供电系统（含实验）(西南交通大学) 中国大学mooc慕课答案2024版 m38829

作业第1章 电力系统及牵引供电系统概述 第1周作业：第1章 电力系统及牵引供电系统概述

1、 1、现在世界范围内干线铁路采用了哪些供电制式？简述不同的供电制式其优缺点。
评分规则: 现在世界范围内干线铁路采用的供电制式有：直流制（+1分）、单相低频交流制（+1分）、单相工频交流制（+1分）
直流制的优点：直流电动机调速方便；车上设备简单（+1分）缺点：电压等级受直流电动机的限制，电压水平低，传输相同的功率电压损失大，能耗大，输电线路耗材投资大，传输距离短；牵引变电所需要整流机组，结构复杂；杂散电流对沿线地下金属带来腐蚀，需要设置防护装置。（+3分）
单相低频交流制的优点：采用了整流子电动机，低频下电动机换向比工频更有利；（+1分）缺点：单相整流子牵引电动机设备复杂；牵引变电所需要变频设备，结构复杂。（+1分）
单相工频交流制的优点：结构简单，不需要在牵引变电所设置整流机组和变频设备；（+1分）牵引供电电压水平高，供电能力强，供电距离远；（+1分）地中电流对地下金属腐蚀作用小，不需要设置防护装置。（+1分）缺点：单相负荷对电力系统带来负序的影响。（+1分）

2、 电能质量有哪些主要的指标？牵引供电系统负荷对哪些电能质量指标带来影响？
评分规则: 电能质量的主要指标有：频率、电压偏差、电压不平衡度、谐波（+4分）
牵引供电系统负荷的随机波动性、冲击性以及整流型电力机车功率因数低（+1分）的特点对电力系统电压偏差带来影响（+1分）；牵引供电系统结构的不对称性（单相负荷）（+1分）对电力系统的电压不平衡度带来影响（+1分）；整流型电力机车的非线性（+1分）对电力系统带来谐波的影响（+1分）。

3、 某负荷接入电力系统公共连接点的电压为UN(kV)，该点的三相短路容量为Sk(MVA)，给出这一点看进系统的等值电抗XS的计算公式（忽略电阻）。
评分规则: XS=UN*UN/Sk

第1章 电力系统及牵引供电系统概述 第1周单元测：第1章 电力系统及牵引供电系统概述

1、 1、世界电气化铁路的发展最早采用的供电制式是（ ）。

答案: 直流制

2、 我国电气化铁路采用的供电制式是（ ）。

答案: 单相工频交流制

3、 （ ）首先采用了AT供电方式。

答案: 日本

4、 我国普速铁路接入电力系统的电压等级是（ ）。

答案: 110kV

5、 我国高速铁路接入电力系统的电压等级原则上（ ）以上。

答案: 220kV

6、 正序对称的特点是（ ）。

答案: 大小相等、A-B-C相位差120°，相序A-B-C依次滞后

7、 为保证良好的供电质量，一般35kV及以上电压等级要求电压正负偏差的绝对值之和不大于( )。

答案: 10%

8、 高压输电线路（或变压器）两端的电压大小偏移主要是由 ( )和线路的等值（ ）所产生的。

答案: 无功功率/电抗

9、 负荷容量一定，影响电力系统电压损失的因素有（ ）。

答案: 系统的短路容量;
负荷的功率因数;
电力系统的等值电抗

10、 电网谐波的产生，主要在于电力系统中存在 ( )元件。

答案: 变压器;
整流机组;
电力电子设备

11、 传输相同功率，输电电压越高，线路电流越小，输电损耗越小，电压损耗越小，电压偏差越小。（ ）

答案: 正确

12、 对于一定有功功率的负荷，功率因数越大，所需要传输的无功功率越小，占有系统的容量越小，在系统功率传输中引起电压损失越小。（ ）

答案: 正确

作业第1章 电力系统及牵引供电系统概述 单元作业-2： 第1章电力系统及牵引供电系统概述

1、 牵引负荷有哪些特点？对电力系统带来哪些影响？
评分规则: 牵引负荷具有随机波动性和变化剧烈的特点（+1分）；其功率因数和谐波特性取决于电力机车类型，交直整流型机车功率因数低，谐波含量丰富（+1分）；牵引负荷是单相负荷（+1分）。
牵引负荷的随机波动性和整流型机车功率因数低会对电力系统电压偏差带来影响（+1分）；整流型电力机车谐波含量丰富会对电力系统带来谐波的影响（+1分）；牵引负荷是单相负荷会对电力系统带来电压不平衡的影响（+1分）。

2、 随着电网发展，系统短路容量呈日益加大的趋势，这对牵引供电系统带来哪些影响？
评分规则: 随着电网发展，系统短路容量增大，电能质量各项指标有所改善（+2分），电压偏差减小（+1分），谐波影响减小（+1分），负序影响减小（+1分）。

3、 说明牵引供电系统的构成及各组成部分的作用。
评分规则: 牵引供电系统的构成及各组成部分：电力系统与输电线（+1分）：为电气化铁道提供高压电源，其电压为110kV或220kV 。电气化铁道的牵引负荷是一级负荷，故要求电源有足够的容量和较高的可靠度。（+1分）牵引变电所（+1分）：将电力系统供应的电能转变为适于电力牵引及其供电方式的电能，其核心元件是牵引变压器，并设有备用。（+1分）牵引网（+1分）：由馈（电）线、接触网、轨（地）、回流线等组成，是牵引供电网（回路），完成对电力机车的送电任务。（+1分）
馈线:接在牵引变电所牵引母线和接触网之间的导线，即将电能由牵引变电所引向电气化铁路；（+1分） 接触网:是一种悬挂在轨道上方，沿轨道敷设的、和铁路轨顶保持一定距离的输电网。通过电动车组的受电弓和接触网的滑动接触，牵引电能就由接触网进入电动车组，从而驱动牵引电动机使列车运行。（+1分） 轨道:在非电牵引情形下只作为列车的导轨。在电力牵引时，轨道除仍具有导轨功能外，还需要完成导能回流的任务。因此，电力牵引的轨道，需要具有良好的导电性能。（+1分）回流线:是连接轨道和牵引变电所的导线。通过回流线把轨道中的回路电流导入牵引变电所的主变压器。（+1分）

4、 电气化铁路为什么存在电分相？
评分规则: 电气化铁路电力机车是单相负荷（+1分），为了降低对电力系统的不对称性影响分（+2分），相邻供电分区的牵引网采用循环换相（+2分），因此在牵引变压器出口的牵引网存在电分相，以避免相邻供电分区牵引网不同相别电压的连接（+3分）。

5、 主要的牵引供电系统供电方式有哪些？画出原理图，并分析各自的特点。
评分规则: (1)直接供电方式（+1分）牵引网结构最简，仅由接触线C和钢轨T组成，投资最小，但钢轨电位较高，对通信线的感应干扰最大，主要适用于通信线路（主要是明线）较少或很易将受扰通信线迁改径路的场合。（+1分）直接供电方式结构原理图（+1分）
(2)带回流线的直接供电方式（+1分）钢轨电位大为降低，对通信线的干扰得到较好抑制，还能降低牵引网阻抗，使供电臂延长约30%。（+1分）带回流线的直接供电方式结构原理图（+1分）
（3）AT供电方式（+1分）AT并联于牵引网中，使供电电压成倍提高，牵引网阻抗小，供电距离长，约为直接供电方式的170%～200%，网上电压损失和电能损失都小，是一种适于高速、重载等大电流运行的牵引方式。一般AT间隔约10km，AT供电方式的钢轨电位较低，抑制通信干扰的效率与BT－回流线方式相近，但投资要高一些。（+1分）AT供电方式结构原理图（+2分）

第1章 电力系统及牵引供电系统概述 单元测-2： 第1章电力系统及牵引供电系统概述-2

1、 按照负荷可靠性要求分类，电气化铁道为( )负荷，牵引变电所应该有两路独立的电源进线。

答案: 一级

2、 我国电气化铁路牵引变电所无一例外采用了循环换相，其目的是为了改善对电力系统的（ ）影响。

答案: 负序

3、 电气化铁路牵引供电系统接触网标称电压为（ ）。

答案: 25kV

4、 AT供电方式中，牵引变压器牵引侧额定电压为（ ）。

答案: 55kV

5、 高速铁路普遍采用( )。

答案: AT供电方式

6、 电气化铁路牵引供电系统接触网标称电压为（ ）。

答案: 25kV

7、 采用交-直-交电力机车后，解决了下面几个电能质量问题( )。

答案: 功率因数;
谐波

8、 单相工频交流制的轨道交通牵引供电系统中，牵引变电所的作用是( )。

答案: 降压;
变相

9、 我国的电气化铁路分区所的作用是实现双边供电和越区供电。（ ）

答案: 错误

10、 因为牵引变电所采用了循环换相，各供电分区的牵引网电压相位不同，因此采用了分相绝缘器进行绝缘。 （ ）

答案: 正确

作业第2章 牵引变电所馈线电流计算 单元作业：第2章 牵引变电所馈线电流计算

1、 请简述馈线电流计算的三个主要指标及其用途。
评分规则: 馈线电流平均值（馈线平均电流）的用途：估计变压器容量利用率（+1分），确定接触网的分相以及供电分区（+1分），计算牵引负荷在电力系统所造成的负序大小等（+1分）。
馈线有效电流的用途：电气设备的温升由电流的有效值决定，用以计算变压器的容量（+1分）和接触网导线的发热（+1分）。
馈线电流的最大值的用途：最大瞬时工作电流用于整定继电保护装置，过电流保护的整定值必须大于工作电流的可能最大值，并小于故障电流的可能最小值（+1分）；最大短时工作电流用于电气设备的选择如变压器容量的选择等（+1分）。

2、 某牵引变电所a相供电臂的全天带电负荷电流 ia 如图所示。求该供电臂的日平均电流和日均有效电流。
评分规则: 由变电所a相供电臂负荷电流曲线可求其日平均有效值为
该供电臂的日平均电流为

3、
评分规则:

第2章 牵引变电所馈线电流计算 单元测： 第2章 牵引变电所馈线电流计算

1、 牵引变压器容量计算需要由馈线电流得到绕组电流的（ ）。

答案: 有效值

2、 电力机车/电动车组运行过程中常见的运行状态（工况）有（ ）。

答案: 牵引状态;
制动状态;
惰行状态

3、 馈线电流的计算取决于（ ）等因素。

答案: 列车运行密度;
列车在供电分区的运行能耗;
列车在供电分区的带电运行时间;
单线区间数/复线最大列车运行对数

4、 馈线电流的计算机仿真方法需要获取列车的取流曲线和运行图，由每个时刻列车在供电分区的位置和取流大小确定瞬时电流分布，从而得到全日的馈线电流变化曲线。

答案: 正确

5、 变压器容量由绕组发热确定，而电气设备的温升由电流的有效值决定，因此牵引变压器的容量计算需要由馈线电流确定变压器绕组电流的有效值，从而确定变压器容量。

答案: 正确

作业第3章 牵引变压器接线及其电气量分析 单元作业：第3章 牵引变压器接线及其电气量分析

1、 对于YNd11牵引变电所，两供电臂端口电流分别为Ia和Ib，试写出次边三个绕组电流与两端口电流的关系，并画出两者的相量关系。若两臂负荷完全相同，变压器超前相与滞后相绕组的功率因数比较起来哪个较大；超前相与滞后相绕组的电压损失比较起来哪个较大，应将重负荷安排在哪一相？
评分规则: 绕组电流：
相量关系:
超前相绕组电流滞后电压相位<滞后相绕组电流滞后电压相位，即超前相绕组功率因数角比滞后相绕组功率因数角小，因此超前相功率因数较大，滞后相功率因数较小（+1分），滞后相的电压损失较大（+1分），所以通常将重负荷安排在超前相（+1分）。

2、 常用的牵引变压器接线有哪些？各自的优缺点是什么？
评分规则: 纯单相牵引变压器优点：结构简单、设备数量少、占地面积小、运营维护方便和工程投资少、减少接触网和电分相数量（+1分）。变压器的容量可以充分利用，容量利用率为100%，安装容量小，电能损耗小、运用费用低。（+1分）缺点：在电力系统中单相负荷产生的负序电流较大；变电所无三相电源，变电所的所用点需由附近地方电网引入供给。（+1分）
Vv接线牵引变压器优点：相对于三相变压器来说设备较少，投资较省，容量利用率可以达到100%；可以共给所内及地区三相负荷；（+1分）当两供电臂负荷相同时，不对称系数为1/2，比纯单相牵引变压器对电力系统的影响小一些。（+1分）在高速铁路AT供电系统中，演变成Vx接线，结构简单。缺点：对系统的负序影响。（+1分）
YNd11牵引变压器优点：变压器原边中性点引出接地方式与高压电网相适应；变压器结构简单，变压器造价较低；运用技术成熟，供电安全可靠性好；变电所有三相电源，不但所内自用电可靠，而且必要时还可向地方负荷供电。（+1分）缺点：变压器的容量不能充分利用，输出容量只能达到其额定容量的75.6%（+1分）；和单相接线牵引变电所比，主接线比较复杂，设备多，占地面积大，工程投资较大，而且维护检修的工作量和费用也相应增加。（+1分）
三相—两相平衡接优点：容量利用率较高；能有效降低负序对电力系统的影响；（+1分）缺点：接线较复杂，制造及工艺要求较高；（+1分）但再生制动时，负序影响恶化。

3、 三相-两相平衡变压器次边两相电压应符合什么条件？当次边两相负荷满足什么条件时，才能使平衡变压器达到平衡？
评分规则: 三相-两相平衡变压器当其原边取电于三相对称电力系统时，次边两相电压幅值相同、相位互差90°。（+2分）
次边两相负荷相当（即负荷电流大小相同、功率因数也相同）时，两个牵引端口的负荷在三相系统产生的合成负序功率为零，也就是说此时三相－两相平衡变压器达到了平衡。（+3分）

4、
评分规则: 接线原理图：原边Y接，次边三角接，次边a接对钢轨电压为+的供电臂、b端子接对钢轨电压为-的供电臂，c端子接钢轨接地。
绕组展开图，每相绕组原次边电压、电流方向、次边两端口电压电流方向
选次边c端口电压为参考相量，确定另一端口电压相量，确定两端口牵引负荷电流相量，确定两端口电容器支路电流相量，写出次边三角形绕组与端口电流的关系，写出原边三相电流与刺鼻端口电流的关系。

5、 画出Vv牵引变压器的接线原理，并给出原次边的变流变换关系。
评分规则: 以次边ab和bc端口为例
以次边ab和bc端口为例如果次边端口相别是其他的组合，可用下面通用表达式，次边端口没有的相别将其电流置零：

第3章 牵引变压器接线及其电气量分析 单元测：第3章 牵引变压器接线及其电气量分析

1、 YNd11牵引变压器原边接入电力系统（ ）相电源，次边（ ）相接入牵引侧左右两个供电臂，牵引端口电压对应原边的（ ）电压。

答案: 三相 两 相电压

2、 纯牵引变压器原边接入电力系统（ ）相电源，次边（ ）相接入牵引侧左右两个供电臂，牵引端口电压对应原边的（ ）电压。

答案: 单相 单 线电压

3、 Vv接线牵引变压器原边接入电力系统（ ）相电源，次边（ ）相接入牵引侧左右两个供电臂，牵引端口电压对应原边的（ ）电压。

答案: 三相 两 线电压

4、 三相-两相平衡接线牵引变压器的共同特点：原边接入三相对称电源，次边两端口负荷相同时，次边两端口电压相位相差（ ） °。

答案: 90

5、 三相-两相平衡接线牵引变压器主要是为了改善牵引供电系统牵引负荷对电力系统电能质量带来的（ ）的影响。

答案: 负序

6、 我国高速铁路常用的牵引变压器接线是（ ）。

答案: Vx变压器

7、 日本新干线采用的牵引变压器接线是（ ）。

答案: 三相-两相平衡变压器

8、 牵引变电所采用YNd11接线变压器，次边两供电臂的电压(接触网到钢轨)相位相差60°；采用纯单相变压器，次边两供电臂的电压(接触网到钢轨)相位相同；采用Vv接线变压器，次边两供电臂的电压(接触网到钢轨)相位相差60°；采用三相-两相平衡变压器，次边两供电臂的电压(接触网到钢轨)相位相差90°。

答案: 正确

9、 只要采用了三相-两相平衡变压器，牵引负荷对电力系统的负序影响就可以完全消除。

答案: 错误

作业第4章 牵引变电所容量选择 单元作业：第4章 牵引变电所容量选择

1、 1. 简述牵引变压器容量计算和选择的步骤。
评分规则: 1）根据铁道部任务书中规定的年运量大小和行车组织的要求确定计算容量，这是为供应牵引负荷所必须的容量。
2）根据列车紧密运行时供电臂的有效电流和充分利用变压器的过载能力，确定校核容量，这是为确保变压器安全运行所必须的容量。
3）根据计算容量和校核容量，再考虑其他因素（如备用方式等），并按实际变压器系列产品的规格选定变压器的数量和容量称为安装容量。

2、
评分规则:

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