【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 空斷路器則使用真空作為絕緣和滅弧介質(zhì)等，由于滅弧介質(zhì)不同，斷路器的結(jié)構(gòu)自然有所差別。 隔離開(kāi)關(guān)  隔離開(kāi)關(guān)，顧名思義就是一種在需要時(shí)將電氣設(shè)備、線(xiàn)路與電源隔離開(kāi)來(lái)的開(kāi)關(guān)設(shè)備，具有明顯可見(jiàn)的、距離足夠的斷口，它不帶滅弧裝置，不能開(kāi)、合負(fù)荷電流和短路電流。隔離開(kāi)關(guān)按使用地點(diǎn)不同，有戶(hù)內(nèi)式和戶(hù)外式兩種，其區(qū)別在于戶(hù)外式隔離開(kāi)關(guān)可適應(yīng)各種惡劣的氣候條件；按工作相數(shù)不同，有三極聯(lián)動(dòng)，三極連動(dòng)和單極三種；按操作方式不同，有電動(dòng)和手動(dòng)兩種，盡管隔離開(kāi)關(guān)的類(lèi)別多種多樣，但其基本組成和結(jié)構(gòu)都是一樣的，都由主刀閘、支持瓷瓶、底座、連桿和操作機(jī)構(gòu)幾部分組成。牽引變電所互感器  牽引變電所內(nèi)僅有變壓器、開(kāi)關(guān)等變、配電設(shè)備是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足安全、可靠、高效供電等要求的，還需要用二次設(shè)備將其有效的監(jiān)控、保護(hù)起來(lái)，因此，就需要一種變換裝置將主設(shè)備中的電氣參數(shù)傳遞給二次設(shè)備，如儀表、繼電器等，這種將高電壓、大電流變換成低電壓、小電流的設(shè)備就是互感器，變換電壓的設(shè)備叫電壓每感器，變換電流的設(shè)備叫電流互感器。 并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置 牽引變電所廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)－ 4 － 電力牽引的電流制 電力牽引 按牽引網(wǎng)供電電流的種類(lèi)可分為三種電流制，即直流制、低頻單相交]1[流制和工頻單相交流制。 (1) 直流制即牽引網(wǎng)供電電流為直流的電力牽引電流制。電力系統(tǒng)將三相交流電送到牽引變電所一次側(cè)，經(jīng)過(guò)牽引變電所降壓并整流變成直流電，再通過(guò)牽引網(wǎng)供給電力機(jī)車(chē)使用。直流制發(fā)展最早，目前有些國(guó)家的電氣化鐵路仍在應(yīng)用。我國(guó)僅工礦、城市電車(chē)和地下鐵道采用。牽引網(wǎng)電壓有 1200V，1500V，3000V 和 600V，750V 等，后兩種分別用于城市電車(chē)、地下鐵道。直流制存在的主要問(wèn)題是，直流牽引電動(dòng)機(jī)額定電壓受到換向條件的限制不能太高，即牽引網(wǎng)電壓很難進(jìn)一步提高，這就要求沿牽引網(wǎng)輸送大量電流來(lái)供應(yīng)電力機(jī)車(chē)。由于牽引電流增大，接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)截面要隨著增大（一般得使用兩根銅接觸線(xiàn)和銅承力索） ，牽引網(wǎng)電壓損失也相應(yīng)增大，所以牽引變電所之間的距離要縮短，一般只有 15~30 km。牽引變電所的數(shù)量多，并且為完成整流任務(wù)而變得較復(fù)雜。由于這些緣故，許多國(guó)家已逐漸停止發(fā)展直流制。(2) 低頻單相交流制即牽引網(wǎng)供電電流為低頻單相交流的電力牽引電流制。這種電流制是繼直流制之后出現(xiàn)的，牽引網(wǎng)供電電流頻率為 16Hz，牽引網(wǎng)電壓為 15kV 或 11kV，電力機(jī)車(chē)上采用交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)。交流容易變壓，因此，可以在牽引網(wǎng)中用高電壓送電．而在電力機(jī)車(chē)上降低電壓，供應(yīng)低電壓的交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)。低頻單相交流制的出現(xiàn)，與力圖提高牽引網(wǎng)電壓以降低接觸網(wǎng)中的有色金屬用量有關(guān)。應(yīng)用低頻的條件，一方面是由于歐洲電力工業(yè)發(fā)展的初期原來(lái)就存在低于 50Hz 的頻率；另一方面，交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)因存在變壓器電勢(shì)而對(duì)整流過(guò)程造成困難，不適宜在較高的頻率下運(yùn)行。因此，在歐洲，低頻單相交流制于 20 世紀(jì) 50 年代前得到較大發(fā)展，目前在一些歐洲國(guó)家仍在應(yīng)用。另外，在美國(guó)等國(guó)家，還采用牽引網(wǎng)供電電流頻率為25Hz、電壓為 11～13kV 的低頻單相交流制。電力工業(yè)主要采用 50Hz 標(biāo)準(zhǔn)頻率后，低頻制電氣化鐵道或者須自建專(zhuān)用的低頻率的發(fā)電廠，或者在牽引變電所變頻后送人牽引網(wǎng)；這就變得復(fù)雜化，于是，其發(fā)展受到了限制。(3) 工頻單相交流制即牽引網(wǎng)供電電流為工業(yè)頻率單相交流的電力牽引電流制。它是在 20 世紀(jì) 50 年代中期法國(guó)電氣化鐵路應(yīng)用整流式交流電力機(jī)車(chē)獲得成功之后開(kāi)始推廣的。從那時(shí)以來(lái)，許多國(guó)家都相繼采用。這種電流制在電力機(jī)車(chē)上降壓后應(yīng)用整流裝置整流來(lái)供應(yīng)直流牽引電動(dòng)機(jī)。由于頻率提高，牽引網(wǎng)阻抗加大，牽引網(wǎng)電壓也相應(yīng)提高。目前，較普遍應(yīng)用的接觸網(wǎng)額定電壓是 25kV。采用工頻單相交流制的優(yōu)點(diǎn)是，消除了低頻單相交流制的兩個(gè)主要缺點(diǎn)（與電力工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)頻率并行的非標(biāo)準(zhǔn)頻率和構(gòu)造復(fù)雜的交流廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)－ 5 －整流子式牽引電動(dòng)機(jī)） ；牽引供電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和設(shè)備大為簡(jiǎn)化，牽引變電所只要選擇適宜的牽引變壓器，就可以完成降壓、分相、供電的功能；接觸網(wǎng)的額定電壓較高，其中通過(guò)的電流相對(duì)較小，從而使接觸網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)截面減小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化；牽引變電所的間距延長(zhǎng)、數(shù)量減少；工程投資和金屬消耗量降低，電能損失和運(yùn)營(yíng)費(fèi)用減少；電力機(jī)車(chē)采用直流串勵(lì)牽引電動(dòng)機(jī)，也遠(yuǎn)比交流整流子式牽引電動(dòng)機(jī)牽引性能好，運(yùn)行可靠。采用工頻單相交流制的缺點(diǎn)是，對(duì)電力系統(tǒng)引起的撫恤電流分量和高次諧波含量增加以及功率因數(shù)降低；對(duì)沿電氣化鐵路架設(shè)的通信線(xiàn)有干擾。但是，經(jīng)過(guò)技術(shù)方面和經(jīng)濟(jì)方面的綜合分析比較，上述優(yōu)點(diǎn)是主要的。因此，我國(guó)電氣化鐵路采用工頻單相25kV 交流制。 牽引變電所的供電方式(1)牽引變電所一次側(cè)的供電方式牽引變電所一次側(cè) （電源側(cè)，通常為 110KV 或 220KV）的供電方式，可分為一邊供電邊供電和環(huán)形供電。 ①一邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中一個(gè)方向的電廠送來(lái)。②兩邊供電就是牽引變電所的電能由電力系統(tǒng)中兩向的電廠送來(lái)。 ③環(huán)形供電 是指若干個(gè)發(fā)電廠、地區(qū)變電站通過(guò)高壓輸電線(xiàn)連接成環(huán)形的電力系統(tǒng)，牽引變電所處于環(huán)形電力系統(tǒng)的一個(gè)環(huán)路中。(2)牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式單線(xiàn)區(qū)段①一邊供電；②兩邊供電。雙線(xiàn)區(qū)段①同相一邊并聯(lián)供電；②同相一邊分開(kāi)供電；③雙邊扭結(jié)供電。 小結(jié)變電所是對(duì)電能的電壓和電流進(jìn)行變換、集中和分配的場(chǎng)所,本章介紹了牽引變電所分類(lèi)及其國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，對(duì)其有了初步的了解。 我國(guó)電氣化鐵道概況我國(guó)第一條電氣化鐵路——寶成鐵路寶雞至風(fēng)州段，于 1961 年 8 月 15 日建成通廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)－ 6 －車(chē)。我國(guó)電氣化鐵路發(fā)展初期，主要局限在隧道多、坡度大的山區(qū)鐵路。到 1980 年底，共建成電氣化鐵路 1676km，發(fā)展速度十分緩慢。改革開(kāi)放后，電氣化鐵路開(kāi)始從山區(qū)向平原，由標(biāo)準(zhǔn)低的邊遠(yuǎn)地區(qū)鐵路向主要長(zhǎng)大干線(xiàn)、重載、高速發(fā)展。到 2022 年底，我國(guó)電氣化鐵路已達(dá) 20222 公里。電氣化率為 27%，承擔(dān)的運(yùn)量比重近 50%。鐵路已成為制約國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸目前，鐵路內(nèi)燃機(jī)車(chē)是我國(guó)交通運(yùn)輸業(yè)能源消費(fèi)的大戶(hù)，全路行車(chē)用柴油年消耗量約占全國(guó)柴油消耗總量的 10%。內(nèi)燃機(jī)車(chē)使用柴油的能源利用效率較低，平均約為30%。電氣牽引使用電能的能源利用效率，按目前我國(guó)電網(wǎng)大約水電占 %，效率 70%；火電占 74%，效率 35%計(jì)算，綜合利用效率為 %。遠(yuǎn)比內(nèi)燃機(jī)能源利用效率高，具有顯著的節(jié)能效益。電力牽引對(duì)環(huán)境污染小。國(guó)家的能源政策和環(huán)保政策，決定了我國(guó)電力牽引必將是鐵路牽引動(dòng)力發(fā)展方向。國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)的《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》明確，到 2020 年，我國(guó)鐵路總里程將達(dá) 100，000km，其中電氣化 50，000km，主要干線(xiàn)鐵路都將實(shí)現(xiàn)電氣化。鐵路電氣化率約 50%，承擔(dān)的運(yùn)輸量比重在 80%以上。中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃——客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn)國(guó)家發(fā)展和改革委員會(huì)【2022】159 號(hào)文件—《中長(zhǎng)期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》批準(zhǔn)：“為滿(mǎn)足快速增長(zhǎng)的旅客運(yùn)輸要求，建立省會(huì)城市及大中城市間的快速客運(yùn)通道，規(guī)劃“四縱四橫”鐵路快速客運(yùn)通道以及三個(gè)城際快速客運(yùn)系統(tǒng)。建設(shè)客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn) 萬(wàn)公里以上，客車(chē)速度目標(biāo)值達(dá)到每小時(shí) 200 公里及以上。 ”“十一五”鐵路規(guī)劃將建成新線(xiàn) 19，800 公里，其中客運(yùn)專(zhuān)線(xiàn) 9，800 公里，既有線(xiàn)復(fù)線(xiàn) 8，000公里，其中既有線(xiàn)電氣化 15，000 公里。2022 年，全國(guó)鐵路營(yíng)業(yè)里程達(dá) 95，000 公里，其中復(fù)線(xiàn)里程 42，750 公里，電氣化里程 42，750 公里。廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)－ 7 －廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)－ 8 －第 2 章 牽引變電所主接線(xiàn)的選擇牽引變電氣主接線(xiàn)是變電所設(shè)計(jì)的首要部分，也是構(gòu)成電力系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。主接線(xiàn)的確定與電力系統(tǒng)整體及變電所本身運(yùn)行的可靠性，靈活性和經(jīng)濟(jì)性是密切相關(guān)的，而且對(duì)電氣設(shè)備的選擇，配電裝置布置，繼電保護(hù)和控制方式的擬定有較大影響。因此必須合理的確定主接線(xiàn) 。]2[電氣主結(jié)線(xiàn)應(yīng)滿(mǎn)足的基本要求①首先保證電力牽引負(fù)荷，運(yùn)輸用動(dòng)力，信號(hào)負(fù)荷安全，可靠供電的需要和電能質(zhì)量。②具有必要的運(yùn)行靈活性，使檢修維護(hù)安全方便。③應(yīng)有較好的經(jīng)濟(jì)性，力求減小投資和運(yùn)行費(fèi)用。④應(yīng)力求接線(xiàn)簡(jiǎn)捷明了，并有發(fā)展和擴(kuò)建的余地。 高壓側(cè)電氣主接線(xiàn)的基本形式（1）單母線(xiàn)接線(xiàn)圖 21 單母線(xiàn)結(jié)線(xiàn)圖如圖 21 所示，單母線(xiàn)接線(xiàn)的的特點(diǎn)是整個(gè)的配電裝置只有一組母線(xiàn)，每個(gè)電源線(xiàn)和引出線(xiàn)都經(jīng)過(guò)開(kāi)關(guān)電器接到同一組母線(xiàn)上。同一回路中串接的隔離開(kāi)關(guān)和斷路器，在運(yùn)行操作時(shí)，必須嚴(yán)格遵守以下操作順序：對(duì)饋線(xiàn)送電時(shí)必須先和 1QS 和 2QS 在投入 1QF；如欲停止對(duì)其供電必須先斷開(kāi) 1QF 然后斷開(kāi) 1QS 和 2QS。 單母線(xiàn)接線(xiàn)的特點(diǎn)是：（1）接線(xiàn)簡(jiǎn)單、設(shè)備少、配電裝置費(fèi)用低、經(jīng)濟(jì)性好并能滿(mǎn)足一定的可靠性。 （2）每回路斷路器切斷負(fù)荷電流和故障電流。檢修任一回路及其斷路器時(shí)，僅該回路停電，其他回路不受影響。 （3） 檢修母線(xiàn)和與母線(xiàn)相連的隔離開(kāi)1 S L 2 S L1 Q S2 Q S1 Q F 2 Q F3 Q F廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)－ 9 －關(guān)時(shí)，將造成全部停電。母線(xiàn)發(fā)生故障時(shí)，將是全部電源斷開(kāi)，待修復(fù)后才能恢復(fù)供電。這種接線(xiàn)方式的缺點(diǎn)是母線(xiàn)故障時(shí)、檢修設(shè)備和母線(xiàn)時(shí)要造成停電；適用范圍：適用于對(duì)可靠性要求不高的 10~35kV 地區(qū)負(fù)荷。(2)單母線(xiàn)分段接線(xiàn)圖 22 為用斷路器分段的單母線(xiàn)分段接線(xiàn)圖。分段斷路器 MD 正常時(shí)閉合，是兩段母線(xiàn)并列運(yùn)行，電源回路和同一負(fù)荷的饋電回路應(yīng)交錯(cuò)連接在不同的分段母線(xiàn)上。圖 22 單母線(xiàn)分段接線(xiàn)圖這種接線(xiàn)方式的特點(diǎn)是：(1)分段母線(xiàn)檢修時(shí)將造成該段母線(xiàn)上回路停電。(2)進(jìn)線(xiàn)上斷路器檢修時(shí)造成該進(jìn)線(xiàn)停電。適用范圍：廣泛應(yīng)用于 10~35kV 地區(qū)負(fù)荷、城市電牽引各種變電所和 110kV 電源進(jìn)線(xiàn)回路較少的 110kV 接線(xiàn)系統(tǒng)。 (3)采用橋形接線(xiàn)當(dāng)只有兩條電源回路和兩臺(tái)主變壓器時(shí)，常在電源線(xiàn)間用橫向母線(xiàn)將它們連接起來(lái)，即構(gòu)成橋型接線(xiàn)。橋型接線(xiàn)按中間橫向橋接母線(xiàn)的位置不同，分為內(nèi)橋形和外橋形兩種，如圖 23 所示。前者的連接母線(xiàn)靠近變壓器側(cè)，而后者則連接在靠近線(xiàn)路側(cè)。內(nèi)橋形接線(xiàn)的線(xiàn)斷路器分別連接在兩回電源線(xiàn)路上，因而線(xiàn)路退出工作或投入運(yùn)行都比較方便。橋形母線(xiàn)上的斷路器 QF 在正常狀態(tài)下合閘運(yùn)行，1QS 和 2QS 是斷開(kāi)的。當(dāng)線(xiàn)路 1SL 發(fā)上故障時(shí)，1QS 和 2QS 合閘，故障線(xiàn)路的斷路器 1QF 跳閘，其他三個(gè)元件（另一線(xiàn)路和兩臺(tái)主變壓器）仍可繼續(xù)工作。內(nèi)橋接線(xiàn)當(dāng)任一線(xiàn)路故障或檢修時(shí)不影響變壓器的并列工作。由于線(xiàn)路故障遠(yuǎn)比變壓器故障多，故這種界限在牽引變電所獲得了較廣泛的應(yīng)用。當(dāng)內(nèi)橋接線(xiàn)的兩回電源線(xiàn)路接入系統(tǒng)的環(huán)形電網(wǎng)中，并有系統(tǒng)功率穿越橋接母線(xiàn)時(shí)，橋斷路器（QF）的檢修或故障將造成環(huán)網(wǎng)斷開(kāi)。為避免這一缺陷，2 S L1 S L1 Q S1 Q F9 Q S5 Q FQ FQ S2 M1 M廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)－ 10 －可在線(xiàn)路短路器外側(cè)安裝一組跨條，如圖中的虛線(xiàn)所示，正常工作時(shí)隔離開(kāi)關(guān)將跨條斷開(kāi)，安裝兩組隔離開(kāi)關(guān)的目的是便于它們輪流停電檢修。圖中外橋形接線(xiàn)的特點(diǎn)與內(nèi)橋剛好相反，當(dāng)變壓器發(fā)生故障或運(yùn)行中需要斷開(kāi)時(shí)，只要斷開(kāi)它們前面的斷路器 1QF 或 2QF，而不影響線(xiàn)路的正常工作。但線(xiàn)路故障或檢修時(shí)，將是與該線(xiàn)路連接的變壓器短時(shí)中斷運(yùn)行，須經(jīng)轉(zhuǎn)換操作后才能恢復(fù)工作。因而外僑形接線(xiàn)適用于電源線(xiàn)路較短、負(fù)荷不穩(wěn)定、變壓器需要經(jīng)常切換（例如兩臺(tái)主變中一臺(tái)要經(jīng)常斷開(kāi)或投入）的場(chǎng)合，也可用在有穿越功率通過(guò)的與喚醒電網(wǎng)連接的變電所中。(a) 內(nèi)橋形 (b) 外橋形圖 23 內(nèi)橋和外橋接線(xiàn)圖內(nèi)橋型接線(xiàn)能滿(mǎn)足牽引變電所的可靠性，具有一定的運(yùn)行靈活性，使用電器少，建造費(fèi)用低，在接構(gòu)上便于發(fā)展成單母線(xiàn)或具有旁路母線(xiàn)得到那母線(xiàn)接線(xiàn)。即在初期按橋形接線(xiàn)，將來(lái)有可能增加電源線(xiàn)路數(shù)時(shí)再擴(kuò)展為其他接線(xiàn)形式。 牽引負(fù)荷側(cè)電氣接線(xiàn)特點(diǎn)牽引負(fù)荷是牽引變電所基本的重要負(fù)荷，上述電氣主接線(xiàn)基本形式多數(shù)對(duì)牽引負(fù)荷側(cè)電氣接線(xiàn)也是適用的。但考慮牽引負(fù)荷及牽引供電系統(tǒng)的下列特點(diǎn)，有針對(duì)性的在電氣接線(xiàn)上采取有效措施，以保證供電系統(tǒng)的可靠性和運(yùn)行靈活性。(1) 由于接觸網(wǎng)沒(méi)有備用，而接觸網(wǎng)故障幾率比一般架空輸電線(xiàn)路更為頻繁，因此牽引負(fù)荷側(cè)電氣接線(xiàn)對(duì)接觸網(wǎng)饋線(xiàn)斷路器的類(lèi)型與備用方式較一般電力負(fù)荷要求更高。(2) 牽引側(cè)電氣接線(xiàn)于牽引變壓器的類(lèi)型（單相或三相）和接線(xiàn)方式以及主變壓器的備用方式有關(guān)，在采用移動(dòng)式變壓器做備用的情況下，與移動(dòng)變壓器接入電路的方式有關(guān)。(3) 與饋線(xiàn)數(shù)目、電氣化鐵路年運(yùn)量、單線(xiàn)或復(fù)線(xiàn)，以及變電所附近鐵路其他設(shè)施如大型樞紐站、電力機(jī)車(chē)段和地區(qū)負(fù)荷等的供電要求有關(guān)。對(duì)于牽引側(cè)母線(xiàn)本身，由于線(xiàn)路簡(jiǎn)單，引至饋線(xiàn)配電間隔為單相母線(xiàn)，實(shí)踐證明1SL2SL1QS2QS1FQF1B2B2QF 2SL1SLQF1QF2QF2B1B廣東海洋大學(xué) 2022 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)－ 11 －很少發(fā)生故障，單母線(xiàn)分段帶旁路母線(xiàn)接線(xiàn)由一組分段的主母線(xiàn)和一組旁路母線(xiàn)組成的電氣主接線(xiàn)。為了避免單母線(xiàn)分段接線(xiàn)中線(xiàn)路或主變壓器回路的斷路器檢修時(shí)，引起線(xiàn)路或主變壓