铁路电力系统

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1、铁路电力系统制作：蒋克荣电力系统1 电力系统概述电力系统概述1.1电力系统的构成电力系统的构成1）一个完整的电力系统由分布各地的各种类型的发电厂、升压和降压变电所、输电线路及电力用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的输配及使用。电力系统2）电力网络或电网）电力网络或电网 指电力系统中除发电机和用电设备之外的部分,即电力系统中各级电压的电力线路及其联系的变配电所。3）动力系统）动力系统 指电力系统加上发电厂的“动力部分”。“动力部分”包括水力发电厂的水库、水轮机，热力发电厂的锅炉、汽轮机、热力网和用电设备，以及核电厂的反应堆等等。总结总结：电力网络是电力系统的一个组成部分，而电：电力

2、网络是电力系统的一个组成部分，而电力系统又是动力系统的一个组成部分，这三者的关力系统又是动力系统的一个组成部分，这三者的关系也示于图系也示于图1-1。电力系统 图图1-1 动力系统、电力系统、电力网络示意图动力系统、电力系统、电力网络示意图电力系统组成举例电力系统组成举例电压等级与输送容量和输送距离之间的关系电压等级与输送容量和输送距离之间的关系额定电压(KV)输送功率(MW)输送距离(Km)100.22620352102050110105050150220100500100300330200100020060050075018004001000铁路电力系统铁路电力系统其特殊性方面：1、负荷沿

3、铁路线狭长分布，主要用电对象包括铁路沿线信号灯和其他自动装置，以及其他单位的生产、生活电源，负荷较小。2、供电可靠性要求极高。铁路变配电所一般采用双电源供电方式，沿线每一个供电区间双端供电，供电区间一般采用自闭线、贯通线双回路供电，自闭线只负责为信号供电，贯通线还包括其它生产、生活用电，双路供电至低压双电源切换装置，两路电源互为备用，失压自动切换。3、供电区间线路长，一般4060公里，有的甚至上百公里，而且地形、气象条件复杂，故障多发，而故障查找和维修由于受自然条件等因素影响比较困难。铁路电力负荷铁路电力负荷分为三级：铁路电力负荷分为三级：一级负荷：一级负荷：中断供电将引起人身伤亡、主要设备损

4、坏、大量减产中断供电将引起人身伤亡、主要设备损坏、大量减产,造成铁造成铁路运输秩序混乱。路运输秩序混乱。属于此类负荷有：调度集中、大站电气集中联锁属于此类负荷有：调度集中、大站电气集中联锁,自动闭自动闭塞塞,驼峰电气集中联锁驼峰电气集中联锁,驼峰道岔自动集中驼峰道岔自动集中,机械化驼峰的空压机械化驼峰的空压机及驼峰区照明机及驼峰区照明,局通信枢纽及以上的电源室局通信枢纽及以上的电源室,中心医院的外中心医院的外科和妇科的手术室科和妇科的手术室,特等站和国境站的旅客站房特等站和国境站的旅客站房,站台、天桥、站台、天桥、地道及设有国际换装设备的用电设备地道及设有国际换装设备的用电设备,内燃机车电动上

5、油机械内燃机车电动上油机械（无其它上油设备时）（无其它上油设备时）,局电子计算中心站。局电子计算中心站。一级负荷的供电原则：一级负荷的供电原则：两路可靠电源供电两路可靠电源供电,确保在故障情确保在故障情况下也能够不间断供电况下也能够不间断供电,对两路电源的转换时间有要求。对两路电源的转换时间有要求。一级负荷的认定原则：一级负荷的认定原则：首先确定用电设备在铁路运输生产首先确定用电设备在铁路运输生产中不允许间断工作中不允许间断工作,并提供相应的依据；所有用电设备均具备并提供相应的依据；所有用电设备均具备不间断工作的条件；经上级有关领导确定后审批。不间断工作的条件；经上级有关领导确定后审批。铁路电

6、力负荷铁路电力负荷分为三级：铁路电力负荷分为三级：二级负荷：二级负荷：中断供电将引起产品报废中断供电将引起产品报废,生产过程被打乱生产过程被打乱,影响铁路运输。影响铁路运输。属于此类负荷有：机车、车辆检修和整备设备、给水所、属于此类负荷有：机车、车辆检修和整备设备、给水所、非自动闭塞区段的小站电气集中联锁和色灯电联锁器联锁非自动闭塞区段的小站电气集中联锁和色灯电联锁器联锁,分分局通信枢纽及以下电源室局通信枢纽及以下电源室,调度通信机械室调度通信机械室,编组站编组站,区段站区段站,洗洗罐站罐站,大、中型客（货）运站大、中型客（货）运站,隧道通风设备隧道通风设备,加冰所加冰所,医院医院,红红外线轴

7、温测试装置外线轴温测试装置,道口信号。道口信号。二级负荷的供电原则：两路电源或一路可靠电源二级负荷的供电原则：两路电源或一路可靠电源,确保除确保除故障情况外的不间断供电。故障情况外的不间断供电。二级负荷的认定原则：由各铁路局自行审批。二级负荷的认定原则：由各铁路局自行审批。三级负荷：其余不属于一、二级负荷者。三级负荷：其余不属于一、二级负荷者。铁路供电电源对电源的要求：对电源的要求：1、具有一级负荷的变、配电所，应具有两路独立电源受电，且为专盘专线。2、无一级负荷的变，配电所，应有一路可靠电源，有条件时，宜有两路电源受电。3、具有两路电源的变、配电所，每路电源应保证全部负荷的供电。当一路电源停

8、电时，另一路电源应保证一级和二级负荷的供电铁路供电电源独立电源应具备的条件独立电源应具备的条件:1、两路电源之间无联系。2、两路电源有联系，但发生任何一种故障时，两路电源的任何部分应不致同时受到损坏。铁路供电电源供电电压质量：供电电压质量：(1)35KV及其以上高压供电的,电压正、负偏差的绝对值之和不超过额定值的10%；(2)10KV及以下三相供电的,为额定值的7%；(3)220V单相供电的,为额定值的+7%-10%；(4)自动闭塞信号变压器二次端子,为额定值的10%。铁路电力系统供电方式：供电方式：1、两路电源同时受电，母联分段运行，从不同母线、两路电源同时受电，母联分段运行，从不同母线段引

9、出两路供电（采用母联备自投方式运行）段引出两路供电（采用母联备自投方式运行）2、从两个具有独立电源的变、配电所各引一路电源、从两个具有独立电源的变、配电所各引一路电源供电。两路电源为一主一备，母联分段，平时闭合供电。两路电源为一主一备，母联分段，平时闭合运行。（采用电源备自投方式运行）运行。（采用电源备自投方式运行）供电方式一、树干式配电网络：一、树干式配电网络：优点优点:简单、经济。简单、经济。缺点：故障时影响范围较大。缺点：故障时影响范围较大。供电方式二、放射式配电网络：二、放射式配电网络：优点优点:适合向一级负荷或功率较大的负荷供电。故障时，相互影响不大，适合向一级负荷或功率较大的负荷供

10、电。故障时，相互影响不大，控制方便。控制方便。缺点：投资高，线路通道占地多。缺点：投资高，线路通道占地多。供电方式三、混合式配电网络：三、混合式配电网络：混合式配电网络即树干式与放射式同时使用的配电网络混合式配电网络即树干式与放射式同时使用的配电网络供电方式四、环形式配电网络：四、环形式配电网络：在树干式配电网络的基础上发展起来的，它是从地区变、配电所引出两在树干式配电网络的基础上发展起来的，它是从地区变、配电所引出两个以上的树干式网络，每两个树干式网络终端相连接起来组成一个环状个以上的树干式网络，每两个树干式网络终端相连接起来组成一个环状网络。可以开口运行，也可以闭环运行。网络。可以开口运行

11、，也可以闭环运行。优点：提高供电可靠性，缩短故障停时。优点：提高供电可靠性，缩短故障停时。供电方式五、两端供电式配电网络：五、两端供电式配电网络：铁路自闭、贯通线采用两端供电式方式，即铁路两相邻配电所向信铁路自闭、贯通线采用两端供电式方式，即铁路两相邻配电所向信号变压器供电，两相邻配电所的电源可互为备用，并装设自动重合闸及号变压器供电，两相邻配电所的电源可互为备用，并装设自动重合闸及备自投装置。备自投装置。铁路电力系统铁路电力系统示意图铁路供配电系统由外部电源、变配电所、沿线两回高压自闭贯通线路、站场电力线路构成。供电区间供电方式供电区间供电方式以甲所供电自闭线（贯通线）为例，自闭（贯以甲所供

12、电自闭线（贯通线）为例，自闭（贯通）高压馈出运行方式有下列四种通）高压馈出运行方式有下列四种：1、本所主送方式、本所主送方式、备投、备投-重合重合乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，乙所出线开关瞬时投入送电（备投）；若备投不成功，甲所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。、重合、重合-备投备投乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，甲所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，乙所出线开关投入送电（备投）；若备投不成功，则线路永久失电。、单备投、单备投乙所处于备用送电状态。当甲所线路失电后，乙所出线开关瞬时投入送电（备投）；若不成功，则线路永久失电。、单重合、单重合乙所处于

13、备用送电状态。当甲所线路失电后，甲所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。2、本所备用送电方式、本所备用送电方式、备投、备投-重合重合乙所处于主送状态。当乙所线路失电时，甲所出线开关瞬时投入送电（备投）；若备投不成功，乙所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，则线路永久失电。、重合、重合-备投备投乙所处于主送电状态。当乙所线路失电后，乙所出线开关经重合闸时间重合一次；若不成功，甲所出线开关投入送电（备投）；若备投不成功，则线路永久失电。、单备投、单备投乙所处于主送电状态。当乙所线路失电后，甲所出线开关瞬时投入送电（备投）；若不成功，则线路永久失电。3、本所自送、自备方式、本

14、所自送、自备方式 当供电区间开口作业或乙所检修而不能备用送电时，甲所处于自送、自备方式。当线路失电时，甲所瞬间重合送电。4、跨所送电方式、跨所送电方式 当相邻两所的电源同时停电，或本所自送自备方式本所电源停电时，采用跨所供电方式。铁路配电所主接线方式变、配电所主接线方式 母线是汇集和分配电流的主要环节。在变、配电所中，母线制是指变压器或电源进线与各馈出线之间的连接方式。常用母线制主要有三种：单母线制、单母线分段制和双母线制，中小型工厂供、配电系统中一般不采用双母线制。配电所主接线方式单母线制单母线制用于只有一回进线的场合。单母线制的可靠性和灵活性较低，母线或主干线上的设备如变压器T、断路器QF

15、、隔离开关QS发生故障或检修时，都会影响母线全部负荷的用电。配电所主接线方式单母线分段制 两回电源进线时，通常采用单母线分段制，当母线分段开关需要带负荷操作或继电保护和互为备用自动投入装置时，应采用断路器.单母线分段制系统的可靠性和灵活性比单母线制好，基本上可满足一、二级负荷用户的要求。当双回路电源同时供电时，母线分段联络开关通常是打开的，当某一回路故障（或一段母线故障）不影响另一段母线的正常供电，采用分段检修可避免全部负荷供电中断。单母线分段制中，母线“合”运行可以增大供电电源容量，减少系统电源阻抗，有利于电弧炉等冲击性负载运行。在供、配电系统中，一般用户采用“分”的运行方式配电所主接线方式

16、单母线分段方式接线示意图 单母线分段接线具有与单母线接线相间的简单、方便和占地少的忧点，而且提高了供电的可靠性。除了发生分段断路器故障外，其他设备发生故障时都不会使整个配电装置停电。图中配电所采用单母线分段，两路电源同时运行，通过母联开关连接（母线开关常开），互为备用。当一路电源故障时，母联开关闭合，由另一路电源供电，防止自闭线、贯通线或者其他重要负荷失电。装设高压调压变压器，可以保证安装在各信号点的自动闭塞信号变压器或贯通线信号变压器二次电压波动不超过额定电压的10%，并起到隔离变压器的作用，阻止电力贯通（自动闭塞）线路接地故障影响公共电网。铁路电力系统中性点接地方式铁路电力系统中性点接地方

17、式 电力系统中性点接地方式涉及到电网本身的安全可靠性、过电压绝缘水平的选择，而且对通讯干扰、人身安全有重要影响。在我国，电力系统中性点的接地方式主要有以下三种：1、中性点不接地系统适于360kV系统中使用；2、中性点经消弧线圈接地系统适于360kV系统，可避免电弧过电压的产生；3、中性点直接接地系统适于110kV以上，380V以下低压系统。电力系统中性点的运行方式中性点的运行方式主要有两大种：1.中性点直接接地系统中性点直接接地系统;又称大电流系统；主要用在110KV及以上的供电系统和380V系统。直接接地系统发生单相接地是会使保护马上动做切除电源与故障点。2.中性点不接地或经消弧线圈接地中性

18、点不接地或经消弧线圈接地；中性点不接地和经消弧线圈接地，主要用在35KV及以下的供电系统。不接地系统如果发生单相接地，系统可以正常运行两小时以内，必须找出故障点进行处理，否则会扩大故障。中性点直接接地系统中性点直接接地系统 1、对于高压系统，如110KV以上的供电系统，电压高，设备绝缘考虑成本不会作得很大，如果中性点不接地，当单相接地时，未接地的二相就要能够承受 3 倍的过电压，瓷绝缘子体积就要增大近一倍，不但制造起来不容易，安装也是问题，会使设备投资大大增加；另外110KV以上系统由于电压高，杆塔的高度也高，不容易出现单相接地的情况，因而就是出现了接地就跳闸也不会影响多少供电可靠性，因而从投

19、资的经济性考虑，在110KV以上供电系统，我们多采用中性点直接接地系统。2、在低压380/220V系统中，有许多单相用电设备，如果中性点不接地运行，则发生单相接地后，有可能未接地相电压升高，会因过电压烧毁家用电器，从安全性考虑，我们必须采用中性点直接接地系统，将中性点的电位牢牢接地。1kv以下的供电系统（380/220伏），除某些特殊情况下（井下、游泳池），绝大部分是中性点接地系统，主要是为了防止绝缘损坏而遭受触电的危险。中性点直接接地系统优缺点优点优点：发生单相接地时，其它两完好相对地电压不升高，因此可降低降低绝缘费用绝缘费用。保证安全保证安全。缺点缺点：发生单相接地短路时，短路电流大，要迅

20、速切除故障部分，从而使供电可靠性差。中性点不接地系统 如果三相电源电压是对称的，则电源中性点的电位为零，但是由于架空线排列不对称而换位又不完全等原因，使各相对地导纳不相等，则中性点将会产生位移电压。一般情况位移电压不超过电源电压的5%，对运行的影响不大。当中性点不接地配电网发生单相接地故障时，非故障的二相对地电压将升高，由于线电压仍保持不变，对用户继续工作影响不大。中性点不接地系统优缺点优点：优点：这种系统发生单相接地时，三相用电设备能正常工作，允许暂时继续运行两小时之内，因此可靠性高。靠性高。缺点缺点：这种系统发生单相接地时，其它两条完好相对地电压升到线电压，是正常时的 3 倍，因此绝缘要求

21、高，增加绝缘费用。中性点经消弧线圈接地系统 该方式就是在中性点和大地之间接入一个电感消弧线圈，在系统发生单相接地故障时，利用消弧线圈的电感电流补偿线路接地的电容电流，使流过接地点的电流减小到能自行熄灭的范围，它的特点是在线路发生单相接地故障时，可按规程规定满足电网带单相接地故障运行2h。对于中压电网，因接地电流得到补偿，单相接地故障不会发展成相间短路故障，因而中性点经消弧线圈接地方式大大提高了供电可靠性，这一点优越于中性点经小电阻接地方式。中性点经电阻接地中性点经电阻接地 这种方式就是在中性点与大地之间接入一定阻值的电阻。该电阻与系统对地电容构成并联回路，由于电阻是耗能元件、也是电容电荷释放元

22、件和谐振的阻压元件，对防止谐振过电压和间歇性电弧过电压保护有一定优越性。在中性点经电阻接地方式中，一般选择电阻的阻值很小，在系统单相接地时，控制流过接地点的电流在500A左右，也有控制在1000A左右的，通过流过接地点的电流来启动零序保护动作、切除故障线路。该接地方式适用于以电缆线路为主，不容易发生瞬时性单相接地故障。中性点电阻器接地的优缺点中性点电阻器接地的优缺点 优点：优点：1、内部过电压（含弧光过电压、谐振过电压等）水平低，提高网络和设备的可靠性。2、大接地电流（1001000A），故障定位容易，可以正确迅速切除接地故障线路。缺点：缺点：1、因接地故障入地电流If=1001000A，地电

23、位升高比中性点不接地、消弧线圈接地、高值电阻器接地系统等的高。2、接地故障线路迅速切除，间断供电。高速铁路电力系统高速铁路电力系统 高速铁路电力系统担负铁路运输生产调度系统、通讯系统、旅客服务等系统供电，是确保铁路安全、稳定、高效运营的基础设施之一。高速铁路供配电系统主要由外部电源、变配电所、沿线两回高压电力贯通线、站场电力线路构成。应用先进的计算机和通讯技术，将高速铁路电力设备纳入电力SCADA系统（数据采集与监控系统）进行远程监控。高速铁路电力系统的构成1、外部电源 高速铁路供电电源应优先采用公共电网中可靠的外部电源。当技术经济合理时，可与牵引所公用电源，外部电源应保证高速铁路电力供电的安

24、全性、可靠性、可用性和可维护性。2、电力变配电所 高速铁路电力变配电所采用免维护、少维修设备，按无人值班设计，通过SCADA系统远动操作、监视。两路电源供电的10kV变配电所应采用单母线分段接线，向区间10kV贯通线路供电的变配电所应设有载调压器及专用母线段。3、10kV电力贯通线 高速铁路设置两回10kV电力贯通线，一条称为一级负荷贯通线，另一条称为综合负荷贯通线，分别沿铁路两侧预制电缆槽敷设。高速铁路电力设计主要特点1、采用线路入地、设备进屋、全程监控的设计理念。2、采用大量新技术、新设备、新工艺。（1）采用免维护或少维修设备，提供电力供电系统运行安全可靠性。（2）采用YJV62型交联单芯

25、电缆。制造长度增加，减少接头，减少故障点。（3）采用远动智能箱变。减少现场安装、调试工作量，延长检修周期。高速铁路电力SCADA系统1、SCADA基本概念：即数据采集与监控系统，以计算机技术为基础的生产过程控制与调度自动化系统。2、SCADA的基本功能：具有“五遥”功能；遥控、遥测、遥信、遥调、遥视。高速铁路电力SCADA系统构成 由调度段（主站）、通信通道、被控端（被控端）三个部分构成。通讯信道通讯信道被控端远动箱变的主要电气设备远动箱变的主要电气设备 铁路电力远动智能箱变主要由高压室、变压器室、低压室构成，并且“目”字型排列，共有以下八部分组成：1、一级负荷贯通高压环网柜 2、综合负荷贯通

26、高压环网柜3、一级负荷贯通信号变压器4、综合负荷贯通信号变压器5、一级负荷贯通低压配电柜6、综合负荷贯通低压配电柜7、RTU网络及端子柜8、ATS及UPS低压柜高压环网开关柜高压环网开关柜 高压环网柜是箱变的核心设备。高速铁路箱变环网柜额定电流630A，额定电压12KV，主要以三工位开关为主。主要以北京ABB、西门子8DJ20、许继德里斯尓、施耐德RM6等产品为主。高压环网开关柜高压环网开关柜 高压环网柜采用ABB电气有限公司SF6绝缘环网开关柜，由C、D、F、V四种模块组成固定的几十种标准组合方式。具有组合灵活方便，不受气候环境影响，模块化结构，结构紧凑,充分满足配网自动化的需求，充分满足二

27、次配电网络及终端用户的要求,维护工作量小等优点。穿芯穿芯电流互感器电流互感器 安装CT时，要注意将CT正确套入电缆，基本原则是按照电流流向确定，同一根电缆上的三相CT安装方向应一致。每组环网柜配置全封闭式肘头座式带熔断器三相电压互感器。安装在环网柜顶部，优点：布局合理、便于检修。缺点：处理熔断器时，进出线全部停电，降低供电可靠性。带电指示器带电指示器 如果邻柜有带电指示器，要在并柜之前将带电指示器的采样二次线甩到相邻进线C柜后部的扩展套管位置，在并柜完成后将相应的二次线接好。暂时不用的套管采样点要做接地处理。SC10干式变压器：干式变压器的特点，机械强度高、抗短路能力强、局放低、可靠性高。环保

28、无污染，损耗低，噪声小，免维护，安装方便，节能效果明显。低压设备低压设备低压柜布置 低压双电源ATS系统采用施耐德万高系列由两台三极或四极微型断路器及附件、机械联锁传动系统、控制器等组成。双电源ATS系统，供给下端所带馈电开关出线，箱变内所有断路器电操控制电源，以及箱变照明，箱变风机，烟感器，温控器，及凝露控制器电源。UPS电源供给RTU装置以及一级负荷贯通和综合贯通的高压柜电操电源。容量2000VA，在两路电源失电的情况下，可保证设备的操作、信号、满足箱变事故停电2h内的放电容量。RTU装置实现调度端对箱变设备的监控，故障情况下通过监视信息及远程操作快速查找和判断故障，并能对开关的分合状态、电流、电压等信号进行实时检测，实现“三遥”遥测、遥信、遥控。