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高铁是如何供电的,各供电系统之间是如何转换的

时间:2019-10-06 11:20 来源:电工之家

1、先讲一个电气回路常识。
一个完整的电气回路,由送电端(电网、发电厂)、输电线路、受电端(用户、负载)及回路要件组成。这是一个闭合的环路。(见图示一。)
高铁是如何供电的,各供电系统之间是如何转换的
图示一。
电从电网送出,通过变电站的变压器降压后,再通过输电线路输给用户。图中的灯泡代表用电设备也就是负载。
变电站的变压器的线圈中有一个称为中性点的三相公共端结点,这个结点叫做中性点,由这个结点引出一根线去接地,这根线叫中性线。这种接地方式称为中性点直接接地方式。
我国110千伏及以上系统包括380/220伏低压配电网系统都采用中性点直接接地方式。
理论上大地电位为零。所以,中性线接入大地,对地电压也为零(不讨论偏移问题)。同理,电流也为零。
灯泡的另一根出线就是我们常说的零线,不论通过何种方式,这零线最终会与变压器的中性线相通。从变压器→输电线路/火线→用电设备→零线/回路→变压器中性点是一个完整的电气回路。这个回路任意一点断开,用电设备都不可能运转。
若某个区域的中性点(地电位)检测到有电流出现,说明该区域中有电流在大地流动,也就意味着在这个区域的电网中带电设备有漏点(电气接地短路)。人们利用这个电气特点,根据各种电气故障及其短路电流电压的分量特点,对付性研制出各种类型的电气保护装置,在电气故障时及时动作电路开关切断故障源,保护人身安全及设备安全。我们比较熟悉的家用的漏电开关就是这样一种较为简单的安全保护装置:一旦出现漏电状况,漏电开关马上跳闸断开电源回路以保障人身设备安全。
2、我国电网的基本结构。
从电压等级来分,我国电网普遍由500千伏(特高压以上的电压等级不算在普遍之列)、220千伏、110千伏、35千伏、10千伏、6千伏等等网络还有我们家用的380/220伏低压配电网系统组成。
这些不同电压等级的网络连接,靠的是各种类型各种电压等级的变压器中介。500千伏电压等级的输电线路要转变为220千伏的输电线路运行,就通过一个高压侧为500千伏,低压侧为220千伏的变压器,把送入的500千伏的电压降压为220千伏送出。如此类推:220千伏转变为110千伏送出、110千伏转变为35千伏送出……直到把电压降到最终的380伏。
3、高铁的供电方式
从本质上来说,高铁的供电方式与上述的家用电器的供电回路大致是相同的。高铁牵引站送出的馈线(配电线路)的电压等级为27.5千伏,不在我国传统采用的电压等级之列,但高铁牵引站供电系统采用的也是中性点直接接地方式。
高铁的供电方式为:从电网(以220千伏变电站为例)→220千伏输电线路→高铁牵引站,变压为27.5千伏输出→27.5千伏馈线→27.5千伏接触网→动车(动车自身还要将27.5千伏的电通过交流转直流再转交流、变频变压之后再使用)→铁轨→回流线/大地→高铁牵引站变压器中性线,形成一个完整的电气回路。见图示二。
高铁是如何供电的,各供电系统之间是如何转换的
图示二。
4、动车受电
因为关乎电能质量,所以高铁沿途相隔约50千米便建有一个牵引站(牵引站是铁路系统对变电站的另一种叫法)。牵引站一般配备有两台容量不大的专用变压器,两台变压器低压侧没有电气联结。每一个牵引站负责对某一段接触线(供电线路,即列车头顶上的那条线)进行供电,这段接触线称为“供电臂”。一个牵引站里一台变压器的电源送给上行供电臂,一台变压器的电源送给下行供电臂。
由电网送入高铁牵引站变压器的高压侧为220千伏的三相线,经过降压为27.5千伏的低压侧输出时只有两相馈线:A、B、C三相中的任意两相。这两根馈线始终只有一条送电到接触网上,另一条线作为备用。这两条馈线的状态是会经常转换的。
这样的供电方式产生了必须要解决的两个问题:
A:电分相问题。
看图示二。丙牵引站有一个单相电源接到接触网上,是为丙供电臂;相邻的丁牵引站也有一个单相电源接到接触网上,是为丁供电臂。如果丙站送的是A相电源,丁站送的是B相电源,两个电源通过接触网发生电气联系的话,后果就是严重的电气相间短路故障。当然,如果大家都送的是同相电源,是不会存在问题的。但从供电的技术角度去看,上千千米的接触线、几十个牵引站是不能用同一相线路去供用电负荷的,反而是交换相位供电更能达到电网的运行平衡。既要换相运行,又要杜绝不同相间出现接触的可能,所以,每个牵引站供电的供电臂都会与相邻牵引站供电的供电臂用绝缘设备分隔开来以确保不会出现安全问题。这段没电的线路区间叫“分相区”。
B:双弓问题。
仍看图示二。动车的车顶上与接触网接触取电的设备叫受电弓。动车的受电弓的受电原理与我们常见的无轨电车的两条辫子的受电原理很相似:动车是单根线受电,回路由回流线/大地构成;无轨电车头上有两根线,一根受电,另一根则做回流线用。
动车顶上有前后两支受电弓(图中只画了一支),在一般情况下,动车用一支弓受电即可满足用电要求。但在某些情况下,也会同时用上两支弓。在“电分相问题”中说过,为了杜绝不同相的电源接触而产生电气相间短路问题,牵引站与牵引站的供电臂间都设置了分相区用以隔绝电气连接的可能。分相区长度有100多米,而动车的两支弓的距离可达200米。换句话说,就算有分相区的隔离,但当动车同时升起双弓时,仍会出现前弓搭在丙供电臂上,后弓搭在丁供电臂上从而引致电气相间短路的问题。所以,当动车即将通过分相区时,路旁会设有“禁止双弓”的提示牌子提请动车司机注意按过分相区的规定进行操作。当然,动车上会有自动装置保障列车安全通过。
高铁是如何供电的,各供电系统之间是如何转换的
动车从分相区通过时,虽然受电弓不用下降脱离接触网,但这时的接触网是无电可取的。动车会提前关闭车内的照明、空调电机等用电负荷,动车重要的系统则由保安电源供电,列车以惯性滑行通过分相区之后再行受电。
血战到底麻将 完成这整个过程不超过5秒钟,不留意就过去了。

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