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电气化铁路供电系统
一，电气化铁道牵引供电系统设置
将电能从电力系统传送到电力机车的电力设备，总称为电气化铁 道的供电系统。牵引供电系统主要包括牵引变电所和接触网两部分。
供电系统示意图
发电厂(1)发出的电 流，经升压变压器(2)提 高电压后，由高压输电 线(3)送到铁路沿线的牵 引变电所(4)。在牵引变 电所里把电流变换成所 要求的电流或电压后， 经馈流线(5)转送到邻近 区间和站场线路的接触 网(6)上供电力机车使用。
• 供电能力：满足在不同牵引工况下电能的输 送。关键点：牵引供电臂末端电压水平。
• 运行方式的灵活性：在确保供电的前提下， 为设备的检修、运行方式的调整等提供灵活 的操作方式。改变运行方式的动作迅速。
• 完备的确保一次系统运行可靠性的措施。
目前牵引供电系统面临的主要问题：
• 谐波问题 • 负序电流问题 • 功率因数问题 • 机车过分相问题 • 接地问题 • 继电保护问题 • 弓网关系问题 • 绝缘配合问题 • 电磁兼容问题
2 牵引网
通常，将接触网、钢轨、回流线构成的线路称为牵引网。接触网 和钢轨是牵引网的主体。
接触网（图3-54）是架设在电气 化铁路上空，向电力机车供电的一种 特殊形式的输电线路，其质量和工作 状态直接影响电气化铁路的运输能力。
接触网根据其接触悬挂类型，可 以分为简单接触悬挂和链形接触悬挂 两类。
图3-54 接触网
80~100km（AT方式） 相数：单相
主要的牵引供电方式：
• 直供方式、BT供电方式、AT供电方式等。 • AT供电方式的优点：供电距离长、通信干扰小、
供电功率大等。
• 目前常速电气化铁路的供电方式多为直供+回流 线的方式，高速和重载电气化铁路多采用AT供电 方式
对牵引供电系统的基本要求：
• 可靠性：一级负荷、电源为双电源、电源接 入电压等级高（110kV、220kV、330kV）、两 座主变压器、馈出断路器备用。可靠性薄弱 环节：接触网系统（无备用、在运动中列车 作用下容易发生故障）。弥补措施：必要时 实施越区供电（越区供电时，由于供电能力 不足，列车无法按正常运行图运行）。
谐波问题
整改措施：在牵引变电所增加滤波器 （单调谐滤波器、高通滤波器），存在 增加投资的问题。
限制：谐波电流问题一直是铁路部门 和电力部门之间争论的焦点问题。
负序电流问题
牵引供电系统的负荷为单相负荷，导致 从电力系统三相去用的电能不平衡，从而向 电力系统注入负序电流。
负序电流的危害：降低用户电能的利用 率，引起用户旋转电机转子表面温升过高。
谐波问题
无论是整流型机车，还是交-直-交机 车，都会向供电系统注入谐波电流，前 者注入的是低频的谐波电流（以3、5、7 次谐波为主），后者注入的是高频的谐 波电流（以15到21次谐波为主）。
谐波电流注入供电系统带来的危害： 1、对通信设备（系统）、控制设备（系 统）的可靠性带来不利因素；
2、降低用电设备的运行效率。
机车过分相问题
在牵引变电所中，通常是把电力系统的 电能由高压降低为牵引供电系统所需要的电 压，同时把三相系统转变为两相系统，该两 相系统分别向牵引变电所两侧供电，因此， 列车在通过某些点时，需要从一相（如a相） 过渡到另外一相（如b相），在这两相之间需 要设置一个绝缘断口，这就是电分相。
与之相关的还有电分段，在同相之间设 置的绝缘断口。
（4）牵引变电所的供电安全
a）电网向牵引变电所供电：我国电气化铁路为国家一级电力负 荷。因此，每个牵引变电所都采用两路输电线供电，且两路输电线有 各自的杆塔、走线，以保证在一路输电线发生故障时，牵引变电所供 电不致于长时间中断。牵引变电所内还装有各种控制、测量、监视仪 表和继电保护装置等。
b)牵引变电所向接触网供电：目前。供电方式有两种，即单边供 电和双边供电。在单边供电方式下，接触网在相邻两个牵引变电所之 间的中央部位是断开的，将两个牵引变电所之间的接触网分成为两个 供电分区，电力机车只从一个牵引变电所取用电能。单边供电的操作 和保护都比较简单，故障范围也比较小，所以我国电气化铁路接触网 普遍采用单边供电方式。
整改措施：牵引供电系统采用换相方式 接入电力系统，采用新型供电方式。
限制：电力部门一直在对牵引供电系统 注入电力系统的负序电流进行限制。
功率因数问题
列车从牵引供电系统取用的电能会随着 列车牵引定数、路况（限坡、弯道）、运行 图、司机操作技术等因素的影响，因此改变 列车取用的有功功率和无功功率，导致功率 因素发生变化。
图3-53 电力牵引系统的组成
1 牵引变电所
（1）定义 牵引变电所是设置于电气化铁路沿线，安装有受电、变电、配电 设备的建筑物。 （2）任务 牵引变电所的任务是将电力系统高压输电线输送来的110千伏 （或220千伏）的三相交流电，变压为27.5千伏的单相交流电，向其 邻近区间和所在站场线路的接触网送电，保证可靠而又不间断地向接 触网供电。 （3）设备 在牵引变电所里，主要设有主变压器、电压互感器、电流互感器、 高压断路器、各种高压隔离开关以及避雷器等电气设备。
链形接触悬挂是将接触 导线通过吊弦挂在承力索上。
简单接触悬挂是将接触导线 直接固定在支持装置上的悬挂 类型。
图3-55 链形接触悬挂
图3-56 Βιβλιοθήκη 单接触悬挂二牵引供电系统原理概述
图1、牵引供电系统示意图
●牵引供电系统的主要组成部分：
电源进线、牵引变压器、高压开关设备、导线、 绝缘子、电压互感器、电流互感器、避雷器、 馈出线等。 ●牵引供电系统主要指标 供电电压：27.5kV，2×27.5kV 供电频率：50Hz 变电所间距：40~50km（直供方式）
电力部门要求大工业用户的功率因数达 到0.9以上，高出部分奖励、低于该数值将罚 款。
整改措施：加功率因数补偿装置，困难 在于负荷波动导致功率因数大范围波动，难 以达到理想的补偿效果。
交-直-交机车的功率因数基本接近1.0。
但我国电气化铁路仍然存在大量的 交-直机车，所采用的功率因数动态补 偿装置由于电力电子技术、器件造价等 问题，仍然无法大规模应用。
机车在过电分相时，其过程可举例说明 为：受电弓由带电的接触导线（a相）滑入中 性段，中性段由两台断路器分别连接到分相 两侧的带电部分，在机车进入中性段时，先 使中性段带电（a相），当机车接近分相另一 侧带电导线（b相）时，断开a相电，延时使 中性段带b相电，保证机车顺利运动到b相。