第7章 牽引供電系統(tǒng)的電能損失

1、第7章 牽引供電系統(tǒng)的電能損失 牽引供電系統(tǒng)電能損失，主要包括牽引網(wǎng)電能損失和牽引變壓器電能損失兩部分。 牽引供電系統(tǒng)的電能損失是電氣化鐵道的一項(xiàng)重要的運(yùn)營指標(biāo)，具有很重要的經(jīng)濟(jì)意義。不同的牽引變電所結(jié)線型式和不同的接觸網(wǎng)供電方式造成的牽引供電系統(tǒng)電能損失也不相同。第第7章章 牽引供電系統(tǒng)的電能損失牽引供電系統(tǒng)的電能損失第7章 牽引供電系統(tǒng)的電能損失7-1 牽引網(wǎng)的電能損失7-2 牽引變壓器的電能損失7-3 減小牽引供電系統(tǒng)電能損失的措施7-4 接觸導(dǎo)線截面的選擇第第7章章 牽引供電系統(tǒng)的電能損失牽引供電系統(tǒng)的電能損失7-1 牽引網(wǎng)的電壓損失7-1 牽引網(wǎng)的電壓損失牽引網(wǎng)的電壓損失7-1-1

2、電壓損失的簡化計(jì)算法7-1-2 單線牽引網(wǎng)中的電壓損失7-1-3 復(fù)線牽引網(wǎng)中的電壓損失7-1-1 單線區(qū)段 7-1-1 單線區(qū)段單線區(qū)段 m列車在供電臂產(chǎn)生的總的平均有效功功率損失為kWmmLrIPt321013121 . 1(7-1) 每年的電能損失為：ahkWmmLrImmLrIAtt/101013121 . 176. 81013121 .7-2) 顯然，牽引負(fù)荷電流、牽引網(wǎng)單位電阻、車流密度、供電臂的長度與牽引網(wǎng)的能耗成正比。7-1-2 復(fù)線區(qū)段 7-1-2 復(fù)線區(qū)段復(fù)線區(qū)段 1、并聯(lián)供電 并聯(lián)供電牽引網(wǎng)電能損失的計(jì)算，是分別按上、下行計(jì)算，然后求出供電臂的總

3、能耗。 每一供電臂牽引網(wǎng)的電能損失，包括列車自身造成的和同行列車產(chǎn)生的以及非同行線路列車產(chǎn)生的三項(xiàng)電能損失之和。7-1-2 復(fù)線區(qū)段ahkWIrrImrrmrrLImAahkWIrrImrrmrrLImAtIIIItIIIIIIIIttIIIItIIIIIIIIt/1010824351621 . 176. 8/1010824351621 . 176. 8442442上下下上上上上上下上上下下下下下(7-3)ahkWAAA/104上下7-1-2 復(fù)線區(qū)段 2、分開供電ahkWAAAahkWmIrIrmILrmAahkWmIrIrmILrmAtItIIItItItIIItI/10/1010606.

4、 01606. 0818. 4/1010606. 01606. 0818. 44442442上下上下上下上上上上上上下上下下下下下(7-4) 以上各式，當(dāng)m1時，含有(m-1)因子的項(xiàng)為零。7-1-2 復(fù)線區(qū)段 例：復(fù)線區(qū)段一牽引變電所，如圖7-1所示。牽引網(wǎng)采用直接供電方式，接觸網(wǎng)采用單鏈形懸掛其參數(shù)為： 鋼軌P50,=1010-14(CGSM),rI=0.209/km，rI-II=0.026/km。 求：并聯(lián)供電與分開供電情況下的供電臂電能損失。 解：分左側(cè)供電臂和右側(cè)供電臂兩步求解，且每側(cè)供電臂要分下行和上行兩步求解。 把已知條件代入式7-3可得并聯(lián)供電情況下的供電臂能耗為： 90.91

5、04kWh/a 再代入式7-4得分開供電情況下的供電臂能耗為： 111.7104kWh/a 從以上計(jì)算可知，并聯(lián)供電的能耗比分開供電的能耗小。因此，并聯(lián)供電比分開供電具有優(yōu)越性。7-1-2 復(fù)線區(qū)段7-2 牽引變壓器的電能損失 牽引變壓器的電能損失，是指變壓器的銅耗和鐵耗兩部分能耗。銅耗和鐵耗可分別通過變壓器的短路與空載試驗(yàn)而得到。在每臺變壓器的銘牌上也都標(biāo)有短路損耗和鐵耗。為了計(jì)算電能損失時進(jìn)行參考，部分牽引變壓器的額定損耗如表7-1所示。 牽引負(fù)荷雖然變化劇烈，但變壓器的負(fù)載率是較低的，因此其實(shí)際負(fù)載損耗需要通過額定短路損耗按負(fù)載率進(jìn)行換算。變壓器的負(fù)載率是副邊負(fù)載電流與額定電流之比。變壓

6、器的實(shí)際負(fù)載損耗等于負(fù)載率的二次方與額定短路損耗的乘積。對變壓器進(jìn)行電能損失和經(jīng)濟(jì)運(yùn)行計(jì)算時，有關(guān)其損耗數(shù)據(jù)應(yīng)按其實(shí)際銘牌數(shù)據(jù)取值。7-2 牽引變壓器的電能損失牽引變壓器的電能損失7-2 牽引變壓器的電能損失7-2 牽引變壓器的電能損失7-2 牽引變壓器的電能損失牽引變壓器的電能損失7-2-1 三相YN，d11結(jié)線變壓器電能損失7-2-2 單相V，V結(jié)線變壓器電能損失7-2-3 純單相結(jié)線變壓器電能損失7-2-4 阻抗平衡變壓器電能損失7-2-1 三相YN，d11結(jié)線變壓器電能損失 7-2-1 三相三相YN，d11結(jié)線變壓器電能損失結(jié)線變壓器電能損失 在第二章中已知兩供電臂負(fù)荷在三角接繞組中的

7、分配關(guān)系為：212221221212222122212923132923132923132avaveeacavaveebcavaveeabIIIIIIIIIIIIIII(7-5)7-2-1 三相YN，d11結(jié)線變壓器電能損失 在牽引變電所中，一臺變壓器運(yùn)行時的全年實(shí)際銅耗為：ahkWIIIIPANabbcacKK/103876. 042222(7-6) 全年空載電能損耗為：ahkWPA/10876. 0400(7-7) 全年?duì)恳儔浩鞯膶?shí)際總能耗為：ahkWAAAKT/1040(7-8)7-2-1 三相YN，d11結(jié)線變壓器電能損失 若改為兩臺運(yùn)行，則全年實(shí)際銅耗為：ahkWIIIIPIIII

8、PANabbcacKNabbcacKK/10146. 0876. 0232422222222(7-9) 兩臺運(yùn)行時全年空載電能損耗為：ahkWPA/102876. 0400(7-10) 全年?duì)恳儔浩鞯膶?shí)際總能耗為：ahkWAAAKT/1040(7-11)7-2-2 單相V，V結(jié)線變壓器電能損失 7-2-2 單相單相V，V結(jié)線變壓器電能損失結(jié)線變壓器電能損失 兩臺變壓器分別計(jì)算時，每臺變壓器全年實(shí)際能耗為：ahkWAAAahkWPAahkWIIPAKTNeKK/10/10876. 0/10876. 040400422(7-12)7-2-3 單相結(jié)線變壓器電能損失 7-2-3 單相結(jié)線變壓器電能

9、損失單相結(jié)線變壓器電能損失 已知同相兩個臂負(fù)荷在變壓器繞組中引起的有效電流為： AIIIIIavaveee21222122 所以單相變電所兩臺單相接線變壓器的能耗為：ahkWAAAahkWPAahkWIIPAKTNeKK/10/1075. 1/10438. 040400422(7-13)7-2-4 阻抗平衡變壓器電能損失 7-2-5 阻抗平衡變壓器電能損失阻抗平衡變壓器電能損失 阻抗平衡變壓器的能耗計(jì)算用一次側(cè)的電流計(jì)算比較簡便，因?yàn)橐淮蝹?cè)只有3個繞組，比二次側(cè)繞組簡單。 一臺阻抗平衡變壓器的全年銅耗為：ahkWIIIIPANCBAKK/103876. 0421212121(7-14) 全年實(shí)

10、際鐵耗為：ahkWPA/10876. 0400(7-15) 全年?duì)恳儔浩鞯膶?shí)際總能耗為：ahkWAAAKT/1040(7-16)7-2-4 阻抗平衡變壓器電能損失 在牽引變電所中如果是兩臺阻抗平衡變壓器并聯(lián)運(yùn)行，則全年的銅耗、鐵耗和總能耗分別為：ahkWPA/102876. 0400(7-18)ahkWAAAKT/1040(7-19)ahkWIIIIPIIIIPANCeBeAeKNCeBeAeKK/10146. 0232876. 04222221222(7-17)7-3 減少牽引供電系統(tǒng)電能損失的措施7-3 減少牽引供電系統(tǒng)電能損失的措施減少牽引供電系統(tǒng)電能損失的措施7-3 減少牽引供電系統(tǒng)

11、電能損失的措施 為了減少牽引供電系統(tǒng)的電能損失，通常采取如下措施： 1、限制供電臂的長度； 2、加設(shè)加強(qiáng)導(dǎo)線； 3、當(dāng)電氣化鐵路有較大的迂回區(qū)段時，應(yīng)設(shè)置捷接線； 4、接觸網(wǎng)盡可能采用雙邊供電方式； 5、在滿足防干擾條件的電氣化區(qū)段，牽引供電系統(tǒng)應(yīng)采用直接供電方式； 6、結(jié)合變壓器經(jīng)濟(jì)運(yùn)行選擇容量； 7、對牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)布置、材質(zhì)、導(dǎo)線及截面進(jìn)行優(yōu)選，以降低牽引網(wǎng)阻抗； 8、因負(fù)荷要求，需對接觸懸掛實(shí)行分段采用不同截面時，在單線區(qū)段應(yīng)由近電源點(diǎn)開始依次由大到小采用不同截面的導(dǎo)線；7-3 減少牽引供電系統(tǒng)電能損失的措施 9、實(shí)行牽引變壓器的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 以三相牽引變電所為例，兩臺三相變壓器為同容量。則，

12、一臺運(yùn)行時的功率損失為：022122211922PIIIIIPPNavaveeKT(7-20) 兩臺運(yùn)行時的功率損失為：022122212292221PIIIIIPPNavaveeKT(7-21)202212221922NavaveeIIIII：設(shè)7-3 減少牽引供電系統(tǒng)電能損失的措施 則式7-20與式7-21可分別表示為：0201PPPKT(7-22)0202221PPPKT(7-23)時當(dāng)21TTPP00414. 1PPK(7-24) 可見，當(dāng)牽引負(fù)荷的實(shí)際負(fù)荷率小于0時，宜投入一臺運(yùn)行較為經(jīng)濟(jì)；反之，宜兩臺同時投入運(yùn)行。7-3 減少牽引供電系統(tǒng)電能損失的措施 10、在復(fù)線區(qū)段，采用上、下

13、行線路在供電臂末端并聯(lián)供電，可減少牽引網(wǎng)電能損耗； 11、在牽引變電所裝設(shè)并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，可提高功率因數(shù)，減少電能損失； 12、在牽引變電所中采用節(jié)能型牽引變壓器，效率可達(dá)99%以上。7-4 接觸導(dǎo)線截面的選擇7-4 接觸導(dǎo)線截面的選擇接觸導(dǎo)線截面的選擇 接觸線是向電力機(jī)車供電的導(dǎo)線。由于它與受電弓直接接觸，經(jīng)常處于磨擦狀態(tài)，特別在高速運(yùn)行和惡劣的氣候條件下，要保證電力機(jī)車正常取流，除了要求接觸線滿足良好的導(dǎo)電性能外，還必須具備足夠的機(jī)械強(qiáng)度和耐磨性。因此，選擇接觸導(dǎo)線截面時應(yīng)滿足機(jī)械強(qiáng)度和電氣性能兩方面的要求。7-4 接觸導(dǎo)線截面的選擇7-4 接觸導(dǎo)線截面的選擇接觸導(dǎo)線截面的選擇7-4-1

14、 按允許載流量確定接觸導(dǎo)線截面7-4-2 按經(jīng)濟(jì)截面選擇接觸導(dǎo)線7-4-1 按允許載流量確定接觸導(dǎo)線截面 7-4-1 按允許載流量確定接觸導(dǎo)線截面按允許載流量確定接觸導(dǎo)線截面 接觸導(dǎo)線允許載流量指一定環(huán)境條件下，不超過導(dǎo)線最高允許工作溫度時所傳輸?shù)碾娏?，其?jì)算式為： ARWWWItSFR(7-25) 各種導(dǎo)線的允許載流量可直接利用接觸懸掛允許載流量表獲得，如表7-2所示。 估算時，單鏈形懸掛中，流過鋼絞線承力索的電流大約為接觸導(dǎo)線電流的15%。當(dāng)需要考慮接觸導(dǎo)線磨耗時，接觸懸掛的允許載流量需減小，減小量約為表7-2數(shù)值的15%。7-4-1 按允許載流量確定接觸導(dǎo)線截面7-4-2 按經(jīng)濟(jì)截面選擇接觸導(dǎo)線 7-4-2 按經(jīng)濟(jì)截面選擇接觸導(dǎo)線按經(jīng)濟(jì)截面選擇接觸導(dǎo)線 在保證接觸導(dǎo)線所傳輸?shù)碾娏鞑怀^允許載流量的條件下，還需要考慮另外一種情況，即有時