高速铁路牵引供电技术.ppt

高速铁路牵引供电技术1.高速铁路的特点2.牵引网供电方式的比较3.外部电源对供电方式的影响4.牵引变压器选型及容量5.无功补偿及滤波装置6.牵引供电所设计7.设备选型原则8.综合调度系统1.高速铁路的特点1）线路特点正线数目：双线全封闭客运专线；最大坡度：12‰；到发线有效长度：650m；最小曲线半径：一般7000m，困难5500m；线间距：5.0m；设计速度：列车运行速度在200～350km/h之间，线路平纵断面和基础设施满足350km/h的条件；牵引种类：电力；列车类型：大功率流线型交--直--交动车组；1.高速铁路的特点列车运行控制方式：自动控制；行车指挥方式：综合调度集中；运输组织模式：不同速度等级的高速列车共线运行闭塞方式：车载信号ATC自动闭塞；列车追踪间隔时分：高速列车：3min设计，近期4min使用，设备综合维修天窗：6h。1.高速铁路的特点2）牵引负荷特点列车运行最高速度(km/h)：350km/h列车传动方式:大功率交-直-交动车组列车功率:≥16MW;可以近似为1MW/节负荷电流（A）：单车平均电流为770A左右列车平均带电概率：96%列车单位能耗（kWh/104tkm）：列车平均单位能耗为711左右电制动方式：再生制动功率因数：0.97谐波含量：单次谐波含量低，但频谱较宽追踪运行间隔（min）：3min设计，近期4min2.牵引网供电方式的比较牵引网供电方式有：1）直接供电方式（含带回流线、加强线）2）BT供电方式3）AT供电方式4）CC（同轴电力电缆）供电方式对于高速电气化工程，BT和CC供电方式均存在致命的弱点，是不能予以考虑的供电方式。2.牵引网供电方式的比较1)AT供电方式特点①在2×25kV系统中，供电电压比直供方式高一倍，而牵引网单位阻抗仅为直接供电方式的57％左右，电能损失小，显示了良好的供电特性；②牵引变电所的间距大，易选址，减少了外部电源的工程数量和投资；③牵引网回路是平衡回路，屏蔽系数为直接供电方式的1/20左右，防干扰效果好，可改善电磁环境，并减少防干扰费用；④减少了电分相数量，有利于列车的高速运行；2.牵引网供电方式的比较⑤牵引网系统需设正馈线，较一般直接供电方式复杂，但在重负荷区段不必设加强导线，可与直接供电方式相当；变电系统较直接供电方式减少了牵引变电所的数量，但需设AT所，开关设备需用双极；⑥适用于高速和重载的重负荷铁路及运输繁忙双线区段；⑦牵引网结构复杂，导线数量多，造价高。2.牵引网供电方式的比较2)直接供电方式①在1×25kV系统中，变电设施较为简单，接触网在一般情况下（重负荷除外）也比较简单，但在接触网使用加强导线的情况下，牵引网结构已与AT供电方式相当；②牵引变电所的间距较小，这大大增加了电分相数量，不利于列车的高速运行，外部电源的工程数量和投资较大；③在牵引网的电压损失和电能损失方面较AT供电方式为大；2.牵引网供电方式的比较④牵引网回路是不平衡回路，防干扰性能差，加设回流线后的防干扰效果一般，并需增加防干扰费用；⑤适用于防干扰问题不突出和外部电源投资相对较小的区段及运输繁忙干线、重载和高速线；⑥供电回路结构简单，运行可靠，造价低；⑦要对绝缘子闪络采取保护措施。2.牵引网供电方式的比较3)供电方式选择在AT和直接两种供电方式中，高速铁路供电系统电源取自公共电网的国家，牵引网均采用AT供电方式，电压较直供方式提高一倍，供电臂长度增加一倍，同时满足大功率负荷的需求。牵引网采用直接供电方式只有德国采用，因为德国采用独立自用电源系统，全线接触网可实现纵向并联方式运行，没有电分相，不存在通过电分相对列车速度的影响问题。根据我国国情，应首先选用AT供电方式。3.供电方式对外部电源的要求1）外部电源电压应为220kV京沪高速铁路是繁忙干线和重负荷线路，从高速电铁牵引负荷的需用功率与电力系统相应电压等级所适应的输送功率应相匹配的角度来看，牵引变电所的外部电源电压等级应是220kV。牵引变电所的外部电源是线路的基础设施之一，只有采用220kV电源电压供电才能满足最高时速为350km/h的高速列车稳定正常运行的需要。3.供电方式对外部电源的要求2）采用单相牵引变压器对外部电源的要求采用单相牵引变压器的负序功率等于牵引负荷功率。电力系统公共连接点处的电压不平衡度应满足国家标准（GB/T15543-95）的要求，电压不平衡度εU的最大限值是连接点处三相短路容量的4%。牵引变电所的最大单相功率一般不超过120MVA，因此电力系统在正常的最小运行方式下，公共连接点处的三相短路容量应大于3000MVA，220kV电网的三相短路容量通常在3000MVA以上时，在公共连接点处引起的电压不平衡度和谐波电压畸变率可以满足国家标准要求。4.牵引变压器选型及容量1)牵引变压器接线种类牵引变压器接线型式有单相牵引变压器、V/V接线牵引变压器、平衡型牵引变压器和三相Y/牵引变压器2)牵引变压器接线特点单相牵引变压器：容量利用率高，牵引变压器的安装容量小，负荷平稳，电能损耗小，运营费用低，结构简单，可靠性高，设备数量少，运营维护方便和工程投资低，减少接触网电分相数量和有利于电力机车再生能量的利用等优点，但对电力系统的负序影响大。4.牵引变压器选型及容量平衡型牵引变压器：两臂牵引负荷相等的前提下，平衡型牵引变压器的原边三相是对称的，它的过载能力强，容量利用率较高。可改善牵引变电所发生三相不平衡的概率和减少对电力系统的负序影响，但是其结构复杂，特别是高速列车采用再生制动方式，可能造成牵引变压器的平衡效果的严重恶化。4.牵引变压器选型及容量V接线牵引变压器：两臂牵引负荷相等的前提下，V接线牵引变压器的负序功率等于牵引负荷功率的50%，对电力系统的负序影响较小。结构较简单，但供电范围小，实际安装容量比单相牵引变压器要大。Y/牵引变压器：制造和运行经验较成熟，对电力系统的负序影响介于单相牵引变压器和平衡型牵引变压器之间，但是其容量利用率较低。4.牵引变压器选型及容量3)牵引变压器容量①计算条件高速列车4min追踪间隔模拟仿真、变压器过载能力为过载75%情况下满足负荷需求运行1小时、采用单相变压器；参照500系高速动车组的参数，进行牵引计算；选取一段完整供电臂的线路条件，配以机车特性进行模拟。②瞬间最大负荷185MVA,小时负荷111MVA。③计算容量47.7MVA，校核容量53.6MVA，安装容量2×63MVA。4.牵引变压器选型及容量4)自藕(AT)变压器容量①计算条件正常运行方式情况下，自耦变压器的短时过负荷能力按200％考虑，非正常运行方式情况下，自耦变压器的短时过负荷能力按250％考虑。在最大运行方式下，短时顺势容量不超过额定容量的25倍。②自藕变压器采用上、下行互为备用。③安装容量10MVA。5.无功补偿及滤波装置本线高速列车采用交-直-交动车组，其功率因数在0.97左右，故暂不在各牵引变电所内设置无功补偿装置。在谐波方面，高速铁路采用交-直-交动车组，其谐波含量（尤其是3、5和7次谐波）比交直机车明显减少，可以大大改善谐波电压畸变率。同时电网的不断扩大，提高了对负序和谐波的承受能力，相应解决了牵引供电的负序和谐波问题。6.牵引供电所设计1）设计原则①主接线型式的选择和确定应满足高速铁路供电系统安全、可靠、灵活的要求；②两回220kV单相电源，互为热备用，两台单相牵引变压器，100%固定备用方式；③馈线采用上、下行分别供电，力求可靠、灵活、简单、节能；④尽可能地减少各所的占地面积，并应与选址条件相适应；⑤牵引变电所按无人值班、有人值守设计，分区所、AT所和开闭所按无人值班、无人值守设计；6.牵引供电所设计⑥控制保护采用综合自动化系统，系统应具有故障性质判断和故障位置标定的功能；⑦设备选择要努力实现无维修、寿命管理的目标；⑧高速铁路系统设综合调度中心，牵引供电远东系统，成为综合调度的子系统之一（电力调度子系统）；⑨高速铁路系统设综合维修基地，有维修调度管理系统，实现工务、电务、电力、供电的集中管理。6.牵引供电所设计2）主接线方案进线采用不带跨条的接线(即线路变压器组接线)型式；馈线侧采用AT所和分区所上下行并联的接线方式，AT实现100%备用，同时并联接线通过倒闸作业，可实现上下行分开供电。全并联供电方式6.牵引供电所设计3）综合自动化系统综合自动化系统是将独立保护、测控单元设备，通过通信网络构成系统，实现对牵引供电设施的保护、当地监控及远程数据传输。综合自动化系统既要考虑重要保护的独立性，又要建立经济灵活的网络形式，以实现资源共享，最大限度地利用系统资源,通过网络实现辅助保护功能及自动控制功能，完善保护配置，提高系统的故障处理速度和运行的可靠性。6.牵引供电所设计特点：☆软、硬件结构模块化，集中加分布式的单元布置，功能分布式配置。☆馈线间隔采用保护测控一体化设备，在系统可靠性和安全性的前提下，合理优化系统配置。☆综合利用系统资源，实现故障点参数的检测及处理。☆实现系统自动组态功能,提高系统自动化的能力。☆根据系统检测参数,优化牵引供电系统运行工况。☆实现分区所越区供电的自动控制。☆避免不合理的系统资源配置,节省工程投资。6.牵引供电所设计4）牵引变电所继电保护线路主变压器组：1)差动保护2)失压保护和过压保护3)反时限过电流保护4)定时限过电流保护5)反时限热过负荷保护主变压器本体保护（温度、瓦斯等）1.线路主变压器组：反时限过电流保护2)反时限热过负荷保护2.牵引变电所馈线保护1)反时限过负荷保护2)反时限过电流保护3)定时限过电流保护4)距离保护5)失灵保护7.设备选型原则1)部领导精神提高建设标准和质量，实现基础设施质的提高，缩短与发达国家四十年的实际差距，实现跨越式发展，使铁路总体质量达到发达国家水平。2)高速铁路的原则成熟、先进、可靠；无维护、寿命管理。3)国际高速铁路的现状GIS户内开关柜良好的性能在电气化铁路，尤其是高速电气化铁路上普遍采用，又成熟的运行经验。日本、韩国、荷兰、法国、德国、西班牙高速铁路和香港西部铁路均采用了GIS高压开关柜。8.综合调度系统1）综合调度系统组成行车计划编制行车调度动车组调度电力调度客运调度及旅客服务综合维修调度安全监控8、综合调度系统1）综合调度系统组成综合调度中心Database备用综合调度中心Database综合维修段动车段动车运用维修所大型养路机械段车站/工区综合检测中心维修所IP承载网8.综合调度系统2）电力调度管理方案方案一：综合调度中心电力调度为宏观调度管理层，供电段调度做为核心调度层。特点：符合牵引供电（及电力供电）以维修调度作业为主的特点，便于供电系统维修的调度管理。适用于基层段为单位的独立运行管理模式。不符合高速铁路综合调度系统集中化管理的要求，同时人员及设备的综合利用率不高。8.综合调度系统方案二：以综合调度中心电力调度为核心调度层，综合维修调度作为维修调度管理层。特点：以综合调度中心电调为核心，综合维修调度负责对管辖范围内的供电设备状态及参数的监测及管理，制定维修策略，对维修调度计划管理。两层调度职责明确，业务均衡，综合调度系统内的协调配合简单，并且可实现调度配合的自动化，提高效率，高速铁路集中调度管理的模式。8.综合调度系统2）电力调度子系统功能●（维修调度系统主要功能■）：●单独控制功能●自动顺序控制功能●自识别判断处理及自动工况重构功能●遥信监视功能■●遥测监视功能■●综合数据报表管理功能■●故障点参数计算功能●维修计划管理功能■●与其它系统接口交换信息的功能■■设备状态监测功能8.综合调度系统3）安控调度子系统之牵引供电l图象监控功能l火灾报警功能l环境参数监测功能l安全防护报警功能l门禁管理功能l地震探测