牵引供电

评语： 考 勤 (10) 守 纪 (10) 设计过程 (40) 设计报告 (30) 小组答辩 (10) 总成绩 (100)

专 业： 电气工程及其自动化 班 级： 电气1104 姓 名： 张玉红 学 号： 201109415 指导教师： 王秀华

兰州交通大学自动化与电气工程学院

2014 年 7月 12日

电力牵引供电系统课程设计报告

1 设计原始题目

1.1 具体题目

某一段接触网的接线形式为单链形悬挂，接触网接触悬挂类型是GJ-70+TCG-100并且牵引变电所装设三相YN，d11结线的牵引变压器。已知∆Pd=102kW，∆P0=20.2kW，两台变压器并联运行，两供电臂有效电流分别为337A和237A，平均电流分别为276A和192A，承力索、接触线的持续载流量分别为120A和600A，变压器的额定相电流为Ie=182A，接触线的单位阻抗、承力索的单位阻抗以及接触线和承力索的单位互阻抗分别为：zj=0.234+j0.730Ω/km，zc=1.98+j1.205Ω/km，zjc=0.05+j0.437Ω/km。rI=0.209Ω/km，rI II=0.026Ω/km，牵引变电所供电的两供电臂及牵引计算所得相关数据如下表1所示，结线型式如图1所示。

表1 接触网的各种参数

列车全部运行时间∑t(min) 列车电流间断系数α 供电臂平均车数m 列车平均电流It(A)

下行 上行 下行 上行 下行 上行 下行 上行

19.1 20.7 3.13 1.06 1.73 1.73 40

122

21.9 22.8 1.87 1.79 1.94 1.94 66 67

21.8km25.4km

图1 牵引网的接线型式

试对接触网的电能损失进行计算。

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电力牵引供电系统课程设计报告

1.2 内容

根据接触网的参数及其接线悬挂类型，分析计算牵引网的电能损失和牵引变电所的电能损失。

2 设计课题的计算与分析

2.1 设计的意义

牵引供电系统的电能损失包括牵引网的电能损失和牵引变电所的电能损失。牵引供电系统的电能损失是电气化铁道的一项重要的运营指标，具有很重要的经济意义。不同的牵引变电所结线型式和不同的接触网供电方式，使牵引供电系统的电能损失不相同。因此，在供电方案的经济技术比较中应予以充分考虑，牵引供电系统电能损失的计算条件，一般应和牵引变电所容量的计算条件相对应。

3 详细的计算

3.1 牵引网的电能损失

3.1.1 双线区段直供接线型式

(1) 计算并联供电情况下左侧供电臂的电能损失：

① 下行供电臂的电能损失

1.1α下2rIrIIIm-15rI3rIII下6242-4 (1) ΔA下8.76m下It下L10m上It上rIrIII8It下式中，α是列车电流间断系数，m是供电臂平均车数，It是列车平均电流(A)，rI、rI II分别为牵引网的自阻抗和互阻抗(Ω/km)，L为供电臂的长度(km)。

将表中数据代入式(1)可得：

ΔA下23.5104kWh/年

② 上行供电臂的电能损失

1.1α上2rIrIIIm-15rI3rIII上6242-4 ΔA上8.76m上It上L (2) 10m下It下rIrIII8It上

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电力牵引供电系统课程设计报告

将表中数据代入式(2)可得：

ΔA上67.4104kWh/年

③ 左供电臂的总电能损失

ΔAΔA下ΔA上23.567.490.0104kWh/年

 (2) 计算并联供电情况下右侧供电臂的电能损失：

① 下行供电臂的电能损失

1.1α下2rIrIIIm-15rI3rIII下6242 ΔA下8.76m下It下L10-4 (3) mIrr上t上IIII8It下式中，α是列车电流间断系数，m是供电臂平均车数，It是列车平均电流(A)，rI、rI II分别为牵引网的自阻抗和互阻抗(Ω/km)，L为供电臂的长度(km)。

将表中数据代入式(3)可得：

ΔA下47.8104kWh/年

② 上行供电臂的电能损失

1.1α上2rIrIIIm-15rI3rIII上6242 ΔA上8.76m上It上L10-4 (4) mIrr下t下IIII8It上将表中数据代入式(4)可得：

ΔA上47.6104kWh/年

③ 左供电臂的总电能损失

ΔAΔA下ΔA上47.847.695.4104kWh/年

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

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3.2 牵引变电所的电能损失

3.2.1 变压器绕组中的有效电流

(1) 变压器绕组有效电流Icax、Ibcx、Iabx为[3]：

I2cax212Ix1Ix2Ip1Ip2 (5) 339212Ix2Ix1Ip1Ip2 (6) 339111Ix1Ix2Ip1Ip2 (7) 3392222222IbcxI2abx式中，Ix1、Ix2分别表示两供电臂的有效电流(A)，Ip1、Ip2分别表示两供电臂的平均电流(A)。

将题中所给数据代入式(5)、式(6)和式(7)可得：

2Icax6.8492104A2

2Ibcx4.9359104A2

2Iabx1.2972104A2

(2) 变压器全年实际负载电能损失∆Ad为：

2Ic2axIbIa2bxcx ΔAd0.14 (8) ΔP6d2Ie式中，Ie为每台牵引变压器27.5kV侧绕组额定电流(A)，∆Pd为每台牵引变压器的

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额定短路损耗(kW)，Icax、Ibcx、Iabx分别为变压器绕组ac、bc、ab中的有效电流(A2)。

将题中所给数据代入式(8)可得：

ΔAd58.8104kWh/年

(3) 变压器全年实际空载电能损失∆A0为：

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电力牵引供电系统课程设计报告

∆A0=1.752∆P0 (9) 式中，∆P0为每台牵引变压器的额定空载损耗(kW)。 将题中所给数据代入式(9)可得：

ΔA01.75220.235.4104kWh/年

(4) 变压器总的电能损失∆AT为：

ΔATΔAdΔA058.835.494.2104kWh/年

3.3 接触悬挂允许载流量的确定

单链形悬挂接触网允许载流量等于承力索、接触线与加强导线(当设有加强导线时)载流量之和(忽略各导线中电流的相位差)。承力索、接触线与加强导线中电流分配的大小和各自的漏阻抗成反比。采用载流承力索的单链形悬挂接触网允许载流量的确定：

(1) 接触线的漏阻抗为：

0.05j0.437zjzjc0.234j0.7300.34657.9Ω/km

(2) 承力索的漏阻抗为：

0.05j0.437zczjc1.98j1.2052.07721.7Ω/km

(3) 当承力索的电流为120A时，接触线的电流为：

IjIczczcjzjzcj (10)

式中，Ic是承力索的电流(A)，zc、zj、分别为承力索、接触线的单位阻抗(Ω/km)，zcj为承力索和接触线的单位互阻抗(Ω/km)。

将已知数据代入式(10)可得：

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Ij1202.0770.346

720A结果720A大于TCG-100接触线持续载流量600A，超出20%。 (4) 当接触线的电流为600A时，承力索的电流为：

IcIjzjzcjzczcj (11)

式中，Ij是承力索的电流(A)，zc、zj、分别为承力索、接触线的单位阻抗(Ω/km)，zcj为承力索和接触线的单位互阻抗(Ω/km)。

将已知数据代入式(11)可得：

Ic6000.3462.077

100A结果100A比GJ-70钢绞线持续载流量120A小17%。所以GJ-70+TCG-100单链形悬挂接触网持续允许载流量为：600+100=700(A)。

通过上述计算可知，由于GJ-70钢绞线承力索与TCG-100接触线的漏阻抗相差比较大，持续载流量相差也比较多，所以当承力索满载时，接触线过载20%；当接触线满载时，承力索欠载17%[1]。

7 结论

通过对GJ-70+TCG-100的悬挂形式分析计算其牵引供电系统的电能损失，可知电能损失的多少与供电臂的长度、有无加强导线和捷接线、接触网的供电方式、牵引变压器的容量、牵引网的阻抗以及供电臂末端的供电方式等因素有关，因此，可通过以下措施来减少牵引供电系统的电能损失：

(1) 供电臂的长度； (2) 增设加强导线和捷接线；

(3) 在具备条件的情况下，接触网尽量采用双边供电方式；

(4) 对牵引网结构布置、材质、导线及截面进行优选，以降低牵引网阻抗。 (5) 在满足对通信线路防干扰条件的电气化区段，牵引网应采用直接供电方式。

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(6) 在双线区段，采用上、下行线路接触网在供电臂末端并联供电，可减少牵引网电能损失。

(7) 一般在牵引变电所装设并联补偿装置，可提高功率因数，减少电能损失。 (8) 在牵引变电所中，采用节能型牵引变压器等等。

参考文献

[1] 王果,张蕊萍.电气化铁道供电系统与设计[M].成都:兰州大学出版社,2006:124-156. [2] 贺威俊.电力牵引供电技术[M].成都:西南交通大学出版社,1998:20-39. [3] 李自良,陈薇.牵引变电所[M].北京:中国铁道出版社,1984:78-.

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