牵引变电所采用110kV和220kV电压等级供电分析

牵引变电所采用

110kV

和

220kV

电压等级供电分析

发表时间：

2019-03-12T14:54:56.287Z   

来源：《电力设备》

2018

年第

27

期

作者：

刘惺

[

导读

] 

摘要：讨论了电气化铁路牵引变电所采用

110KV

和

220KV

两种不同供电方案下的优缺点。

（中铁七局集团电务工程有限公司

河南郑州

  450052

）

摘要：讨论了电气化铁路牵引变电所采用

110KV

和

220KV

两种不同供电方案下的优缺点。先从理论上分析比较两种供电电压等级下电

气化铁路注入系统的谐波和负序引起的电能质量，其中主要计算比较

j

每

^

佘共连接点母线谐波电流、电压总畸变率、三相电压不平衡度和电

压波动等几个重要的电能质量指标。再结合工程实例，通过技术经济的综合分析和比较，选择性价比高的方案。为今后电气化铁路的建设

提供借鉴经验的同时推动相关工程的工程化发展．

关键词：城际铁路；谐波；三相不平衡；电压等级

目前我国电气化铁道线路上广泛使用的交直型电力机车均采用单相整流电路

,

不可避免地带来谐波、负序和功率因数等问题。此外

,

由于

机车运行受到运输组织、线路条件、供电条件以及人为操纵等因素的影响

,

牵引负荷剧烈波动

,

进而引起供电电压波动

,

这又进一步恶化机车运

行。在高速、重载条件下

,

这些问题会更加突出。随着人们对电能质量重视程度的不断提高

,

多国家和有关国际组织都制订了电能质量有关标

准或规定

,

我国也不例外。电力电子技术和微处理器控制技术的发展给这些问题的解决带来曙光

,

但仍有较长的路要走。解决这些问题

,

还需要

从多种途径着手

,

根据具体情况采用最经济合理的方式。本文拟探讨的是牵引变电所高压侧采用

220KV

电压等级

,

而不是传统的

110KV

。实际

上

,

在哈大线电

220KV

进线客观上提供了条件。

        1

、电铁牵引供电的特点

电力机车是铁路电气化的牵引动力，机车本身没有电源，所需的电力由牵引供电系统传输。牵引供电一次系统主要包括牵引变电所和

接触网。牵引变电所建设在铁路附近，按照铁路电气化区段，沿线根据牵引负荷和接触网供电能力相隔一定距离设立若干个牵引变电所，

目前国内都是由电力系统

110KV

和

220KV

电压双电源或双回路供电，经牵引变压器降压为

27.5KV

再接入铁路上空的接触网。接触网也就是

牵引供电网，电力机车利用车顶的受电弓从接触网获取电能。

电铁牵引负荷是三相不对称负荷，牵引站各供电臂负荷不等，功率因数也不相同，必将向电网注入负序电流。电力机车产生的谐波电

流也经接触网汇总到各牵引变电所再注入电网。同时电力机车在启动、上坡时会引起负荷的剧烈波动。牵引变电所两供电臂内，列车的数

量及每一列车的负荷状态随时都在变化，牵引变电所的负荷呈现出频繁波动的状态。

从以上铁路牵引用电情况看，牵引变电所不但是三相不对称负荷，还是一个负序电流源和谐波源，是波动性、冲击性负荷。概括起来

铁路电气牵引用电负荷具有以下特点：（

1

）单相工频负荷。牵引接触网接于牵引变电所低压侧两相间，机车直接从电网吸取工频功率，在

用电结构上属于单相负荷，三相不对称，产生负序电流注入电网，引起负序电压。（

2

）单相冲击负荷。随着列车重量、加速度、运行速

度、线路坡度（上下坡）、线路曲率半径、牵引制动等变化，负荷发生波动和急剧变化，产生瞬时或短时冲击。（

3

）单相整流负荷。对于

直流机车来说，电力通过机车变压器和机车整流设备整流后供给机车多台直流电动机。由于整流，在向电网吸取基波电流的同时还向电网

注入大量的谐波电流，并产生谐波电压。同时，由于在整流中消耗较多的无功功率，再加上机车变压器和接触网消耗，牵引负荷中无功电

流大，功率因数较低。

另外

,

牵引用电变压器负载率很低

,

供电效益不高。据河北南网近两年统计

,

网内所有牵引变电所均接于

110KV

电压

,

牵引变压器平均负载

率仅为

17.3% -17.8% ,

与

110KV

电网变压器的平均负载率

0.45-0.56

相差较大。

        2

、牵引变压器继电保护配置及分析

        2.1

牵引变压器的运行方式

牵引变压器存在空载合闸、正常运行、短路故障、不正常运行几种状态。分析牵引变压器的运行状态是为了更好地研究继电保护装置

的构成原理。

        2.1.1

空载合闸

牵引变电所建成投运、变压器检修后投运及采用固定备用方式的运行变压器故障后备用变压器的投入，均进行空载合闸。变压器空载

合闸时，有如下特点：（

1

）产生较大的冲击性励磁电流，简称励磁涌流。励磁涌流只流过变压器电源侧绕组。（

2

）励磁涌流的大小，与

变压器合闸瞬时电源电压的初相角及铁芯中的剩磁大小有关，严重时可达变压器额定电流的

6~83.

励磁涌流波形的波宽较窄，且有很大的间

断区（

80

电角度以上），并含有大量的二次谐波电流分量和衰减性直流分量（非周期分量）。

        2.1.2

短路故障

根据短路地点的不同，分为牵引变压器外部故障和牵引变压器内部故障，牵引变压器内部故障又分为油箱内部短路故障和油箱外部套

管及引出线上的短路故当油箱内部出现各种类型的短路故障时，短路点处的高温电弧将会损坏线圈的绝缘，也会使绝缘物剧烈气化，产生

大量的瓦斯气体，造成油箱内压力剧增。油箱外部套管及引出线上的故障多为相间短路故障和单相接地短路故障。当发生油箱外短路故障

时，将导致供电电压的严重降低并导致变压器线圈的过热，加速线圈绝缘老化。

        2.1.3

不正常运行状态

包括变压器过负荷运行、变压器外部负荷侧短路故障引起的线圈过电流、油箱严重漏油、变压器过热等。这些不正常运行状态的出

现，将引起变压器线圈与铁芯的过热，加速绝缘老化。

        2.2

牵引变压器的保护

牵引变电所中，一般安装两台（或两组）牵引变压器。正常情况下，一台（或一组）变压器运行，另一台（或一组）作为固定备用。

牵引变压器是十分贵重的供电设备，应配置完善的继电保护。牵引变压器一般应配置下列保护：（

1

）比率差动保护；（

2

）差动速断保

护；（

3

）瓦斯保护；（

4

）低电压启动的过电流保护；（

5

）零序过电流保护；（

6

）低压侧过电压保护；（

7

）低压侧低电压保护；（

8

）

过负荷保护；（

9

）其他非电量保护。

        2.2.1

主保护

牵引变压器的主要保护由瓦斯保护和差动保护构成，用于反应变压器上的短路故障。瓦斯保护用于反应变压器油箱内部的短路故障；

差动保护既能反应变压器油箱内的短路故障，也能反应油箱外引出线及母线上发生的短路故障。主保护为瞬时动作，且动作后变压器各侧