牵引变电（精选11篇）
牵引变电 篇1
0 引言
近2年, 随着朔黄铁路运量需求不断增加, 朔黄铁路15个牵引变电所中多数牵引变压器出现过负荷现象, 其中以龙宫、滴流蹬、肃宁北等牵引变电所过负荷情况较为频繁。以龙宫牵引变电所为例, 2011年1—8月, 龙宫牵引变电所出现过负荷达854次。由此可以看出, 以龙宫牵引变电所为代表的朔黄铁路部分牵引变压器出现的过负荷情况比较突出。为掌握龙宫牵引变电所牵引负荷具体情况, 朔黄铁路公司与西南交通大学联合对龙宫牵引变电所进行了测试。测试主要目的是掌握朔黄铁路龙宫牵引变电所牵引负荷情况, 以便分析过负荷和牵引变压器寿命损失关系。
1 龙宫牵引变电所概况
龙宫牵引变电所牵引变压器为V/x接线型式, 牵引变电所采用的是2×27.5 k V的复线AT供电方式。龙宫牵引变电所供电方案示意图见图1。
龙宫牵引变电所神池南方向供电臂长24.2 km, 原平南方向供电臂长23.2 km。龙宫牵引变电所牵引变压器安装容量为2× (16+15.5) MVA。
由于运量增长, 龙宫牵引变电所多次出现过负荷情况。通过向变电所值班人员了解, 龙宫牵引变电所过负荷持续时间一般在20~60 s, 多次出现10 min以上持续过负荷。此种情况说明龙宫牵引变电所牵引负荷已经有了很大增长。
下面对龙宫牵引变电所牵引负荷进行测试得到的数据进行分析, 计算牵引变压器油的温升及绕组最热点, 得到绕组最热点的温升曲线, 从而对牵引变压器寿命损失进行计算, 最后对牵引变压器的容易利用以及寿命情况提出合理、有效的建议。
2 牵引变压器温升和寿命损失计算方法
2.1 牵引负荷特点
牵引变压器是电气化铁路保持良好性能的重要保障, 对电气化铁路运行稳定性有重要的影响, 牵引变电器的经济性直接决定电气化铁路的经济性。电气化铁路主要负载是电力机车。由于运行中各种工况、线路、气候、司机操作等因素影响, 使牵引负荷波动剧烈, 主要特点有: (1) 基波电流波动幅度大且具有随机性, 牵引负荷经常突然增高或降低; (2) 牵引变压器过载系数大, 通过大量测试与统计可以发现变压器平均负荷率并不高, 但对短时过载能力要求很高; (3) 周期性明显, 一般以24 h为1个周期。牵引变压器是否具有高过载能力由电气化铁路负荷的波动性决定, 高过载能力有利于牵引变压器容量的利用与节省, 可以提高容量利用率, 延长使用寿命。
目前对电力变压器的温升和寿命损失已有广泛的研究。文献[1]基于非线性变压器模型的构建, 计算其动态温升, 但空载实验与短路实验结果显示负荷情况相比实际情况有较大差异, 并且只有通过实验才能得到计算算法中所用的对流换热系数。若要准确预测变压器寿命, 则需要检测变压器绝缘, 但针对变压器绝缘的有效在线检测手段较为缺乏[2]。文献[3]中提及的寿命评估方法是针对牵引变压器的, 但不适用于大容量, 只适用于中小容量。文献[4]和文献[5]基于变压器模型的构建, 从而针对变压器油的温升进行计算, 并较少地考虑绕组最热点温升。由上可知, 并未全面、综合地针对牵引变压器温升、寿命进行计算和研究。
2.2 变压器温升计算模型构建
变压器中铁心和绕组的损耗构成变压器的主要热源, 铁心和绕组的损耗转变成热能, 传递到铁心和绕组的表面, 在表面以对流的方式传递给油, 进而再传递至油箱壁, 最后以辐射、与空气对流方式散发热量。
国标GB/T 15164—1994中有关变压器的温升极限条件规定是:在环境温度为20℃时, 变压器以额定负荷长期运行, 与此相关的变压器绕组的最热点温度约98℃[6]。若变压器以非额定负荷长期运行, 则变压器油和绕组的温升计算可通过实际负荷与额定负荷之比为K=S/Sn的假设前提得到。
由于存在发热时间常数, 对于变压器油或绕组同样如此, 在负荷不稳定、波动的情况下, 变压器油或绕组的温升会不断变化。在暂时状态下变压器的发热可近似地认为是均匀导体的发热。任意时刻t变压器的温升计算如下:
式中:τ为变压器绕组或油对空气的温升;
τs为变压器绕组或油对空气起始温升;
τw为任意负荷下的稳定温升;
T为油或绕组的发热时间常数。
负荷曲线在实际运行中不是单段式的。由于各段持续时间较短, 每段温升都达不到稳定值。因此, 采用如下改进计算式进行计算[7]:
式中:Ai=eti/T;ti为从计算段开始的各段时间;i为段序号;n为段数。
x段终了时的温升可用下式计算
式中符号含义与式 (2) 相同, 计算可从任何一段开始, 若知道各段终了时的温升, 则可用式 (1) 计算任意时刻的温升。
2.3 变压器寿命损失计算方法
利用蒙特辛格关系式可获得由温度和时间引起的变压器绝缘寿命损失为e-pθ, 其中ρ为常数, θ表示温度 (℃) 。定义相对寿命损失率为绕组最热点温度为θc (任意负荷条件下) 时与在温度为θcr (额定负荷条件下) 时的正常寿命损失之比:
按照国家现行标准规定, 取变压器绕组热点温度为98℃。该温度符合于变压器以额定容量、在环境温度为20℃的情况下运行, 热点温升为78℃。使用式 (4) 及θcr=98℃, 通过取以10为底的对数, 得到公式 (5) 。
V=相对寿命损失率=10 (θc-98) /19.93。不同温度下相对寿命损失率见表1。
由表1可知, 环境温度低于80℃时, 牵引变压器寿命损失小于0.13, 可忽略不计。同时当牵引变压器在过负荷情况下运行, 且每日寿命损失相当于环境温度为98℃时运行的正常日寿命损失, 温度与每日允许持续时间数的关系见表2。
4 计算结果及分析
4.1 计算结果
由于龙宫牵引变压器接线为V/x接线 (见图2) , 因此测试中获得的T1电流、F1电流、T2电流和F2电流分别为变压器T1-N绕组、F1-N绕组、T2-N绕组和F1-N绕组电流, 再分别与对应的电压相乘就得到牵引变压器T1-N绕组、F1-N绕组、T2-N绕组、F2-N绕组的牵引负荷。牵引变压器高压侧AB绕组负荷为相应的T1-N绕组与F1-N绕组负荷之和, 牵引变压器高压侧BC绕组负荷为相应的T2-N绕组与F2-N绕组负荷之和。对于龙宫牵引变电所牵引变压器, T1-N绕组和F1-N绕组为神池南方向供电臂供电, T2-N绕组和F2-N绕组为原平南方向供电臂供电。牵引变压器各绕组额定容量见表3。
由于龙宫牵引变电所牵引变压器共有6个绕组 (高压侧2个绕组, 牵引侧4个绕组) , 任何时刻每个绕组流过的牵引负荷电流可能是不同的, 引起的温升也可能是不同的。牵引变压器6个绕组负荷过程存在一定对应关系:高压侧AB绕组与牵引侧T1-N绕组与F1-N绕组对应, 高压侧BC绕组与牵引侧T2-N绕组与F2-N绕组对应。
龙宫牵引变电所24 h负荷过程数据见图3所示。图3 (a) 、 (b) 、 (c) 分别为神池南方向牵引变压器高压侧绕组、牵引侧T1-N绕组和F1-N绕组负荷曲线, (d) 、 (e) 、 (f) 分别为原平南方向牵引变压器高压侧绕组、牵引侧T2-N绕组和F2-N绕组负荷曲线。
由变压器温升计算模型可知, 若变压器在非额定负荷条件下运行, 则变压器温升计算中使用的负荷为相对负荷, 即实际负荷与额定负荷之比。由于龙宫牵引变压器共有6个绕组, 每个绕组额定容量不同, 故计算温升曲线可选取相对负荷最大的绕组进行计算。对比图3中各个绕组负荷曲线, 初步选取神池南方向高压侧AB绕组和低压侧F1-N绕组进行温升计算。神池南方向高压侧AB绕组和低压侧F1-N绕组相对负荷曲线见图4。
MVA
由图4可以看出, 龙宫牵引变电所神池南方向牵引变压器高压侧绕组最大过负荷倍数为1.3, 而低压侧F1-N绕组最大过负荷倍数为1.96。
对应的神池南方向高压侧绕组和牵引侧F1-N绕组温度曲线见图5。图5中2条曲线分别为绕组热点温度曲线和顶层油温度曲线。
根据变压器寿命损失计算公式, 若以变压器高压侧绕组热点温度计算, 变压器相对寿命损失率为0.025, 寿命损失为0.61 h;若以变压器牵引侧F1-N绕组热点温度计算, 变压器相对寿命损失率为2.85, 寿命损失为68.31 h。而实际中牵引变压器运行了24 h。
从计算结果看出, 按照牵引变压器高压侧绕组热点温升和低压侧F1-N绕组热点温升计算得到的牵引变压器寿命损失相差很大, 说明实际负荷过程下牵引变压器高压侧绕组没有得到充分利用。但是应该注意, 虽然牵引变压器的高压侧绕组没有得到充分利用, 但是牵引变压器的低压侧F1-N绕组已经存在过载现象, 引起绕组温度过高, 最高温度为141.5℃。这会限制牵引变压器寿命损失利用率的提高, 并从温升与寿命损失两方面体现牵引负荷波动剧烈的特点。
4.2 分析和建议
由于存在牵引变压器温升与寿命损失未能较好匹配的情况, 解决办法之一是通过运用特种绝缘材料以达到牵引变压器温升限制提高的效果, 解决办法之二是通过牵引变压器的充分有效利用, 达到绕组最高温升限制的放宽作用。这2种方法都可以提高牵引变压器温升限值和寿命损失的匹配程度。但是第2种方法对绕组最高温升限值的放宽可能导致牵引变压器绝缘老化速度增快, 引起牵引变压器寿命损失急剧增大, 所以对于绕组最高温升限值进行合理放宽, 控制放宽的合理程度。
另外, 牵引变压器容量利用率还受到接线方式和绕组容量配置的影响。龙宫牵引变电所采用V/x接线牵引变压器, T-N绕组容量为15 MVA, 而F-N绕组容量约5 MVA, 供电方式采用法国AT方式。该供电方式受列车运行位置影响, 当列车越靠近牵引变电所时, 实际上越接近为由牵引变电所中点抽头与接触网之间形成的27.5 k V直接供电方式。这样, 与日本55 k V供电方式相比, 省却了1套AT (设备容量) 而损失了牵引网的供电能力。一个供电臂中的AT段越少, 供电能力损失越显著[8]。由图3可以看出, 龙宫牵引变电所牵引变压器牵引侧F-N绕组相对负荷比T-N绕组和高压侧绕组高, 说明牵引变压器绕组容量配置与供电方式和牵引负荷之间配合不佳, 导致了F-N绕组温度高于其他绕组, 成为制约牵引变压器寿命损失的主要因素。
建议可对牵引变压器各绕组容量进行调整, 使各绕组牵引负荷过程和温升均比较接近, 使牵引变压器容量和寿命损失均得到充分利用。
5 结论
基于牵引变压器温升和寿命损失计算的模型, 在实际牵引负荷过程中针对朔黄铁路龙宫牵引变电所牵引变压器的温升情况和寿命损失进行计算, 分析了牵引变压器温升和寿命损失的几个影响因素, 并对如何提高牵引变压器的容量利用率提出了建议。主要结论有:
(1) 牵引变压器中各绕组存在电流分配不均的情况, 因此同一时刻各绕组的温升情况不同。
(2) 采用特种绝缘材料以对牵引变压器的温升限值进行提高, 从而提高牵引变压器过负荷能力。
(3) 综合考虑牵引负荷过程特点、供电方式等影响因素, 调整牵引变压器各绕组容量, 使各绕组牵引负荷过程和温升均比较接近, 充分利用牵引变压器容量和寿命损失。
参考文献
[1]刘国海, 范建中.变压器动态温升的模拟计算[J].江苏理工大学学报, 1995 (1)
[2]邓华.电力变压器寿命预测[J].云南电力技术, 1998 (3)
[3]郭永基.中小容量电力变压器寿命评估的新方法[J].电力系统自动化, 2001 (10)
[4]汤焱, 刘成远, 郝忠言, 等.变压器绕组热点温升的计算与实验研究[J].变压器, 2001 (2)
[5]曹惠玲, 俞颐秦, 吕灿仁.浸润式自冷变压器油的体积流量及温升计算[J].河北工业大学学报, 1998 (4)
[6]GB/T15164—1994油浸式电力变压器负载导则[S].北京:国家技术监督局, 1995
[7]徐树铨.电力变压器运行[M].北京:水利电力出版社, 1993
[8]李群湛.我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题[J].铁道学报, 2010, 32 (4)
牵引变电 篇2
【摘 要】作者根据自己的实践经验，提出牵引变电所两种不可或缺的保护：牵引变电所内部联跳、因馈线开关没有远后备保护，故应设开关失灵拒动保护。迅速切断电源是一切继电保护的最终目的，直流电路尤其如此。为迅速切断电源，在短路电流上升过程中将其遮断，是直流保护应当遵循的基本原则。文中分析了三种保护上“死区”形成的原因，为使馈线开关保护更加完善，直流馈线应设开关失灵拒动保护，以使列车运行更加安全。
【关键词】牵引变电所 内部联跳 馈线开关 开关失灵拒动 短路电流 死区。
【Abstract】Based on auther’s working experience in metro projects, put forward two kinds of protection method which are absolutely necessarily for the traction substation, the inter-tripping of breaker and the breaker failure and tripping disabled protection, because no remote standby protection is installed in feed breaker. Cutting off the power supply immediately is the final aim of all relay protection, especially for the DC system. In order to cut off the power quickly, the principle that the short-circuit current should be cut off in its rise process should be followed in the protection of DC system. Three causations which lead to the skip area of protection is analyzed. In order to make the protection of feeder breaker perfect much more, The trip disable protection for failure of breaker should be installed in feed breaker of DC system to insure the safety of the train operation.
【Key words】traction substation, inter-tripping, feed breaker, the breaker failure and tripping disabled, short circuit current, skip area
一、概述
地铁直流牵引供电系统的保护,可以分为两部分:牵引整流机组保护和直流馈线保护。牵引供电系统保护的最大特点就是系统的“多电源”和保护的“多死区”。所谓多电源, 既当牵引网发生短路时, 并非仅双边供电两侧的牵引变电所向短路点供电, 而是全线的牵引变电所皆通过牵引网向短路点供电。所谓多死区, 是因牵引供电系统本身构成的特点和保护对象的特殊性而形成保护上的“死区”。任何保护的最基本要求就是当发生短路故障时, 首先要迅速“切断电源”、“消除死区”, 针对这两点, 牵引供电系统除交流系统常用的保护外, 还设置了牵引变电所内部联跳、牵引网双边联跳、di/dt △I 等特殊保护措施, 这就可以完全满足牵引供电系统发生故障时切断电源、消除死区的要求。对任何供电系统的继电保护而言, 可靠性总是第一位的, 而对直流牵引供电系统, 速动性可以看成和可靠性是同等重要的, 所以直流侧保护皆采用毫秒级的电器保护设备, 如直流快速断路器、di/dt △I 保护等, 目的就是在直流短路电流上升过程中将其遮断, 不允许短路电流到达稳态值。至于选择性, 在直流牵引供电系统中则处于次要位置, 其保护的设置应是“宁可误动作, 不可不动作”。 误动作可以用自动重合闸进行矫正; 不动作则很可怕, 因为牵引供电系统短路时产生的直流电弧, 如不迅速切断电源，电弧可以长时间维持燃烧而不熄灭; 而交流电弧则不同, 其电压可以过零而自动熄灭。
关于地铁牵引供电系统的常用保护，已为业内人士所熟知，这里不再多作介绍。下面谈一下容易被人忽视的两种保护。
二、引变电所内部联跳保护
牵引变电所内部联跳的定义：当发生短路故障引起两台整流机组直流引入断路器或交流断路器同时跳闸时，应迅速跳掉全部直流馈线断路器，以及时切断电源。见图(01)
当牵引变电所内部发生短路时，如 K2点短路，则流向短路点的短路电流有6路，两台整流机组2路：IK1 、IK2 ，相邻牵引变电所通过4路馈线开关流向短路点的有4路： IK3、IK4 、IK5 、IKy 。若只跳掉两台整流机组的直流开关或交流开关是不够的(只切断 IK1 、IK2 )，相邻牵引变电所仍会通过牵引网继续向短路点供电( IK3、IK4 、IK5 、IKy)，因此必须跳掉直流母线上所有开关，以切断电源，实现牵引变电所内部联跳;
当牵引变电所外部发生短路时，如 K1点短路，则流经DS6开关的短路电流有5路，两台整流机组2路： IK1 、IK2，相邻牵引变电所通过3路馈线流经DS6开关的短路电流有3路： IK3、IK4 、IK5，此时若馈线开关DS6拒动，而又没有远后备保护，此时只能通过牵引变电所内部联跳及时切断电源。
牵引变电所内部联跳的保护范围：无论是牵引变电所内部短路还是外部短路，凡引起两台整流机组同时跳闸的故障均应实行牵引变电所内部联跳。
由图01可以看出, 流经馈线开关DS6的短路电流IKZ 是由 IK1→IK55个短路电流组成的, 这就说明, 如果馈线开关DS6失灵拒动, 要切断短路点的电源, 只跳掉DS1、DS2是不够的, 还要跳掉DS3、DS4、DS5等5路开关, 即必须跳掉牵引变电所直流母线上的所有开关。
牵引变电所内部联跳保护, 就是为当发生短路故障时, 迅速切断电源的一种保护措施。如发生一路馈线开关失灵拒动或两台整流机组直流侧两路开关同时跳闸(或两路交流中压开关同时跳闸),为迅速切断电源, 都必须实行变电所内部联跳, 既跳掉直流母线上的所有开关, 否则不能切断电源, 如图(01)所示。
图中 K1 (牵引变电所外部短路)和 K2 (牵引变电所内部短路) 点短路时, 如果DS1 、DS2 两台直流断路器或DL1 、DL2 两台交流断路器同时动作, 则必须实行变电所内部联跳, 跳掉所有直流馈线断路器。即跳掉DS3、DS4、DS5等馈线开关, 否则不能切断电源, 相邻牵引变电所继续向短路点供电。
三、直流馈线开关失灵拒动保护
目前国内地铁直流馈线开关设置了多种保护和自动装置，这些都是必要的，但尚缺少一种重要的保护：开关失灵拒动保护。当开关失灵拒动时，开关本身设置的所有保护均失效，而馈线开关又没有远后备保护,这是直流馈线保护的“软肋”。众所周知，从牵引变电所的主接线上看，直流馈线开关没有远后备保护设备，这是由地铁供电网络的构成特点所决定的。在直流母线上共设置6路开关：2路直流引入开关、4路馈线开关，见图(01)。从电源角度讲，每路馈线开关的上一级有5路电源开关，这和交流电路不一样，交流电路上一级只有一路开关，所以当下一级开关失灵拒动时，上一级开关可以作为它的远后备保护。直流则不然，它的上级5路开关都不是它的远后备保护设备。从图(01)中可以看出，当 K1点发生短路时，如为变电所出口短路，馈线开关失灵拒动可能引起2路直流引入线开关跳闸，引起变电所联跳，及时切断5路电源。如果发生远端短路，馈线开关失灵拒动就非常危险，此时将有5路短路电流IK1 、IK2 、IK3、IK4 、IK5 持续不断流入短路点，短路点的直流电弧将烧毁一切，对于运行的电动车辆，尤其危险，对人身安全造成极大的危害。
其实，解决这一问题并不需要什么高深技术和增加投资，直流电路保护的最大特点就是一个字：“快”，迅速切断所有电源的唯一可靠的办法就是通过牵引变电所内部联跳，迅速切断电源。
判断馈线开关失灵拒动有两个条件：
1. di/dt △I / △t动作;
2. 经一定的时限馈线开关不动作(开关辅助常开接点仍处于合闸位置)。
将上两个条件组成“与”电路，即di/dt △I / △t动作信号、经一定可调整的延时(30～100ms)，而开关辅助常开接点仍处于合闸位置，既判断为开关失灵拒动。应及时实现牵引变电所内部联跳，切断短路点的电源。
牵引变电所内部联跳、馈线开关失灵拒动两种保护，希望能引起业内人士的重视。
三、直流馈线保护的死区
直流馈线保护, 在牵引供电系统中是最重要的保护, 这是由它的供电方式和供电对象的特点决定的。因供电方式不同而形成保护上的不同的“死区”; 因供电的对象是随时变化并移动的负荷, 还需要在保护上进行配合, 这就形成了保护上的特殊要求。直流馈线保护首先是以保障列车的正常运行、保护旅客的人身安全为第一要素。
1.死区的形成 因供电方式的不同, 保护设置不同, 形成保护上的死区也不同, 单边供电死区发生在供电区段的.末端附近; 大双边供电死区发生在供电区段的中点附近, 运行列车主保护不能断弧时死区发生在电动车辆的上，可以发生在列车运行区间的任何位置。
死区的大小和供电方式、供电距离、保护措施有密切的关系, 采取适当的供电方式和保护装置, 死区是完全可以消除的。
⑴ 单边供电死区发生在末端
死区的大小, 取决于开关整定值的大小和供电距离的大小, 当只靠开关本身整定值保护时，形成死区的范围见图(02)。
由图02可见, 单边供电时, 开关整定值越大, 死区越大; 供电距离越长, 死区也越大, 图中Izd为馈线开关整定值。 1.2Izd是考虑开关整定值有10%的误差时确定保护死区的范围。
⑵ 大双边供电死区发生在中点附近
如果只靠开关的大电流速断保护, 死区会出现在两端变电所的附近, 这里所说大双边供电死区发生在中点是指馈线保护设置了双边联跳装置以后形成的死区。正常双边供电是不会形成死区的, 因为区间任何一点发生短路, 都可以使一端开关跳闸, 并使另一端开关联跳。而采用大双边供电时, 在供电区的中点附近可能出现死区, 见图(03)。
图中Izd为馈线开关整定值。
⑶ 列车主保护不能断弧形成的死区
这一死区发生在车上, 范围在整个供电区间都可能发生, 直接威胁旅客的生命安全, 非常可怕。要求变电所的馈线保护和车辆的主保护要相互配合和协调。
牵引变电所保护和地铁车辆的主保护相互配合的基本原则是:
① 地铁车辆主保护应当“自己保护自己”, 即地铁车辆在运行中无论在任何地点, 当车辆发生短路故障时, 其主保护应动作可靠, 不允许有拉弧现象, “要动作就可靠动作并断弧, 不动作就拒动”。绝不允许开关动作而出现燃弧现象。
② 牵引变电所馈线保护应当延伸至车上, 作为车辆主保护的后备, 以防万一。
铁道牵引变电所馈线保护研究 篇3
【关键词】牵引变电所；供电；馈线保护；负荷
一、牵引变电所概述
1、牵引变电所类型
随着我国科技水平的不断提高，我国的铁道牵引变电所类型逐渐增多，到现在为止，我国主要有单相牵引、三相牵引、三相一两相牵引三种类型的牵引变电所。每种牵引变电所都有不同的特点，就像铁道所用的电能都是由牵引变电所将三相转为单相的电能。
2、牵引供电方式
牵引变电所的牵引供电方式主要分为单线区和复线区两大部分，每一个部分都有不同的供电方式。（1）单线区牵引供电方式：单线区主要有单边与双边两种供电方式。单线区单边供电非常的简单，如图1所示，单边供电方式的特点主要是具有较强的独立性，不受到外界的干扰，正因如此，单边供电方式被广泛地应用在单线区；单线区的双边供电方式如图2所示，双边供电虽然没有单边那样的独立性，但是双边供电方式的供电质量非常高，损失的电能非常低，设备之间的负荷也是非常均匀的，唯一不好的就是继电保护比单边供电方式要复杂得多。
（2）复线区的供电方式主要有单边分开供电方式、双边扭结供电方式和单边并联供电方式。复线区的单边分开供电方式如图3所示，主要的特点是有较强的独立性，简单实用，不用设置专用的分区亭，专门适用于那些电量运算小、馈电臂较短的场合；单边并联供电方式如图4所示，其供电质量相对来说比较高，供电负荷也相对均匀，唯一不同的是需要设立专门的供电分区亭。单边并联的优势特别明显，被广泛地应用在复线区；复线区的双边扭结供电方式如图5所示，特点就如同单线区的双边供电方式一样，具有较强的供电质量与均匀的供电负荷，缺点也一样，都是继电保护方式比较复杂。
二、牵引负荷
牵引供电负荷的特点：（1）牵引供电所的牵引负荷并不是固定不动的，它会随着电能转变而移动，并且负荷的大小也会随之改变，一般计算的電流值都是按照S来计算的。（2）牵引变电所的牵引负荷在变化时会产生一种频率，这种变化频率比一般的电力负荷变化频率大很多，而且变化的幅度也比一般电荷大。（3）牵引变电所的牵引供电臂供电距离与单位阻抗跟一般的输电线路相比，距离比一般的长，阻抗也比一般单位的大。（4）牵引变电所的接触网比一般的电网都更稳定，能够有效地避免断电，能够在断电的第一时间启动备用设备，保证列车正常运行。（5）牵引变电所的牵引网结构非常的复杂，这是为了满足各种列车运行的需要而建设的。
三、馈线故障
牵引变电所馈线经过长时间的使用之后会出现一些故障，这些故障会直接影响到列车的正常运行，造成诸多的不便。具体包括：（1）单相短路；（2）两相短路。故障主要是因为两个不同相类的带电线路上的绝缘体出现了损坏，导致两个带电部分接触，出现两相短路的故障。
四、馈线保护
1、距离保护
铁道牵引变电所馈线的距离保护主要是根据测量阻抗值来决定线路的安全程度，以此来保证线路的电压与电流正常工作。当所保护的电力系统出现故障的时候，可以通过测量阻抗来保护安装处的线路阻抗，测出的阻抗值也相对较小；根据距离保护的原理可知，故障出现的地点与阻抗测量值有着相关联系。阻抗测量值越大，故障点距离保护安装处就越远；阻抗测量值越小，发生故障的地点距离保护安装处就越近。
2、后备保护
铁道牵引变电所馈线距离保护是主保护，除此之外还需要一些辅助的保护，这时就需要用到后备保护来形成一套完整的保护体系。馈线的后备保护有很多种，但是这些都是通过控制电流来完成的，主要有电流速断、增量、限制电流和负荷保护几种方式。就如电流的速断保护来说，当馈线保护系统发生故障比较严重的时候，为了保证供电及时与稳定，会快速切除故障，这时就需要用到速断保护装置来辅助完成故障修理。
五、结束语
铁道牵引变电所馈线保护对我国的铁路建设与发展有着重要的作用，能够加速铁路建设的进程，创造稳定、快速、可靠、安全的运行环境。因此，需要好好研究馈线保护装置的各种故障，提出先进的改进措施，不断融入新的技术，改进馈线保护装置，将馈线故障从根本上消除。
参考文献
[1]王亚妮.高铁牵引变电所馈线保护装置与整定分析[J].广州铁路职业技术学院，2014（10）.
牵引变电所接地装置与维护 篇4
1 牵引变电所接地的分类
1.1 工作接地
为满足电力系统或电气设备的运行要求，无论电气设备在投运或停运时，必须将该设备的某一点进行接地，才能保证电气设备的正常运行和人身安全。如牵引变电所主变的铁芯接地、电力系统的主变中性点接地, 但是只许一点接地。
1.2 保护接地
为防止电气设备的绝缘损坏，造成电击或电伤。将电气设备的外露可导电部分接地，称为保护接地。牵引变电所的所有电气设备都应该进行保护接地。从而提高设备运行的稳定性。保证人身、设备安全。
1.3 防雷接地
防止牵引变电所内的电气设备和构筑物免受因大气中的雷击或雷电感应而引起的过电压，而设置的过电压保护的接地，称为防雷接地。如避雷针，避雷器的接地。避雷针主要保护来自系统外部雷电过电压。它的实际作用就是引雷，把雷电波引入大地。因此，避雷针的接地必须独立，不得与牵引变电所的接地网相连。每一个避雷针都有自己独立的接地系统。若与接地网相连则会造成雷电对电气设备反放电，损坏电气设备或造成人身伤害。避雷器的主要作用是保护来自系统内部的操作过电压和入侵的雷电波。它必须与牵引变电所的接地网可靠相连，方可起到保护的作用。
1.4 牵引供电回流系统的接地
牵引供电的电流通过接触网，电力机车，钢轨和大地(回流线)回到牵引变压器。回流线除与钢轨可靠连接外，必须与牵引变电所的接地网可靠连接。它是构成馈线保护的基本组成部分。此外由于回流电流造成牵引变电所地网电位不相等, 这种情况一方面会对人身以及设备的安全造成威胁;另一方面将对保护、测量、信号装置造成影响。并有可能引发保护装置的误动或拒动。
1.5 牵引变电所低压供电系统的接地
牵引变电所的低压供电系统采用TN-S供电系统。低压供电系统的配电柜，配电盘必须与接地网可靠连接。所有的配电箱必须与PE线可靠相连，必要时与接地网相连。距离牵引变电所较近，使用牵引变电所提供的动力电源时，动力配电柜必须做重复接地。因为牵引变电所回流电流造成地网电位不相等，容易产生反击现象。
1.6 牵引变电所监控设备的接地
监控设备若在避雷针的保护范围之内，所有设备与接地网进行可靠连接。若监控设备不在避雷针的保护范围之内，则监控设备必须做独立的接地系统，并不可与牵引变电所的接地网相连。
2 牵引变电所接地的技术要求
牵引变电所的接地通过接地装置实施，它接地装置由接地体和接地线组成。与土壤直接接触的金属体称为垂直接地体。连接电气设备与垂直接地体之间的导线 (或导体) 称接地线或水平接地体。垂直接地体是采用长度为2.5m，直径不小于12mm的圆钢或厚度不小于4mm的角钢、或厚度不小于4mm的钢管。直流系统的人工接地体，其厚度不应小于5mm。垂直接地体的间距一般不宜小于接地体长度的2倍，并且采用热镀锡、热镀锌的防腐措施。水平接地体是采用截面不小于25mm×4mm的扁钢与垂直接地体焊接。相连为闭合环形，外缘各角要做成弧形。水平接地体的间距一般不宜小于5m，同样采用防腐措施。接地线与接地体的连接宜用焊接。接地线与电力设备的连接可用螺栓联接或焊接。用螺栓连接时应设防松螺帽或防松垫片。接地体应埋设在变电所墙外，距离不小于3m，接地网的埋设深度应超过当地冻土层厚度，最小埋设深度不得小于0.6m。不同用途和不同电压的电气设备，除有特殊要求外，一般应使用一个总的接地体，按等电位联接要求，人工总接地体不宜设在建筑物内，总接地体的接地电阻应满足各种接地中最小的接地电阻要求。变电所的主变压器，其工作接地和保护接地，要分别与人工接地网连接。避雷针宜设独立的接地，其接地电阻不大于10Ω。
3 牵引变电所接地的巡视与维护
牵引变电日常巡视中要要穿绝缘靴、戴安全帽，并不得靠近避雷针和避雷器。接地装置运行中，接地线和接地体会因外力破坏或腐蚀而损伤或断裂，接地电阻也会随土壤变化而发生变化，因此，必须对接地装置定期进行检查和试验。变电所的接地装置一般每年检查。对有腐蚀性土壤的接地装置，应根据运行情况一般每3～5年对地面下接地体检查。检查地面上和电缆沟內的接地线，接地端子，回流线完整无锈蚀、损伤、断裂及其他异状，保证其与设备连接牢固，接触良好。地面上的接地线、接地端子均要涂黑漆，接地端子的螺栓应镀锌。对含有重酸、碱、盐等化学成分的土壤地带应检查地面下500mm以上部位的接地体的腐蚀程度。在土壤电阻率最大时 (一般为雨季前) 测量接地装置的接地电阻，并对测量结果进行分析比较。电气设备检修后，应检查接地线连接情况，是否牢固可靠。
牵引变电所的接地装置是构成牵引变电所内各种保护的最基本的电器设备，必须加以高度重视。日常巡视和维护是保证牵引变电所的接地装置状态良好的基本措施，也是保证人身和设备安全，提高供电的可靠性。
参考文献
[1]谭恩秉.电工基础[M].高等教育出版社.
[2]王亚妮.编配电技术[M].中国铁道出版社.
牵引变电工作总结 篇5
——2010年4月份
首先感谢牵引变电各级领导和同事对我工作的支持及指导。一个月的培训和一个月的实习来，全面围绕牵引变电工作开展学习和实践。在工作方面，团结新学员主动投入牵引变电事业，恪尽职守，尽职尽责。在学习方面，激励大家积极进行各项业务学习，勤奋向上，不断进取。在生活方面，鼓励大家适度开展娱乐体能锻炼，劳逸结合，充实生活。作为新学员对上级交代下来的任务认真对待，雷厉风行，不断学习，力求完美，在业务水平上进一步的得到提高和锻炼，协助变电所老员工圆满的完成了各项工作。下面结合个人实际情况和工作中遇到的问题进行以下总结：
一、快速转变思想观念，进入企业人角色。
作为刚离开学校的学生很多地方都要学习，但是首先必须的是快速将思想观念由学生转变为企业人，尽快进入角色。为自己的工作尽职尽责，不断提升水平，不断超越能力，从而为企业创造价值带来效益。作为牵引变电的一份子，我们不仅有保障安全供电的责任，还有学习业务知识与提高技术能力的义务。要对得起自己的青春，多学知识，掌握技能，奋发图强。要对得起单位的培养，只有学到了技术才能避免问题或故障的产生和扩大甚至能解决问题或处
理故障，不至造成不必要的损失。要对得起国家的建设，为我国电气化铁道供电事业做贡献，保障铁路运输的畅通与安全运营，成为新一代的栋梁。
二、加强学习专业技能，不断熟悉业务知识。
要做好牵引变电事业，不仅仅需要踏实工作的责任心，还得有追求卓越的上进心。将自己所学的专业知识结合实际情况运用到日常工作中，多动脑筋，勤思考。在工作休息之余，熟记一次设备接线图，能将变电将所内设备与图纸对照起来，明确各种设备的具体位臵，学习二次接线图、设备原理图等各种图纸资料，查看设备说明书，了解设备各方面的参数，运行工作原理，多查看各种资料，巩固专业知识，必要时可以做做专业试题。
在变电所要掌握各项业务知识，并通过不断的实践进行强化。例如：在巡视方面，可以参考《牵引变电所运行检修规程》在所长或熟识巡视具体内容的员工的带领下进行标准化巡视练习。熟悉各种文件的填写、记录及管理，对《值守日志》、《外来人员登记本》、《保护装臵动作及断路器自动跳闸记录》、《设备检修记录》、《设备巡视记录》、《避雷器动作记录》、《倒闸操作命令记录》、《综合记录本》、《保护装臵整定记录》、《变电设备台
帐履历》、《主变过负荷记录》、《设备缺陷记录》、《作业命令记录》等文件要懂得规范填写。
三、认真贯彻落实标准化工区建设精神，完善各项管理资料，实现作业标准化。
今年我们上海维管处狠抓标准化工区建设，在标准化工区建设方面各个变电所都存在这样或那样的不足，对于我们从事的工作只有通过标准化才能确保安全。根据了解，上海维管处各段变电所因为调遣频繁，交接不及时，导致很多文件资料丢失，也有很多文件没有记录或记录不规范、不明确，从而给接班人员带来工作开展困难的麻烦。也有因为工作量大，分工不明确，出现文件管理漏洞，漏掉有关文件的记录。还有部分员工行为懒散，投机取巧，导致学习文件不及时和文件处理月末扎堆等不良现象。对这一块的管理有待进行改进，并加以要求，将文件与物资管理标准化落到实处。
在作业标准化方面任然存在缺陷，很多时候是由于时间紧迫，作业量大，内容比较复杂，过分相信自己，便果断进行作业，作业中未严格按照工作票操作程序执行。作业中出现不规范引接电源线，未用的工器具随意摆放，甚至遗忘。由于第二天还得继续作业，作业结束后图取方便，未及时拆卸接地线，有时也有不按安规
有关规定要求进行作业的，作业操作刚结束才发现违规甚至觉得后怕。
由以上实情看来，在标准化变电工区建设中需要加强对员工安全意识的培训，规范管理，要求员工把作业标准化重视起来。加强标准化作业方面的监督与检查，将标准化时刻放在工作的最前沿，反复强调，让更多同事明确自己的工作职责，完善工作中的不足，克服各种困难实现安全供电。
四、团结同事相互协作，善于处理人际关系。
针对牵引变电工作，要善于处理同事间的关系，互相协助实现双赢。在日常工作中互相帮助，有不懂的问题及时提出，请教学习，互相监督作业标准化，防止误操作，时刻把安全放在首位。生活中，互相理解，在日常生活工作方面，善于调剂，避免情绪影响工作安全。善于管理时间，将时间充分利用起来，进行有效的沟通、学习，避免发生矛盾与冲突，保障工作的顺畅开展。
上海维管处杭州维管段
南翔变电所林志伟
牵引变电 篇6
关键词:牵引变电所综合自动化保护监控。
中图分类号:U22文献标识码:A文章编号:1674-098X(2011)05(c)-0093-01
引言
近几年,牵引变电所综合自动化技术发展迅速,在牵引变电所得到广泛应用,产品更新换代及设计定型越来越快,逐渐走向成熟。牵引变电所综合自动化系统,是自动化系统技术的综合系统,它包括操作控制、微机保护、故障测距、故障录波,电能计算、远动功能、电压无功控制调整等功能。综合自动化技术的使用,使牵引变电所可以快速處理故障迅速恢复系统工作,使正常运行状态、信息的监测及操作界面更清晰、简单,增加防止误动、误操作软件控制,改善了运行人员的工作条件,实现了变电所无人或少人值班,提高了运行效率。
1 综合自动化系统的结构形式
随着变电所的功能日益加强,为实现控制功能、在线显示功能、测量功能、和记录功能、电能计量功能、电压无功调整功能等,综合自动化系统以多微机系统构成,设有上位综合控制机、电压无功调整机、监控管理机等各部分,以CAN网或LON网将各单元连接。监控管理机监管控制操作、中央信号及重合闸投切等功能。远动功能由控制中心发送命令至上位综合控制机,再由上位综合控制机根据命令要求传送给相应监控管理机执行。正常运行时,监控管理机从保护单元数据采集处取数据进行电量计算,然后将电量数据送上位综合控制机。电能计量在监控管理机中对电能脉冲变送器计数采集计算获得。电压无功调整单元数据可从网上获得,达到资源共享的目的。
在综合自动化系统中,由于保护具有的特殊地位,应使保护具有独立性,一是保护的独立,保护的运行与其它信息通信、测量、监控无关。二是CPU独立,保护从单一CPU完成多种保护发展到单一CPU完成多个开关的保护,再发展到单个开关保护由独立CPU完成。三是保护电源独立,不与其它保护、其它单元共用电源。保护本身的完全独立是微机保护安全性、可靠性的基础。
保护单元与监控管理单元之间选用串行通信方式,这种方式既容易实现又具有可靠性,保护和监控的控制输出用同一控制出口回路,保护用电量和监控测量用电量采用保护单元同一PT、CT电量信号,可达到简化二次接线的目的;保护分别由单片机构成,保证保护单元的独立性,监控单元管理保护、操作、信号,用80486工业控制机构成。保护单元执行输出、采集数据、信号量计算和保护动作判别。对于一些复杂的控制、谐波分析、故障点测量都可转换到监控管理单元而完成,减轻保护单元CPU负担。
2 牵引变电所综合自动化系统功能配置
变电所综合自动化系统功能配置主要以完成保护、电能计算、监控为目的,考虑系统可靠性、灵敏度、实时性等要求来合理配置系统功能。正常运行时,随时在线监测牵引网运行、设备运行状况。故障时,快速采集、处理故障数据,保护动作迅速消除故障,使故障限制在最小范围内。同时完成牵引电网的在线计算、存储、统计、分析报表、远传和保证电能质量的自动和遥控调整等功能。
2.1 保护监控单元
保护应独立结构,利用单片机分别构成馈线距离保护、母线差动保护、变压器差动保护、电容保护等单元。用工业控制机构成保护监控管理机。监控管理机通过串口对保护单元直接监视和定时巡回监测,如果检测不到信号则认为保护单元故障,立即提醒值班人员注意。监控管理机控制软压板,控制保护的投切功能。监控管理机通过串口可随时巡查或设定保护子机整定值、保护投切、在线运行参数、开关运行状态,采集自检、自诊断参数、同步时钟等。保护动作出口独立,远方和当地操作可在监控管理机上操作,将命令经过串口送至保护单元执行。监控出口继电器和保护出口继电器可合二为一,减少出口继电器重复、节省电缆。保护单元动作后,通知监控管理机操作重合闸的投撤及重合闸的启动,做故障记录,计算保护动作参数、短路参数。监控管理机根据运行参数和运行状态给出中央信号。电量数据由保护单元在不影响保护动作的情况下,向监控管理机传送测量数据,在线计算电能量,达到资源共享、简化设计、节省电缆,简化设备的目的。
2.2 电压无功综合控制
电压无功综合控制单元的作用是维持电压波动范围和优化补偿,实现对有载调压变压器分接头及无功补偿装置的综合调节。其电网补偿判决数据可从网上电容、差动保护监控管理机单元获得,针对功率因数低、负序大、谐波含量高及随机波动性大的牵引供电系统,广泛应用TSC技术实现快速响应和平滑无冲击地投切电容器。
2.3 系统的监控功能
上位综合控制机完成系统的综合监控功能,包括整个变电所监视、控制、记录、远动等功能。上位综合控制机和监控管理机在主要功能上互为备用设计,上位机故障时,由监控管理机完成主要功能。
监视功能包括:正常运行电量、开关位置状态、主变电能脉冲计量数据、中央信号的显示。正常时,保护采集量送给监控管理机作电量计算,监控管理机根据保护单元信号产生开关位置信号及中央信号。上位机通过网络从监控管理机可获得电量数据、开关信号、中央信号,发现预告和事故信号,进行提示报警。
控制功能包括:完成开关的当地控制和远方控制功能。通过在上位综合控制机操作,实现对本变电所断路器、隔离开关的操作。当地监控和遥控操作时,应闭锁自动重合闸,且将当地和远方相互闭锁,防止误操作。为防止误操作,还应将控制开关的合断分选择、执行两步完成。
记录功能包括:操作记录、事件顺序记录、故障记录。正常运行时操作内容、运行参数和开关位置信号记入运行数据库,以便进行分析。故障记录采用保护动作启动,监控管理机启动重合闸、上位机根据保护动作的参数和信号分别做故障记录,并将记录送控制中心。
远动功能:上位综合控制机接受控制中心发送的远动命令,根据命令要求将具体的控制令转入相应被控监控单元实现操作控制和数据采集。上位综合控制机同时将变电所中开关信号、电量数据返回控制中心。
3 可靠性措施
在综合自动化系统中,由于自动化程度高,要求设备可靠性非常高。
(1)采取保护单元电源应增加滤波、稳定措施,使得主要保护单元的独立,电源独立。
(2)采取硬件可靠性措施,各保护单元均设有“看门狗”电路,硬件出口可靠闭锁,保护出口继电器设失电保护、出口检查,上电自检自复位。
(3)采取软件可靠性措施,软件模块化、标准化,各单元程序自检、自诊断,保护单元自检内部软件、存储器、采集通路。
牵引变电安全监控系统优化研究 篇7
1存在的问题
1.1铁路行业相关规范的缺失
铁路牵引变电的相关工作人员在进行牵引变电安全监控施工期间, 因为验收规定、施工措施的不完善, 以及在设备安装工程中不合理的布线, 在使用了一段时间以后就会出现设备故障或者警报错误的情况。而更为严重的是, 由于运营管理方案的不完善, 导致在安监系统出现问题时, 无法得到有效的解决。而在出现警报错误的时候采用传统的屏蔽警报信息的模式, 不仅不会排除危险, 反而还会造成一定的安全隐患。与此同时, 技术水平的相对低下导致很多的设备在功能上不是很一致, 系统性能的差别也相对较大, 这就造成了它们与消防联动控制等系统无法进行信息共享。
1.2安全监控系统设计中存在的问题
1.2.1专业接口问题
(1) 综合视频监控系统的接口。铁路客运专线安全监控系统通常是通讯专业设计出来的。不过, 通讯专业在选择摄像头的时候, 所选的类型不是特别的适合现场情况, 导致设备的运转很难准确的通过摄像头反映出来。另外, 即便是在安全区域里, 也会出现死角的情况, 而且视频监控和安全监控没有能够和防盗以及火灾警报形成共联, 因此很难在第一时间里接到安全警报。
(2) 气体灭火控制系统的接口。通常, 暖通专业设计牵引变电所气体灭火装置, 而相关的控制工作则交给变电专业。现在的牵引变电所灭火系统都配有火灾探测器, 这样比较有利于启动控制室及时的发出报警讯号。一般情况下, 它和安全监控系统是单独存在的, 并没有形成统一的系统, 而这种现状则无法达到《变电设计规范》当中所提出的的要求。不仅是在《变电设计规范》当中, 《火灾自动报警设计规范》当中也提出了类似的要求。所以, 我国在这方面必须要做出相应的改革措施。
1.2.2设备选型问题
这些年, 由于高铁得到了快速的发展, 所以导致一些牵引变电所不得不因为征地等原因, 开始启用全户内布置的措施, 从而让电缆夹层、竖井等这些平时很少被用到的的布置方式得到了广泛的运用。而过去的典型感温、烟感等探测器现在并不符合《火力发电厂和变电站设计防火规范》中所规定的对于防火探测器的选型要求。同时, 最近几年建设的一些大型变电站, 所需要的火灾探测器特别的多, 而以目前环境监控装置的水准来看, 开入接口根本无法得到足够的供给。所以这就造成万一出现火灾的情况, 将很难得到准确的定位。
2系统方案
2.1设计施工应遵守的规范
一定要根据《设计规范》中的相关规定来进行牵引变电安全监控系统的优化工作。而且不仅如此, 也要遵守国家对于安全监控系统工作的有关规定。在建设牵引变电安全监控系统的工作期间, 则一定要严格按照《设计与安装》中所规定的要求去施工, 除此之外, 《火灾报警和消防控制》中的相关内容, 也是施工人员必须要牢记的, 这样才可以防止异常或者违法的情况出现, 而更为重要的是, 能够进一步的降低火灾隐患, 从而为牵引变电安全监控系统优化工作创造出更好的条件。
2.2图像监视前端设备的选型和设置
在对摄像机进行安装的同时, 一定要和照明系统进行合理的搭配, 这样才能够在晚上或者光线不足的情况下达到最好的观测效果。在摄像机的选择上, 最好采用低照度的。而在有关对室内高度的调整方面, 最好不要比地面低出2.5m;如果是调整室外高度的话, 则最好不要比地面低处3.5m。
而在设置图像监视前端设备方面, 则要注意以下方面:在控制室内要安放一个速球型摄像机, 其目的在于随时能够监控到控制室内所出现的各种状况。同时高压室中也要安放速球形摄像机, 不过和监控室不同的是, 安装的数量为2个。安装的目的就是要监控高压室里所出现的各种状况。最后还要在电缆夹层中安装一个速球形摄像机, 以便监控电缆夹层的工作状况。而在户外220kv设备侧, 在配电装置两侧各安装一台枪型摄像机, 目的在于监控进线侧设备的工作状况。在户外27.5kv设备侧, 也要在配电装置两侧各安装一台枪型摄像机, 目的是在于监控馈线测设备的工作状况。同时在控制室的顶层, 还要再安装一个速球型摄像机, 这样就能将所亭的所有部分都能监控到。
2.3入侵检测前端设备的选型和设置
要在牵引所亭的周围搭建一个2.5m的围墙, 并要把这个围墙当作外周界。同时还要在围墙的四周装上两种类型探测器, 分别是激光类型和红外入侵类型。而对于数量的要求基本都是以4对为主。通常, 激光探测器要比红外光探测器更具有穿透力, 因此激光探测器比较适合在抗击沙尘等恶劣天气下进行使用。由于牵引所亭的防护窗并不是一个正规出口, 所以通常都会选用玻璃破碎探测器, 而具体的安装位置一般是在窗户的正上方, 对于数量的要求基本都是以2个为主。在建筑物里, 控制室一般都会作为正规出口。而为了降低误报出现的概率, 通常都会选择微波探测器, 并将其安装在门的上方, 而对于微博探测器数量的要求, 则会根据门的数量来进行确定。
3结束语
通过以上内容我们能够了解到, 若想加强牵引变电安全监控系统的优化工作, 就一定要制定出完善的施工规范, 做好图像监视前端设备以及入侵检测前端设备的选型和设置工作。因此在今后的工作中, 相关工作者要积极努力, 认真探索, 制定出更为完善的牵引变电安全监控系统优化方案, 从而让我国的铁路管理水平迈向一个新的高度。
摘要：我国对牵引变电安全监控系统的优化工作已经开展了近10年的时间, 不过到目前为止, 发展的还不是特别的完善。因此相关专家根据铁路行业的有关规定, 以及通过在电力及牵引供电行业多年的工作经验, 逐渐发现了在研究期间所存在的问题, 并根据长时间的努力, 终于总结出了具体的解决措施, 那么下面我们就来具体的讨论一下相关的解决措施。
关键词：牵引变电,安全监控系统,优化研究
参考文献
[1]王林.牵引变电安全监控系统优化研究[J].铁道标准设计, 2014 (11) .
[2]王维刚.铁路牵引变电安全监控系统优化研究[J].城市建设理论研究:电子版, 2015 (06) .
[3]韩玉霞.浅谈牵引变电所安全监控系统设计优化[J].城市建设理论研究:电子版, 2015 (23) .
牵引变电 篇8
1 沪宁城际铁路的供电系统概况
为了配合沪宁城际铁路建设,需要电网建设全线各牵引变电站接入系统配套输变电工程。沪宁城际铁路供电系统示意图如图1所示,主要由电力供电系统与牵引供电系统组成。
1)电力供电系统是沪宁城际铁路的基础设施之一应与牵引变电站系统配套同步规划和建设。其电源进线的导体截面和系统短路容量按远期高峰小时负荷和牵引变压器安装容量确定,即应满足远期高速电力机车300 km/h及以上、3min追踪运行间隔的要求;按一次建成考虑,应满足远期客运量增长的需要;为保证沪宁城际铁路牵引供电系统的电压水平、确保电力机车稳定正常运行的角度出发,牵引变电站接入电网的系统短路容量应满足相应要求。
2)牵引供电系统采用带有自耦变压器(AT)的供电方式,接触网额定电压为25 kV。全线江苏省境内新建宝华山、丹阳、常州、望亭东和昆山5座牵引变电站;上海市范围新建黄渡牵引变电站1座,改造南翔牵引变电站1座。其中,昆山牵引变电站为合建站,同时为沪宁城际和京沪高铁供电。牵引供电系统由牵引站、接触网和电力机车组成,其回路为牵引变电站、馈电线、接触网、电力机车、钢轨与大地、回流线。在这个闭合回路中通常将馈电线接触网钢轨与大地回流线统称为牵引网。牵引变电站由牵引变压器将三相220 kV交流电变换为2个27.5 kV单相交流电,分别为上、下行双向接触网供电;牵引变电站任一侧接触网都称供电臂,两臂电压一般并不同相,由分相绝缘器隔离。相邻牵引变电站间的接触网电压一般同相,其间除用分相绝缘器隔离外,还设置分区亭,通过分区亭断路器(或负荷开关)的操作,实行双边(或单边)供电。
2 常州牵引变电站建设工程
常州牵引变电站地处常州天宁区与戚墅堰区交界处,在沪宁城际铁路北侧20 m处。由220kV东青变电站向常州牵引变电站供电。
因沪宁城际铁路为一级负荷,供电可靠性要求很高,常州牵引变电站接入系统方案是:新建东青变电路至牵引变电站的220 kV线路2回,互为热备用;受规划制约,采用电缆方式接入220 kV系统。
2.1 牵引变电站电气一次部分
1)牵引变压器。设置4台单相牵引变压器,容量为2×(40+40)MV·A,2台运行,2台固定备用,V/v接线,户外布置方式。
2)220 kV场地。2路220 kV进线为架空分支接线方式;进线隔离开关电源侧各装一组电压互感器、一组避雷器并通过手动隔离开关接至电源,采用变压器和线路直接连接的方式;220 kV配电装置为户外布置方式。
3)牵引变压器2×27.5 kV侧:
(1)牵引变压器2×27.5 kV侧的N线接至集中接地箱中的铜母排上和线分别接有避雷器,并通过双极断路器、电流互感器和双极三工位隔离开关接至2×27.5 kV侧母线上;2×27.5kV母线上装设有电压互感器。
(2)上、下行馈线出口处T、F线各装设氧化锌避雷器;同一方向供电臂馈线之间设置一台上、下行联络电动隔离开关,可使所接的上、下行馈线的断路器和隔离开关互为备用。
(3)2×27.5 kV配电装置为户内气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)开关柜布置方式;27.5kV进线、馈线均采用电缆引入和引出,馈线电缆按50%备用设计;27.5 kV自用变压器和10 kV自用变压器采用户内布置,高、低压侧均采用电缆引入。27.5 kV进线和馈线分别采用3×(1×400 mm2)和3×(1×300 mm2)的铜芯电缆。
2.2 牵引变电站电气二次部分
1)继电保护。
牵引变电站采用微机保护综合自动化系统,其保护配置主要包括牵引变压器保护、馈线保护等:
(1)牵引变压器保护用于变压器内部、外部故障及超范围的过负荷保护,主要实现差动保护,220 kV侧失压、低压过流保护,27.5 kV侧低压过流、过负荷、过压保护等;主变压器设置瓦斯报警、跳闸保护,油温过热报警、跳闸保护。牵引变压器保护动作将使牵引变压器两侧断路器跳闸。
(2)馈线保护主要完成:适应本线牵引负荷特点的不少于二段距离保护和过流、高阻、断路器失灵保护等,用于切除馈线短路故障及超范围的过负荷电流保护等。
2)通信部分。
上海铁路局调度所新设沪宁城际电调台及调度员负责全线牵引供电系统的调度指挥。为解决各牵引变电站通信业务需求,沪宁城际全线铁路两侧均敷设1条32芯长途干线通信光缆,一主一备,用于各牵引变电站远动系统和调度电话接入。
牵引变电站设622 Mb/s光传输分插复用器(ADM)设备和光纤接入网光节点(ONU)设备,分别提供远动系统2 M通道和调度电话。远动信息接入上海铁路局调度所,通道由ADM设备提供,接口为FE接口。调度员设调度电话主机,牵引变电站设调度电话分机,电调分机由ONU设备提供,接口为自动电话POTS接口。
3)站用电交、直流系统:
(1)交流电系统设有两段220 V和380/220V交流母线,其中一路由接引2×27.5 kV母线单相自用变压器供电,另一路由10 kV线路的三相自用变压器供电,两路电源设自动投入装置。
(2)直流电系统采用铅酸免维护蓄电池组,容量满足全站事故停电2 h的放电容量和事故放电末期最大冲击负荷容量的要求;采用高频开关电源模块对蓄电池组进行强充电、均衡充电、浮充电及供给正常运行负荷等。直流系统输出电压为110 V。
(3)站用电交、直流系统的监测单元纳入常州牵引变电站综合自动化系统,以实现远程监控。
3 220 kV东青变电站配合常州牵引变电站的改扩建工程
220 kV东青变电站为江苏省电力公司2009年5月份建成投运工程,已有220 kV、180 MV·A主变压器1台,220 kV出线2回,单母线接线。为配合常州牵引变电站的建设,东青变电站要进行改扩建。
3.1 出线间隔调整
由于东青变电站220 kV出线已达一期设计规模,并未规划牵引变电站间隔。本期结合规划预留2回备用出线间隔的位置及破东青变电站南侧围墙扩建4回220 kV出线间隔(包括牵引变电站2回),再利用征地扩建1回母联2回分段间隔,将接线形式完善为双母双分段。
为满足牵引变电站供电稳定性及出线走向的要求,结合2010年常州电网加强工程,需对原规划间隔排列做相应的调整。
3.2 二次设备室扩建
原二次设备室已不能满足本期改扩建工程的要求,故在扩建部分场地靠近南侧围墙侧建1个220 kV保护小室,尺寸按照2排共24面柜设计。本期新增屏柜中220 kV系统线路、分段、母联保护柜与测控柜、母线电压互感器并列柜、故障录波器柜、电能表柜及直流馈线柜布置于220 kV保护小室内,其他新增屏柜布置于二次设备室,屏柜外形尺寸同二次设备室内其他设备。
3.3 测控保护配置
东青变电站采用计算机监控,本期扩建2个220 kV出线间隔、2个220 kV母联间隔、2个220 kV分段间隔,需新增6套220 kV测控装置,每2套测控装置组1面柜,共组3面测控柜。需新增220 kV母线电压互感器并列柜1面,母线测控柜1面。本期新增1面直流馈线柜,布置于220 kV保护小室。220 kV东青变电站改扩建工程后的系统保护配置图如图2所示。
双回220 kV电缆的线路按保护双重化配置,每回线路都设置2套光纤电流差动保护:PSL603+RCS931。但也有其主要特殊性如下。
1)每一套线路保护都包含完整的后备保护、重合闸,并且为电气化铁路版本。
2)受牵引变电站内柜位限制,2套线路保护共置1面柜,共用1组电流互感器回路,配置1台能在2套保护间切换使用的打印机。
3)牵引变电站侧保护不出口跳主变压器断路器,后备保护和重合闸停用,分差接弱电应答(不跳闸);不配置失灵、远跳功能;保留所有功能压板,取消跳闸出口压板和保护屏内操作箱,保护开入接点采用硬接点强电接入。
4)牵引变电站的负序分量较大,东青变电站的站内220 kV母线保护以及其他线路保护应根据铁路部门提供的负序电流分量调整相应的保护定值。
4 东青变电站至常州牵引变电站的电缆工程
4.1 电缆路径及施工
本工程线路采用双回路电缆,主要分为常州牵引变电站至龙城大道段、龙城大道至青洋北路西侧段、青洋北路西侧至东青变电站段3段,总长度约为5.7 km,沿线敷设两根24芯普通光缆。东青变电站侧采用电缆从扩建后的220 kV构架北起2号、16号间隔向西出线;常州牵引变电站北侧220kV出线构架采用双回路电缆向北出线。
4.2 电缆选型及接地
本工程每回电缆的最大输送容量为430 MV·A、最大工作电流为1 128 A,其电缆截面选择为1 600 mm2,类型为单相铜芯、交联聚乙烯绝缘、皱纹铝护套、PE外护套的阻燃电力电缆。电缆单根长度约为6 km,分6交叉互联段,18小段;每盘电缆长约333 m,双回共108盘。
为了提高电缆输送容量,减少其金属护套的环流损耗,本工程电缆金属护套接地方式是:两侧终端互联后经接地箱与终端构架接地网连接,保证运行人员接触正常运行的电缆不会危及人身安全;中间交叉互联部分选择直通接头处经接地箱与接头井接地网连接,绝缘接头处利用同轴电缆交叉换位后经保护器与接头井接地网连接;当过电压入侵时,金属护层的保护器动作,在金属护层上仅有保护器的残压,确保电缆安全。
4.3 电缆土建部分
本工程电缆采用电缆沟、箱涵、顶管、桥架等方法敷设。电缆沟道的防水设计:电缆沟、箱涵、接头井采用C30抗渗混凝土;电缆沟与箱涵接头处以及电缆沟与接头井接头处采用止水法兰连接。
5 常州牵引变电站输变电工程的通信接入和调度方案
常州牵引变电站输变电工程的通信接入系统方案:沿东青变电站至常州牵引变电站新建电缆线路,敷设单根长度约6.0 km的24芯普通光缆2根,由东青变电站点对点接入常州电力通信环网主环网。
通信设备配置:牵引变电站配置1台622 M同步数字体系(SDH)光通信设备,1台脉冲编码调制(PCM)设备;东青变电站新增1台622 MSDH光通信设备;常州供电公司及武南变电站各新增1台PCM设备。
通过上述光缆及设备配置,将牵引变电站由东青变电站点对点接入常州电力通信网,由此构成牵引变电站至江苏省调、常州市调二级调度的通信及调度自动化主备通道。常州牵引变电站调度关系为江苏省调、常州市调的二级调度;东青变电站调度关系不变,原有通信自动化通道保持不变。
6 电能质量、供电可靠性及电量计量问题
沪宁城际铁路采用交直交传动300 km/h CRH3动车组,其主要电气参数如表1所示。其负荷特性表现为功率因数高,牵引变电站高压侧月平均功率因数在0.9以上,谐波电流大。因此,牵引变电站已不设无功补偿装置,但预留有滤波装置安装场地。
当前沪宁城际铁路对电网电能质量的影响主要由单相供电造成的电网三相电压不对称,即负序分量注入等。为加强对三相电压不平衡、谐波等电能质量指标的监测,东青变电站至常州牵引变电站的2回电力电缆线路两侧均各自配置1套24 h电能质量在线监测装置,其功能和技术参数满足江苏省电力公司的A类设备要求。
由于牵引变电站至牵引网采用AT方式供电,即使东青变电站至常州牵引变电站220 kV电缆2回全部失电,因临近的丹阳和望亭东2座牵引变电站都有较强的越区供电能力,可保证沪宁城际铁路仍能继续运行。
本工程电能量计量点定在牵引变电站侧,在牵引变电站每回220 kV进线侧装设主、备关口计量表,精度为0.2S级;系统侧东青变电站出线配置1块相同精度校核表,相应的计量设备满足有关规程规定。
7 结语
作为沪宁城际铁路的供电系统,牵引变电站及其配套输变电工程的建设至关重要。常州地区首次承担建造了用于高速客运专用铁路的牵引变电站及配套工程,其中牵引变电站属于标准设计,但接入地区电网的输变电工程却差异很大,尤其是本次接入东青变电站的约6 km的2回220 kV电缆工程在常州地区尚属首次。整个工程克服了2010年2、3月份的长时间的降雨、施工技术难度大及施工时间紧等一系列困难为沪宁城际铁路能按期顺利通车以及紧随其后的京沪高铁供电系统的施工建设打下了坚实的基础
摘要：作为沪宁城际铁路的供电系统,地区牵引变电站输变电工程的建设独具特点并至关重要。阐述了沪宁城际铁路的供电系统,介绍了常州牵引变电站及其接入电力系统的东青变电站相应的改扩建工程,分析了东青变电站至常州牵引变电站的220 kV电缆工程建设情况,以及通信、调度和电能质量方面的相关问题。
关键词：沪宁城际铁路,牵引变电站,电缆工程,电能质量
参考文献
[1]江苏科能电力工程咨询有限公司.沪宁城际铁路牵引站接入系统配套输变电工程可行性研究报告[Z].南京,2009.
牵引变电所动态无功补偿方式研究 篇9
为提高电力系统的容量利用率和供电质量, 我国对各级电网及各类电力用户功率因数有着明确的规定, 并采用经济手段进行管理, 将大宗工业用户经济功率因数定为0.90, 高于0.90奖励, 低于0.90惩罚。提高电网与负荷功率因数最实用、最经济的方法是采用并联电容补偿, 这也是电气化铁道广泛使用的方法[1]。
1 补偿方案
近几年, 结合国外的先进技术, 我国电气化铁道牵引变电所无功补偿与谐波综合治理提出了多种补偿方案, 无论哪种方案, 都是力求基波下补偿牵引负荷的感性无功功率, 提高功率因数, 降低负序, 并构成有效的滤波通路, 滤除 (或抵消) 指定谐波。主要方案有[2,3,4]:
(1) 安装固定电容器和电抗器组成单调谐滤波器。
(2) 分组或真空断路器投切电容器。
(3) 固定滤波器+晶闸管调节电抗器 (TCR) 或固定滤波器+晶闸管调节变压器 (TCT) 。
(4) 晶闸管投切电容器 (TSC) 。
(5) 固定滤波器+可控饱和电抗器。
(6) 固定滤波器 (FC) +电容器 (TC) +电抗器 (TL) 调压。
(7) 有源补偿器。
2 牵引变电所补偿方案分析
现以某牵引变电所实际参数和实测数据为基础进行补偿方案效果仿真, 该变电所其进线电压为110kV, 牵引变压器采用阻抗匹配平衡变压器, 容量为16MVA。
2.1 固定补偿方案
对于固定并联补偿在“返送正计”的计量方式下存在一个最佳容量配置点, 可使固定补偿达到最佳状态。对于某一确定的负荷过程曲线, “返送正计”时固定补偿最佳容量配置点完全可以通过计算机编程得到[5,6]该变电所的实际测试数据, 可以计算出负荷各点的无功功率并将之排列, 如图1所示。
a相无功功率排列 b相无功功率排列
由图1可知a相空载概率约为45.8%, b相空载概率约为34.4%, 通过近似计算和反复比较可知a相最佳固定补偿容量为65kvar, b相最佳固定补偿容量为1000kvar, 补偿效果见表1。
由表1可以得出固定补偿效果不是很明显, 不能满足要功率因数提高到0.9的要求, 必须进行可调补偿的设计。
文献理论计算表明在反送正计方式下, 按照近似负荷, 无功补偿度最大只能达到0.5, 此时空载概率为0;空载概率在25%左右时, 无功补偿度约为0.22;空载概率大于37.5%时, 无功补偿度已小于0.08, 这时补偿效果已相当的不明显, 当空载概率等于或大于50%时, 补偿度为0时功率因数取得相应的最大值, 随着补偿容量的增加, 功率因数将比无补偿时低, 即越补越差。当空载概率小于50%时, 负荷功率因数与固定补偿容量关系曲线存在凸点, 如果在该点的容量配置下仍不能使功率因数达到目标值, 那么无论固定补偿容量多大, 都无法达到补偿要求。此时必须放弃固定补偿方式。通过分析大量测试的牵引变电所数据和计算, 在反送正计方式下, 单线和运量小的复线牵引变电所采用固定补偿方式功率因数已经不能满足0.9的要求。
2.2 动态补偿方案
前面已经得出固定补偿不能满足要求, 需进行动态可调补偿的设计, 本文提出固定滤波器 (FC) +可调滤波器 (TC) +可调电抗器 (TL) 的补偿方案[7], 其原理结构如图2所示, 该方案可根据具体变电所的实际负荷和谐波情况进行方案组合, 对于谐波较严重的变电所, 从滤波的安全性和有效性出发, 采用固定的多次单调谐滤波器, 滤波支路可根据需要采用3次, 3、5次, 或3、5、7次滤波器;可调电容支路 (TC) 和可调电抗支路 (TL) 用于调节无功, 由变电所无功负荷状况决定采用TC或TL或两者同时采用。对于谐波不是非常严重而以提高功率因数为主的变电所, 还可以在此方案基础上进一步简化, 省掉固定滤波支路, 通过降压调压变压器, 采用分接开关无载调压和晶闸管开关的有载分合直接调节无功元件 (滤波器) 的无功输出。考虑的方案是固定滤波器 (FC3) +可调滤波器 (TC3) +可调电抗器 (TL3) 的补偿方案。
2.2.1 确定补偿装置中电容器组的安装容量
固定补偿装置中电容器组选择单个电容器的额定容量为100kvar, 额定电压为10.5kV。低压侧的可调补偿支路选择单个电容器的额定容量为100kvar, 额定电压为1.05kV, 原理上等效于在一个27.5kV/2.75kV的多抽头调压变压器的可调侧采用额定容量为100kvar, 额定电压为10.5kV的电容器进行补偿的设计。经过计算及反复尝试, 在使功率因数达到要求的条件下确定实际补偿装置的参数如图3所示。
2.2.2 降压调压变压器低压侧抽头控制策略
假设降压调压变压器低压侧抽头调整的延时时间为6s, 相当于测试数据的两个时间点, 抽头控制策略如下:判断某时间点是否需要调档, 若需要则取一个限制状态t=1, 即抽头延时6s完成换档, 这时补偿支路在此点和下一点无功率输出, 若不需要则取一个限制状态t=0, 这时补偿支路在此点输出的无功与前点相同, 变压器抽头换档只能在t=1时 (延时6s) 才能进行, 计算机仿真变压器控制策略的编程主要流程, 如图4所示。
主要参数:t为延时控制参数, mchushi为初始档位, 也为比较档位, m为最终档位, md是调变档位。
变压器换档策略:换档延时过程中晶闸管断开, 无补偿。两次换档之间有延时, 主要是受分接开关特性限制。
档位选择的考虑:undefined, 并且此时延时达到换档时间, 则下调一挡;undefined, 并且此时延时达到换档时间, 则上调一挡;其他情况不换档。
2.2.3 补偿后电压迭代计算
补偿后电压值一般来说是升高的, 等效模型如图5所示, 用迭代法求得其变化后电压值, 可以做以下的条件假设。
(1) 设计时假设牵引负荷功率不变和电源电压不变;
(2) 在超前相和滞后相同时装设补偿装置, 设计时两相单独考虑, 即不考虑两相实际运行时的相互影响, 见表2。
由此等效模型可以利用迭代法求补偿之后的牵引负荷端口电压, 其中undefined为牵引负荷端口电压, Us为电源电压, Xs和Xt分别为系统阻抗和变压器阻抗, Xtc为补偿阻抗, 随着降压调压变压器的换挡而变化, P和Q是牵引负荷功率。具体迭代过程见下列式子:
undefined
这样迭代下去, 直至前后电压差值小于1V。
2.2.4 补偿效果
利用MATLAB软件进行仿真, a、b相的功率因数分别提高到0.9240和0.9308, 补偿后的a相仿真结果如图6所示, 动态补偿能够很好的完成功率因数0.9的要求。
本动态补偿方式兼顾滤波, 其补偿效果, 如图7所示。
由上述仿真结果可得, 此动态补偿的方案很好的完成了设计要求。由前面可知目前动态无功补偿方案有很多种类, 但对于某一个牵引变电所, 从综合补偿角度综合来看, 并不是所有的动态补偿方案都能达到预期的效果, 例如对于空载率较高一个牵引变电所, 那么采用固定滤波器+晶闸管调节电抗器 (TCR) 这种补偿方案滤波效果就不理想, 因为TCR本身也是一个谐波源, 在其工作在中间状态时会产生大量的谐波。所以在确定牵引变电所补偿方案时一定要根据牵引变电所牵引负荷的特点来确定补偿方案。
3 结束语
在采用反送正计的计量方式下, 空载率较高牵引变电所在采用固定补偿方式存在过补状况, 不能满足功率因数0.9的要求, 而且空载率越高补偿效果越差, 此时须采用动态补偿方式。而确定动态补偿方案时, 必须依据牵引变电所牵引负荷的特性和技术要求来确定补偿方案。牵引变电所的补偿系统像其他设备一样, 其取舍及其采用的方式取决于技术指标和经济性能的综合考虑。虽然技术指标通常是较为关键的, 但是工程上对经济性能的要求也较为迫切, 特别是技术指标已基本满足要求时, 经济性能则成为决策的主要依据。
参考文献
[1]李群湛, 贺建闽.牵引供电系统综合补偿技术及其应用[J].电气化铁道, 1998 (3) .
[2]焦剑扬, 刘明光.牵引变电所无功补偿方式综述[J].电气开关, 2006 (6) .
[3]温建民.山区铁路牵引变电所无功补偿方案研究[D].西南交通大学, 2007.
[4]张丽, 李群湛.TSC在牵引变电所无功补偿中的应用[J].铁道学报, 2000 (4) .
[5]张丽, 李群湛, 贺建闽.无功反送正计条件下最佳固定补偿容量的选择[J].铁道学报, 2003.
[6]贺建闽, 黄治清, 李群湛.牵引变电所固定并联电容补偿有效性评价[J].铁道学报, 2004 (3) .
浅谈牵引变电所的无功补偿 篇10
我国的电气化铁路大部分采用的是单相交流工频制式, 但电力机车是随列车重量、线路坡道、牵引或制动等不同运行条件而变化的一个时变负荷, 由此给电网带来了功率因数低、谐波含量高等一系列问题。解决好电网的无功功率补偿和谐波问题, 对于提高电能质量、保证电力机车安全运行、节能降耗等具有重要意义。为了提高功率因数, 就必须进行无功补偿, 即向电力系统注入一定的无功功率, 以达到提高功率因数的目的。我国供用电规则要求功率因数不低于0.90, 且无功表不许反转, 实行“反送正计”, 即过补偿也视为欠补偿。
1 无功补偿的基础知识
有功功率P:在交流电路中, 消耗在电阻元件上、功率不可逆转的那部分功率叫有功功率。
无功功率Q:随交流电的周期与电源不断进行能量转换, 但并不消耗能量的那部分功率叫无功功率。
视在功率S:交流电源提供的总功率称为视在功率, 等于电压乘以电流。
如图1所示, 有功功率P、无功功率Q、视在功率S (S与P的夹角为φ) 的关系如下:
功率因数等于有功功率除以视在功率, 即cosφ=P/S, 感性电路中电压超前电流90°, 而容性电路中电流超前电压相位90°, 如果在同一电路中, 感性无功功率与容性无功功率正好方向相反。如果容性电抗等于感性电抗, 即XL=XC, 就有QC=QL, 二者正好大小相等、方向相反, 无功功率等于0。但是感性负载是时变负荷, 不能做到正好抵消, 将功率因数提高至接近1, 是无功补偿的发展方向。
如图2所示, 当电路中未接入电容C时, 流过电感L的电流为IL, 流过电阻R的电流为IR, 总电流I1=IR+j IL, 此时相位角为φ1, 功率因数为cosφ1。并联接入电容C后, 总电流I2=IR+j (IL-IC) , 功率因数为cosφ2。由此可以推导出, 如果电容的容抗与电感的感抗相等, 则有I2=IR, 这时电路呈阻性, 只产生有功功率。cosφ=1, 这便是全补偿。
2 牵引变电所无功补偿的现状
电气化铁路是电力系统的用电大户, 并且牵引用电大部分是感性负荷, 需要对系统进行无功补偿。利用容性负载与感性负载相位相反可以相互抵消的原理, 可以在靠近负荷中心的地点进行无功功率的就地补偿, 还可以根据需要分散到其他地点进行补偿, 一般是在牵引变电所牵引侧高压母线上串、并联电容器组, 由于电容器过电流、过电压能力较差, 断电后有残压, 再次合闸送电会产生过电压和涌流现象, 还要串联接入避雷器、熔断器、放电线圈、电抗器等设备加以保护。
电容器组的作用是提供容性无功功率来抵消系统内部的感性无功功率, 从而提高负载和系统的功率因数, 以减少功率损耗, 提高供电质量;电抗器的作用是抑制装置投入时的合闸涌流, 抑制牵引负荷产生的高次谐波, 并防止电容器组与感性负载产生高次谐波并联谐振;放电线圈的作用是释放电容器储存的电量, 使电压迅速下降到50 V以下, 防止再次送电时产生过电压和合闸涌流。
3 并联电容无功补偿的计算公式
在牵引变电所的实际运行中, 需要根据电力机车的实际运行状况计算出功率因数, 进而决定是否需要对无功补偿容量进行增加或减小。下面是无功补偿容量的计算公式:
3.1 无功补偿计算容量
式中, QX为无功补偿计算容量 (kvar) ;PL为供电臂平均有功功率 (k W) ;cosφ1为补偿前电源侧功率因数;cosφ2为补偿后电源侧功率因数。
3.2 供电臂平均有功功率
3.2.1 供电臂平均有功功率
式中, Ipt为供电臂计算电流 (A) ;UM为牵引变电所二次母线额定电压 (k V) ;cosφ0为补偿前牵引侧功率因数。
3.2.2 供电臂计算电流
式中, IP为供电臂平均电流 (A) ;q0为牵引变电所无带电列车概率。
3.2.3 供电臂平均电流
式中, UH为接触网额定电压, UH=25 k V;T为每日计算时间 (min) ;Ni为各种列车对数 (对/d) ;Ai为各种列车在供电臂内上、下行总能耗 (k VA·h) 。
3.2.4牵引变电所无带电列车概率
(1) 两供电臂平均带电概率:
式中, tg Ai、tg Bi分别为列车在供电臂 (A或B) 上、下行全部带电时分 (min) ;nA、nB分别为供电臂 (A或B) 列车追踪间隔, 单线区段为区间数。
式中, ∑Ti为供电臂列车上、下行总走行时分 (min) ;T追为列车追踪间隔时分 (min) 。
(2) 供电臂无带电列车概率:
(3) 变电所无带电列车概率q0:
4 结语
本文讲述了我国电气化铁路牵引变电所无功补偿的基础知识和应用方案, 并给出了根据牵引变电所的日常运行参数来计算功率因数的公式, 有助于运营维护单位据此了解牵引变电所的实际运行状况。
摘要：介绍了无功补偿的基础知识及牵引变电所无功补偿的现状, 在此基础上给出了无功补偿容量的计算公式。
关键词：电气化铁路,牵引变电所,无功补偿
参考文献
[1]李群湛, 方军.电气化铁道并联综合补偿及其应用[M].北京:中国铁道出版社, 1994.
浅谈铁路牵引变电所馈线保护 篇11
1 馈线保护面对的几个问题
交流电气化铁路牵引供电系统是一个单相系统。其负荷特性不同于一般的电力系统负荷, 主要表现在:
1) 牵引负荷不仅是移动的, 而且其大小随时都在变化;
2) 牵引供电臂供电距离长, 单位阻抗比一般输电线路单位阻抗大;
3) 牵引负荷的变化频率及幅度远远大于一般的电力负荷;
4) 当在接触网电压下空载投入机车牵引变压器, 或馈线突然断电、机车失压后由自动重合闸动作将馈线断路器重新投入, 或电力机车在运行过程中失电而又复得 (如机车惰性通过电分相) , 或含有AT、BT的牵引网空载投入等情况下会产生励磁电流;
5) 为了适应机车沿线路移动牵引网的结构比电力系统输电线路要复杂得多。
2 馈线保护的分类
2.1 距离保护
由于交流牵引负荷与交流牵引网短路参数与电力系统有很大的不同, 仅反映电流值变化的电流保护灵敏系数较低, 一般不能作为牵引馈线的主保护。距离保护既反映被保护线路故障时电压的降低, 又反应电流的升高, 即距离保护反映的是故障点至保护安装处的距离 (阻抗值) , 采用方向阻抗继电器时还可反应相角的变化, 同时不受系统运行方式的影响, 其灵敏系数较高。因此在馈线保护中一般采用距离保护作为主保护。
2.2 电流速断保护
从牵引负荷的特点可知, 在某些情况下牵引网短路电流将接近负荷, 甚至低于负荷电流。因此, 如何区分故障电流和正常负荷电流是电流速断保护的关键。整流型电力机车的电流均含有大量的高次谐波, 因此可以利用谐波含量的多少来区分是正常的负荷电流, 还是故障电流。另外, 励磁涌流含有大量的二次谐波电流, 因此可以利用二次谐波含量区分励磁涌流和故障电流。
牵引网运行方式的不同以及保护安装位置的不同, 电流速断的整定也就不同。例如, 在单线单向供电方式下, 牵引变电所馈线电流速断保护一般根据最大负荷电流整定。在复线末端 (分区所) 并联运行方式下, 牵引变电所馈线电流速断保护按末端 (分区所) 短路时的最大短路电流整定。电流速断保护的缺点是其保护范围受系统运行方式的影响, 在某些情况下电流速断保护可能没有保护范围。因此, 一般需要对电流速断保护的灵敏性进行校验, 当灵敏性不能满足要求时, 可以在电流速断保护中增加低电压启动判据, 同时适当减小电流整定值, 若仍不能满足灵敏性要求, 则电流速断保护不能采用。
2.3 电流增量保护
当牵引网发生短路故障时, 如果在短路点存在过渡电阻, 过渡电阻将使短路电流减小, 同时使测量阻抗增大。如果过渡电阻较大, 可能导致距离保护和电流速断保护拒动。通过分析牵引负荷电流和故障电流可以看出:在正常情况下, 由于电力机车电路中大电感的作用, 电力机车电流在短时间内增量不会很大, 尤其是在电力机车启动时。当牵引网和电力机车发生短路故障时, 短路电流将急剧增加。根据这个特点构成的保护称为电流增量保护。因此, 电流增量保护的基本思想是根据电流在短时间内的变化幅度来区分是负荷电流和故障电流。
电流增量保护的主要优点是选择能力比普通电流保护强。一般电流保护是根据最大负荷电流整定, 而一个供电区间的最大负荷电流一般能达到一列电力机车最大电流的2倍左右。而电流增量保护除了反映稳态最大负荷电流以外, 还同时反映短时间内电流的增量。因此, 其电流整定值可适当减小到一列电力机车的最大电流。例如, 日本东海道新干线上一般过电流保护的整定值为2000A左右, 而电流增量保护为1000A, 故其保护范围将大大延长。同时从电流增量的原理可以看出, 在牵引网发生高阻接地故障、异相短路故障时, 电流增量保护的灵敏性比普通电流保护和距离保护的灵敏性要高。
2.4 反时限过负荷保护
高速电气化铁路一般采用大功率电力机车, 行车密度高, 负荷电流大, 当接触网因为长期大电流发热达到一定的程度时, 应切断馈线断路器, 以保证行车安全。电力机车在线路上行驶的时候, 负荷电流经常变化, 即在任一电流之下运行的时间都很短。而故障电流只要一旦产生, 就会持续到故障切除以后才会消失。因此可以根据电流持续时间的不同来区分是正常负荷电流还是故障电流。根据这一原理可以构成反时限过负荷保护。反时限过负荷保护一般作为馈线保护的后备保护, 需保护线路全长。
2.5 接触网发热保护
电气化铁道的发展方向是高速、重载。在高速、重载的情况下要求接触网具有高度的稳定性, 只有高度的稳定性才能保证接触悬挂不变形, 才能保证稳定的受流质量, 才能保证高速重载列车的正常运行。高速重载列车的单车牵引电流较大, 在列车时速为300-350km/h时可达到600-1000A, 接触网在长期大电流的情况下发热, 张力降低, 稳定性下降, 从而影响到高速重载铁路的正常运行, 因此需要设置热过负荷保护完成对接触网的保护。
接触网发热保护的动作原理主要是通过采集外界环境温度和接触线电流, 通过内部程序计算, 将计算结果与整定值相比较, 如超出规定值便发出报警、跳闸命令, 从而达到保护接触网的目的。
接触网发热保护的两个基本元素为外界环境温度和负荷电流。外界环境温度的测量通过一个温度传感器完成。将测量的外界温度转化为电流信号输入到保护装置。当检测到外界温度超过正常范围时, 闭锁温度输入, 并保留上次的测量值。保护装置采集外部接触线流过的电流, 通过内部运算程序计算出接触线的温度, 当计算的温度超过设定的跳闸温度时, 启动跳闸回路, 跳开馈线断路器。
2.6 一次自动重合闸
为了保障牵引供电的可靠性, 在馈线保护中设置一次自动重合闸。当牵引网发生瞬时性故障时, 通过馈线保护的自动重合闸能够快速恢复供电。当线路发生永久性故障时, 如果故障电流很大, 为了防止对牵引网的第二次冲击, 可选择投入大电流闭锁重合闸功能。