牵引供电网

2015-12-24 22:37:05 来源：用户投稿作者：Stralsund

U_max3——持续时间超过20ms的短时过电压。

1.2.2 牵引供电系统的基本结构

1.2.2.1 牵引电能的产生

图1.2中所示为牵引电能产生的常用方式和与公共电网的连接。直流电气化铁道和50Hz单相交流电气化铁道从公共电网中获取牵引电能; 而交流15kV、16.7Hz系统既可由单相16.7Hz传输系统，也可由公共电网分散式变电所获取电能，如在瑞典。

如图1.2所示，直流牵引供电系统由标称电压为 (6kV) 10kV或30kV的三相电网供电。单相交流牵引供电系统通常由110kV电网供电。在德国有上百个交流110kV分支电网，它们相互并不联网。这可以限制短路电流并简化对电网的保护。所有110kV电网都由相互联网的上一级标称电压为220kV和380kV的电网供电并通过上一级电网进行相互连接。因德国采用这种联网供电方式，所以其所有110kV电网均为同步的。这是部分德国铁路实现分散式牵引供电并联运行的必要条件。

1.2.2.2 牵引配电

牵引配电的目的是将输送给牵引变电所电能的电压和频率转变成与所使用的牵引电能相符的标称电压和频率，并将之输送给用户。

图1.2 牵引供电结构 [1.4]

图1.3 牵引供电系统变电所类型

各种类型的牵引变电所 (SS) 把牵引电能以所需要的电流形式直接馈送到接触网设备上。如图1.3所示，人们把它区分为：

—动力变电所，通常称之为牵引变电所 (SS)，它将额定频率下输电电网的电压转换成接触网的单相标称电压，向牵引网提供电力;

—牵引整流变电所(DRSS)，它把公共电网的三相电源转换为牵引网要求的标称电压的直流电并将其馈送到接触网;

—分散式旋转变电所(DRCS)，它们把50Hz电网的三相电能借助旋转电机转换成牵引网要求的16.7Hz单相电能，向牵引网供电;

—分散式静态变电所(DSCS)，其作用和旋转变电所相同，只不过通过大功率电子元件代替旋转电机。

—开闭所(SP)、开关站和分区所(CP)，其作用是从相邻变电所获得与牵引系统相匹配的电能，然后馈送到接触网，或实现各个不同接触网区段间的相互连接以及这些区段的分断与连通操作。

在图1.4中举例展示干线铁路的牵引供电系统通过牵引变电所进行电能分配的情况。其作用是向所有在牵引供电臂内运行的列车可靠地供电。　变电所供电范围，也称供电臂，表示一个变电所在正常供电情况下，接触网区段的供电范围。

图1.4 干线铁路牵引变电所的供电

中性段是使两相邻供电臂完全绝缘的区段，以确保电力牵引车辆 (译注：可能含电力机车和电动车组) 通过该段时其受电弓不致将不同供电臂连通。某些铁路运营者通过分区所(CP) 使中性段构成一个单元。分区所 (CP) 通过断路器可进行接触网区段的纵向和横向连接，以减少接触网的电压降和电能损失。在架空接触网正常运行时，CP和SP可将变电所各供电分区连在一起，以便于按此方式设计的系统在实施再生制动时再生电能的安全反溃

牵引变电所供电臂内的区间供电分段和供电分束是通过空气绝缘锚段关节或分段绝缘器在电气上进行分割而成的，在正常运行中可以通过隔离开关连通以及通过牵引车辆的受电弓接通。

1.2.3 直流牵引供电网

在世界范围内，至今有超过一半的电气化铁道仍采用直流牵引。由于高电位很危险，所以城市公共交通系统则采用1500V及以下标称电压，通常为750V和600V标称电压，牵引变电所的间距约为1.5～6km。而标称电压为DC1500V和DC3000V的某些干线铁路上，牵引变电所的间距可达20km。额定功率为1～2MW的直流牵引变电所适用于有轨电车线路，而对于运量很大的系统和干线系统，其功率可高达10MW。

从公共电网馈入的三相电压在牵引整流变电所转变成接触网要求的额定直流电压。作为整流装置，早期使用六脉波变流器，而现在绝大多数使用十二脉波变流器。　变流所中的开关装置大多为按照EN (欧洲标准) 60146-1-3第V1负荷等级的 “交钥匙” 开关装置。图1.5所示为一套有轨电车交通系统的直流牵引供电设备的基本结构。在直流电气化铁道系统的建设和运营中应特别关注牵引回流问题，以便最大限度地减少杂散电流腐蚀。这个问题将在第12.4.1节做进一步阐述。