变压器安全运行所必须的容量。

③根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素（如备用方式等），最后按实际系列产品的规格选定牵引变压器的台数和容量，称为安装容量或设计容量。

3.请简述列车用电量的计算条件

1）一般对于不同类型的列车，都按满载货物列车考虑。

2）当电力牵引的旅客列车数比例较大时，或上（下）行方向空载车数比例很大时，也可按实际的客、货、空列车的用电量计算。

4.请简述列车电流的基本特征

牵引变电所的负荷主要是电力牵引列车。

与电力系统的负荷相比有很大的差别，其特点有：

①列车以变化的速度沿线路运行，即牵引负荷的位置是移动的。

②牵引负荷的大小随线路坡度。

列车密度等因素而发生很大的变化，当列车上大陡坡车密集运行时则负荷电流大，反之则负荷电流小以至为零，牵引变压器负荷率很低。

③列车可以在供电分区任意分布，即牵引负荷在供电分区任意分布。

④由于采用整流器式电力机车，接触网电流变为非正弦波。

以上这些特点，使牵引供电计算变得相当复杂。

5．.请简述列车用电平均电流I：

列车在计算区段内运行时，在用电运行时间内，列车瞬时电流的平均值。

即：

6．.请简述列车用电均方根电流

列车用电均方根电流，也叫列车用电有效电流，为

第五讲习题

三.计算题

1.已知一段单线电气化铁路，接触网采用单链形悬挂；接触线参数为

大地电导率

求：

牵引网接触线-----地回路的自阻抗。

答案：

0.234+j0.73

2.已知一段单线电气化铁路，接触网采用单链形悬挂；接触线为

承力索为J-70

大地电导率

求：

牵引网承力索----地回路的自阻抗。

答案：

1.98+j1.205

3.已知一段单线电气化铁路，接触网采用单链形悬挂；接触线参数为

承力索为J-70

触线距轨面平均高度H＝5800mm;接触网结构高度h=1300mm;承力索弛度fc＝600mm；钢轨为50kg/m，R＝96·5mm，dg＝1435mm；大地电导率

求：

牵引网接触线----地回路与承力索-----地回路相互的互阻抗。

答案：

0.05+j0.437

求：

牵引网等值接触网-----地回路的自阻抗Z1。

答案：

0.233+j0.679

求：

牵引网的等值轨道网-----地回路的自阻抗Z2。

答案：

0.14+j0.583

求：

接触网----地回路与等值轨道-----地回路的互阻抗Z12

答案：

0.05+j0.315

求：

牵引网的等值单位阻抗z。

答案：

0.22+j0.51

三.计算题

1.已知一段双线电气化铁路，上、下行接触网完全相等，接触网采用单链形悬挂，接触线参数为承力索参数为

接触触线距轨面平均高度H＝5800mm;接触网结构高度h=1300mm;承力索弛度fc＝600mm；钢轨为50kg/m，R＝96·5mm，dg＝1435mm；大地电导率

两线路轨道中心距离为5m。

求：

上、下行线路接触网的等值导线一地回路的自阻抗Z1与Z2。

答案：

Z1=Z2=0.233+j0.679

求：

上、下行线接触网的等值导线-----地回路1与2的互阻抗Z12。

答案：

Z12=0.05+j0.329

求：

上、下行线接触网的等值导线----地回路1、2分别与轨道网-----地回路3的互阻抗Z13、Z23。

答案：

Z13=Z23=0.05+j0.307

5.已知一段双线电气化铁路的相关参数：

●上、下行线路接触网的等值导线一地回路的自阻抗Z1=Z2=0.233+j0.679

；

●轨道网-----地回路的自阻抗Z3=0.095+j0.457

；

●上、下行线接触网的等值导线-----地回路1与2的互阻抗Z12=0.05+j0.329

；

●上、下行线接触网的等值导线----地回路1、2分别与轨道网-----地回路3的互阻抗Z13=Z23=0.05+j0.307

。

求：

线路I牵引网的自阻抗ZI。

答案：

ZI=0.209+j0.473

求：

线路II牵引网的自阻抗ZII。

答案：

ZII=0.209+j0.473

求：

线路III牵引网的互阻抗ZIII。

答案：

ZIII=0.026+j0.123

二．填空题

1.供电系统由于阻抗及负荷而导致供电电压（降低），其降低的数值称为电压损失。

2.供电系统由于阻抗及负荷而导致供电电压降低，其降低的数值称为电压（损失）。

3.国家标准规定：

铁道干线电力牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为（27.5）kV。

4.国家标准规定：

铁道干线电力牵引变电所牵引侧（母线）上的额定电压为27.5kV。

5.国家标准规定：

电力机车，动车组受电弓和接触网的额定电压为（25）kV。

6.国家标准规定：

电力机车，动车组受电弓和（接触网）的额定电压为25kV。

7.国家标准规定：

（接触网）最高允许电压29kV。

8.国家标准规定：

接触网最高允许电压（29）kV。

9.牵引网的电压损失，等于牵引变电所牵引侧（母线）电压与电力机车受电弓上电压的算术差。

10.牵引网的电压损失，等于牵引变电所牵引侧母线电压与电力机车受电弓上电压的（算术）差。

11.牵引网当量阻抗为：

（）

12.牵引网单位当量阻抗为：

（）

13.双线牵引网电压损失的计算条件为:

●取其重负荷方向进行计算。

列车电流取重负荷方向重货列车用电平均电流。

●计算列车数取对应远期输送能力概率积分为（95％）的最大列车数。

14.双线牵引网电压损失的计算条件为:

●取其重负荷方向进行计算。

列车（电流）取重负荷方向重货列车用电平均电流。

●计算列车数取对应远期输送能力概率积分为95％的最大列车数。

15.双线牵引网电压损失的计算条件为:

●取其重负荷方向进行计算。

列车电流取重负荷方向重货列车用电平均电流。

●计算列车数取对应远期输送能力概率积分为95％的（最大）列车数。

16.牵引供电系统电压损失主要由两部分组成：

●（牵引网）的电压损失;

●牵引变电所的电压损失。

17.牵引供电系统电压损失主要由两部分组成：

●牵引网的电压损失;

●牵引（变电所）的电压损失。

三.计算题

.1.某一单线区段电气化铁路，牵引网为全补偿单链形悬挂。

牵引网单位当量阻抗为0.482

计算条件如图所示。

求：

该供电臂的牵引网的最大电压损失

答案：

2.653kV

求：

该供电臂的牵引网的最大电压损失

答案：

2.205kV

求：

该供电臂的牵引网的最大电压损失

答案：

4.822kV

求：

该供电臂的牵引网的最大电压损失

答案：

1.605kV

5.实际中，需要计算三相变压器的最大电压损失，其计算条件为：

●单线区段，直接接表4－l所列负荷累加起来作为计算供电臂的（最大）电流，或查附录C中图C－5曲线获得最大电流。

●双线区段查附录C中图C－5获得供电臂95％最大列车数的最大电流，对另一供电臂取供电臂平均电流。

6.实际中，需要计算三相变压器的最大电压损失，其计算条件为：

●单线区段，直接接表4－l所列负荷累加起来作为计算供电臂的最大电流，或查附录C中图C－5曲线获得最大电流。

●双线区段查附录C中图C－5获得供电臂（95％）最大列车数的最大电流，对另一供电臂取供电臂平均电流。

7.实际中，需要计算三相变压器的最大电压损失，其计算条件为：

●单线区段，直接接表4－l所列负荷累加起来作为计算供电臂的最大电流，或查附录C中图C－5曲线获得最大电流。

●双线区段查附录C中图C－5获得供电臂95％最大列车数的最大电流，对另一供电臂取供电臂（平均）电流。

8.主变压器绕组的电压损失为：

（）

9.单相V,V结线变压器的最大电压损失为：

（）

10.单相结线变压器的最大电压损失为：

（）

11.斯科特变压器的最大电压损失为：

（）

12.采用载流承力索或加强导线由于降低了牵引网阻抗，因此当牵引负荷一定时，电压损失也就随之降低。

一般可降低（25）％以上。

在靠近牵引变电所的区段加设加强导线效果最好。

13.采用载流承力索或加强导线由于降低了牵引网阻抗，因此当牵引负荷一定时，电压损失也就随之降低。

一般可降低25％以上。

在靠近牵引变电所的区段加设（加强）导线效果最好。

14.采用载流承力索或加强导线由于降低了牵引网（阻抗），因此当牵引负荷一定时，电压损失也就随之降低。

一般可降低25％以上。

在靠近牵引变电所的区段加设加强导线效果最好。

15.在一些特殊的情况下，例如山区电气化铁路有较大的迂回区段时，可加设捷接线，加设捷接线后接触网等于增加了一个与它（并联）的捷接线一地回路。

16.在一些特殊的情况下，例如山区电气化铁路有较大的迂回区段时，可加设捷接线，加设捷接线后接触网（等于）增加了一个与它并联的捷接线一地回路。

17.实践证明，在山区电气化铁路有较明显的（迂回）线路时，增设捷接线对降低牵引网阻抗，改善牵引网电压有很显著的效果。

18.实践证明，在山区电气化铁路有较明显的迂回线路时，增设捷接线对降低牵引网阻抗，改善牵引网（电压）有很显著的效果。

19.实践证明，在山区电气化铁路有较明显的迂回线路时，增设捷接线对（降低）牵引网阻抗，改善牵引网电压有很显著的效果。

三.简答题

1.请写出三相变压器的最大电压损失的计算公式。

（）

2.请简述实际中，需要计算三相变压器的最大电压损失的计算条件。

●单线区段，直接接表4－l所列负荷累加起来作为计算供电臂的最大电流，或查附录C中图C－5曲线获得最大电流。

●双线区段查附录C中图C－5获得供电臂95％最大列车数的最大电流，对另一供电臂取供电臂平均电流。

3.请简述供电臂的电压水平要求。

要求供电臂的电压水平满足：

●牵引网的最低允许电压为20kV。

●非正常情况下不得低于19kV。

●为了提高供电臂的供电电压水平往往将牵引变电所牵引侧的空载母线电压调到接近29kV。

4.请简述提高变电所牵引侧母线电压水平的措施方法。

●目前普遍采用的是放低变压器分接开关位置来提高变电所牵引侧母线空载电压的方法。

●另一种方法是采用带有载分接开关的牵引变压器。

这种方法适用于高压

侧系统电压波动幅度较大、波动次数较频繁的情况。

5.请简述为减少电压损失所采用合理的牵引网供电方式。

●在单线区段，只要条件许可，应尽可能采用双边供电方式。

●在双线区段，纽结双边供电比单边供电有较小的电压损失，也应在条件许可的情况下采用。

●目前双线区段常用的是单边并联供电，当上、下行行车量很不均匀或线路出现一面坡的情况下，采用这种方法，降低电压损失的效果很显著，并使上、下行接触网截面得到充分利用。

5.请简述降低牵引网阻抗的措施方法。

（1）采用载流承力索或加强导线

采用载流承力索或加强导线由于降低了牵引网阻抗，因此当牵引负荷一定时，电压损失也就随之降低。

一般可降低25％以上。

在靠近牵引变电所的区段加设加强导线效果最好。

（2）加设捷接线

在一些特殊的情况下，例如山区电气化铁路有较大的迂回区段时，可加设捷接线，加设捷接线后接触网等于增加了一个与它并联的捷接线一地回路。

实践证明，在山区电气化铁路有较明显的迂回线路时，增设捷接线对降低牵引网阻抗，改善牵引网电压有很显著的效果。

1.电气化铁路供电系统的电能损失包括：

●（牵引网，变电所，牵引变电所）的电能损失

4.单线区段牵引网当供电臂有1个区间时,概率统计法的电能损失计算公式为：

（）

5.单线区段牵引网平均运量法的电能损失计算公式为：

（）

6.单线区段牵引网当供电臂有2个区间时,概率统计法的电能损失计算公式为：

（）

三.计算题

1.已知双线电气化铁路，一牵引变电所供电的两供电臂及牵引计算所得相关数据，如p130图5－4所示。

牵引网采用直接供电方式，接触网采用单链形悬挂，左右接触网完全相同，其等值单位自阻抗和等值单位互阻抗分别为：

。

求：

接触网并联供电情况下左侧供电臂的电能损失。

答案：

90.9（104kWh/a）

求：

接触网并联供电情况下右侧供电臂的电能损失。

答案：

95.4（104kWh/a）

求：

接触网分开供电情况下左侧供电臂的电能损失。

答案：

111.4（104kWh/a）

求：

接触网分开供电情况下右侧供电臂的电能损失。

答案：

111.7（104kWh/a）

三.计算题

1.已知某牵引变电所装设三相YN，d11结线牵引变压器，额定容量为2X15000（kVA），额定电压为110/27.5kV,=102kw，=20.2kw，两台并联运行。

两供电臂有效电流分别为337A和237A，平均电流分别为276A和192A

求：

该变电所的牵引变压器负载电能损失。

答案：

58.8（104kWh/a）

求：

该变电所的牵引变压器空载电能损失。

答案：

35.4（104kWh/a）

求：

该变电所的牵引变压器总电能损失。

答案：

94.2（104kWh/a）

三.简答题

1.请简述说明负序电流对电力系统同步发电机的影响。

●单相牵引负荷，引起发电机的不对称运行。

当最大一相电流达到额定值时，较小的两相电流却小于额定值。

因此，限制了发电机的出力。

●当负序电流流过发电机定子绕组时，产生负序旋转磁场。

它相对于转子的旋转速度为同步转速的两倍，在转子表面感应产生涡流。

这些附加电流和涡流形成附加损耗，引起转子温增高。

●由负序旋转磁场与转子激磁磁势以及由正序旋转磁场与定子负序磁势所产生的两倍工频的交变电磁力矩，同时作用在转子转轴和定子机座上，引起两倍工频的附加振动。

2.请简述说明负序电流对电力系统中感应电动机的影响。

●当负序电流流入电力系统时，将造成感应电动机定子绕组三相电压不对称而使正序分量减小，必将引起转子电流增加，造成各相电流不平衡，从而降低运行效率，使电动机过热。

●负序电流还将在电动机中产生负序旋转磁场，对转子产生制动力矩而引起制动作用，使电动机出力下降。

电压不对称度越大，该制动力矩越大。

三.简答题

1.请简要说明负序电流对电力变压器的影响。

●使三相电流不对称,当最大一相电流达到额定值或允许过载值时，较小的两相电流却还小于该值，从而使变压器容量利用率下降。

●负序电流造成变压器的附加电能损失，并在变压器铁芯磁路中造成附加发热。

2.请简要说明负序电流对继电保护的影响。

负序电流容易使电力系统中以负序分量起动的继电保护及自动装置误动作，从而增加保护的复杂性。

3.请简要说明牵引供电系统可采取减少负序影响的措施。

①相邻牵引变电所的牵引变压器原边换接相序，合理安排接触网分