牵引供电系统设计报告

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1、电力牵引供电系统课程设计班级：电气1102姓名：陈幸学号：201109227指导教师：李彦哲兰州交通大学自动化与电气工程学院2014年7月14H1设计原始题目分析牵引变电所串联电容补偿的原理及补偿效果，并进行仿真计算。1.1具体题目随着铁路运量的增长，实际运行中会出现牵引网电压低于电力机车最低允许电压的情况。因此，改善牵引网电压，在电气化铁路的设计中是一项重要课题。目前改善供电臂电压水平的措施有：提高牵引变电所牵引侧母线电压、采用串联电容补偿装置、采用并联补偿装置、采用载流承力索或加强线等。1.2要完成的内容牵引变电所串联电容补偿的原理及补偿效果。2设计课题的计算与分析2

2、.1计算的意义在铁路牵引供电系统中，当某供电区间运行的机车比较多时，牵引网末端的电压往往低于21kV,有时甚至低于19kV,影响电力机车牵引力的发挥，降低运输效益。为了在运输繁忙时保证整个铁道系统的止常运行，需提高牵引网电压。就提高网压来说，有许多可行的方法，其中有效的方法之一是在牵引变电所安装串联电容补偿装置(SCC)o事实上，一个牵引变电所机车密集运行的时间很短，绝大部分时间处于空载和小负荷状态，这时母线电压很高，应及时地切除已安装的串联电容补偿装置。另外，在运行密集时，有可能流过电容器组的电流过大，其两端的电压降会超过额定电压，从而导致电容器组损坏，这时必须旁路电容

3、器组。因此，串联电容补偿装置，对实现铁路牵引供电安全运行具有实际意义。2.2详细计算2.2.1牵引网中的电压损失牵引网中的电压损失等于牵引变电所馈线电压与电力机车上电压的算数术差。设牵引变电所馈线电压为3，电力机车受电弓上电压为5。牵引网屯流为I。负荷角为①，牵引同阻抗为Z=7?+jX,如图1所示。则向量图如图2所示图1牵引网等值电路.J—图2牵引网电压向量图从向量图可知，线路的电压损耗为电压和AS之和，从图中可知，△5=IRcos①,=/Xsin①,所以线路的电压损耗为：A(7=、U+AL/2=J(Rcos(p+Xsin(p)这就是电压损失的一般算式，它也适用于其他情

4、况下电压损失的计算。从公式(2・1)中可见：电压损失除与牵引负荷/、接触网阻抗(/?,/)有关外，还与牵引负荷的功率因数角。有关。2.3串联电容补偿原理2.3.1串联电容补偿原理牵引网的等值电路如图3所示，其中7?为牵引网电阻，益为牵引网感抗，I为牵引负荷电流，如为补偿电容容抗U为牵引网首端电压，S为机车受电弓上电压。图3牵引网等值电路补偿前电压损失为：A(7=I(Rcos(p+Xsmp)^-2)补偿后电压损失为：2=“Rcos0+Xsin^-XcSine)(2-3)由式(2・2)减(2・3),可得牵引负荷电流通过串联电容器组时的电压损失：'U©=-IX^mcp(2詔由(

5、2・4)式可知，由于串入电容器后，减少了牵引网电压损失，从而改善了供电系统的电压水平。改善效果与负荷电流大小和功率因数有关，负荷电流越大、功率因数越低时效果更佳。由式(2・4)还可以看出，电容器上电压降的绝对值与负荷电流成正比，随着负荷电流变化而变化，对供电臂的电压水平起自动调节的作用，这正好适合电气化铁道牵引负荷激烈变化的特点。补偿后的电压向量关系如图4所示。图4补偿后牵引网电压向量图另一方面，比图2和图4可见：供电臂有串联电容补偿装置接入时，牵引网首端电压3与牵引网负荷/Z间的相位角。会小于没有串联电容补偿装置接入时t/i和/之间的相位角①。所以当串联电容补偿装置接入

6、供电臂能肓接有效地减少牵引供电系统电压损失，还能附带改善供电系统的功率因数。2.3.2电容补偿度上面电压损失计算的接触网阻抗R是指从机车弓顶计算至供电臂首段的阻抗,而供电臂上的电力机车的位置和数量是根据牵引负荷而随机变化的，因此机车弓顶电压就可能不断变化。电容补偿度K是指串联电容的容抗*与接触网的感抗如的比值，即：VK=亠(2-5)当乂小于益时，即KV1,叫做欠补偿，此时机车受电弓上的电压将低于牵引网首端电压；当乂等于如13寸，即K=l,叫做全补偿，此吋机车受电弓上的电压将等于牵引网首端电压；当乂大于仪时，即K>1,叫做过补偿，此时机车受电弓上的电压将高于牵引网首端电压。

7、2.4串联电容补偿装置容量的选择串联补偿电容组的容量，主要是根据电压补偿所需要的容抗及通过的最大馈电线电流数值来确定。(1)需要的容抗X由式(2・4)得-(2-6)人涿sin。式中，△[/为需要串联补偿的电压损失；人敢为通过电容器组的最大馈线电流；⑦为牵引负荷功率因数角。对应的电容器组电压Uc△/=/maxXc=sin。(2)电容器组的并联支路数加式中，为每台电容器的额定电流，可按下式确定其中，0CN为每台电容器的额定容量；卩。"为每台电容器的额定电压。(3)每条并联支路应串联的电容器台数〃mXn=式中,Xcn为每台电容器