牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算-城市軌道交通供電

1、第4章 牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算易東易東西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院城市軌道交通供電第第4章章 牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算 牽引供電計(jì)算是城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的牽引供電計(jì)算是城市軌道交通牽引供電系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。它重要依據(jù)。它決定著牽引變電所的布置和容量、牽引決定著牽引變電所的布置和容量、牽引接觸網(wǎng)的電壓變化和功率損失等接觸網(wǎng)的電壓變化和功率損失等。它影響著一次投資它影響著一次投資和運(yùn)行費(fèi)用，受著運(yùn)輸規(guī)模和供饋電方式的影響和運(yùn)行費(fèi)用，受著運(yùn)輸規(guī)模和供饋電方式的影響，因，因此應(yīng)和變電所的布置及饋電方式反復(fù)作多方案的分析此應(yīng)和變電所的布置及饋電方式反復(fù)作多方

2、案的分析比較。比較。 牽引供電計(jì)算包括牽引供電計(jì)算包括牽引電流、電壓、功率和電能量牽引電流、電壓、功率和電能量等的計(jì)算。等的計(jì)算。第第4章章 牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算v列車用電量的估算列車用電量的估算v平均運(yùn)量法平均運(yùn)量法v列車運(yùn)行圖截面法列車運(yùn)行圖截面法v牽引供電計(jì)算牽引供電計(jì)算v再生電能及其利用再生電能及其利用v短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算本講本講下講下講4.1 列車用電量的估算列車用電量的估算v影晌牽引用電量的因素影晌牽引用電量的因素v列車用電量的估算列車用電量的估算一、影晌牽引用電量的因素一、影晌牽引用電量的因素v車輛的重量車輛的重量v車輛的起制動方式和特性車輛的起制動方式

3、和特性v線路的坡度和曲線半徑線路的坡度和曲線半徑v線路形式線路形式v車站站距車站站距v牽引電壓和饋電方式牽引電壓和饋電方式v列車運(yùn)行最高速度和運(yùn)行間隔、列車編組列車運(yùn)行最高速度和運(yùn)行間隔、列車編組1、車輛的重量、車輛的重量 包括自重和乘客的重量。包括自重和乘客的重量。 車輛的自重約占總重量的三分之二至五分之車輛的自重約占總重量的三分之二至五分之四。按車公里耗電量計(jì)算，車輛因自重所消耗的四。按車公里耗電量計(jì)算，車輛因自重所消耗的用電量占有很大比重。用電量占有很大比重。 減少車輛自重減少車輛自重，如采用鋁制車體，鋁合金轉(zhuǎn)，如采用鋁制車體，鋁合金轉(zhuǎn)向架，可減少自重向架，可減少自重20%30%，因而可

4、降低車公，因而可降低車公里耗電量。里耗電量。 2、車輛的起制動方式和特性、車輛的起制動方式和特性v車輛起動采用斬波調(diào)壓比電阻起動能節(jié)約用電車輛起動采用斬波調(diào)壓比電阻起動能節(jié)約用電l0%左右。左右。v制動時采用電力再生技術(shù)回收電能，又能節(jié)約電制動時采用電力再生技術(shù)回收電能，又能節(jié)約電能能15%左右。左右。v車輛起動加速度大，可以減少用電時間而節(jié)約起車輛起動加速度大，可以減少用電時間而節(jié)約起動耗電。動耗電。v制動時制動減速度大可以延長惰行時間而多利用制動時制動減速度大可以延長惰行時間而多利用車輛動能。車輛動能。v另外，車輛本身的牽引電機(jī)和機(jī)械特性不同，可另外，車輛本身的牽引電機(jī)和機(jī)械特性不同，可以

5、影響傳動效率，降低或增加電能。以影響傳動效率，降低或增加電能。 列車制動系統(tǒng)列車制動系統(tǒng)v為了適應(yīng)軌道車輛運(yùn)用的要求，列車制動系統(tǒng)需為了適應(yīng)軌道車輛運(yùn)用的要求，列車制動系統(tǒng)需要滿足如下要求要滿足如下要求:v(1)站間距離短，增速和減速快，制動減速度大，站間距離短，增速和減速快，制動減速度大，一般應(yīng)為一般應(yīng)為1. 2 m/s2 1. 3 m/ s2v (2)列車制動和調(diào)速頻繁。列車制動和調(diào)速頻繁。v (3)旅客乘降量大，并應(yīng)提高乘坐舒適度。旅客乘降量大，并應(yīng)提高乘坐舒適度。v( 4)優(yōu)先使用電制動優(yōu)先使用電制動(電阻制動或再生制動電阻制動或再生制動)。3、線路的坡度和曲線半徑、線路的坡度和曲線半

6、徑v坡度大、曲線半徑小坡度大、曲線半徑小,用電量增加。用電量增加。v因坡度阻力增加的用電量因坡度阻力增加的用電量Wz 32.73 10zWGiL 式中式中 G車輛的重量，包括車輛自重車輛的重量，包括車輛自重G0和乘客的載重，和乘客的載重， G=G0+p*g，其中，其中p為每輛車的乘客人數(shù)，為每輛車的乘客人數(shù)， g為每位乘客平均重量，一般取為每位乘客平均重量，一般取g等于等于0.06t i線路坡度（線路坡度（），上坡取正，下坡取負(fù)），上坡取正，下坡取負(fù) L坡度的長度（坡度的長度（km）v因曲線半徑增加的用電量因曲線半徑增加的用電量Wr(kWh) 32.73 10800rWGRL式中式中 G車輛重

7、量（車輛重量（t） R曲率半徑曲率半徑(m) L曲線的弧長曲線的弧長(km)4、線路形式、線路形式線路形式不同，影響列車運(yùn)行的附加阻力。線路形式不同，影響列車運(yùn)行的附加阻力。 在隧道中列車運(yùn)行因要克服風(fēng)洞阻力而增加用電量在隧道中列車運(yùn)行因要克服風(fēng)洞阻力而增加用電量。列車橫斷面與隧道斷面的比例越大，風(fēng)洞阻力也大。單線列車橫斷面與隧道斷面的比例越大，風(fēng)洞阻力也大。單線隧道的阻力又大于雙線隧道。隧道的阻力又大于雙線隧道。 車輛出站線路上坡比下坡要增加用電量車輛出站線路上坡比下坡要增加用電量，例如采用，例如采用20的坡度上坡的坡度上坡200m，噸公里耗電量要增加，噸公里耗電量要增加0.0109kWh5

8、、車站站距、車站站距v車站站間距離小，列車起動次數(shù)多，用電量大。車站站間距離小，列車起動次數(shù)多，用電量大。1km的站間比的站間比2 km的站間，其每公里的耗電量幾的站間，其每公里的耗電量幾乎增加三分之二至四分之三。乎增加三分之二至四分之三。v輕軌線路的車站站距平均要小于地鐵，一般為輕軌線路的車站站距平均要小于地鐵，一般為7501000m,所以車公里用電量大。所以車公里用電量大。6、牽引電壓和饋電方式、牽引電壓和饋電方式v一般說，直流牽引電壓越高，可以減少線損，節(jié)一般說，直流牽引電壓越高，可以減少線損，節(jié)約用電量。約用電量。v采用接觸軌授電比架空授電要減少線損采用接觸軌授電比架空授電要減少線損。

9、v上下行并路饋電比分路饋電要節(jié)約用電上下行并路饋電比分路饋電要節(jié)約用電。v雙邊饋電要比單邊饋電節(jié)約用電。雙邊饋電要比單邊饋電節(jié)約用電。雙邊饋電、單邊饋電雙邊饋電、單邊饋電 正常雙邊供電解列后的大雙邊供電 解列后的單邊供電 單機(jī)組運(yùn)行下的雙邊供電7、列車運(yùn)行最高速度和運(yùn)行間隔、列車編組、列車運(yùn)行最高速度和運(yùn)行間隔、列車編組v列車運(yùn)行最高速度列車運(yùn)行最高速度Vm與耗電量與耗電量W幾乎成平方關(guān)系幾乎成平方關(guān)系v列車運(yùn)行速度高，列車動能大，起動電流強(qiáng)，用列車運(yùn)行速度高，列車動能大，起動電流強(qiáng)，用電時間長。電時間長。v列車編組數(shù)多，整列車的阻力增加不多，所以單列車編組數(shù)多，整列車的阻力增加不多，所以單輛

10、車用電量要小一些。運(yùn)行間隔小，電流最大值輛車用電量要小一些。運(yùn)行間隔小，電流最大值和平均值之比相接近。和平均值之比相接近。因此，在同樣運(yùn)輸能力下，因此，在同樣運(yùn)輸能力下，采用列車編組數(shù)少，運(yùn)行密度大的運(yùn)行方式比較采用列車編組數(shù)少，運(yùn)行密度大的運(yùn)行方式比較經(jīng)濟(jì)節(jié)電。經(jīng)濟(jì)節(jié)電。 4.1 列車用電量的估算列車用電量的估算v影晌牽引用電量的因素影晌牽引用電量的因素v列車用電量的估算列車用電量的估算 1、 利用能耗法估算利用能耗法估算 2、利用車公里用電量計(jì)算、利用車公里用電量計(jì)算1、 利用能耗法估算利用能耗法估算 利用軌道交通線路的設(shè)計(jì)條件計(jì)算出所消耗的單位能利用軌道交通線路的設(shè)計(jì)條件計(jì)算出所消耗的單

11、位能耗可以估算牽引變電所或軌道交通線路的牽引用電量。耗可以估算牽引變電所或軌道交通線路的牽引用電量。Wa GLNMZ式中 a噸公里用電量(kWh/tkm) G每輛車重量（含自重和乘客重）(t) L輕軌運(yùn)營長度或牽引變電所供電距離（km） N列車編組輛數(shù)。如4輛編組，N=4 M每小時開行列車對數(shù)，如3min間隔，M=20， 2min間隔，M=30 Z上下行數(shù)噸公里用電量a a涉及因素較多，要根據(jù)車輛本身的起動特性涉及因素較多，要根據(jù)車輛本身的起動特性曲線、線路的坡度、曲線半徑、線路形狀、不同曲線、線路的坡度、曲線半徑、線路形狀、不同的附加阻力、平均站距等綜合考慮，的附加阻力、平均站距等綜合考慮，

12、a一般在一般在0.070.12kWh/tkm之間。之間。 v從牽引變壓器用電統(tǒng)計(jì)得到從牽引變壓器用電統(tǒng)計(jì)得到 va也可以利用車輛和線路特性估算出來，即利用也可以利用車輛和線路特性估算出來，即利用車輛起動特性計(jì)算出一輛車在標(biāo)準(zhǔn)線路狀態(tài)下耗車輛起動特性計(jì)算出一輛車在標(biāo)準(zhǔn)線路狀態(tài)下耗用的電量，再考慮線路坡度、曲線半徑、站間距用的電量，再考慮線路坡度、曲線半徑、站間距離、線路運(yùn)行阻力和供電線路損耗、變電所損耗離、線路運(yùn)行阻力和供電線路損耗、變電所損耗等。等。 2、利用車公里用電量計(jì)算、利用車公里用電量計(jì)算 W=A*L*N*M*Z式中式中 A每輛車在計(jì)算區(qū)段內(nèi)每走行每輛車在計(jì)算區(qū)段內(nèi)每走行1km的用電的

13、用電量（量（kWh/Vkm）。它包括牽引電機(jī)和輔助電機(jī)電）。它包括牽引電機(jī)和輔助電機(jī)電器用電之和。器用電之和。 A和和a一樣，是個難以準(zhǔn)確確定的因素，一般一樣，是個難以準(zhǔn)確確定的因素，一般在在2.54.5kWh/Vkm之間。之間。第第4章章 牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算v列車用電量的估算列車用電量的估算v平均運(yùn)量法平均運(yùn)量法v列車運(yùn)行圖截面法列車運(yùn)行圖截面法v牽引供電計(jì)算牽引供電計(jì)算v再生電能及其利用再生電能及其利用v短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算4.2 平均運(yùn)量法平均運(yùn)量法v首先應(yīng)知道列車在首先應(yīng)知道列車在供電區(qū)間的平均電流供電區(qū)間的平均電流和和列車電列車電流間斷系數(shù)流間斷系數(shù)C兩個量

14、值；兩個量值；v然后根據(jù)運(yùn)量（列車對數(shù)）求出饋然后根據(jù)運(yùn)量（列車對數(shù)）求出饋電段、牽引變電段、牽引變電所的電流、電壓損失、功率損失電所的電流、電壓損失、功率損失等。等。計(jì)算條件計(jì)算條件v在進(jìn)行計(jì)算時，應(yīng)確定下列計(jì)算條件在進(jìn)行計(jì)算時，應(yīng)確定下列計(jì)算條件：（1）一輛車或一列車的平均電流。）一輛車或一列車的平均電流。（2）列車電流間斷系數(shù)、列車起動最大電流。）列車電流間斷系數(shù)、列車起動最大電流。（3）列車運(yùn)行狀況）列車運(yùn)行狀況，例如列車運(yùn)行間隔、列車編，例如列車運(yùn)行間隔、列車編組數(shù)，每輛車自重、乘客人數(shù)、速度等、并假定組數(shù)，每輛車自重、乘客人數(shù)、速度等、并假定同一線路上使用同一型號車。同一線路上使用

15、同一型號車。（4）牽引變電所的布置及間距、饋電方式、牽引）牽引變電所的布置及間距、饋電方式、牽引系統(tǒng)電壓、饋電線及變電所內(nèi)的電阻值等。系統(tǒng)電壓、饋電線及變電所內(nèi)的電阻值等。（5）上述參數(shù)假定是不隨線路狀況變化的。）上述參數(shù)假定是不隨線路狀況變化的。計(jì)算方法計(jì)算方法（1）計(jì)算一列車平均電流）計(jì)算一列車平均電流 v列車平均電流的計(jì)算可以根據(jù)列車平均電流的計(jì)算可以根據(jù)列車運(yùn)行圖或列車列車運(yùn)行圖或列車運(yùn)行電流記錄儀運(yùn)行電流記錄儀進(jìn)行積分計(jì)算進(jìn)行積分計(jì)算niiiVtITI01式中式中 T為列車在饋電區(qū)間或變電所間距內(nèi)的旅行時為列車在饋電區(qū)間或變電所間距內(nèi)的旅行時間，包括運(yùn)行時間和停站時間；間，包括運(yùn)行時

16、間和停站時間； Iiti為從運(yùn)行圖或記錄紙上截取的在為從運(yùn)行圖或記錄紙上截取的在ti時刻的電流時刻的電流Ii； tn表示列車在供電區(qū)段內(nèi)用電的最后一個時刻。表示列車在供電區(qū)段內(nèi)用電的最后一個時刻。v如果列車平均電流難以獲得時，可用車公里或噸如果列車平均電流難以獲得時，可用車公里或噸公里用電量求得公里用電量求得 v用電量與電流有效值相關(guān)，由有效電流求平均電用電量與電流有效值相關(guān)，由有效電流求平均電流時要乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)流時要乘以轉(zhuǎn)換系數(shù)，此數(shù)可由列車在帶電運(yùn)行，此數(shù)可由列車在帶電運(yùn)行時的電流波形有效系數(shù)代替，也可以取時的電流波形有效系數(shù)代替，也可以取1.151.25。列車運(yùn)行間隔小，且饋電區(qū)段長時可

17、取小。列車運(yùn)行間隔小，且饋電區(qū)段長時可取小數(shù)；列車運(yùn)行間隔小，饋電區(qū)段短時可取中間數(shù)；數(shù)；列車運(yùn)行間隔小，饋電區(qū)段短時可取中間數(shù)；列車運(yùn)行間隔大的可取大數(shù)。列車運(yùn)行間隔大的可取大數(shù)。v（2）計(jì)算一列車有效電流）計(jì)算一列車有效電流 2KIIVV(3) 計(jì)算饋電區(qū)段的列車數(shù)計(jì)算饋電區(qū)段的列車數(shù)tVLm60式中式中 L為饋電區(qū)距離或變電所間距；為饋電區(qū)距離或變電所間距； V為列車旅行速度；為列車旅行速度； t為列車運(yùn)行間隔。為列車運(yùn)行間隔。(4) 計(jì)算饋線平均電流計(jì)算饋線平均電流1）上下行分路饋電）上下行分路饋電：VAImI1雙邊饋電雙邊饋電212VAImI單邊饋電單邊饋電(4) 計(jì)算饋線平均電流計(jì)

18、算饋線平均電流2）上下行并路饋電）上下行并路饋電：VAAImII2213雙邊饋電雙邊饋電VAAImII242單邊饋電單邊饋電（5） 計(jì)算饋電線有效電流計(jì)算饋電線有效電流1）上下行分路饋電：）上下行分路饋電：單邊饋電mKIIAA11211雙邊饋電mKIIAA133. 112222）上下行并路饋電：）上下行并路饋電：單邊饋電mKIIAA211233雙邊饋電 mKIIAA2133. 11244（6) 變電所的有效電流變電所的有效電流 上下行并路饋電22212122SIIIII上下行分路饋電222221234121314324234222222SIIIIIIIIIIIIIIIII 變電所的有效電流應(yīng)將

19、雙邊饋電、單邊饋電等不同運(yùn)變電所的有效電流應(yīng)將雙邊饋電、單邊饋電等不同運(yùn)行方式下的電流同時計(jì)算，以作為選擇變壓器容量的依據(jù)。行方式下的電流同時計(jì)算，以作為選擇變壓器容量的依據(jù)。(7) 最大平均電壓損失最大平均電壓損失 v單邊饋電單邊饋電21112mrLIUAm雙邊饋電雙邊饋電mrLIUAm1142(8) 最大瞬時電壓損失最大瞬時電壓損失 v列車在單邊饋電的末端，雙邊饋電的中間處起動時的最大列車在單邊饋電的末端，雙邊饋電的中間處起動時的最大電壓損失電壓損失 單邊饋電21maxmaxLrImrLIUV雙邊饋電814maxmaxLrImrLIUV 要求最大瞬時電壓損失不得超過電壓允許值。要求最大瞬時

20、電壓損失不得超過電壓允許值。750V系統(tǒng)系統(tǒng)應(yīng)小于應(yīng)小于250V，1500V系統(tǒng)應(yīng)小于系統(tǒng)應(yīng)小于500V。(9) 饋電線功率損失饋電線功率損失 v單邊饋電單邊饋電32211015 . 1131mKrLIPA雙邊饋電雙邊饋電32221012131mKrLIPA 在計(jì)算牽引網(wǎng)的功率損失時應(yīng)將各饋電路相加，其在計(jì)算牽引網(wǎng)的功率損失時應(yīng)將各饋電路相加，其線路損失應(yīng)不超過牽引用電量的線路損失應(yīng)不超過牽引用電量的10%15%。計(jì)算步驟計(jì)算步驟計(jì)算一列車平均電流計(jì)算一列車平均電流計(jì)算一列車有效電流計(jì)算一列車有效電流計(jì)算饋電區(qū)段的列車數(shù)計(jì)算饋電區(qū)段的列車數(shù)計(jì)算饋線平均電流計(jì)算饋線平均電流計(jì)算饋電線有效電流計(jì)算

21、饋電線有效電流變電所的有效電流變電所的有效電流最大平均電壓損失最大平均電壓損失最大瞬時電壓損失最大瞬時電壓損失饋電線功率損失饋電線功率損失第第4章章 牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算v列車用電量的估算列車用電量的估算v平均運(yùn)量法平均運(yùn)量法v列車運(yùn)行圖截面法列車運(yùn)行圖截面法v牽引供電計(jì)算牽引供電計(jì)算v再生電能及其利用再生電能及其利用v短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算4.3 列車運(yùn)行圖截面法列車運(yùn)行圖截面法一、一、 計(jì)算原理及條件計(jì)算原理及條件 v又稱運(yùn)行圖法。又稱運(yùn)行圖法。v它是利用列車運(yùn)行圖中的時間與距離、電流與距離的關(guān)系它是利用列車運(yùn)行圖中的時間與距離、電流與距離的關(guān)系求得每一掃描時刻列車電

22、流在供電距離上的分布，從而得求得每一掃描時刻列車電流在供電距離上的分布，從而得到一系列的瞬態(tài)供電網(wǎng)絡(luò)圖；到一系列的瞬態(tài)供電網(wǎng)絡(luò)圖；v利用它求出饋電線和牽引變電所變化的電流、電壓、功率利用它求出饋電線和牽引變電所變化的電流、電壓、功率變化的曲線，進(jìn)而求出饋電線和牽引變電所的電流、電壓、變化的曲線，進(jìn)而求出饋電線和牽引變電所的電流、電壓、功率等。功率等。圖4-2 列車運(yùn)行圖采用列車運(yùn)行圖截面法的條件采用列車運(yùn)行圖截面法的條件v1線路的列車運(yùn)行曲線圖，包括上下行運(yùn)行圖線路的列車運(yùn)行曲線圖，包括上下行運(yùn)行圖 .為列車運(yùn)行晚點(diǎn)時調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃起見，作運(yùn)為列車運(yùn)行晚點(diǎn)時調(diào)整列車運(yùn)行計(jì)劃起見，作運(yùn)行圖時將

23、車輛最高速度、線路曲線限速、出進(jìn)站行圖時將車輛最高速度、線路曲線限速、出進(jìn)站限速等降低限速等降低35km/h(比允許值比允許值)。v2列車運(yùn)行間隔（列車運(yùn)行間隔（T），饋電線距離（），饋電線距離（l）變電所）變電所位置，牽引網(wǎng)結(jié)線及饋電方式等。位置，牽引網(wǎng)結(jié)線及饋電方式等。采用列車運(yùn)行圖截面法的條件采用列車運(yùn)行圖截面法的條件v3假設(shè)條件：假設(shè)條件：(1) 線路上運(yùn)行的列車具有同一型號，且運(yùn)行速度相線路上運(yùn)行的列車具有同一型號，且運(yùn)行速度相同；同；(2) 相鄰列車之間的運(yùn)行時間間隔和停站時間相同；相鄰列車之間的運(yùn)行時間間隔和停站時間相同；(3) 所有車輛的運(yùn)動曲線（用電電流曲線）相同；所有車輛的

24、運(yùn)動曲線（用電電流曲線）相同；(4) 不考慮回流時的雜散電流；不考慮回流時的雜散電流；(5) 不考慮各變電所的外界特性和供電電源線路阻抗不考慮各變電所的外界特性和供電電源線路阻抗的影響。的影響。二、計(jì)算方法二、計(jì)算方法v1. 標(biāo)出截面和求瞬時供電網(wǎng)絡(luò)圖標(biāo)出截面和求瞬時供電網(wǎng)絡(luò)圖圖4-3 牽引運(yùn)行圖截面法 在時間曲線上截取列車運(yùn)行間隔在時間曲線上截取列車運(yùn)行間隔T，將，將T分為分為m個時個時間間隔（或稱時間步長）。時間間隔間間隔（或稱時間步長）。時間間隔t：)(smTt v各時間間隔點(diǎn)為：各時間間隔點(diǎn)為：vt01、t02t0nt0m、t11、t12t1nt1m相應(yīng)得相應(yīng)得到截面電流：到截面電流：

25、vi01、i02i0ni0m、i11、i12i1ni1m電流對應(yīng)電流對應(yīng)的位置為：的位置為： l01、l02l0nl0m、l11、l12l1nl1m截面截面電流值為該截面電流的平均值電流值為該截面電流的平均值21nintniii由上可得到由上可得到t1、t2tntm的的T時各瞬時供電網(wǎng)絡(luò)圖。時各瞬時供電網(wǎng)絡(luò)圖。 2. 單邊饋電時電量的計(jì)算單邊饋電時電量的計(jì)算v在在tn時饋電線電流時饋電線電流iknnnnkniiii210饋電線末端電壓降（受電器上電壓損失） 001 101201210221012knnnn nnnnnnnnnnnnknknknur i li lr iiiliillilluuu饋

26、電線的功率損失221210210knnknnnknnnnknuiuiiuiiiP1111n mn mkknknnnIiitmT有效電流2221111n mn mkknknnnIiitmT平均電壓損失mnnknkumu11功率損失mnnknkPmP11在行車間隔T內(nèi)的平均電流3. 雙邊饋電時電量的計(jì)算雙邊饋電時電量的計(jì)算v其他有關(guān)各電量計(jì)算公式可以參照單邊饋電時列出。其他有關(guān)各電量計(jì)算公式可以參照單邊饋電時列出。00112200112201211kAnnnnnnnkBnnnnnnnkAnkBnnnniiLliLliLlLii li li lLiiiii4. 變電所電量的計(jì)算變電所電量的計(jì)算v變電

27、所瞬態(tài)電流的計(jì)算應(yīng)將同時刻各饋線電流相變電所瞬態(tài)電流的計(jì)算應(yīng)將同時刻各饋線電流相加。加。v計(jì)算一個列車運(yùn)行間隔內(nèi)的平均電流和有效電流、計(jì)算一個列車運(yùn)行間隔內(nèi)的平均電流和有效電流、總用電量時，應(yīng)利用各瞬態(tài)電流值進(jìn)行平均值、總用電量時，應(yīng)利用各瞬態(tài)電流值進(jìn)行平均值、均方值計(jì)算?？紤]每個列車運(yùn)行間隔內(nèi)的列車運(yùn)均方值計(jì)算?？紤]每個列車運(yùn)行間隔內(nèi)的列車運(yùn)動規(guī)律是一致的，所以計(jì)算出來的值也就是變電動規(guī)律是一致的，所以計(jì)算出來的值也就是變電所的小時電流值和小時用電量（功率）。所的小時電流值和小時用電量（功率）。v5. 考慮變電所外特性和供電線路阻抗時，將它們考慮變電所外特性和供電線路阻抗時，將它們的阻值折算

28、成等效饋電距離，加上實(shí)際的饋電距的阻值折算成等效饋電距離，加上實(shí)際的饋電距離作為計(jì)算距離即可。離作為計(jì)算距離即可。v6. 上下行并路時各用電量的計(jì)算原理同上，只是上下行并路時各用電量的計(jì)算原理同上，只是應(yīng)將上下行列車用電電流在各瞬間同時計(jì)算即可。應(yīng)將上下行列車用電電流在各瞬間同時計(jì)算即可。v7. 在列車采用電力再生制動時，其再生電流作為在列車采用電力再生制動時，其再生電流作為負(fù)號，可和其他列車用電電流同時計(jì)算。負(fù)號，可和其他列車用電電流同時計(jì)算。第第4章章 牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算v列車用電量的估算列車用電量的估算v平均運(yùn)量法平均運(yùn)量法v列車運(yùn)行圖截面法列車運(yùn)行圖截面法v牽引供

29、電計(jì)算牽引供電計(jì)算v再生電能及其利用再生電能及其利用v短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算4.4 牽引供電計(jì)算牽引供電計(jì)算v牽引供電計(jì)算包括牽引計(jì)算和供電計(jì)算兩部分。牽引供電計(jì)算包括牽引計(jì)算和供電計(jì)算兩部分。v牽引計(jì)算主要是分析列車在區(qū)間運(yùn)行過程中所受到的力，牽引計(jì)算主要是分析列車在區(qū)間運(yùn)行過程中所受到的力，應(yīng)用運(yùn)行方程，解算列車運(yùn)行過程中的速度、時間、距離、應(yīng)用運(yùn)行方程，解算列車運(yùn)行過程中的速度、時間、距離、電流的關(guān)系。計(jì)算列車長度為列車編組數(shù)長度加上一節(jié)車電流的關(guān)系。計(jì)算列車長度為列車編組數(shù)長度加上一節(jié)車輛長。要求列車在起動或加速時，列車后部加上二分之一輛長。要求列車在起動或加速時，列車后部加上二分之

30、一車長的速度不得超過線路允許速度；列車制動減速時，列車長的速度不得超過線路允許速度；列車制動減速時，列車頭部加上二分之一車長處的速度不得高于線路允許速度。車頭部加上二分之一車長處的速度不得高于線路允許速度。線路計(jì)算時的允許速度和限速應(yīng)比實(shí)際允許速度降低線路計(jì)算時的允許速度和限速應(yīng)比實(shí)際允許速度降低35km/h。v牽引供電計(jì)算是在一個小時內(nèi)按列車運(yùn)行相同間隔或分布牽引供電計(jì)算是在一個小時內(nèi)按列車運(yùn)行相同間隔或分布不同間隔向線路發(fā)車，記錄每次列車經(jīng)過各點(diǎn)的電流量、不同間隔向線路發(fā)車，記錄每次列車經(jīng)過各點(diǎn)的電流量、時間，然后將同一瞬間的電流按饋電線和變電所的各種電時間，然后將同一瞬間的電流按饋電線和

31、變電所的各種電量。量。v在進(jìn)行計(jì)算時，需要有以下程序：在進(jìn)行計(jì)算時，需要有以下程序：v1 . 數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)管理程序，包括車輛機(jī)械、電纜通信數(shù)數(shù)據(jù)庫和基礎(chǔ)管理程序，包括車輛機(jī)械、電纜通信數(shù)據(jù)、線路通訊、運(yùn)營狀況、供電電源、變電所、饋電線等據(jù)、線路通訊、運(yùn)營狀況、供電電源、變電所、饋電線等數(shù)據(jù)，以及打印、繪圖、屏幕顯示等程序。數(shù)據(jù)，以及打印、繪圖、屏幕顯示等程序。v2. 列車運(yùn)行模擬軟件，可以按速度增量、或時間、距離增列車運(yùn)行模擬軟件，可以按速度增量、或時間、距離增量建立列車運(yùn)動方程，對列車運(yùn)行進(jìn)行模擬。量建立列車運(yùn)動方程，對列車運(yùn)行進(jìn)行模擬。v3. 電力計(jì)算程序軟件，對各種電量進(jìn)行分配和計(jì)算。電

32、力計(jì)算程序軟件，對各種電量進(jìn)行分配和計(jì)算。v牽引供電計(jì)算可以給列車運(yùn)行和變電所、饋電線各種計(jì)算牽引供電計(jì)算可以給列車運(yùn)行和變電所、饋電線各種計(jì)算參數(shù)和圖形，例如列車運(yùn)行速度、允許時分、用電時分、參數(shù)和圖形，例如列車運(yùn)行速度、允許時分、用電時分、最高速度、最大電流、平均電力、有效電流、瞬時電力、最高速度、最大電流、平均電力、有效電流、瞬時電力、輸出功率、線路損耗、列車損耗、列車在各點(diǎn)的電壓值、輸出功率、線路損耗、列車損耗、列車在各點(diǎn)的電壓值、變電所的功率燈。這些數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以用表格、屏幕、變電所的功率燈。這些數(shù)據(jù)和關(guān)系曲線可以用表格、屏幕、繪圖等形式給出。繪圖等形式給出。第第4章章 牽引供電

33、系統(tǒng)電氣計(jì)算牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算v列車用電量的估算列車用電量的估算v平均運(yùn)量法平均運(yùn)量法v列車運(yùn)行圖截面法列車運(yùn)行圖截面法v牽引供電計(jì)算牽引供電計(jì)算v再生電能及其利用再生電能及其利用v短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算4.5 再生電能及其利用再生電能及其利用v區(qū)間距離短、列車運(yùn)行密度高，列車在全線運(yùn)行過程中頻區(qū)間距離短、列車運(yùn)行密度高，列車在全線運(yùn)行過程中頻繁的啟動、制動過程繁的啟動、制動過程 v城市軌道交通再生制動產(chǎn)生的反饋能量一般為牽引能量的城市軌道交通再生制動產(chǎn)生的反饋能量一般為牽引能量的30%甚至更多甚至更多 v除了按一定比例（一般為除了按一定比例（一般為20%80%，根據(jù)列車運(yùn)行密度，根據(jù)列車

34、運(yùn)行密度和區(qū)間距離的不同而異）被其它相鄰列車吸收利用外，剩和區(qū)間距離的不同而異）被其它相鄰列車吸收利用外，剩余部分將主要被車輛的吸收電阻以發(fā)熱的方式消耗掉或被余部分將主要被車輛的吸收電阻以發(fā)熱的方式消耗掉或被線路上的吸收裝置吸收線路上的吸收裝置吸收 v當(dāng)列車發(fā)車密度較低時，再生能量被其它車輛吸收的概率當(dāng)列車發(fā)車密度較低時，再生能量被其它車輛吸收的概率將大大降低。有資料表明，當(dāng)列車發(fā)車的間隔大于將大大降低。有資料表明，當(dāng)列車發(fā)車的間隔大于10 min 時，再生制動能量被吸收的概率幾乎為零，時，再生制動能量被吸收的概率幾乎為零， v如果再生能量由車輛吸收電阻吸收，必將帶來隧道和站臺如果再生能量由車

35、輛吸收電阻吸收，必將帶來隧道和站臺內(nèi)的溫升問題，同時也增加了站內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，造成內(nèi)的溫升問題，同時也增加了站內(nèi)環(huán)控系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)，造成大量的能源浪費(fèi)并使城市軌道交通的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用大量的能源浪費(fèi)并使城市軌道交通的建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用增加增加 v一般在牽引變電所的直流母線上設(shè)置再生制動能量吸收裝一般在牽引變電所的直流母線上設(shè)置再生制動能量吸收裝置，所采用的吸收方案主要包括電阻耗能型、電容儲能型、置，所采用的吸收方案主要包括電阻耗能型、電容儲能型、飛輪儲能型和逆變回饋型四種方式。飛輪儲能型和逆變回饋型四種方式。 v電阻耗能型再生制動能量吸收裝置主要采用多相電阻耗能型再生制動能量吸收裝置主要采用多

36、相IGBT 斬斬波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據(jù)再生制動時直波器和吸收電阻配合的恒壓吸收方式，根據(jù)再生制動時直流母線電壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器的導(dǎo)通比，從而改變吸流母線電壓的變化狀態(tài)調(diào)節(jié)斬波器的導(dǎo)通比，從而改變吸收功率，將直流電壓恒定在某一設(shè)定值的范圍內(nèi)，并將制收功率，將直流電壓恒定在某一設(shè)定值的范圍內(nèi)，并將制動能量消耗在吸收電阻上動能量消耗在吸收電阻上 v電容儲能型或飛輪儲能型再生制動能量吸收裝置電容儲能型或飛輪儲能型再生制動能量吸收裝置主要采用主要采用IGBT逆變器將列車的再生制動能量吸收逆變器將列車的再生制動能量吸收到大容量電容器組或飛輪電機(jī)中，當(dāng)供電區(qū)間內(nèi)到大容量電容器組或飛輪電機(jī)

37、中，當(dāng)供電區(qū)間內(nèi)有列車起動或加速需要取流時，該裝置將所儲存有列車起動或加速需要取流時，該裝置將所儲存的電能釋放出去并進(jìn)行再利用。的電能釋放出去并進(jìn)行再利用。 v逆變回饋型再生制動能量吸收裝置主要采用電力逆變回饋型再生制動能量吸收裝置主要采用電力電子器件構(gòu)成大功率晶閘管三相逆變器，該逆變電子器件構(gòu)成大功率晶閘管三相逆變器，該逆變器的直流側(cè)與牽引變電所中的整流器直流母線相器的直流側(cè)與牽引變電所中的整流器直流母線相聯(lián)，其交流進(jìn)線接到交流電網(wǎng)上。聯(lián)，其交流進(jìn)線接到交流電網(wǎng)上。 第第4章章 牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算牽引供電系統(tǒng)電氣計(jì)算v列車用電量的估算列車用電量的估算v平均運(yùn)量法平均運(yùn)量法v列車運(yùn)行圖截面法

38、列車運(yùn)行圖截面法v牽引供電計(jì)算牽引供電計(jì)算v再生電能及其利用再生電能及其利用v短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算4.6 短路電流計(jì)算短路電流計(jì)算v短路電流和運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算是選擇設(shè)備、設(shè)計(jì)保護(hù)、判斷短路電流和運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算是選擇設(shè)備、設(shè)計(jì)保護(hù)、判斷變電所運(yùn)行的安全可靠性，確定運(yùn)行方式的重要依據(jù)。它變電所運(yùn)行的安全可靠性，確定運(yùn)行方式的重要依據(jù)。它包括電氣參數(shù)包括電氣參數(shù) （電阻、電抗、電容）和交流短路電流（電阻、電抗、電容）和交流短路電流 （三相、兩相）、直流短路電流（三相、兩相）、直流短路電流 、時間常數(shù)、時間常數(shù) 等等一、電氣參數(shù)的計(jì)算一、電氣參數(shù)的計(jì)算牽引變電所的電氣參數(shù)包括城市電網(wǎng)的系統(tǒng)阻抗、輸電

39、線阻抗、整流機(jī)組阻抗、直流側(cè)母線及連結(jié)線電阻、電感，接觸網(wǎng)饋電線電阻、電感等 U0utRtXdRdxdrdxarauaXTRTXlRlXC圖4-5 牽引供電系統(tǒng)電氣參數(shù)一、電氣參數(shù)的計(jì)算一、電氣參數(shù)的計(jì)算vXC為供電網(wǎng)電抗，一般為供電網(wǎng)電抗，一般由電網(wǎng)的短路容量求得由電網(wǎng)的短路容量求得 U0utRtXdRdxdrdxarauaXTRTXlRlXC圖4-5 牽引供電系統(tǒng)電氣參數(shù)22( 3)CKXESXl、Rl為輸電線電抗、電阻 XT、RT為牽引變壓器電抗、電阻 xa、ra、ua為整流器電抗、電阻和正向壓降 一、電氣參數(shù)的計(jì)算一、電氣參數(shù)的計(jì)算vxd、rd為從整流器至正負(fù)母線為從整流器至正負(fù)母線的

40、結(jié)線電阻、電感，連結(jié)線電的結(jié)線電阻、電感，連結(jié)線電阻還包括直流開關(guān)的接觸電阻，阻還包括直流開關(guān)的接觸電阻，一般在一般在1m以內(nèi)，連結(jié)線電感以內(nèi)，連結(jié)線電感在在0.020.04mH以內(nèi)，若采用以內(nèi)，若采用平衡電抗器時，平衡電抗器時，xd還包含平衡還包含平衡電抗器電感。電抗器電感。vXd、Rd為接觸網(wǎng)，饋電線走為接觸網(wǎng)，饋電線走行軌的電阻、電感，饋電線、行軌的電阻、電感，饋電線、接觸網(wǎng)電阻每公里值視結(jié)構(gòu)而接觸網(wǎng)電阻每公里值視結(jié)構(gòu)而定，一般應(yīng)不超過定，一般應(yīng)不超過0.040.05。電感由于走行軌和接。電感由于走行軌和接觸軌為鐵磁材料，為非線性電觸軌為鐵磁材料，為非線性電感，與電流的大小及電流變化感，

41、與電流的大小及電流變化率有關(guān)，由設(shè)計(jì)計(jì)算或試驗(yàn)測率有關(guān)，由設(shè)計(jì)計(jì)算或試驗(yàn)測試得到。試得到。U0utRtXdRdxdrdxarauaXTRTXlRlXC圖4-5 牽引供電系統(tǒng)電氣參數(shù)一、電氣參數(shù)的計(jì)算一、電氣參數(shù)的計(jì)算vUt、Rt為電弧電壓和附加電阻，為電弧電壓和附加電阻，一般電弧長一般電弧長1cm時，壓降為時，壓降為1520V左右，可以實(shí)驗(yàn)測得。左右，可以實(shí)驗(yàn)測得。U0utRtXdRdxdrdxarauaXTRTXlRlXC圖4-5 牽引供電系統(tǒng)電氣參數(shù)二、交流短路電流的計(jì)算二、交流短路電流的計(jì)算v1. 三相短路電流三相短路電流v10kV母線母線 (K1點(diǎn)點(diǎn))U0utRtXdRdxdrdxar

42、auaXTRTXlRlXC圖4-5 牽引供電系統(tǒng)電氣參數(shù)K1K21(0)1KClEIXX變壓器次級（K2） 1(1)1KClTEIXXX2. 二相短路電流二相短路電流(2)(3)32KKII三、直流短路電流的計(jì)算三、直流短路電流的計(jì)算v計(jì)算直流短路電流時，需考慮交計(jì)算直流短路電流時，需考慮交流電抗、電阻對直流短路電流的流電抗、電阻對直流短路電流的影響，在三相橋式整流電路中與影響，在三相橋式整流電路中與整流的換相重迭角整流的換相重迭角有關(guān)，需乘以有關(guān)，需乘以等效系數(shù)等效系數(shù) v整流器工作在整流器工作在I區(qū)（參考區(qū)（參考3.2節(jié)），節(jié)），換相重迭角換相重迭角 6060圖3-12 雙三相橋式整流電路

43、外特性曲線3pePRX3(2)2depeRR1.5pePLLRpe、Lpe由交流相電抗、相電阻、相電感折算到直流側(cè)的等效電阻、電感：Xp、Lp交流側(cè)的相電抗、相電阻、電感 三、直流短路電流的計(jì)算三、直流短路電流的計(jì)算v整流器工作在整流器工作在區(qū)，換相重迭角區(qū)，換相重迭角 6060圖3-12 雙三相橋式整流電路外特性曲線3(1.654)pepRX1.435deRR1.5pepLL 整流器工作在區(qū)，換相重迭角60 1.654pepRX1.435deRR(1.5 3)pepLL v當(dāng)當(dāng)R/X2.865,整流器工整流器工作在作在區(qū)，相當(dāng)于直流區(qū)，相當(dāng)于直流側(cè)遠(yuǎn)端短路側(cè)遠(yuǎn)端短路 03addUUIXR0U直流空載電壓（V）； aU整流元件正向電壓降（V）。當(dāng)整流支路 元件串連數(shù)小于2時，可以不計(jì)；X包括XC、Xl、