德國(guó)鐵路的16.7Hz牽引供電系統(tǒng)

2015-12-24 22:39:25 來(lái)源：用戶投稿作者：NCC

1.3.1 電能的產(chǎn)生

德國(guó)鐵路通過(guò)12座水力發(fā)電站和熱電廠以及10座變流所生產(chǎn)和自備單相16.7Hz牽引電能。于2000年底用于集中牽引供電網(wǎng)的裝機(jī)容量達(dá)到2588MW，其中熱電廠占57%，水力發(fā)電站占14%，集中式旋轉(zhuǎn)變流設(shè)備占24%以及靜態(tài)變流設(shè)備占5%。特別值得提及的是在內(nèi)卡威斯海姆的第一公共核電廠內(nèi)的最大16.7Hz單相交流發(fā)電機(jī)的容量為187.5MVA，其功率因數(shù)為COS＝0.83。同樣無(wú)與倫比的是為平衡牽引供電網(wǎng)出現(xiàn)負(fù)荷高峰而在朗根卜勞采騰建設(shè)的抽水蓄能電站，它有兩臺(tái)均為75MW的16.7Hz單相交流發(fā)電機(jī)。另外在分散式牽引供電網(wǎng)區(qū)域的分散式旋轉(zhuǎn)變流所 (DRCS) 的裝機(jī)容量為608MW。在分散式變流所中以10MVA的額定功率用同步-同步變流方式產(chǎn)生16.7Hz電能。因此，在分散式旋轉(zhuǎn)變流所中借助這種變流設(shè)備把頻率由50Hz轉(zhuǎn)換成16.7Hz，并同時(shí)把三相電能轉(zhuǎn)換成單相牽引電能。

1.3.2 電能傳輸和接觸網(wǎng)供電

在發(fā)電之后，16.7Hz的電能通過(guò)經(jīng)由110kV架空線的德國(guó)鐵路牽引電網(wǎng)進(jìn)行傳輸，至2000年的年底，德國(guó)鐵路110kV架空線路網(wǎng)長(zhǎng)度總共有7409km，并向161座牽引變電所供電。通過(guò)在哈爾廷根 (Haltingen) 和興根 (Singen) 處的3臺(tái)耦合變壓器與瑞士聯(lián)邦鐵路 (SBB) 的132kV牽引電網(wǎng)在斯臺(tái)道爾夫 (Steindorf) 和茲爾 (Zirl) 直接與奧地利聯(lián)邦鐵路 (OBB) 的110kV牽引電網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)。德國(guó)110kV架空線路網(wǎng)為電力牽引運(yùn)輸提供最佳能源并確�？煽抗╇姟Ｒ�?yàn)樵摼W(wǎng)作為帶接地滅弧線圈電網(wǎng)運(yùn)行，電流為100A的12個(gè)消弧線圈可補(bǔ)償線路的全部電容。

110kV架空線路的一部分沿著德國(guó)鐵路的干線鐵路通往各個(gè)分別作為帶雙母線的中心

圖1.10 德國(guó)鐵路接觸網(wǎng)供電示意圖

變電所或簡(jiǎn)單組合式變電所(見(jiàn)第1.3.3節(jié))。圖1.10為這種線路供電方式的例子。

1.3.3 德國(guó)鐵路的16.7Hz標(biāo)準(zhǔn)變電所

1.3.3.1 標(biāo)準(zhǔn)變電所的功能和種類

按照標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，變電所設(shè)有開(kāi)關(guān)、控制、測(cè)量、保護(hù)信號(hào)裝置以及必要的互感器。用它可以按要求切斷和連通電路，以及迅速和有選擇地切斷故障設(shè)備，或者為維修任務(wù)切斷某些電路。

在德國(guó)鐵路16.7Hz單相交流15kV的牽引變電所、開(kāi)閉所和分區(qū)所均按照DB 995規(guī)程設(shè)計(jì)和施工。

德國(guó)鐵路標(biāo)準(zhǔn)牽引變電所規(guī)定為無(wú)人值班，并由帶有標(biāo)準(zhǔn)接口，可根據(jù)功能要求以單元形式選型和組裝的標(biāo)準(zhǔn)部件組成�！�(biāo)準(zhǔn)適用于以下設(shè)施：

—帶有110kV設(shè)備和15kV設(shè)備的變電所 (SS);

—帶有110kV設(shè)備的高壓開(kāi)關(guān)站;

—帶有15kV設(shè)備的開(kāi)閉所 (SP);

—帶有15kV斷路器的分區(qū)所 (CP)。

德國(guó)鐵路的變電所把16.7Hz牽引電網(wǎng)的110kV標(biāo)稱電壓降至接觸網(wǎng)的15kV標(biāo)稱電壓，并將牽引電能分配給各條饋線。

沒(méi)有變壓器的開(kāi)關(guān)站用作110kV牽引供電線路的連接和分路。

開(kāi)閉所連接多條線路接觸網(wǎng)以及饋電線，并以15kV電壓向單邊供電接觸區(qū)段供電。

分區(qū)所連接兩個(gè)供電臂，尤其適用于變電所間距很大或者出于保護(hù)技術(shù)原因以及單邊供電區(qū)段很長(zhǎng)的情況。

德國(guó)鐵路所保存的牽引變電所設(shè)計(jì)手冊(cè)成為規(guī)劃和建造不同類型牽引變電所的主要依據(jù)。所規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)化接口使不同生產(chǎn)廠家生產(chǎn)相同設(shè)備和設(shè)備的不斷地開(kāi)發(fā)成為可能。它包含大量的設(shè)計(jì)文件和線路圖，這是規(guī)劃、設(shè)計(jì)和建造所有標(biāo)準(zhǔn)牽引變電所的基礎(chǔ)！

第一代標(biāo)準(zhǔn)變電所設(shè)備還包括壓縮空氣斷路器以及絕大部分機(jī)械式繼電器的控制、報(bào)警和保護(hù)技術(shù)。在20世紀(jì)80年代初采用的15kV真空斷路器和電子信息處理和保護(hù)系統(tǒng)，設(shè)備體積的縮小和大幅度降低的建造和維護(hù)費(fèi)用等為第二代變電所設(shè)備的顯著特征[1.10]。

1.3.3.2 110kV戶外設(shè)備

根據(jù)運(yùn)行要求，德國(guó)鐵路規(guī)程955以及標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定了110kV設(shè)備的構(gòu)成，主要包括：

—有雙母線，兩個(gè)縱向隔斷和一個(gè)連接裝置的110kV設(shè)備;

—有單母線和兩個(gè)縱向隔斷的110kV設(shè)備;

—組合式變電所用整體運(yùn)行的110kV設(shè)備。

每個(gè)變電所均由多條回路構(gòu)成，例如牽引供電回路，變壓器，縱向隔斷回路或集成回路，這些回路根據(jù)當(dāng)?shù)貤l件要求從多種回路標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)中選擇。圖1.11為組合式變電所的典型總接線圖，而圖1.12是其平面布置圖。帶單母線或雙母線的牽引變電所在變壓器回路和牽引架空接觸網(wǎng)回路中都配備有斷路器，而德國(guó)鐵路的組合式變電所在牽引架空接觸網(wǎng)回路的出線處不設(shè)置斷路器。