【正文】 輸繁忙的干線、高速重載區(qū)段或沿鐵路電力系統(tǒng)電源點(diǎn)較少的區(qū)段，可采用自耦變壓器供電方式。圖 21 帶回流線的直接供電方式示意圖綜合鐵路、電力系統(tǒng)、對(duì)鐵路內(nèi)外通信線路的防干擾要求等技術(shù)經(jīng)濟(jì)因素，本次設(shè)計(jì)采用直供加回流的供電方式。直供加回流供電方式是將從牽引變電所輸出的電能，直接通過接觸網(wǎng)供應(yīng)給電力機(jī)車，回歸電流除小部分通過軌道、大地回到牽引變電所外，還有大部分的電流通過回流線回到牽引變電所。回流線每隔一定距離與鋼軌相連，既起到對(duì)鄰近通信線路的防干擾作用，又兼有保護(hù)線的特性。這種供電方式的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠，工程投資、運(yùn)營(yíng)成本和維修工作量都少，近年來得到廣泛應(yīng)用。石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)9石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)10第 3 章 計(jì)算條件 原始數(shù)據(jù)資料牽引計(jì)算結(jié)果：供電臂 A上行：n=3 ， ， ，KVAh183?????上t下行：n=3， ， ，供電臂 B上行：n=4， ， ，KVAh17???上t 下行：n=4， ， ，9?.?下t其中，n供電臂的區(qū)間數(shù)；列車在供電臂內(nèi)上(下)方向的全部運(yùn)行時(shí)間(min)；??下上t列車在 內(nèi)的能耗( )；A??下上tKVAh列車在供電臂內(nèi)上(下)方向的用電時(shí)間(min)。??下上gt近期調(diào)查年貨量為 =3000 萬噸/年，牽引噸數(shù) =4500 噸， =57 對(duì)/ 日，其?Q非N中該線路為復(fù)線客貨運(yùn)鐵路，上行供電臂 A 長(zhǎng)為 22kM，下行供電臂 B 長(zhǎng)為20kM。列車對(duì)數(shù) N： 式中波動(dòng)系數(shù) K =，儲(chǔ)備系數(shù) K =，貨物列車凈載重系數(shù) =，即貨車凈載重與12 凈?貨車總重之比。??日對(duì)凈 / ??????G石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)11 供電臂的參數(shù)確定在進(jìn)行饋線電流的計(jì)算以前，先要確定各個(gè)供電臂的基本參數(shù)。供電臂 A：(31))(. AtIt ????上 上上 (32))(4.. 下下 (33))( ???上上上(34))(?下下下 (35))(???上上 (36))( (37)???nTtgNp上上 (38)?t下下 (39)??上上上 tga (310) t其中， 供電臂內(nèi)列車平均電流(A)；tI供電臂內(nèi)列車用電平均電流(A)；供電臂同時(shí)存在的平均列車數(shù)；m供電臂內(nèi)列車用電平均概率；p列車電流間斷系數(shù)。a石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)12同理供電臂 B：(A)， (A)， =(A)， =(A)?上tI ?下tI上I下I=， =， =， =， =， = 上p下p上a下石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)13第 4 章 饋線電流進(jìn)行負(fù)荷計(jì)算的第一步就是計(jì)算牽引供電臂的饋線電流。牽引變電所的負(fù)荷主要是電力牽引列車。與電力系統(tǒng)的負(fù)荷相比，牽引負(fù)荷的位置是移動(dòng)的，其大小隨線路坡度、列車密度等因素而發(fā)生很大的變化，且牽引負(fù)荷在供電分區(qū)任意分布，接觸網(wǎng)電流為非正弦波。這些特點(diǎn)，使?fàn)恳╇娪?jì)算變得相當(dāng)復(fù)雜，從而使饋線電流的計(jì)算也變得較復(fù)雜。饋線電流即為供電臂上的電流，它由牽引計(jì)算的結(jié)果和線路通過能力及行車量等條件決定。饋線電流的計(jì)算主要包括饋線平均電流 和有效電流 的計(jì)算。計(jì)算pIxI和 的計(jì)算方法，目前多采用平均行車量法和概率計(jì)算法。前者是以給定的運(yùn)量pIx作為依據(jù)，并應(yīng)用牽引計(jì)算的結(jié)果(列車能耗、列車運(yùn)行時(shí)間和列車用電時(shí)間)規(guī)定了有關(guān)條件。后者主要應(yīng)用概率知識(shí)和有關(guān)列車對(duì)數(shù)、列車電流和列車運(yùn)行時(shí)間計(jì)算 和 。pIx 供電臂的平均電流的計(jì)算由第 3 章中計(jì)算的供電臂 A、B 的基本參數(shù)，運(yùn)用概率計(jì)算法計(jì)算其平均電流有：供電臂 A：=3 =110(A) (41)上上上 InpI??=3 =147(A) (42)下下下故有： =110+147=257(A) (43)下上 ppaII?供電臂 B：=4 =(A) (44)上上上 InIp?? =4 =(A) (45)下下下故有： =+=(A) (46)下上 ppbII?也可運(yùn)用平均行車量法來計(jì)算：= 36 (1833+2455) =(A) (47)??????? ??310?= 36 (2217+1999) =253(A) (48)下上b由此可見，兩種方法的計(jì)算結(jié)果大致相同，為保險(xiǎn)起見，接下來的計(jì)算運(yùn)用數(shù)石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)14值稍大的平均行車量法的計(jì)算結(jié)果，即： (A)， (A)。?paI253?pbI 供電臂的有效電流的計(jì)算 供電臂 A、B 的有效電流，通常用 計(jì)算，現(xiàn)用實(shí)用簡(jiǎn)下上下上 pxx III22?化公式計(jì)算，即： pxIK39。?供電臂 A 的有效電流 = ， (49)139。xa而供電臂有效電流系數(shù)為： (410) .39。 ???????下上 mx其中 (411).??gta所以有 = =(A) (412)1xI?同理供電臂 B 的有效電流： =(A)2xI 石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)15石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)16第 5 章 牽引變壓器的容量計(jì)算及校核對(duì)交流牽引變電所而言，牽引變電所容量的計(jì)算與確定，就是牽引變壓器容量的計(jì)算與確定。牽引變壓器是牽引供電系統(tǒng)的重要設(shè)備，其容量大小將關(guān)系到能否完成預(yù)定的運(yùn)輸任務(wù)和運(yùn)營(yíng)成本。從安全運(yùn)行和經(jīng)濟(jì)方面來看，容量過小會(huì)使變壓器長(zhǎng)期過載，將造成變壓器壽命縮短，以至燒損變壓器，反之，容量過大將使變壓器長(zhǎng)期不能滿載運(yùn)行，損耗增加，從而造成變壓器容量浪費(fèi)，使運(yùn)營(yíng)費(fèi)用增大。為了經(jīng)濟(jì)合理的選擇牽引變壓器容量，計(jì)算分三個(gè)步驟進(jìn)行：首先按正常運(yùn)行的計(jì)算條件求出變壓器應(yīng)牽引負(fù)荷所必須的最小容量，即確定計(jì)算容量；接著按列車緊密運(yùn)行時(shí)的計(jì)算條件并充分利用牽引變壓器的過負(fù)荷能力所計(jì)算的容量，即確定校核容量；最后根據(jù)計(jì)算容量和校核容量，再考慮其他因素(如備用方式等)，按變壓器實(shí)際產(chǎn)品的規(guī)格所確定的變壓器臺(tái)數(shù)與容量。 牽引變壓器的計(jì)算容量計(jì)算容量取決于各供電臂的負(fù)荷電流，各供電臂的負(fù)荷即是牽引變電所的饋線電流。牽引變壓器的容量應(yīng)能滿足負(fù)荷的需要。對(duì)于三相牽引變壓器，由于低壓側(cè)三角形接線繞組中的三相電流是不均勻的，故有重負(fù)荷相與輕負(fù)荷相之分。為此，應(yīng)以重負(fù)荷繞組中的有效電流計(jì)算其容量。由于 ，供電臂 B 為重負(fù)荷，應(yīng)以它的有效電流計(jì)算其容量，故有：21xI? (51)pbaxt IIUKS2412?? )()348.(???(KVA)1式中， 三相變壓器的溫度系數(shù)，一般取 =。t tK 牽引變壓器的校核容量牽引變壓器的最大容量是為了滿足列車緊密運(yùn)行的需要，而校核容量是在此基礎(chǔ)上保證牽引變壓器在充分利用過負(fù)荷能力的情況下能安全運(yùn)行。校核容量可以充分地利用過負(fù)荷能力滿足最大容量的需要。變壓器的過負(fù)荷能力，是以過負(fù)荷倍數(shù)即負(fù)荷電流與額定電流之比 K 來表示的。一般情況下，校核容量小于最大容量。石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)17校核容量的計(jì)算條件，是按其最大容量的需要來確定的。應(yīng)計(jì)算最大列車數(shù)( )，具體有如下要求：maxN非(1)重負(fù)荷臂按對(duì)應(yīng)的非平行運(yùn)行圖區(qū)間通過能力 (或按線路輸送能力)的 95%非N列車概率積分最大值來計(jì)算供電臂最大短時(shí)電流(簡(jiǎn)稱最大電流)，輕負(fù)荷臂取對(duì)應(yīng)的供電臂有效電流。非(2)應(yīng)用非平行運(yùn)行圖區(qū)間通過能力 來校核。非 對(duì)應(yīng)于 的重負(fù)荷供電臂有效電流計(jì)算非N下面運(yùn)用概率計(jì)算法計(jì)算負(fù)荷供電臂有效電流。對(duì)應(yīng)于 ，重負(fù)荷供電臂 B 的列車用電平均概率有：非 (52)????nTtgp上非上 (53).9tN下非下按雙線有上行車或下行車的概率為： =+ = (54)下上下上 PP????由 P 查 曲線得， = =(A)。其中，??pnfI,max ? (55))()()( AtgA??????下上 下上 對(duì)應(yīng)于 的輕負(fù)荷供電臂有效電流計(jì)算非N對(duì)應(yīng)于 ，輕負(fù)荷供電臂 A 同時(shí)存在的平均列車數(shù)：非 (56)???Ttm上非上 (57).2?tN下非下由式(411)得 =，則a (58).39。 ????????下上 mKx (59)??067.?下上非 ANIp= 57 (1833+2455) =(A)?石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)18故得: = =(A) (510)pxIK39。1?? 最大容量及校核容量的計(jì)算最大容量 為： maxS (511)?? IIUK??= (2 + ) ??=38180(KVA) 其中， 溫度系數(shù)。t校核容量 為： =38180/=25454(KVA) (512)Smax?石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)19第 6 章 牽引變壓器的選擇牽引變壓器是牽引變電所內(nèi)的核心設(shè)備，擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)供給的 110kV 或220kV 的三相電源變換成適合電力機(jī)車使用的 的單相電的作用。變壓器容量過大或過小都不利于變壓器的運(yùn)行，因此牽引變壓器的選擇變得極其重要。 牽引變壓器的類型根據(jù)類型不同，牽引變壓器可分為：?jiǎn)蜗酄恳儔浩鳌⑷酄恳儔浩?、三相二相牽引變壓器? 單相牽引變壓器由單相牽引變壓器構(gòu)成的單相牽引變電所，一般采用兩臺(tái)單相牽引變壓器 V/V接線。這種牽引變電所的優(yōu)點(diǎn)是：①牽引變壓器容量利用率可達(dá)到 100%；②在正常運(yùn)行時(shí)，牽引側(cè)保持三相，所以可供應(yīng)牽引變電所自用電和地區(qū)三相負(fù)載；③主接線較簡(jiǎn)單，設(shè)備較少，投資較??；④對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響比單相結(jié)線小；⑤對(duì)接觸網(wǎng)的供電可實(shí)現(xiàn)兩邊供電。它的主要缺點(diǎn)是：當(dāng)一臺(tái)牽引變壓器故障時(shí)，另一臺(tái)必須跨相供電，即兼供左、右兩邊供電臂的牽引網(wǎng)。這就需要一個(gè)倒閘過程，在倒閘過程完成前，故障變壓器原來供電的供電臂牽引網(wǎng)中斷供電，從而影響行車。而當(dāng)一臺(tái)變壓器跨相供電時(shí)，它實(shí)質(zhì)上成為了單相結(jié)線牽引變電所，對(duì)電力系統(tǒng)的負(fù)序影響隨之增大。單相結(jié)線牽引變壓器負(fù)荷，在電力系統(tǒng)中引起的不對(duì)稱度最嚴(yán)重，達(dá)到 100%。 三相牽引變壓器三相牽引變電所是我國(guó)電氣化鐵道目前采用較多的一類。在牽引變電所安裝時(shí)，三相牽引變壓器 YN 接線的原繞組接入三相電力系統(tǒng)，△接線的副繞組一角接地和鋼軌，另兩角分別接入接觸網(wǎng)的兩個(gè)相鄰區(qū)段。 三相牽引變壓器容量利用率由三相 YN，d11 結(jié)線牽引變壓器繞組電流分布(如圖 61)，可得出其繞組電流的關(guān)系( 就電流絕對(duì)值而言)為：石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)20 (61)??????圖 61 三相 YN，d11 結(jié)線牽引變壓器繞組電流分布三相變壓器△側(cè)額定電流 (線電流)等于繞組額定電流的 倍。當(dāng) 時(shí)，eI 3IIba?由式(61)第一式可知， 等于繞組 bc 或 ac 電流的 ，即 倍。當(dāng)繞組 bc 或7ac 電流達(dá)到額定值 時(shí)， 。這時(shí)牽引變壓器的輸出??3e .???容量為 ec ??(62)式中， 為牽引變壓器副邊額定電壓。三相變壓器額定容量 。于是，e eeIUS3?牽引變壓器的容量利用率 (63) .??eecIUS?即三相 YN，d11 結(jié)線牽引變壓器承擔(dān)單相牽引負(fù)荷時(shí)，其輸出容量只能達(dá)到其額定容量的 %。但是在實(shí)際中，由于繞組 bc、ac 電流達(dá)到額定值時(shí)，繞組 ab 只達(dá)到 或71 倍的額定電流。原邊對(duì)應(yīng)相繞組電流也是這樣。所以三相牽引變壓器還沒有達(dá)到額定溫升，即還有一定的負(fù)載能力。為了考慮這一負(fù)載能力，通常引入一個(gè)溫度系數(shù) 。tK可按下式計(jì)算(64)????????????????石家莊鐵道學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)21式中， 最大一相繞組的負(fù)荷電流；1I、 其余兩組繞組的負(fù)荷電流；23變壓器額定條件下的短路損耗與空載損耗之比值。若鐵芯采用冷軋d硅鋼片，則 =5～6。若鐵芯采用熱軋硅鋼片，則 =3～4。dd由上式可知， 為定值時(shí)，溫度系數(shù) 與兩供電臂負(fù)荷電流大小的比值 有關(guān)。tKn從研究三相牽引變壓器的溫升及冷卻變化規(guī)律中可得 ( ≤1) (65).??在設(shè)計(jì)中，一般近似地取 =，或取 ，即三相牽引變壓器的實(shí)際t 1.?t輸出容量可在額定容量的 %的基礎(chǔ)上再提高 %，亦即其容量利用率可達(dá)到=。 三相牽引變壓器不對(duì)稱度當(dāng)兩供電臂電流相等時(shí)，三相牽引變壓器的電流不對(duì)稱度為 50%；當(dāng)兩供電臂中一臂有電流，另一臂無電流時(shí)，三相牽引變壓器的電流不對(duì)稱度為 100%。 三相牽引變壓器的優(yōu)缺點(diǎn)