成教供电系统习题及答案

1、说明牵引供电系统的构成及各组成部分的作用。答：电力牵引供电系统的示意图如下：电力系统与输电线：为电气化铁道提供高压电源，其电压为110kV或220kV。电气化铁道的牵引负荷是一级负荷，故要求电源有足够的容量和较高的可靠度。牵引变电所：将电力系统供应的电能转变为适于电力牵引及其供电方式的电能，其核心元件是牵引变压器，并设有备用。牵引网：由馈（电）线、接触网、轨（地）、回流线等组成，是牵引供电网（回路），完成对电力机车的送电任务。馈线:接在牵引变电所牵引母线和接触网之间的导线，即将电能由牵引变电所引向电气化铁路；接触网:是一种悬挂在轨道上方，沿轨道敷设的、和铁路轨顶保持一定距离的输电网。通过电动车组的受电弓和接触网的滑动接触，牵引电能就由接触网进入电动车组，从而驱动牵引电动机使列车运行。轨道:在非电牵引情形下只作为列车的导轨。在电力牵引时，轨道除仍具有导轨功能外，还需要完成导能回流的任务。因此，电力牵引的轨道，需要具有良好的导电性能。回流线:是连接轨道和牵引变电所的导线。通过回流线把轨道中的回路电流导入牵引变电所的主变压器。2、简述牵引网有哪些供电方式？简单叙述其优缺点。答：牵引网的供电方式主要有：1、直接供电方式：牵引网结构最简，投资最小，但钢轨电位较高，对通信线的干扰感应最大，主要适用于通信线路（主要是明线）较少或很易将受扰通信线迁改径路的场合；2、带负馈线的直接供电方式：在钢轨上并联架空回流线（又称负馈线）。钢轨电位大为降低，对通信线的干扰得到较好抑制。还能降低牵引网阻抗，使供电臂延长30%及以上；3、BT供电方式：BT串入接触网和回流线/钢轨，用以吸回地中电流，减少通讯干扰。其中BT-回流线方式比BT-钢轨方式抑制通信干扰的效果好；4、AT供电方式：AT并联于牵引网中，克服了BT串入网中BT分段的缺陷，使供电电压成倍提高，牵引网阻抗小，供电距离长（约为直接供电方式的170%-200%），网上压损和能损都小，是一种适于高速、重载等大电流牵引方式。3、简述牵引变电所容量计算的步骤。答：变压器容量计算一般分为三个步骤：1、根据铁道部任务书中规定的年运量大小和行车组织的要求确定计算容量，这是为供应牵引负荷所必须的容量。2、根据列车紧密运行时供电臂的有效电流和充分利用牵引变压器的过载能力，计算校核容量，这是为确保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，在考虑其他因素（如备用方式等），并按实际变压器系列产品的规格选定变压器的数量和容量称为安装容量。4、列举牵引变压器采用的主要接线方式，简单叙述各有哪些优缺点？答：1．单相结线牵引变压器。优点：1)、接线简单，设备少投资也小，其占地面积小，运行可靠且费用低。2)、容量利用率高而且能按照所需功率投入和切除，保证最小的空载损耗。缺点：1)、不能采用双边供电方式，接触网的电压损失相对有所增加。2)、绝缘要求高，牵引变电所的三相动力电源需由地方另行引入。3)、变压器的额定输入电压必须等于电网的两相间线电压。2．单相（三相）V/v结线牵引变压器。优点：1)、主结线较简单，设备少且投资较省。2)、供电可靠，容量利用率也高，可达100%。3)、对接触网的供电可实现双边供电。缺点：1)、要求额定输入电压必须等于电网线电压。2)、当一台牵引变压器故障时，跨相供电困难。3)、牵引变电所三相自用电必须改用劈相机或单-三相自用变压器供电。3．三相YN，d11双绕组变压器。优点：1)、有利于变电所自用电和地区三相电力。2)、一台停运时，供电不中断，运行可靠方便。3)、制造简单，价格也便宜，可实现两边供电。4)、有较好的抗频繁短路能力，短时严重过负荷和三相负荷不平衡的承受能力强。缺点：1)、平均容量利用率只有额定容量的75.6%，引入温度系数也只能达到84%。2)、主接线要复杂，设备投资较多，维护检修工作量及相应的费用也有所增加。4．Scott结线变压器。优点：1)、Scott接线变压器二次侧两相是解耦的，即一相的负载并不影响另一相的端口电压。2)、Scott接线变压器三相侧与两相侧的阻抗电压百分数相等。3)、可导出Scott接线变压器在相坐标下的节点导纳矩阵，以用于稳态与暂态问题的研究。缺点：1)、无三角形回路，绝缘要求高，且会发生中性点电位偏移。2)、安装容量不能得到充分利用，容量通常大于牵引站实际所需容量。3)、结构复杂，制造难度较大，造价较高。4)、主结线复杂，设备较多，占地面积大，工程投资较多，维护检修困难。5.LeBlance结线变压器。优点：1)、材料利用率稍高，制造上艺-容易实现。2)、在具有相等容量的情况下，和平衡变压器相比体积小、价格低。3)、其缺点还是中性点不能接地低压侧两相输入依然没有电的联系。6.阻抗匹配牵引变压器。优点：1)、显著地减少注入电网的负序电流。2)、原边为YN结线中性点引出，绝缘要求低，减少了投资匹配方便，副边△结线，有利于减少一次侧的3次谐波。3)、原边三相电流具有较好的对称性。对接触网的供电可实现两边供电。缺点：1)、设计计算及制造工艺复杂，造价较高。2)、分相绝缘器两端电压为55kV，绝缘要求高。5、三相-两相平衡变压器次边两相电压应符合什么条件？当次边两相负荷满足什么条件时，才能使平衡变压器达到平衡？答：1、一个电力变压器，当其原边取电于三相电力系统，并且次边两相电压幅值相同、相位互差90°时，便构成了三相－两相平衡变压器。2、次边两相负荷相当（即负荷电流大小相同、功率因数也相同）时，两个牵引端口的负荷在三相系统产生的合成负序功率为零，也就是说此时三相－两相平衡变压器达到了平衡。6、牵引网阻抗的计算有那些主要用途？答：1、确定牵引网压损ΔU，以校验运行时网压水平；2、计算短路阻抗、短路电流，确定继电保护方案及其整定；3、应用于故障测距；4、确定牵引网电能损失，比选最优设计方案；5、计算牵引负荷对电气化铁路沿线通信线路的干扰，确定所采取的防护措施；6、用于轨道电流分布及轨道电压分布计算，以确定安全电位。7、对于YNd11牵引变电所，若两臂负荷完全相同，变压器超前相与滞后相绕组的电压损失比较起来哪一相较大？一般情况下应将重负荷安排在哪一相？答：如下图，YNd11牵引变电所，两牵引端口为a相和b相，其中a相为超前相，b相为滞后相绕组，c相为自由相。两臂负荷完全相同。当两臂负荷完全相同时，根据绕组电流分配规律可画出次边电压、电流相量图：由相量图可见：(1)绕组功率因数来看超前相大。(2)由于绕组功率因数低，故滞后相绕组电压损失大。(3)应将重负荷安排在超前相。8、改善牵引网电压水平可采用什么措施？答：牵引网电压可由下式表示。其中U为牵引母线空载电压，△U为压损且。可见，提高牵引网电压的方法包括：1、提高U—牵引变压器直接调压（牵引变压器分接头调压、专用变压器调压、特殊接线变压器等）；2、降低△U：1）、降低牵引网阻抗（敷设加强导线、敷设捷接线（多用于山区迂回线路）、缩小区间间距）；2）、降低变压器阻抗；3）、采用串/并联补偿装置。9、牵引供电系统电压损失包括哪几部分？答：牵引网总的电压损失是牵引网、牵引变压器和电力系统电压损失总和。10、某电气化区段，设置6个纯单相牵引变电所，若采用如下两种不同换相方式，试问当牵引网上无负荷时，牵引网电分相所承受的电压是多少，并示出两种方式下电分段1处所承受电压的电压矢量图。答：图（a）相邻供电臂电压相角相差120°，电分相所承受的电压为27.5√3KV。图中电分相1两侧供电臂电压为和，以为基准相量可画相量图如右。（b）相邻供电臂电压相角相差60°，电分相所承受的电压为27.5KV。图中电分相1两侧供电臂电压为和，以为基准相量可画相量图如右。11、单线牵引变电所原始资料如下：供电臂A：日平均电流为，日有效电流为。供电臂B：供电分区数n＝3；正常运行时全日列车对数N＝28上行列车能耗：1300kVAh，给电运行16分钟下行列车能耗：1400kVAh，给电运行17分钟求（1）供电臂B的列车平均电流；（2）供电臂B的全日平均电流和全日有效电流；（3）计算三相牵引变压器（YNd11）的计算容量。（温度系数）解：1、2、Kεg取13、Iab=240（A），Ipb=138（A），IcA=213.93（A），Ipa=135.3（A），Kt=0.94，U2N=27.5（KV）故12、三相变压器容量为SN（MVA），额定电压（线电压）为KT=UN1/UN2，短路电压百分比为uk%。两个供电臂牵引负荷电流均为I，功率因数角均为（滞后）。（1）要求次边以—B(—b)、C(c)相电压给牵引负荷供电，完成如图1所示该牵引变压器的端子接线，以及牵引变压器和原边三相系统及次边供电臂的连接；（2）画出YNd11牵引变压器的展开图，并标注原次边绕组电压、电流和负荷端口电压、电流；（3）以超前相电压为参考相量，写出求三角形侧绕组电流和原边三相电流的计算步骤和主要计算式；（4）忽略牵引变压器等值电阻，写出牵引变压器二次侧滞后相绕组电压降落的计算步骤和主要计算式，以及滞后相电压损失的计算步骤和主要计算式；（给出计算步骤和计算式）供电臂供电臂(c)(a)(b)(z)(x)(y)(C)(A)(B)(Z)(X)(Y)－bcABC图1解：（1）（2）（3）、（4）、滞后相绕组电压降超前相：滞后相：13、已知单线区段接触网为链悬挂，承力索的当量半径，交流电阻；接触线的当量半径，交流电阻；单根钢轨的当量半径，交流电阻；接触网距轨顶高度，接触线位于轨道正上方，接触线与承力索平均距离为；钢轨间距；等效地回路入地深度。写出求该牵引网单位阻抗的计算步骤和计算公式。解：（1）“接触导线-地回路”自阻抗：（2）“承力索-地回路”自阻抗：(3)“接触线-地回路”和“承力索-地回路”互阻抗：（4）“接触网-地回路”自阻抗：（5）等值的“钢轨-地回路”自阻抗：（6）“接触网-地回路”和“钢轨-地回路”互阻抗：其中：；（7）牵引网阻抗：14、已知某复线区段的接触网长度为20km，末端并联运行，牵引变电所和列车的位置及电流大小如图所示，列车电流功率因数0.8（滞后），上、下行接触网单位自阻抗均为(0.217+j0.476)Ω/km,，上、下行接触网间的单位互阻抗为（0.039+j0.118）Ω。求牵引网最大电压损失。解：=3812.5×(0.217+j0.476)+4437.5×(0.039+j0.118)