牵引变电站十篇

牵引变电站 篇1

近年来随着我国铁路技术特别是高铁技术的发展,作为电气化铁路关键环节的牵引变电站采用了很多新技术、新设备,整体技术水平发展十分迅速,但是相对电力系统变电站发展还比较缓慢。特别是变电站自动化系统,电力系统已经从数字化变电站向智能化变电站发展[1],而铁路牵引变电站目前仍采用常规的综合自动化系统。随着电力系统智能变电站的大面积推广,其技术优点越来越突出。为了适应技术发展需要,开展智能牵引变电站研究具有较强的实际意义。

1 牵引变电站综合自动化系统现状

目前牵引变电站综合自动化系统一般采用分层分布式结构,由站级管理层、通信层、间隔层3部分设备组成,采用IEC60870-5-103通信规约。牵引变电站综合自动化系统将继电保护、计算机信息管理、网络通信等技术有机结合起来实现信息共享,提高了设备利用率,自动化程度和可靠性有很大提高。通过专用的数据通道与调度所设备构成完整的综合调度自动化系统[2]。

虽然牵引变电站综合自动化系统大大提高了变电所的整体功能和管理水平[3],但是仍存在以下一些缺点:(1)在工作方式上,需接入综合自动化系统的各系统多数仍然是各自独立运行;(2)由于缺乏统一的通信标准及模型导致不同厂家的设备间互操作性存在很多问题。只有通过大量规约转换才能实现不同厂家设备的互连,给系统设计、调试和运营维护都带来了很大不便;(3)同时,变电站内需采用大量的二次电缆,降低了供电系统的运行可靠性。

2 数字化变电站与智能变电站

数字化变电站是基于IEC 61850通信协议,采用分层分布式体系结构的现代化变电站;实现了变电站内信息共享,大大提高了设备间的互操作性。数字化变电站使传统变电站的所有信息采集、传输、处理、输出过程由过去的模拟信息全部转换为数字信息,并建立与之相适应的通信网络和系统[4]。

数字化变电站间隔层设备通过网络实现了获取一次电压、电流数据,间隔层设备之间、间隔层设备与站控层设备之间交换信息也通过网络实现。设备间大量的二次电缆被少量的光缆取代,数字信号取代了模拟信号,系统电缆连接可靠性低及无法自检的问题也得到了解决。系统通过采用统一的通信协议及标准模型实现了信息共享。虽然数字化变电站较传统变电站在技术水平上有了极大提高,但是也存在以下问题:数字化变电站只关注自动化系统本身,整个变电站没有系统的建设体系;没有形成更多的智能高级应用功能;缺乏相关的数字化变电站建设标准规范、检验及试验评估标准等。

当前智能电网已成为国内外电网未来技术的发展趋势,北美和欧洲已经形成强大的研究群体[5,6]。智能变电站是智能电网的重要基础和支撑。

数字化变电站侧重于设备间通信的数字化,在统一的数字通信平台基础上提高设备间的互操作性。智能化变电站在数字化变电站的基础上增加了智能高级应用功能,设备集成化程度更高,更加注重整个变电站信息化、变电站之间及变电站与调度中心间的信息共享。数字化变电站是智能变电站发展的基础和前提,智能变电站是数字化变电站的升级,是未来变电站发展的方向。智能变电站是比数字化变电站更先进的应用,智能变电站的重要特征体现为“智能性”,即设备智能化与高级智能应用的综合。目前,国家电网公司已发布了关于智能变电站较为完整的指导性规范及导则。

3 智能牵引变电站总体架构

本研究参考智能变电站相关标准规范[7,8,9,10,11],结合牵引变电站的特点而构建的电气化铁路智能牵引变电站系统架构如图1所示。

3.1 系统构成

智能牵引变电站系统设备按站控层、间隔层和过程层3层划分,通信网络物理上分为两层,即站控层网络和过程层网络。

智能牵引变电站站控层由后台监控机、通信管理装置、数据服务器、综合应用服务器等构成,提供人机接口,实现对牵引供电设备的集中监控管理、各类高级应用及与牵引供电调度中心的通信等功能。

间隔层由各类保护测控装置、自动投入装置等组成,各单元功能具有独立性,当通信网络故障时,不影响装置本体的功能。

过程层主要完成采集实时电气量、控制命令执行、监测设备运行状态等功能,由合并单元、智能终端、电子式或常规互感器等组成。

3.2 网络结构

智能牵引变电站通信网络物理上分为两层,分别为站控层网络和过程层网络。两层网络均可采用简单可靠的星型拓扑结构,其中,站控层可采用光纤以太网或双绞线以太网,过程层采用光纤以太网。过程层设置物理上相互独立的SV网和GOOSE网。

4 各层配置方案

4.1 站控层方案

站控层设备主要包括后台监控主机、通信管理装置、数据服务器、综合应用服务器等。

4.1.1 后台监控主机

后台监控主机完成对牵引变电站的实时监视和操作功能,它为操作员提供了所有功能的入口,显示各种画面、表格、告警信息和管理信息,提供遥控、遥调等操作/监护界面并进行人机交互。负责整个系统的协调和管理,与综合应用服务器一起实现各种高级应用功能。

4.1.2 通信管理装置

通信管理装置通过专用通道向调度中心传送实时信息,同时接收调度中心的控制与操作命令,具备远方查询和浏览功能。

4.1.3 综合应用服务器

综合应用服务器接收站内一次设备在线监测数据、站内辅助应用(包括计量、电源、消防、安防和环境监测等)信息、设备基础信息等,并实现与这些子系统的通信,通过综合分析和统一展示,实现一次设备在线监测和辅助设备的运行监视、控制与管理[12]。

4.1.4 数据服务器

数据服务器用于牵引变电站全景数据的集中存储,为站控层设备和应用提供数据访问服务。

4.1.5 高级应用功能方案

结合电气化铁路的特点,智能牵引变电站高级应用功能至少应包括设备状态可视化功能、信息综合分析与智能告警功能。

(1)设备状态可视化。

该功能采集主要一次设备的状态信息,使运营管理人员能查看设备实时运行状态,提供状态检修所需基础数据。

(2)信息综合分析与智能告警。

牵引变电站发生故障时,系统能根据保护装置、故障录波、测控装置等提供的相关数据进行综合分析及数据挖掘,给出简单明了的故障分析结论;能完成对故障告警信息的过滤和分类,能在线实时分析变电站的运行状态并自动报告异常现象。

4.2 间隔层方案

4.2.1 主变保护测控配置方案

牵引变压器电量保护通过直接点对点采样变压器高低压侧合并单元电压、电流信息,以及本间隔智能终端断路器、刀闸位置等状态信息,实现牵引变压器差动主保护和后备保护,通过GOOSE点对点接口把跳闸命令快速发送到主变各侧智能终端,通过智能终端完成对主变各侧断路器的跳闸操作。并通过另一独立的GOOSE接口,将跳闸命令等信息发送到GOOSE网,用于备自投及统一故障录波。

牵引变压器非电量保护由主变本体智能终端实现,采用就地直接电缆跳闸,信息上传至过程层GOOSE网。

保护配置类型与常规牵引变电站一致。

4.2.2 馈线侧保护测控配置方案

馈线侧间隔层配置方案结合组屏方式及牵引变电站的情况,可采用以下3种方案。

方案一:馈线侧间隔层设备采用集中组屏方式,仍采用与常规牵引变电站相同的电压、电流采集及保护动作模式(即电缆传输模拟信号的方式)实现与互感器和开关的信息交换;

方案二:馈线侧间隔层设备仍采用集中组屏方式,配置馈线侧智能终端,智能终端集成合并单元功能,智能终端与电流互感器、电压互感器、断路器、隔离开关之间采用电缆连接,用光纤与控制室内的间隔层设备交换信息。

方案三:馈线侧间隔层设备采用分散布置方式,保护测控装置下放至27.5 k V或2×27.5 k V开/关柜,可不单独配置智能终端,间隔层设备仍采用电缆传输模拟信号的方式实现与互感器和开关的信息交换。

目前牵引变电站综合自动化系统一般均采用集中组屏方式,建议在新建智能牵引变电站时采用方案二。

4.2.3 备用电源自投方案

本研究配备单独的备用电源自投装置,主变高、低压侧交流信号由主变高压侧后备智能终端及变压器低压侧智能终端以点对点方式接入,备自投装置接入过程层GOOSE网获取开关量位置信息和发送开关控制命令。

4.2.4 电能计量表方案

电度表接入站控层MMS网,接入综合应用服务器。

4.3 过程层方案

4.3.1 互感器配置方案

目前电力系统的智能变电站中部分采用了电子式互感器。与传统互感器相比,电子式互感器具有抗电磁干扰及抗饱和能力强、测量精度高、体积小等优点,能避免磁饱和及铁磁谐振等问题,绝缘结构简单,电压等级越高,其造价优势越明显。

结合电气化铁路牵引变电站设备现状,并从经济性考虑,本研究推荐主变高压侧采用电子式电流互感器及电子式电压互感器。主变低压侧及馈线侧采用常规电流、电压互感器。

4.3.2 合并单元配置方案

合并单元用于对来自二次转换器的电流、电压数据进行时间相关组合,取得电流和电压瞬时值,并以确定的数据品质传输到测量仪器和继电保护设备。

根据互感器及间隔层配置方案,笔者建议主变高、低压侧均配置独立的合并单元,分别接入各侧电子式互感器采样信息或常规互感器信号;各合并单元设计独立的SV接口,点对点输出给对应的主变保护装置;

各合并单元另配置独立的SV接口,接入过程层SV网络用于故障录波及备自投等。主变高压侧的合并单元可安装在GIS汇控柜或户外智能柜中,主变低压侧的合并单元可安装在本间隔的开关柜中。

根据馈线间隔层的不同方案,馈线侧合并单元可选择集成于智能终端中或不设置馈线合并单元。

4.3.3 智能终端配置方案

智能终端具有断路器操作功能,可支持保护的跳闸、合闸、重合闸等GOOSE命令及测控的遥控分/合等GOOSE命令。智能终端与一次设备采用电缆连接,与间隔层设备之间采用光纤交换信息。

配置牵引变压器高压侧智能终端和低压侧智能终端完成高低压侧断路器和隔离开关的状态采集和分/合闸操作。该方案通过设置主变本体智能终端,采集变压器的非电量、档位、温度等信息,实现控制变压器的风扇、档位等功能。根据馈线间隔层的不同方案,馈线侧可选择集成合并单元功能的智能终端或不设置馈线智能终端方案。

智能终端逻辑上是一次设备的一部分,在系统中仍被视为过程层设备。

主变高、低压侧及馈线各智能终端设计独立的GOOSE接口,点对点与对应的主变保护装置相连;当主变本体智能终端不具有非电量保护功能时,主变本体智能终端与主变本体保护采用电缆直接连接。

主变高压侧智能终端可安装在GIS汇控柜或户外智能柜中,主变低压侧及馈线侧的智能终端可安装在本间隔的开关柜中。

5 一次设备智能化方案

智能化一次设备是智能变电站的重要组成部分,是智能变电站技术发展的基础和关键。国内研究智能化一次设备的厂家起步较晚,基础薄弱[13,14]。

智能化一次设备由智能组件和传统高压设备组成。智能组件承担宿主设备的数值化测量、智能化控制和状态监测的基本功能,也可集成计量、保护等扩展功能。智能控制和状态可观测是高压设备智能化的基本要求,其中运行状态的测量和健康状态的监测是基础。

牵引变压器是牵引变电站最重要的高压设备之一,事故率较高、故障影响较大,对供电可靠性有较大影响。牵引变压器也是结构最复杂、故障原因最复杂的设备。因此,牵引变压器是一次设备智能化的重要对象。开关设备是牵引供电系统中唯一有机械运动部件的设备,承担着供电系统运行控制的重要职责,也是事故影响较大、事故率相对较高的设备,因此,开关设备是最早进行智能化的设备。

结合电气化铁路牵引供变电设备特点,牵引变电站智能一次设备推荐方案如下所述。

5.1 智能牵引变压器

每台牵引变压器配置一个智能组件,智能组件包含测量、控制、监测及保护功能(本体保护)。测量信息主要有油温、油位、压力释放器状态信号、气体继电器节点信息等;监测内容主要有局部放电、油中溶解气体、油中含水量、气体聚集量、油温、铁芯接地电流等。

5.2 智能断路器及高压组合电器

一个断路器间隔配置一个智能组件。对于敞开式断路器,一个断路器间隔包含断路器及与其相关的隔离开关;对于高压组合电器设备,该间隔还应包含相关的电压及电流互感器。智能组件包含测量、控制、监测等功能。测量参量主要包括断路器和隔离开关的合分位置信号、就地/远方位置信号、合分控制回路断线信号,断路器未储能报警信号,SF6低气压闭锁报警信号、电源失电报警信号等。控制功能主要是所属断路器间隔的分/合闸操作控制。监测量主要包括局部放电、分/合闸线圈电流波形、断路器分/合闸时间、SF6气体压力、SF6气体水分、断路器储能电机工作状态、开关设备气室温度、开关设备触头红外测温等。

6 结束语

牵引变电站 篇2

随着我国国民经济持续发展和城市化进程不断加快, 以地铁为代表的城市轨道交通系统能够有效缓解城市交通拥堵和大气污染等问题[1,2]][]。地铁牵引供电系统的电源为城市中压交流电网, 经整流机组变换为地铁系统所需的相应直流电压等级[3], 然后通过接触网或第三轨, 向动车组中的牵引逆变器供电, 最后将逆变产生的三相交流电压供给三相异步牵引电机。而地铁机车和大功率整流机组是地铁牵引供电系统的主要谐波源, 谐波的存在对电气设备、通信系统和继电保护系统等造成一定的危害[4], 且地铁牵引供电系统靠近城市负荷中心, 直接影响地铁车辆的安全运行和牵引变电所的供电可靠性。因此, 分析地铁牵引供电系统产生谐波的原因, 有助于寻求更为有效地抑制谐波的措施。

为了保证电网的电压总谐波畸变率和各次谐波电压含有率满足国家标准的规定, 估算和分析地铁牵引变电所的谐波是必要的。文中主要介绍牵引变电所整流机组, 分析谐波对地铁牵引供电系统的影响, 根据牵引变电所整个供电区间内运行地铁列车的数量, 利用MATLAB/SIMULINK工具箱建立牵引变电所和地铁列车的仿真模型, 将其应用于某实际地铁牵引变电所, 分析24脉波整流机组的网侧谐波电流、直流侧谐波电压以及牵引逆变器交流侧谐波电压, 并采取相应的治理和防护措施。

2、谐波对地铁供电系统的危害

地铁牵引供电系统的整流机组在正常运行过程中产生大量网侧谐波电流, 引起电网电压波形畸变, 对其本身供电系统的电能质量和安全经济运行产生较大影响, 当谐波含量较大时, 可能对地铁牵引供电系统造成一定的危害[5,6,7,8,9]:

(1) 谐波电流增加电力设备的附加损耗, 引起温度升高, 减少设备使用寿命和利用率。

(2) 由于电缆的分布电容对谐波电流有放大作用, 电网电压上升使谐波电压也升高, 附加损耗和温升的增大导致电缆损坏。

(3) 高次谐波对通信线路和控制信号产生电磁和射频干扰, 可能损害通话清晰度和触发电话响铃等情况, 甚至威胁设备安全。

(4) 谐波改变继电器装置的动作特性, 使继电保护设备和自动装置频繁误动作或拒动, 影响牵引供电系统安全运行。

(5) 对测量仪表的影响。谐波可能引起供电电压波形发生畸变, °导致测量仪表产生测量误差。

为了保证电网和用电设备的安全经济运行, 就需要分析地铁牵引变电所中谐波的分布情况和产生原因, 并采取合理有效的抑制措施, 改善牵引供电系统的电压质量。

3、牵引整流机组简介

牵引供电系统的核心设备是由整流变压器和整流器共同组成的整流机组, 整流变压器首先将地铁中压供电网的高压三相交流电移相降压, 然后输送给整流器组, 整流器组将移相降压后的交流电整流变换成直流电输送到牵引网中, 驱动地铁机车的牵引电动机。国内早期的地铁采用6脉波整流和12脉波整流技术, 随着我国城市轨道交通的蓬勃发展和用电负荷的增长, 24脉波牵引整流机组谐波分量低、电压脉动小, 能够有效抑制谐波, 逐步成为我国城市轨道交通牵引整流变电站的主流整流方式[10]。

24脉波牵引整流机组包括2台参数相同的轴向双分裂式12脉波牵引整流变压器, 这两台变压器互为备用, 当一台出现故障退出运行时, 机组仍能提供12脉波电源[11]。机组中每台变压器的二次侧两套绕组分别为三角形和星形连接, 自然形成30°相位差;两台变压器的交流网侧则采用三角形绕组上加延长绕组 (延边三角形) 移相的方法, 相对于交流线电压, 一台变压器网侧绕组移相+7.5°, 另一台移相-7.5°, 则这两台变压器网侧电压相位差为15°, 而合成后其阀侧星形和三角形绕组的线电压相位差为15°, 分别经桥式电路整流后, 在直流侧进行并联构成24脉波整流系统, 见图1[12]。注意, 当变压器采用了轴向双分裂式结构, 阀侧绕组间具有较大的短路阻抗 (分裂阻抗) , 一般都不设桥间平衡电抗器[13]。

4、算例分析

4.1 算例简介

某地区地铁二号线共分为六个供电分区, 每个供电分区有两个或者三个牵引变电所。本文以某地区某站的牵引变电所为例, 进行谐波分布研究。某站牵引变电所的供电范围为X站—Z站:X站与Y站的间隔为1.36 km, Y站与Z站的间隔为1.17km, 则在X站牵引变电所供电区间内同时运行的列车最多可达4辆, 即上行方向和下行方向各2辆。该线路列车采用DC1500V架空接触网供电, 列车编组采用四动二拖的列车编组形式。列车采用变压变频牵引逆变器对牵引电机实施控制;每辆动车装备4台牵引电机, 采用一台逆变器控制同一辆车上的四台牵引电机的控制模式。

4.2 牵引整流机组谐波计算

常用的谐波术语数学表达式如下:

(1) 第h次谐波电压含有率HRUh:

式中, U1为基波电压 (均方根值) (KV) ;Uh为第h次谐波电压 (均方根值) (KV) 。

(2) 第h次谐波电流含有率HRIh:

式中, I1为基波电流 (均方根值) (KV) ;U1为第h次谐波电流 (均方根值) (KV) 。

(3) 谐波电压含量UH:

(4) 谐波电流含量IH:

(5) 电压总谐波畸变率TDHu:

(6) 电流总谐波畸变率TDHi:

4.3 牵引变电所谐波仿真分析

本算例的设定参数为:釆用干式轴向双分裂三绕组整流变压器, 其额定容量为1250KVA, 电压比为35kV/1180V, 工作频率为5 0HZ, 整流机组的输出电压为1 5 00 V, 逆变机组的输出电压为550V, 牵引电机的额定功率为180kW, 额定电压为550V。根据以上参数, 利用MATLAB/SIMULINK工具箱[14]建立X站牵引变电所和地铁列车的仿真模型[15,16]。

由于牵引整流机组是非线性电力设备, 因此工作过程中不可避免的产生大量谐波含量。根据仿真可以看到, X牵引变电所整流机组交流侧电流总畸变率为75.31%, 直流侧输出电压总畸变率为10715.32%, 地铁车辆牵引逆变器输出电压总畸变率为1745.06%, 这些电压电流中均含有大量的谐波, 而且牵引整流机组输出电压和牵引逆变器输出电压中谐波含量较多, 波形畸变比较严重, 降低牵引变电所的供电质量, 缩短电气设备使用寿命, 甚至会引起保护误动作, 严重影响地铁列车的正常运行。

理论上讲, 脉数愈多, 对谐波的抑制效果愈好。为了有效抑制谐波, 考虑采用24脉波整流机组, 以及在直流牵引变电所整流装置的输出端加装谐振滤波器, 使大部分谐波电流不经过接触网和走行轨, 从而减少供电系统损耗和对其他系统的干扰。经过比较分析, 加装滤波装置的24脉波整流机组各位置的波形更加平滑, 脉动量小, 波形畸变率较小, 谐波含量降低。仿真结果如图2-4所示。

5、结语

牵引变电站 篇3

【关键词】主接线设计；短路电流；电气设备选择

0.引言

随着城市的快速发展人口的极速增加给交通带来的压力越来越大，城市不可避免的需要建设更多公共交通工具来缓解压力，其中地铁电车作为一种绿色的交通方式，能够减少能耗和对城市的污染，安全便利能有效缓解交通压力更是成为了建设首选，但也不可避免的给供电设施带来了新的要求，本文进行了牵引变电所电气一次系统的设计首先通过对负荷资料的分析，安全，经济及可靠性方面考虑，确定了110kV主接线，确定了站用变压器的容量及型号，并根据最大持续工作电流及短路计算结果，对设备进行了选型校验，从而完成110kV变电所电气一次系统的设计。

1.原始资料的分析

该110kv牵引变电所中的两台牵引变压器为一台工作，另一台备用。电力系统1、2均为火电厂，选取基准容量S为750MVA，在最大运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.10和0.12； 在最小运行方式下，电力系统1、2的综合电抗标幺值分别为0.11和0.14。对每个牵引变电所而言，110kV线路为一主一备。图中，L1、L2、L3长度分别30km、50km、20km。线路平均正序电抗X1为0.4Ω/km， 平均零序电抗X0为1.2Ω/km。

表1 牵引变电所基本设计数据

2.方案的拟定和变压器的选择

110KV变电所主接线方案的比较。

方案一：110KV采用双母带旁路母线接线方式，27.5KV也采用双母带旁路母线接线， 110KV进出线为4回路，两回路一级负荷都为大型工厂供电，考虑到110KV侧的特殊性，装设专用母联断路器和旁路断路器。

27.5KV母线出线为6个回路，有2回路连接27.5KV电源，为了保证供电的可靠性和检修时的灵活性，特装设专用母联断路器和旁路断路器。

10KV母线出线为10回路，预留2回路，可采用单母分段接线方式。

其接线特点：

（1）110KV、27.5KV都采用双母带旁母，并设专用的旁路断路器，其经济性相对来是降低了，但是保证了各段出线断路器检修和事故不致影响供电的情况下，而且也不会破双母运行的特性，继电保护也比较容易配合，相对来可靠性即提高了。并且设计专用的旁路断路器，即使断路器检修或故障时，不致破坏双母接线的固有运行方式，及不致停电，保证供电可靠性。

（2）10KV虽然负荷较低，但出线有10回。如采用单母接线时，接线简单清晰，设备少，操作方便等优点。但如果某一元件故障或检修，均需使整个配电装置停电，将影响全所的照明及操作电源、控制电源保护等。

10KV采用单母线分段运行时，操作灵活、可靠。

方案二：

110KV、27.5KV都采用双母不带旁路，断路器检修或故障时，会造成停电，严重情况时：主变压器进线断路器检修或故障时，影响供电可靠性。

10KV虽然负荷较低，但出线有10回，为了满足所用电的可靠性，有用装设两台所用变压器，为互备方式运行，其接线方式为单母分段接线方式。

其接线方式的特点：

（1）双母不带旁路，其经济性相对来是提高了，但是各段出线断路器检修和事故会影响供电的情况下，会破双母运行的特性，继电保护也比较容易配合，相对来可靠性即降低了。

（2）10KV为了保证所用电可以从不同段两出线取得电源，同时一段母线发生故障，分段断路器自动将故障段切除，保证正常段母线不间断供电。

以上二种方案相比较，方案一的可靠性略高于方案二，其经济性略低于方案二，操作灵活性居于方案二之上，根据原始资料，方案一满足要求，而且根据可靠性、灵活性、经济性，只有方案一更适合于本次设计切身利益，故选择方案。

3.短路电流的计算

在发电厂和变电所电气设计中，短路电流计算是其中的一个重要环节。

（1）验算导体电器的动稳定、热稳定以及电器开断电流所用的短路电流，应按本工程设计规划容量计算，并考虑电力系统远景的发展计划。

（2）选择导体和电器用的短路电流，在电器连接的网络中，应考虑具有反馈作用的异步电动机的影响和电容补偿装置放电电流影响。

（3）选择导体和电器时，对不带电抗回路的计算短路点，应选择在正常接线方式时短路电流最大地点

（4）导体和电器的动稳定、热稳定和以及电器的开断电流，一般按三相短路计算。

图1 系统的电路图等效电路

因为系统在最大运行方式下计算，所以选取系统2沿线路L3向电网供电；又因为系统在正常运行和三相短路时只有正序分量，无零序分量，故L3的电抗标么值为：

本文的27.5kv短路电流计算如下：

变压器电抗标么值：

短路电流标么值：

基准电流：

次暂态短路电流：

短路电流最大有效值：

冲击电流：

4.电气设备的选择

（1）根据以上计算结果，进行110kV，27.5kV，10kV侧所有短路器以及隔离开关的选型和动稳定、热稳定校验。

表2 开关电器的选择

（2）室内27.5kV硬母线选型及校验

由I=1365A，S=76.882，可初步选型LMY—100X8平放的硬铝母线。

动稳定性校验：三相短路时间电动力

满足要求，选用LMY—100X8平放的硬铝母线

5.结论

本文完成了110kv牵引变电站电气一次系统的设计。根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电提供更加稳定高效的供电环境。

【参考文献】

[1]张少强.地铁牵引供电系统的接地分析[J].电气化铁路，2012，2（3）：47-51.

[2]于利民.牵引变电所地下引线选择[J].电气化铁路，2012，2（8）：4-9.

牵引变电所变电施工技术 篇4

1、任务来源

随着我国铁路运输的发展，传统的铁路电力供（配）电网和调度模式已经很难满足铁路运输发展的要求。基于计算机、通信、自动化等信息技术的电力远动监控技术开始在铁路电力供电和牵引供电中应用，电力远动监控系统能够极大地提高铁路电力调度的自动化程度，有效的保障区间信号中继站及车站供电。“十一五”是中国大规模铁路建设最关键的阶段，续转和新安排建设项目达200多个，其中客运专线项目28个，建设总投资12500亿元人民币。2006年客运专线项目新开工13个、续建11个。“十一五”期间，中国将完成9800公里客运专线建设任务，其中时速在300公里以上的达5457公里。

“十一五”铁路跨越式发展将实现快速客运初步成网的目标。建设京沪、京广、京哈、沈大、陇海等客运专线，列车时速达到200至300公里；建设京津、沪宁、沪杭、宁杭、广深、广珠等大城市群的城际轨道交通系统，列车时速达到200公里以上；继续推进既有线提速，在13000公里提速干线实现客车时速200公里。在此基础上，再经过5年左右的努力，中国铁路将形成客运专线、城际客运铁路和既有线提速线路相配套的32000公里的快速客运网络。这一快速客运网络，能够辐射中国70％的50万以上人口城市，覆盖人口达到7亿多，满足人们快速便捷出行的要求。

从2008年开始，中国客运专线将陆续投入运营。今年中国将在引进和掌握时速200公里以上动车组技术平台的基础上，着眼时速300公里客运专线建设需要，组织开发时速300公里动车组。

近日，随着浙赣线电气化改造工程的开通，标志着我国电气化铁路总里程已突破24000公里，成为继俄罗斯之后世界第二大电气化铁路国家（俄罗斯现有电气化铁路44526公里，位居世界第一位，德国现有电气化铁路21102公里，位居中国之后）。

目前，我国铁路电气化率已经达到27％，承担着全铁路43％的货运量，初步形成了布局合理、标准统一的电气化铁路运营网络，特别是胶济、大秦、京沪等线的电气化，是加快我国铁路现代化的重点工程项目，也是铁道部实施铁路跨越式发展的重点工程。胶济、大秦、京沪电气化改造工程都是实行施工总承包模式完成的，从而提高了我国电气化铁路的技术水平和管理水平，缓解了运输瓶颈的制约。因此，有关方面对京沪线电气化改造工程给予了很高的评价。铁道部有关领导指出，京沪线电气化改造工程有“五个创举”，并将会成为“四个之最”：京沪线电气化改造工程是既有线工程改造的创举，工程总承包模式是个创举，一年完成是个创举，多项工程同步进行是个创举，工程和运输紧密配合是个创举；京沪线经过改造是既有线综合技术装备水平最高的线路，是综合能力和运输效率最高的线路，是既有线经济效益最好的线路，是生产力布局调整最见效的线路。浙赣线电气化改造工程也被有关方面给予了很高评价。

1879年，世界上有了第一条电气化铁路。120多年来，全世界已经有68个国家和地区修建电气化铁路25万公里，承担铁路总运量的80%以上。我国从1958年开始修建宝鸡—凤州电气化铁路，到1978年，20年间建成电气化铁路1033公里，年均仅51公里。“九五”期间，我国电气化铁路运营里程突破1万公里，“十五”期间，电气化铁路运营里程突破2万公里。今年先后建成京沪、武嘉、郑徐、胶济、沪杭、浙赣等电气化铁路，截至9月底，我国共建成开通49条电

气化铁路。

国内外的经验告诉我们，电气化铁路在现代综合交通运输体系中有着显著的优越性。第一，电气化铁路运输能力强，电力机车功率大、加速快，有利于提高列车牵引定数、缩短区间运行时间。第二，电力机车使用的电能可以从煤炭、水力、核能等多种初级能源中取得，并且有着60％至70％的热效率，电气化铁路能源消耗少。第三，电力牵引能够减少机车维护工作量，延长检修周期，可以降低电气化铁路的运营成本。第四，电气化铁路环境污染较小，电力机车本身不产生污染。此外，电气化铁路可以减少铁路对石油资源的依赖。铁路采用电力牵引，将对国家消费结构的调整、产业发展政策的执行产生积极的影响。

可以看出，电气化将成为铁路牵引动力的发展方向。铁道部十分重视电气化铁路的发展，据铁道部有关信息显示，未来几年，电气化铁路的建设和改造将继续加速。在实施第六次大提速的重要干线上，将开行时速200公里的动车组，形成快速电气化铁路网。到2020年，全国电气化铁路总里程要达到5万公里。这种建设速度和规模在世界铁路发展史上也是罕见的。正在建设中的京津、武广、郑西等客运专线，在最高运行速度、供电负荷等方面，都达到世界一流水平。今后，电力牵引将承担铁路的主要运输任务。根据《中长期铁路网规划》，到2020年，电气化铁路总里程将会达到全国铁路营业里程的一半，承担的铁路运量比重将超过80％。

2、研究目的项目的技术关键是掌握“电力远动”系统与常规铁路的不同点和主要项目的施工工艺和方法；由于现阶段铁路客运专线“电力远动”系统还没有统一的标准和制式，目前批准建设的几个客运专线项目有可能引进国外的成熟技术和经验，还需进行大量的调研和学习。

掌握“电力远动系统”的工作原理、设备基本构成、安装、调试方法和标准、施工技术、故障诊断、改进建议等，将为我公司今后客运专线电力工程施工奠定良好的基础，编制通用的安装与调试工法指导书。锻炼施工队伍，总结经验，提高施工能力和管理水平，为今后施工类似工程和拓展公司的施工领域奠定基础。

3、主要达到的指标

掌握“电力远动系统”的施工技术，将为我公司今后客运专线电力工程施工奠定良好的基础，编制通用的安装与调试工法指导书。

二、工程概括

浙赣线位于浙江、江西、湖南三省境内，东起浙江省杭州市，向西经浙江省义乌、金华、江西省的上饶、横峰、贵西、鹰潭、向塘、萍乡至湖南省的株洲市，大致呈东西走向。全线总里程942公里。

浙赣线是我国铁路网“八纵八横”主通道及“四纵四横”快速客运网的重要组成部分，其东端与沪杭、宣杭、萧甬线相接，西端与京广、湘黔线相连，并与京

九、鹰厦、皖赣、横南、金温等干支线相交，担负着华东与华南及西南地区的物资、人员交流任务，按照铁路跨越式发展的思路，对浙赣线按200km/h速度目标值进行电气化改造十分必要。改造后的浙赣线可以适应客货运量日益增长的需要，对加强东西部之间、华东与华南、华东与华中之间及华东地区内部的联系，促进沿线及相关地区的经济发展，对实施西部大开发战略，缩小东西部之间的差距等方面，都具有重要的意义和作用。

浙赣线广铁（集团）公司管辖段位于湖南省株洲市的醴陵市、株洲县、芦淞

区，起止里程为K886+700~K944+546，全长54.876公里。此次电气化提速改造由铁道第二勘测设计院勘测设计。

浙赣线广铁管段原有车站6个（含株洲枢纽站），其中有专用线、支线接轨的车站2个（醴陵东、醴陵），有货场的车站4个（株洲、姚家坝、醴陵东、醴陵）。提速改造完成后管段计有4站，既株洲枢纽站、五里墩站、东冲铺站和醴陵站。

标段范围内新建的桥梁有双线特大桥2座，新建大桥1座，新建中桥5座。新建双线隧道3座分别为羊石隧道、周里冲隧道、石关隧道。

我公司承建的DH-4标段电化施工任务自局界（K889+670）至株洲（K944+546），既有正线长55.60km。引入株洲枢纽相关工程，五里墩至株洲正线长7.846km。

原合同工期因外资定货、设计等因素制约。广铁（集团）公司浙赣铁路电气化提速改造工程建设指挥部仅口头通知暂定为2005年6月18日至2006年9月30日。但综合各方面信息，竣工日期可能提前至2006年3月。

改造后的速度目标值，老关至五里墩200km/h，其中：醴陵至醴陵东0.8km，限速140km/h，五里墩至株洲限速80～120km/h。

全线牵引供电系统采用工频交流单相25kV.50Hz，带回流线的直接供电方式，分别在醴陵、姚家坝设牵引变电所，板杉铺、株洲客设分区所。接触网正线采用THJ-95+CTHA-120，站线采用GLJE-30/50+TCG-85全补偿简单链形悬挂。

由于设计出图滞后，截止2004年11月11日，可明确接触网工程量为区间接触网线路99.89条/公里。杯型基础1024个，拉线基础（各型）269处，各型支柱1445根。

其余工程量还包括：新建牵引变电所2所（因铁道部压缩投资，标段内原有2个牵引变电所合并为一所[设东冲铺]，但因设计暂未到位，此项建设指挥部暂未明确），改建牵引变电所1所，新建分区所2所，新建醴陵网工区1座及远动系统1套。生产及办公房屋4857平方米，给排水管道16.89公里。

2.3.施工条件

标段境内多为丘陵山地，水系发达。线路多走行于水田、丘陵之间。沿线人烟稠密、村镇密集。除浙赣铁路外，平行铁路的还有320国道、莲易高等级公路等骨干道路及与之相接的县乡公路和乡村机耕道可资利用。外来料可以通过火车，直接运至醴陵东站。

湖南省内电力供应紧张，主要依靠水电。株洲地区到了冬季枯水季节和夏季用电高峰期，会频繁出现拉闸限电情况，且供电质量不能保证。城镇自来水均以入户，施工用水可就近选择河渠、湖泊，水质可以满足要求。

铁路沿线手机信号基本覆盖，市话入户。对极个别的地段，手机信号不能覆盖的，选择车载电台进行联络，但需事先到电信部门进行登记。

2.4.工程特点及施工难点

既有浙赣铁路行车密度极大，日平均行车对数为46对，行车速度120公里/小时，利用行车间隙施工几乎不可能。天窗点由建设指挥部协调安排，但需考虑天窗不能保证或被压缩的情况。超正常施工与保运输矛盾突出。

全线杯型基础和拉线基础交由站前单位施工，很大程度上减少了施工中的扯皮和纠纷，为提前进场创造了可能。

DH-4标段工期有可能提前至2006年3月竣工，确切时间尚未敲定，加之物资招标尚未进行，设计、图纸滞后等，无形中压缩了接触网工程的施工周期。若按

高速铁路牵引变电所数字化设计 篇5

1 武广高速铁路综合自动化系统构成

武广高速铁路综合自动化系统采用分层分布式网络结构, 系统主要由4部分组成, 即调度层、站控层、间隔层和设备层。武广高速铁路新乌龙泉牵引变电所综合自动化系统构成见图1。

调度层位于调度所内, 与牵引变电所的联系为图1所示远动通道。牵引变电所内实时信息均被传送到调度层, 调度人员根据所传递的信息掌握各牵引变电所的运行状态并能及时处理事故。站控层主要设在各变电所、分区所、AT所和开闭所等控制室内, 主要由后台监控机、通信管理机和GPS接收器构成。间隔层由牵引变电所各保护测控单元模块和其他智能仪表构成。每个保护测控单元集保护、控制、测量和智能通信功能于一体, 实现数据采集、保护和信息传输功能, 也是系统与一次设备的接口。设备层主要是室外高压电设备, 如变压器、断路器和隔离开关等。

武广高速铁路综合自动化系统采用集中组屏方式, 统一放置于各个牵引变电所主控制室内, 间隔层与设备层通过二次电缆完成 (见图2) 。

牵引变电所内220 k V设备均为户外集中式布置, 设备本体通过端子排及控制电缆沿电缆沟敷设至主控室的综合自动化显示屏内, 在设计、施工工程中需与综合自动化设备、断路器、隔开和变压器等多个设备联络, 工作量巨大, 接口繁多, 较易发生差漏。

2 数字化牵引变电所关键技术

数字化变电站是近年来我国电力系统研究的热点, 其基本概念是牵引变电所的信息采集、传输、处理和输出过程全部数字化。与传统的牵引变电所设计相区别, 数字化牵引变电所设计主要涉及的关键技术包括电子式互感器的应用、智能化一次设备的研发和牵引变电所基本框架的研究等。

2.1 电子式互感器

电子式互感器包括电子式电流互感器 (ECT) 和电子式电压互感器 (EPT) 。种类繁多, 结构各异, 但最终均在低压部分通过光纤输出数字信号, 提供给二次设备。与传统的互感器相比, ECT/EPT绝缘结构简单可靠, 体积小, 重量轻, 无磁饱和问题, 频率响应范围宽, 精度高, 暂态特性好, 抗电磁干扰能力强, 数据可靠性高;ECT没有开路运行问题, EPT没有谐振问题。

在数字化牵引变电所设计中, 对于EPT的选择, 可参考国内电力系统的部分工程实例, 运用分压式互感器配备智能单元的组合方案, 使得电压互感器就地实现数字化信息采集。

根据牵引变电所布置方式, 220 k V高压设备采用户外常规敞开式布置时, 牵引变电所进线电流互感器可采用独立式的ECT, 而采用GIS组合电气的2×27.5 k V馈线侧可采用嵌入式的电子式电流互感器;考虑到投资成本, 传统线圈式配备智能单元方案仍是目前的首选。

此外, 可以把电流互感器和电压互感器的功能在同一台设备中实现, 即电子式电流电压互感器。当用于牵引变电所进线时, 可节约线路侧电压互感器的安装空间, 节省用地, 减少牵引变电所场坪面积。

2.2 智能化一次设备

数字化牵引变电所内的智能化一次设备主要包括数字化开关和变压器等, 其信号回路和操作驱动回路采用微处理器和光电技术设计, 常规强电模拟信号和控制电缆被光电数字信号和光纤代替。

智能化一次设备还处于实验室研究和理论论证阶段, 国内外均没有成熟产品应用。电力系统实施的工程中, 一般采用智能电子设备 (IED) 。就地安装IED提供数字接口, 将传统一次设备通过光缆接入过程层网络, 使一次设备具备部分智能化功能。

武广高速铁路在接触网开关控制设计中, 通过接触网开关控制箱内集成智能模块, 将隔离开关的控制回路及信息回路电信号转化为光信号, 并通过光纤接入所内控制单元。牵引变电所内高压设备在线检测系统将数据采集模块分布安装于高压设备本体或端子箱内, 对其绝缘、电磁、温度、机构动作、油等指标进行实时监测。随着IED研究的不断发展, 牵引变电所对于智能化一次设备的尝试正在不断深化, 数字化牵引变电所内设备连接见图3。

牵引变电所户外敞开式布置设备就地配备智能终端, 对防湿、防热、防尘和防电磁干扰等各项技术指标的要求较高, 一般电磁兼容性指标必须满足IEC标准4级的要求, 运行环境温度为-20~+70℃[1]。

2.3 数字化变电所系统结构

IEC61850标准在逻辑和功能上将数字化变电所内智能设备分为3层:变电所层、间隔层和过程层[2,3]。其功能分层和接口模型见图4。

过程层主要完成实时电气量检测和设备运行状态参数检测和控制命令的发送和执行;间隔层主要汇总站内本间隔的过程层实时数据信息, 实施对该间隔的一次设备保护控制, 与变电所层和过程层高速通信等;变电所层主要完成间隔层数据显示, 存储历史数据库, 在线编程完成全站操作闭锁控制、操作、打印、报警、图像、声音等多媒体功能, 也可以对间隔层、过程层各种设备进行在线维护、组态和修改参数。

2.4 数字化牵引变电所的三个模式

过渡型模式。牵引变电所既有过程层和间隔层之间关系保持不变, 而在间隔层和站控层之间采用IEC61850标准实现通信机数据处理等操作。此模式下, 二次设备可通过在现有成熟的设备基础上完成, 具有较高的实用性, 便于现阶段推广及老站改造。

实用模式。牵引变电所的间隔层和站控层通过IEC61850协议全部实现数字化, 同时ECT/EPT的应用使得过程层基本实现数字化。ECT/EPT在国内外的运行成功是目前推广数字化变电站最热点关注的焦点, 但过程层的一次设备仍是单独的信号回路。

完全型模式。通过IEC61850协议、ECT/EPT、智能一次设备, 变电所的间隔层、站控层和过程层全部实现数字化。因为智能一次设备目前技术上还没成熟到试运行阶段, 此方案目前无法实施[4]。

4 数字化牵引变电所的设计

根据目前数字化牵引变电所产品的发展现状, 在经济投资、技术等条件约束下, 其设计采用过渡型模式, 采购成熟的基于IEC61850标准的二次设备和为一次设备配备IED, 从而实现牵引变电所基本数字化 (见图5) 。

数字化牵引变电所过程层设备主要是所内一次设备 (电压互感器、电流互感器、断路器和变压器等) 和智能终端设备;间隔层设备主要是牵引变电所综合自动化 (保护装置、测控装置) 及安全监控系统、交直流系统和接触网开关控制系统;站控层设备主要有监控后台、远动主站及GPS。间隔层与过程层、站控层的网络均采用100 Mbit双星形或双环形工业以太网。

牵引变电所内一些不具备IEC61850通信功能的单元, 如交直流系统、接触网开关控制、安全监控系统, 统一通过网关进行规约转换, 从而接入综合自动化后台。

5 结束语

数字化牵引变电所建设是一个系统工程, 要实现全部数字化功能, 还有许多技术问题需要解决。目前技术的成熟度、方案的可行性均需要结合工程实际逐步改善。从长远发展来看, 还将涉及到数字化分区所、AT所的设计, 同一供电臂内牵引变电所信息交互技术、牵引变电所与调度中心信息交互技术和信息安全技术等。

随着新技术和新产品的不断研发, 相信在不久的将来, 数字化牵引变电所能在工程中逐步实现, 从而在高速铁路和客运专线供电系统中发挥重要作用。

参考文献

[1]陈浩敏, 陈伟浩.数字化变电站设计研究与应用[J].广东输电与变电技术, 2009, 11 (2) :59-61

[2]IEC.IEC61850-1Introduction and overview[S], 2002

[3]IEC.IEC61850-5Communication requirements for function and device[S], 2003

牵引变电站 篇6

关键词：牵引负荷,电气化铁道,概率模型,模拟退火算法

0 引言

随着电气化铁道的快速建设以及大功率电力机车和高速动车组的大量上线运行,电气化铁道与电力系统的相互影响日益受到人们的重视。构建牵引变电所的负荷模型对电气化铁道负荷预测、电能质量分析和电网运行优化有重要意义。

牵引负荷最大的特点是随机波动性强,这使得负荷行为难以准确描述,关于牵引负荷建模的研究国内外开展得都不多。文献[1]对牵引负荷的数字特征进行了较为详细的分析,提出多台同类型机车取用相等电流时,馈线电流的分布服从正态分布,并指出由于受到列车密度的影响,电流分布曲线不对称,用正态分布描述将造成较大误差。文献[2]进一步提出牵引馈线电流具有有界性、连续性、单峰性和非对称性,并利用分段函数描述其概率密度。然而,由于不同牵引变电所的负荷差异较大,分段函数的通用性不强。文献[3]指出馈线电流不具有确定的概率分布规律,建议根据不同运行条件进行研究。文献[4]提出了利用β函数描述馈线电流概率密度的方法,从形态上进行了对比分析。文献[5]针对电气化铁道进行了仿真分析,统计分析了有功功率、无功功率、视在功率及电网电压的概率分布,提出了利用蒙特卡洛等随机方法模拟牵引负荷分布的思路,但没有给出具体技术细节。

早期研究牵引负荷的分布规律时通常不考虑功率因数的变化,只分析馈线电流的分布特征[1,2]。然而,不同类型电力机车(或动车组)的功率因数差异较大,同一电力机车的功率因数随有功功率的变化也很大,这使得馈线电流的分布呈现一定的复杂性。此外,变电所空载概率也影响了对概率密度函数的拟合[4]。因此,用统一函数式准确描述不同区段的馈线电流分布非常困难。

本文针对电气化铁道的运行特点,直接统计和分析牵引变电所有功功率和无功功率的分布规律,利用电力机车有功功率分布和行车密度联合对牵引负荷进行描述,采用综合测辨法[6]构建了牵引变电所的负荷概率模型,建立了多元目标函数,给出了利用模拟退火算法进行参数辨识的方法和步骤,并进行了实例求解和验证。

1 牵引变电所负荷建模思路

牵引变电所的负荷可认为主要由多辆电力机车的有功功率和无功功率叠加组成,并受到许多因素的影响。单一电力机车的有功功率与线路坡道、曲线、站场、限速、轨道、天气、司机操作等都直接相关[1,2]。在牵引供电网络的仿真中,一般采取牵引计算程序模拟某一电力机车的负荷过程,而分析涉及电气化铁道的全局性问题,如牵引供电系统与电力系统的交互影响时,由于随机因素较多,对所有电力机车进行牵引计算建模有一定的局限性,不能反映牵引负荷的概率特性,而且追溯到线路上运行的各电力机车也难以适用于电力系统的仿真计算。牵引变电所的有功功率和无功功率是供电区段内所有电力机车的负荷合成,是多种影响因素的综合反映。从统计分析电力机车功率分布特点出发,利用综合测辨法进行牵引负荷概率建模是一个值得尝试的方法。

1.1 单台电力机车的有功功率分布

牵引变电所的供电区段长度一般为40 km～60 km,区段内线路的坡道、曲线、限速等条件都比较稳定,因此,单台电力机车在固定区段内的出力往往集中于几个功率区间,当样本数量足够大时,有功功率在这些区间内近似服从正态分布。图1为2008年7月在京哈线北京东站至唐山北站区段实测的CRH2动车组有功功率的概率分布,采样间隔为1 s。

在各功率区间内选取正态分布如下:

式中:x为有功功率;σ为方差;μ为有功功率均值。

利用最小二乘法进行非线性曲线拟合,得到结果如表1所示,拟合的决定系数R2很高,说明吻合程度比较好。可见,列车的有功功率可以视为在若干个功率区间内服从正态分布。

1.2 多台电力机车有功功率的叠加分析

在同一个变电所的供电区段内,假设同时有多列动车组正在运行,单列动车组的有功功率分区间服从正态分布,由于变电所总有功功率为独立取值的多个动车组有功功率的线性叠加,根据中心极限定理和正态分布特性,变电所总有功功率在高值区间将近似服从正态分布,并且列车日对数越多,近似程度越高。

图2为4个牵引变电所实测有功功率的概率分布以及根据正态分布函数进行曲线拟合的结果,包括大秦线木林变电所(2007年测试)、丰沙大线周士庄变电所(2007年测试)、京沪线安定变电所(2008年测试)和泰山变电所(2007年测试)。

由图2可见,有功功率在数值较高区间与正态分布函数吻合度非常高,而在数值较低区间有较大偏差,尤其是泰山变电所,这主要是该供电区段的行车密度较低所导致。对繁忙干线铁道,在一定时间周期(通常为1 d)内,变电所总有功功率将近似服从正态分布,但空载时段往往会造成在0功率附近存在一个分布尖峰。

2 有功功率概率模型

由于牵引负荷具有随机波动性,有效的研究方法是将牵引负荷变化过程视为随机过程,研究其数字特征和分布特性[2]。利用实测数据进行负荷建模的方法较多[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15],其中多篇文献介绍了概率模型的构建方法[11,12,13,14,15],本节介绍了有功功率概率模型的构建方法,无功功率的概率模型在第3节介绍。

2.1 有功功率模型的构建

影响牵引变电所有功功率分布的因素主要有2个:①行车密度,即某一时刻同时从变电所取流的列车数量;②每台电力机车的功率发挥。因此,有功功率的概率模型至少应包含以上2个因素。

行车密度的统计一般采用运行图法或实测法,文献[1]对此有较为深入的探讨。以京沪线京津段为例,根据运行图对黄土坡至廊坊段进行列车数量统计,24 h内列车数量的概率分布如图3所示。按照正态分布函数进行拟合,决定系数为0.96,行车密度近似服从正态分布,列车日对数越高则吻合程度越好。

因此,行车数量按分布mk～N(μ1,σ21)进行计算。其中,k为仿真时步,m为当前时刻供电区段内的行车数量,按四舍五入取整。

设i为电力机车序号,Pi为其有功功率,假定列车时步k的有功功率Pki均服从以下正态分布:Pki～N(μ2,σ22)。

因此,牵引变电所有功功率的概率模型如下:

式中:PkΣ为仿真时步k变电所的总有功功率。

计算过程包含4个未知参数μ1,σ1,μ2,σ2,分别用于描述行车密度和单列电力机车有功功率发挥的概率分布。所以,牵引变电所有功功率的概率模型的参数辨识问题转变为求取4个变量的非线性规划问题,求取较复杂的非线性全局优化可采用蒙特卡洛、模拟退火等算法,本文利用模拟退火算法来求取其全局最优值。

2.2 利用模拟退火算法辨识模型参数

根据变电所高压侧三相有功功率的实测数据,很容易求得有功功率分布的概率积分值,适当选取多个概率积分值作为负荷概率模型的收敛目标,目标函数如下:

式中:n为所选取的概率积分值的总数;LkΣ为仿真时步k利用式(2)计算有功功率的总次数;Lki为其中符合第i个统计区间的落点数量;si为由实测数据分析得到的对应区间的概率积分值。

退火温度的控制采取非线性降温策略:

式中:T为模拟退火算法的温度值;λ为降温系数,一般设为0.80～0.98。

该降温公式可增大在冷却阶段的搜索强度。

在搜索过程中,邻域按下式产生:

式中:Ci为常数,用于调整不同变量的增量;frnd(·)为均匀随机选取函数。

邻域的产生步骤为:按平均分布随机选取其中一个变量,由标准正态分布函数随机产生位于中的增量,并利用常数调整增量的大小。

邻域的约束条件可根据线路和电力机车的实际情况设定,通常,μ1范围为(0,10),σ1范围为(1,5),μ2范围为(0.1,6),σ2范围为(0,3)。

新解的产生按照Metropolis规则,即接受新解的概率按下式计算:

式中:Δfnew和Δfold分别为本次和上次循环所得到的目标函数误差值。

3 无功功率概率模型

通常,功率因数瞬时值可采用下式近似描述:

式中:x为电力机车的有功功率;a和b为系数。

由于交直无补偿型、交直有补偿型、交直交型3种电力机车的功率因数存在比较明显的差异,可根据典型车型由式(7)分别确定相应系数。考虑到3类车型在供电区段内所占比例直接影响到变电所的无功功率分布,构建牵引变电所无功功率概率模型的公式如下:

式中:γi为当前电力机车的待求功率因数,γi=frnd(y1(Pki),y2(Pki),y3(Pki));y1,y2,y3分别为由式(7)计算出的功率因数;frnd表示根据3种车型数量比例对以上3个功率因数进行随机选取。

当电力机车输出的有功功率一定时,其功率因数围绕某一个固定值呈正态分布,因此,引入正态分布的标准差对功率因数的波动进行描述,可提高模型的灵活性和仿真精度。

结合上述分析,无功功率概率模型需要辨识的参数包括3类车型的比例和功率因数的标准差,共有3个变量,同样可以采用模拟退火算法进行求解,目标函数的构建及邻域生成方法与有功功率模型类似。

当牵引变电所安装有固定或动态无功功率补偿装置时,可以按无功补偿容量和动态控制策略对上述仿真结果进行修订。

4 负荷概率模型的求解实例及验证

4.1 有功功率概率模型

以安定牵引变电所为例,选取日实测数据,统计得到图4所示的概率密度分布。

利用模拟退火算法辨识模型参数的步骤如下:

步骤1:设置温度初始值、降温系数、终止温度;

步骤2:设置4个变量的初始值;

步骤3:执行外层循环,检查是否达到目标温度,如已达到则跳至步骤7;

步骤4:根据式(5)产生邻域;

步骤5:执行定长内循环,由式(2)计算出多个有功功率值,并由式(3)和式(6)选取最优解;

步骤6:按式(4)进行降温,跳至步骤3;

步骤7:输出全局最优解。

对安定牵引变电所的参数辨识结果为:

获得以上参数后,根据行车数量、列车有功功率分布及式(4)进行蒙特卡洛仿真,仿真间隔为1 s,可得到变电所24 h内的有功功率,统计得到其概率分布,结果见图4,与实测数据的吻合程度很高,特别是在高值功率范围,概率模型能真实地模拟有功功率的实际分布情况。表2为实测与仿真的统计结果对比,其中,95%概率大值和平均值的误差均小于5%。

4.2 无功功率概率模型

利用模拟退火算法,输入已经辨识出的有功功率概率模型参数,可求得无功功率概率模型的相关参数,然后采用蒙特卡洛仿真得到无功功率的概率分布,结果见表2和图5,概率模型能很好地描述无功功率的实际分布情况。

5 负荷概率模型的应用

该模型的应用包括:

1)通过对典型牵引变电所的测试和分析,辨识模型参数,用于电力系统概率潮流计算以及其他仿真研究;

2)根据实际情况估计模型参数,对已建或待建的变电所进行负荷估计,协助研究电气化铁路建设对电网的影响。

以京沪线三界变电所为例,估计模型参数并求解的步骤如下:首先利用牵引计算程序计算出列车全程双向运行数据,然后统计列车在三界变电所供电区段内的有功功率得到:95%概率值为4.31 MW,平均值为1.85 MW。根据正态分布特点可计算出其标准差约为1.50 MW,则列车有功功率近似服从正态分布N(1.85,1.502)。

根据运行图统计出经过该供电区段行车数量值平均值为2,最大值为5,则行车密度近似服从正态分布N(2.00, 1.952)。

根据前述负荷概率模型的应用方法,仿真计算得到变电所的有功功率,间隔1 s,时间为24 h,统计结果如表3和图6所示。同理,统计出电力机车的类型和比例,可以估算牵引变电所的无功功率。

6 结语

本文利用实测数据分析了电力机车有功功率的概率分布特征,在此基础上引入行车密度分布,通过随机过程方法对牵引负荷进行描述,构建了牵引变电所的负荷概率模型,可较真实地模拟其随机波动性。然后,基于实测有功功率的概率积分值建立了目标函数,采用模拟退火算法完成了参数辨识。蒙特卡洛仿真结果与实测结果的对比表明,本文所提出的负荷概率模型的精度较高,证明了此建模方法描述牵引变电所功率负荷行为和估计负荷95%概率大值的有效性。

牵引变电所实训基地建设方案研究 篇7

1. 牵引变电所实训基地建设的必要性

(1)高职院校实训基地现状。

我国铁路向高速重载方向发展，加之城市轨道交通的快速发展，电气化铁道技术人员的需求不断增强。牵引变电所是电气化铁道的重要组成部分。在由陕西铁路工程职业技术学院组织成立的陕西铁路建筑职教集团中，有19所院校，但仅有3所院校开设了相关专业。除陕西铁路工程职业技术学院外，仅有1所有一些牵引变电所实训设备。从整体上看，电气化铁道技术专业实训基地规模都比较小，设备和技术普遍相对陈旧。

实际的牵引变电所占地面积大，造价很高，并且在高压环境中运行。针对教学的牵引变电所实训基地很难做到和实际变电所一样，但又要训练学生在实际工作中用得上的技能，因此不得不考虑各种实际情况，尽可能接近实际。而目前各高职院校电气化铁道技术专业牵引变电所实训条件都比较差，仅有少部分变电所的设备，难以满足实训要求。

(2)牵引变电所实践性教学与施工、维护现场零距离接轨，实现了课堂与实习地点一体化。

牵引变电所实践性教学与施工、维护现场零距离接轨，可将多种相关课程的课堂教学延伸到实训基地现场教学，老师现场讲授，演示操作要领，学生实地训练，真正实现教、学、做合一, 从而实现从学生到技x术人员的无缝对接。

2. 牵引变电所实训基地建设的规模和方案

因实际牵引变电所规模大、造价高，教学中为了教给学生全面系统的牵引变电所结构、功能、设备等知识，只能采取模拟方式。所以需要建成一个牵引变电所模拟沙盘，将牵引变电所内各种设备都展示出来，让学生非常直观地看到牵引变电所的结构，便于进一步学习变电所内设备。

需要的实训装置主要有： (1) 城市轨道交通供电实训装置。通过此地铁供电系统模型，学生可以进行各种工况下的倒闸操作，可以有效地提高其对地铁供电系统复杂性、特殊性的认识和理解。 (2) 牵引供电系统继电保护实训装置。通过该装置能对交流牵引供电系统中常用的继电保护、电气二次控制回路及自动装置等教学内容进行操作，以真实直观的教学形式对学生进行专业技能训练。 (3) THRETP-1A型牵引供电系统及继电保护实训装置。该装置能以直观真实的教学形式训练学生的专业技能。 (4) THREQY-1型电力牵引供变电实训装置。在此交流牵引供变电系统模型上，学生可以进行各种工况下的倒闸操作，可以有效提高其对铁路交流牵引供变电系统的认识和理解。 (5) THRESS-1型牵引供电系统实训装置。此装置以牵引变电所为主要实训对象，兼顾牵引网与负载，主要适用于帮助学生学习牵引变电所运行与维护的相关知识，铁路供电值班人员理解、判断铁路牵引变电所故障等。 (6) 牵引变电所远动实训装置。通过此装置培养学生维护和检修远动设备的能力。

此外，还需要牵引变电所仿真软件、供变电教学软件各1套，配置计算机50台，同时满足一个班级的实训任务。同时，还需要一些变电所高压电气设备和仪器仪表。如S W3-110型断路器、SN10-10型断路器、LN2-10型六氟化硫断路器、27.5kV真空断路器等变电所常用断路器，GW5-110D型隔离开关、GN8型户内隔离开关、FN3-10RT型负荷开关等隔离开关和负荷开关。

3. 建成的预期效果

基地将依据电气化铁路和地铁的牵引变电所现场实际情况，展示出电气化铁路牵引变电所一次系统、二次系统、地铁供电系统、牵引供电继电保护系统等。建成后能满足电气化铁道技术专业约280课时/学期的实训要求;能够同时满足电气化铁道技术专业50人的专项实训任务、技能大赛、技能鉴定;能够为我院铁路相关专业铁道概论认识实习、课程实训提供条件;能够承担企业员工变配电技能培训、技术比武、技能鉴定等相关任务。能够为兄弟院校相关专业的学生认识实习、技能演练提供场所。

4. 结语

随着牵引变电所的多样性发展，建设一个适应轨道交通现场实际、多样性的变电所实训基地，对电气化铁道技术专业学员进行变电所技能的培训具有非常重要的意义。牵引变电所实训基地的建成将促进电气化铁道技术专业的快速发展。

摘要：文章研究了牵引变电所实训基地的建设方案, 分析了实训基地建设的必要性, 确定了建设方案, 以适应我国快速发展的轨道交通行业对供电领域牵引变电所技能型人才培养的需求。

关键词：电气化铁道,牵引变电所,实训基地,方案

参考文献

[1]刘让雄, 蔡勤生.提高高职电气化专业学生的可持续发展能力[J].素质教育, 2011 (4) :73-75.

[2]王语园.电气化铁道AT供电方式牵引回流钢轨电位的分析研究[J].电子质量, 2012 (1) :6-7.

牵引变电所倒闸制度 篇8

2、倒闸作业必须由助理值守员操作，值守员监护。值守员在接到倒闸命令后，要立即进行倒闸。在执行倒闸任务时，监护人要手执倒闸命令，操作人和监护人要共同核对设备位置，进行呼唤应答，手指眼看，准确操作。用手动操作时操作人和监护人必须穿绝缘靴、戴安全帽、操作人还要戴绝缘手套。隔离开关的倒闸操作要迅速准确，中途不得停留和发生冲击。

3、倒闸作业完成后，值守员要立即向供电调度报告，供电调度员及时及时发布完成时间，至此倒闸作业结束。

4、倒闸作业必须执行“三准、二清、一稳”的操作制度。三准即:(1)倒闸作业票看的准；（2）设备编号看得准；（3）操作位置站得准。二清即：（1）唱票指位清；（2）复诵确认清。一稳即：操作开关稳。

5、采用远动装置进行倒闸操作，值守员接到供电调度通知后，应监视设备动作情况，及时向供电调度回报，并做好记录。

6、正常状态下，不应使用断路器本体上的开关进行分合闸。

牵引变电站 篇9

《全国供用电规则》关于功率因数的规定如下:“无功电力应就地平衡。用户应在提高用电自然功率因数的基础上, 设计和装置无功补偿设备, 并做到随其负荷和电压变动及时投入和切除, 防止无功电力倒送”。用户在当地供电局规定的电网高峰负荷时的功率因数, 应达到下列规定:

高压供电的工业用户和高压供电装有负荷调整电压装置的电力用户, 功率因数为0.90以上。凡功率因数不能达到上述规定的新用户, 供电局可拒绝接电。未达到上述规定的现有用户, 应在二三年内增添无功补偿设备, 达到上述规定。

功率因数调整电费按国家批准的《功率因数调整电费办法》的规定执行。

按电业部门要求, 电气化铁道牵引负荷在牵引变电所牵引变压器高压侧的月平均功率因数达到0.90以上。高者获奖, 低者受罚。即以功率因数等于0.90为标准值进行考核, 根据计算的月平均功率因数, 高于或低于规定标准, 在按规定的电价计算出其当月电费后, 再按照“功率因数调整电费表”所规定的百分数增加或减少电费。由此可见, 提高功率因数, 不但对电力系统的经济运行有很大意义, 而且对降低电气化铁道运营业成本也有实际的经济意义。

1 无功补偿现状

武 (昌) -衡 (阳) 线武昌南牵引变电所自2001年8月开通运行以来, 功率因数始终达不到0.90以上。

下面就武昌南牵引变电所功率因数偏低的实际情况进行分析并提出相应的解决方案。

武昌南牵引变电所牵引变压器接线为斯柯特接线, 安装容量为31.5MVA, 在牵引侧采用两相固定并联电容补偿装置, 这些均是不可调的固定补偿设备, 它具有功率损耗小, 安装简单维护方便等特点, 但由于其均由不可调的电容和电感组成, 其发出的无功是一常量。主变压器运行方式, 将110KV三相交流电变换为两个单相的27.5KV交流电, 然后向铁路上、下行两个方向的接触网供电。正常运行时, 一台主变压器运行, 另一台主变压器采用固定备用方式, 用以提高供电的可靠性。电度计量为110KV侧计量, 采用电子式电度表。并联电容补偿装置的接线如图1所示, 电容器组额定容量为2800 kvar。在电力机车取流时, 并联电容补偿装置能补偿电力机车的无功功率。但在电力机车不取流时, 并联电容补偿装置产生的容性无功功率向电力系统侧倒送, 形成反向容性无功功率。

针对功率因数偏低的情况, 武汉供电段技术人员多次按并补装置投入一组、并补装置投入二组二种方式进行试验, 得出以下结果:

(1) 两组并补装置同时投入时, 平均功率因数为0.60左右。

(2) 并补装置投入一组时, 平均功率因数为0.78左右。

以上两种投入方式没有一种能够使功率因数达到0.9以上, 最高只有0.88。

2 原因分析

根据现场运行情况得知, 武昌南变电所共有六条供电臂 (211、212、213、214、215、216) , 乌龙泉上、下行 (213、214) 接触网由武昌南变电所M座供电, 武昌东上、下行 (215、216) 接触网由武昌南变电所T座供电, 尽管此区段接触网设备处于带电状态, 但一直未开通电力机车, 处于无牵引负荷状态。武南至汉阳上、下行供电臂 (211、212武昌南变电所T座供电) 因供电方案上的争议也处于无负荷状态, 因而造成并补装置处于过补偿状态。如果二组电容补偿装置全部投上, 过补偿状态更严重。

3 解决方案

在电网安全、电能质量、节能损耗的需求推动下, 无功补偿技术得到迅速发展和应用。根据武昌南变电所并联电容补偿装置过补偿情况, 可在武昌南变电所增加动态无功功率补偿装置, 所谓动态无功功率补偿, 就是根据牵引负荷的特点, 能快速适应无功冲击引起的电压波动、自动调节无功功率, 并能消除高次谐波对设备的危害的一种无功静止补偿装置。它的基本原理是利用固定容量的电容器, 将出现无功功率峰值的全部或大部补偿掉, 而在峰值以外的时间, 则利用可控电抗器组成人为的感性负荷, 将电容器供给的过剩容性无功功率抵消, 从而使功率因数保持在要求的水平上。

2003年11月武昌南变电所在27.5k VM座母线上投入了一套动态无功补偿装置, 即磁控式动态无功补偿装置 (MSVC) , 该补偿装置为保证良好的供电质量提供了一种可行的方法。

4 系统构成、工作原理

磁控式动态无功补偿装置是基于磁控电抗器 (MCR) 的静止式动态无功补偿装置 (简称MSVC) , 主要由FC滤波支路、磁控电抗器MCR、控制柜与后台监控系统四部分组成。MSVC的基本原理如图2所示, 当负荷变化时, 系统所需无功容量Q也在变化, 通过调节控制柜中晶闸管的导通角, 来适时调节磁控式电抗器的输出容量QL, 保证系统无功为0或理想水平 (Q=QC-QF-QL) , 即从理论上使平均功率因数达到1, 实现动态无功补偿效果。

磁控式动态无功补偿装置各组成部分的作用如下:

FC滤波支路:为系统提供容性无功, 同时具有滤波功能。主要由滤波电容器、滤波电抗器、放电线圈、避雷器、隔离开关及一二次设备等组成。

磁控式电抗器 (MCR) :磁控式电抗器采用优质硅钢片和漆包线加工而成。其原理是采用小截面铁心和极限磁饱和技术, 利用自身感应生成的直流电来附加磁化铁心, 改变铁心磁导率, 从而实现电抗值可调, 其内部为全静态结构, 无运动部件, 工作可靠性高。调节范围0~100%, 响应速度30ms。

单相可控电抗器采用四柱铁心结构, 在中间两工作铁心柱上分布着多个小截面段, 在电抗器的整个容量调节范围内, 仅有小截面段铁心磁路工作在饱和区, 而大截面段始终工作于未饱和线性区, 其上套有线圈。可控电抗器原理接线图如图3所示。

在可控电抗器的工作铁心柱上分别对称地绕有匝数为N/2的两个线圈, 其上有抽头比为δ=N2/N的抽头, 它们之间接有可控硅T1、T2, 不同铁心的上下两个主绕组交叉连接后并联至电源, 续流二极管接在两个线圈的中间。

当电抗器绕组接至电源电压时, 在可控硅T1、T2两端感应出1%左右电源电压的电压。电源电压正半周触发导通可控硅T1, 形成图4 (a) 所示的等效电路, 其中N1=N-N2, 在回路中产生直流控制电流ik'和ik";电源电压负半周期触发导通可控硅T2, 形成图4 (b) 所示的等效电路, 在回路中形成直流控制电流ik'和ik"。一个工频周期轮流导通T1和T2, 产生的直流控制电流ik'和ik", 使电抗器工作铁心饱和, 输出电流增加。可控电抗器输出电流大小取决于晶闸管控制角α, α越小, 产生的控制电流越强, 从而电抗器工作铁心磁饱和程度越高, 输出电流越大。因此, 改变晶闸管控制角, 可平滑调节电抗器容量。

控制柜:主要有控制器和晶闸管阀。控制器采用大屏幕液晶显示屏, 图形界面, 中文显示, 用户可设置和修改参数。晶闸管阀为高度成孰的低压元件, 无须器件串并联, 其触发系统采用光电触发方式, 抗干扰性好。控制柜通过RS485通讯接口与后台机通讯, 实现对SVC装置远程操作。

后台监控系统:通过RS485通讯总线与控制系统以及保护系统相连。该系统可以提供系统接线图状态实时显示, 开关量与模拟量监控, 提供完整保护信息监控。同时, 后台监控系统还是一个功能强大的电能质量分析工具, 可以对整个系统的电能质量进行实时, 连续的监测, 可连续保护六个月甚至更长时间的系统状态信息以及电能质量信息。

武昌南牵引变电所自投入磁控式动态无功补偿装置运行十年以来, 月平均功率因数达到了0.95~0.99。使功率因数罚款由罚变为奖。

5 结束语

目前, 磁控式动态无功补偿装置已在电气化铁路、冶金、冶炼、风电、电力系统、得到了成功的应用, 国外 (俄罗斯) 500KV及以下等级已大量采用该技术。随着电力电子技术的迅速发展, 应用有源滤波器 (APF) 和静止式无功发生器 (SVG) 将成为供电补偿的发展方向。

摘要：武昌南牵引变电所采用固定补偿时功率因数大幅下降, 本文分析了其主要原因, 并根据武昌南牵引变电所的特点, 提出了一种牵引变电所无功动态综合补偿装置方案。

关键词：牵引变电所,无功并联补偿,无功动态补偿

参考文献

[1]谭秀炳, 李向阳.交流电气化铁道供电系统.西南交通大学出版社, 2002.

[2]李群湛.牵引变电所供电分析及综合补偿技术[M].北京:中国铁道出版社, 2006.

[3]银湖电气设备有限公司.磁控式动态无功补偿装置说明书.

牵引变电站 篇10

牵引变电气主接线是变电所设计的首要部分, 也是构成电力系统的重要环节。主接线的确定与电力系统整体及变电所本身运行的可靠性, 灵活性和经济性是密切相关的, 而且对电气设备的选择, 配电装置布置, 继电保护和控制方式的拟定有较大影响。因此必须合理的确定主接线。

电气主结线应满足的基本要求

①首先保证电力牵引负荷, 运输用动力, 信号负荷安全, 可靠供电的需要和电能质量。

②具有必要的运行灵活性, 使检修维护安全方便。

③应有较好的经济性, 力求减小投资和运行费用。

④应力求接线简捷明了, 并有发展和扩建的余地。

1.1 高压侧电气主结线的基本形式

1.1.1 单母线接线

如图1-1所示, 单母线接线的的特点是整个的配电装置只有一组母线, 每个电源线和引出线都经过开关电器接到同一组母线上。同一回路中串接的隔离开关和断路器, 在运行操作时, 必须严格遵守以下操作顺序:对馈线送电时必须先和1QS和2QS在投入1QF;如欲停止对其供电必须先断开1QF然后断开1QS和2QS。

单母线结线的特点是: (1) 结线简单、设备少、配电装置费用低、经济性好并能满足一定的可靠性。 (2) 每回路断路器切断负荷电流和故障电流。检修任一回路及其断路器时, 仅该回路停电, 其他回路不受影响。 (3) 检修母线和与母线相连的隔离开关时, 将造成全部停电。母线发生故障时, 将是全部电源断开, 待修复后才能恢复供电。

这种结线方式的缺点是母线故障时、检修设备和母线时要造成停电;适用范围:适用于对可靠性要求不高的10~35k V地区负荷。

1.1.2 单母线分段结线

图1-2为用断路器分段的单母线分段结线图。分段断路器MD正常时闭合, 是两段母线并列运行, 电源回路和同一负荷的馈电回路应交错连接在不同的分段母线上。

这种结线方式的特点是:

(1) 分段母线检修时将造成该段母线上回路停电。

(2) 进线上断路器检修时造成该进线停电。

适用范围:广泛应用于10~35k V地区负荷、城市电牵引各种变电所和110k V电源进线回路较少的110k V结线系统。

(3) 采用桥形结线

当只有两条电源回路和两台主变压器时, 常在电源线间用横向母线将它们连接起来, 即构成桥型结线。桥型结线按中间横向桥接母线的位置不同, 分为内桥形和外桥形两种, 如图1-3所示。前者的连接母线靠近变压器侧, 而后者则连接在靠近线路侧。

内桥形结线的线断路器分别连接在两回电源线路上, 因而线路退出工作或投入运行都比较方便。桥形母线上的断路器QF在正常状态下合闸运行, 1QS和2QS是断开的。当线路1SL发上故障时, 1QS和2QS合闸, 故障线路的断路器1QF跳闸, 其他三个元件 (另一线路和两台主变压器) 仍可继续工作。内桥结线当任一线路故障或检修时不影响变压器的并列工作。由于线路故障远比变压器故障多, 故这种界限在牵引变电所获得了较广泛的应用。当内桥结线的两回电源线路接入系统的环形电网中, 并有系统功率穿越桥接母线时, 桥断路器 (QF) 的检修或故障将造成环网断开。为避免这一缺陷, 可在线路短路器外侧安装一组跨条, 如图中的虚线所示, 正常工作时隔离开关将跨条断开, 安装两组隔离开关的目的是便于它们轮流停电检修。

图中外桥形结线的特点与内桥刚好相反, 当变压器发生故障或运行中需要断开时, 只要断开它们前面的断路器1QF或2QF, 而不影响线路的正常工作。但线路故障或检修时, 将是与该线路连接的变压器短时中断运行, 须经转换操作后才能恢复工作。因而外侨形结线适用于电源线路较短、负荷不稳定、变压器需要经常切换 (例如两台主变中一台要经常断开或投入) 的场合, 也可用在有穿越功率通过的与唤醒电网连接的变电所中。

桥型结线能满足牵引变电所的可靠性, 具有一定的运行灵活性, 使用电器少, 建造费用低, 在结构上便于发展成单母线或具有旁路母线得到那母线结线。即在初期按桥形结线, 将来有可能增加电源线路数时再扩展为其他结线形式。

1.2 牵引负荷侧电气结线特点

牵引负荷是牵引变电所基本的重要负荷, 上述电气主结线基本形式多数对牵引负荷侧电气结线也是适用的。但考虑牵引负荷及牵引供电系统的下列特点, 有针对性的在电气结线上采取有效措施, 以保证供电系统的可靠性和运行灵活性。

1.2.1 由于接触网没有备用, 而接触网故障几率比一般架空输

电线路更为频繁, 因此牵引负荷侧电气结线对接触网馈线断路器的类型与备用方式较一般电力负荷要求更高。

1.2.2 牵引侧电气结线于牵引变压器的类型 (单相或三相) 和接

线方式以及主变压器的备用方式有关, 在采用移动式变压器做备用的情况下, 与移动变压器接入电路的方式有关。

1.2.3 与馈线数目、电气化铁路年运量、单线或复线, 以及变电

所附近铁路其他设施如大型枢纽站、电力机车段和地区负荷等的供电要求有关。

对于牵引侧母线本身, 由于线路简单, 引至馈线配电间隔为单相母线, 实践证明很少发生故障, 必须检修母线和母线上隔离开关时, 可由临近变电所越区供电以代替被检修的母线或母线分段。

为合理解决馈线断路器的备用方式, 牵引负荷侧电气结线有下列几种形式:①每路馈线设有备用断路器的单母线结线, 如图所示, 考虑手车式气体断路器 (或真空式) 产品接触插头的互换性较差, 不设移动备用, 工作断路器检修时, 即由备用断路器代替, 这种方式在馈线数量较少时采用, 操作转换较方便, 但投资较大。②每两路馈线设一公共备用断路器BQF, 通过隔离开关的转换, 可使BQF代替任一馈线短路器, 并达到按单母线分段运行的作用, 如图所示, 这种结线的缺点是隔离开关的转换太频繁。③单母线分段带旁路母线的结线, 考虑到馈线断路器检修时备用的需要, 或者在某些情况下由于电力系统的缘故不允许两回电源线供电的变压器在牵引负荷侧并联运行, 母线分段隔离开关经常处于断开位置, 故需在每个分段母线上各设一台旁路断路器1BQF、2BQF, 分别作为每段母线上连接的馈线断路器的备用。这种结线适用于馈线数目较多的复线, 或靠近大型枢纽站向几个方向电气化铁路供电的单线牵引变电所。

牵引变压器的备用方式有移动备用和固定备用两种。前者是整个供电段管辖的几个牵引变电所设置一台或数台可以动的公共备用变压器, 供运行中的牵引变压器检修或故障时使用;后者是在每个牵引变电所安装固定的备用变压器, 或者牵引变压器台数不变、而增大变压器容量, 使在正常情况下一台工作, 一台备用 (称为固定全备用) 。根据技术经济的全面比较, 在一般牵引变电所设有或不设专用铁路岔线作为变压器搬运、检修的情况下, 对于三相牵引变压器采用固定全备用的方式都是有利和可取的。特殊情况下需作具体比较。对于单相或V形接线的牵引变电所, 一般增加一台固定备用变压器, 在牵引负荷侧电气结线只需增加一路电源进线及断路器与配电间隔, 比较简单。而采用移动备用变压器的情况下, 对单相或V-V形接线的单相变电所牵引侧电气结线的构成, 将产生较大影响。

2 牵引变电所变压器的选择

2.1 选择原则

2.1.1 为保证供电的可靠性, 在变电所中, 一般装设两台主变压器。

2.1.2 为满足运行的灵敏性和可靠性, 如有重要负荷的变电所, 应选择两台三绕组变压器, 选用三绕组变压器占地面积小, 运行及维护工作量少, 价格低于四台双绕组变压器, 因此三绕组变压器的选择大大优于四台双绕组变压器。

2.2 牵引变压器的接线方式和台数的确定

考虑到该变电所为三相牵引变电所, 与系统联系紧密, 且在一次主结线中已考虑采用内桥结线方式, 故选用采用三绕组变压器, 高压侧为Y形接线, 中、低压侧为△连接。由于牵引负荷属于一级负荷, 并考虑备用, 所以选用两台主变压器, 一台自用电变压器。通过本章的学习加深了对牵引变压器的基本知识的理解, 对设计和以后的实际工程设计及研究工作奠定了理论基础。

2.3 牵引变压器安装容量的确定和选择

当牵引变压器的计算容量和校核容量确定以后, 选择两者中较大者, 并按采用的备用方式, 牵引变压器的系列产品 (额定容量优先系数为R10系列) , 以及有否地区动力负荷等诸因素, 即可确定牵引变压器的安装容量。

例如:单线电气化铁路近期年运量为1700万吨/年, 牵引定数G为2100吨/列, γ净取0.705, 波动系数K1取1.2, 储备系数K2取1.2, 非平行列车运行图区间通过能力N非=42对/日。

供电臂1-n=3, ∑A1=2005kV·A·h, ∑tu1=28.3min

供电臂2-n=3, ∑A2=1700 kV·A·h, ∑tu2=27.3min。

解:

第一步 计算列车对数N

采用简化公式:

第四步计算变压器校核容量

按非平行运行区间通过能力N非的要求进行校核。计算对应于N非的重负荷供电臂 (1) 的最大电流Imax。

查附录C图C-5曲线Imax=f (n, p) 得:

计算对应于N非的轻负荷供电臂 (2) 的有效电流。

三相联结变压器最大容量为:

三相联结变压器校核容量:

第五步确定安装容量

由此得出变压器的安装容量为2×16000 (k VA) 。

2.4 变压器备用方式的选择

牵引变压器在检修或发生故障时, 都需要有备用变压器投入, 以确保电气化铁路的正常运输。在大运量的双线区段, 牵引变压器一旦出现故障, 应尽快投入备用变压器, 显得比单线区段要求更高。备用变压器投入的快供, 将影响到恢复正常供电的时间, 并且与采用的备用方式有关。备用方式的选择, 必须从实际的电气化铁路线路、运量、牵引变电所的规模、选址、供电方式及外部条件 (如有无公路) 等因素, 综合考虑比较后确定。我国的电气化铁路牵引变压器备用方式有以下两种。

2.4.1 移动备用

采用移动变压器作为备用的方式, 称为移动备用。采用移动备用方式的电气化区段, 每个牵引变电所装设两台牵引变压器, 正常时两台并联运行。所内设有铁路专用岔线。备用变压器安放在移动变压器车上, 停放于适中位置的牵引变电所内或供电段段部, 以便于需要作为备用变压器投入时, 缩短运输时间。在供电段所辖的牵引变电所不超过5-8个的情况下, 设一台移动变压器, 其额定容量应与所辖变电所中的最大牵引变压器额定容量相同。

当牵引变压器需要检修时, 可将移动变压器按计划调入牵引变电所。但在牵引变压器发生故障时, 移动变压器的调运和投入约需数小时。此间, 靠一台牵引变压器供电往往不能保证铁路正常运输。这种影响, 在单线区段或运量小的双线区段可很快恢复正常;但在大运量的双线区段须予以重视。可按牵引变压器一台故障停电后由另一台单独运行, 允许超载30%, 并持续4小时, 而能符合计算容量 (满足正常运输) 的要求进行检算。

采用移动备用方式, 除上述影响外, 还需要修建铁路专用岔线。这将导致牵引变电所选址困难、场地面积和土方量增加, 相应加大投资。不仅如此, 移动变压器车辆进厂检修时, 修要把备用变压器从车上拆卸吊下来;车辆修好出厂后, 又要把备用变压器吊上车安装好。这项工作十分麻烦和困难, 非常费时费力费钱。采用移动备用方式的优点是牵引变压器容量较省。因此, 移动备用方式可用于沿线无公路区段和单线区段。

2.4.2 固定备用

采用加大牵引变压器容量或增加台数作为备用的方式, 称为固定备用。采用固定备用方式的电气化区段, 每个牵引变电所装设两台牵引变压器, 一台运行, 一台备用。每台牵引变压器容量应能承担全所最大负荷, 满足铁路正常运输的要求。

采用固定备用方式的优点是:其投入快速方便, 可确保铁路正常运输, 又可不修建铁路专用岔线, 牵引变电所选址方便、灵活, 场地面积较小, 土方量较少, 电气主接线较简单。其缺点是:增加了牵引变压器的安装容量, 变电所内设备检修业务要靠公路运输。因此, 固定备用方式适用于沿线有公路条件的大运量区段。

在当前进行电气化铁路牵引供电系统的设计中, 牵引变压器的备用方式不再考虑移动备用方式。

3 结束语

电气主结线是牵引变电所的主体部分, 本设计高压侧采用内桥形结线, 牵引负荷侧采用单母线结线的方式。并确定牵引变压器的结线形式:采用三绕组变压器, 高压侧为Y形接线, 中、低压侧为△连接。由于牵引负荷属于一级负荷, 并考虑备用, 所以选用两台主变压器, 一台自用电变压器

摘要：牵引变电所是电气化铁路牵引供电系统的心脏, 它的主要任务是将电力系统输送来的三相高压电变化成适合电力机车使用的电能。而电气主接线反映牵引变电所设施的主要电气设备以及这些设备的规格、型号、技术参数以及在电气上是如何连接的, 高压侧有几回进线、几台牵引变压器, 有几回接触网馈电线。通过电气主接线可以了解牵引变电所等设施的规模大小、设备情况。

关键词：牵引变电所,铁路,牵引变压器

参考文献

[1]贺威俊, 高仕斌等.电力牵引供变电技术[M].西南交通大学出版社, 2007.

[2]谭秀炳.交流电气化铁道牵引供电系统 (第三版) .西南交通大学出版社, 2006.

[3]马永翔, 王世荣.电力系统继电保护.北京大学出版社, 2006.

[4]刘介才.工厂供电 (第四版) .机械工业出版社, 2009.

[5]刘介才等.工厂供电简明设计手册[M].北京:机械工业出版社, 1993.

[6]刘介才等.工厂供电设计指导[N].北京:机械工业出版社, 1998.

[7]牟道槐等.发电厂变电站电气部分[M].重庆大学出版社, 1996-4.

[8]丁毓山等.中小型变电所实用设计手册[M].中国水利电力出版, 2000.6.

[9]蒲如兰.发电厂 (变电所) 电气设备部分指导参考资料[N], 1996-6.

[10]发电厂及变电站二次部分[M].水利电力出版社, 2004-08.

[11]火力发电厂、变电所二次接线设计技术规定[M].水利电力出版社, 1998.