电气化铁路供电系统课件
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电气化铁路供电系统教材
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。 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。
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。
• 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
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。 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。
电气化铁道牵引供电系统
1881年世界第一条商业运营的电气化铁路
第一部分：交流牵引供电系统概述
1.2 我国电气化铁路的发展
第一条干线电气化铁路---宝成线（1975年） 第一条全线一次电气化完成铁路---阳安线（1978年）
第一条双线电气化铁路---石太线（1982年） 第一条采用AT供电方式的电气化铁路---京秦线 （1985年）
第一部分：牵引供电系统概述
1.5 BT(吸流变压器)供电方式
BT供电方式示意图 ● 防干扰效果好； ● 牵引网阻抗偏大（以链形悬挂牵引网为例，牵引网单位等效阻抗会增大约50%）： ● 电力机车过BT时，易产生电弧； ● 增加了接触网的维修工作量和事故率，可靠性较低。
第一部分：牵引供电系统概述
1.6 带回流线的直接供电方式(TRNF)
电气化铁道牵引供电系统
主要内容
第一部分：交流牵引供电系统概述 第二部分：牵引变压器接线 第三部分：电气化铁路负荷特性 第四部分：变电所主接线及平面布置 第五部分：保护配置及综合自动化系统 第六部分：朔黄铁路扩容工程设计技术标准
第一部分：交流牵引供电系统概述
1.1 电气化铁路的诞生与早期发展
1825年英国修建了世界上第一条铁路 1879年世界上第一次采用电力牵引列车
第二部分：牵引变压器接线
2.3 V结线牵引变压器
A
BC
A
C
A
B
BC
A1
X1 A2
X2
a
b
c
单相V/v结线
a1
x1 a2
x2
三相V/v结线
特点： ● 接线简单、可靠性高、工程 投资低； ● 安装容量小、电能损耗小、运营费用低； ● 变压器容量利用率为100％； ● 能为变电所提供三相电源； ● 对电力系统的负序影响较小，负序功率等于牵引负荷功率的50%；
第一部分：交流牵引供电系统概述
1.2 我国电气化铁路的发展
第一条干线电气化铁路---宝成线（1975年） 第一条全线一次电气化完成铁路---阳安线（1978年）
第一条双线电气化铁路---石太线（1982年） 第一条采用AT供电方式的电气化铁路---京秦线 （1985年）
第一部分：牵引供电系统概述
1.5 BT(吸流变压器)供电方式
BT供电方式示意图 ● 防干扰效果好； ● 牵引网阻抗偏大（以链形悬挂牵引网为例，牵引网单位等效阻抗会增大约50%）： ● 电力机车过BT时，易产生电弧； ● 增加了接触网的维修工作量和事故率，可靠性较低。
第一部分：牵引供电系统概述
1.6 带回流线的直接供电方式(TRNF)
电气化铁道牵引供电系统
主要内容
第一部分：交流牵引供电系统概述 第二部分：牵引变压器接线 第三部分：电气化铁路负荷特性 第四部分：变电所主接线及平面布置 第五部分：保护配置及综合自动化系统 第六部分：朔黄铁路扩容工程设计技术标准
第一部分：交流牵引供电系统概述
1.1 电气化铁路的诞生与早期发展
1825年英国修建了世界上第一条铁路 1879年世界上第一次采用电力牵引列车
第二部分：牵引变压器接线
2.3 V结线牵引变压器
A
BC
A
C
A
B
BC
A1
X1 A2
X2
a
b
c
单相V/v结线
a1
x1 a2
x2
三相V/v结线
特点： ● 接线简单、可靠性高、工程 投资低； ● 安装容量小、电能损耗小、运营费用低； ● 变压器容量利用率为100％； ● 能为变电所提供三相电源； ● 对电力系统的负序影响较小，负序功率等于牵引负荷功率的50%；
电气化铁道牵引供电系统
三相电力系统
电力系统向电气化铁路供电示意图
牵引变电所 馈线 20～40km
回流线
牵引网
分区所 牵引变电所
列车
接触网 钢轨
电分相
牵引供电系统原理示意图
第一部分：牵引供电系统概述
1.4 直接供电方式（TR）
我国早期电气化铁路（如宝成线、阳安线）建设时，采用直接供电方式。
直接供电方式示意图 ● 结构简单，投资最少，维护费用低； ● 在负荷电流较大的情况下，钢轨电位高； ● 对弱电系统的电磁干扰较大；
应用于AT供电方式的变压器接线形式有：纯单相接线、V/x接线、三相/两 相平衡（Scott、Wood-Bridge接线等）、十字交叉接线等。
第二部分：牵引变压器接线
2.2 纯单相牵引变压器
A a
A T N
b
B 纯单相结线
F B
二次侧中点抽出式单相结线
特点： ● 接线简单、可靠性高、设备数量少、工程投资低； ● 安装容量小、电能损耗小、运营费用低； ● 变压器容量利用率为100％； ● 理论上可取消变电所出口的电分相； ● 二次侧不能直接提供三相电源； ● 对电力系统的负序影响大，负序功率等于牵引负荷功率，仅适用于电网容量较大场合；
V/x结线
第二部分：牵引变压器接线
2.4 Y/△接线牵引变压器
A
IA
Δ
B
C
IB
IC
O
*1·来自Ia(y) Iby
* b(z)
U
Δ
2
Icz
Iax ·
c(x)
I U
特点： ● 一次侧中性点可接地运行； ● 二次侧能直接提供三相电源； ● 负序方面优于纯单相结线，与V/v结线相当； ● 滞后相电压水平往往偏低； ● 变压器容量利用率仅为75.6％；
电气化铁路供电系统模板
接地的目的： 1、泄流（雷电流、工频电流）； 2、限制地电位、相关设备电位升 高，确保人员、设备安全。 接地系统的评估指标： 1、接地电阻； 2、轨道电位、跨步电压。
对接地系统要求的技术指标：
欧标规定接触电压和轨道电位値（EN50122-1） 系统状态 接触电压允许値（V） 轨道电位（V） 正常运行 60 120 状态下（t>300s） 正常运行 65 130 状态下（t=300s） 故障状态 842 1684 下（t=100ms）
实现限制轨道电位和接触电压的有效技术 手段是综合接地技术的应用。 综合接地技术特点可以归纳为： 充分利用各种地形、自然接地体、结构， 以达到降低泄流通道电阻的目的。
继电保护问题 继电保护装置（系统）是一种能 自动检测故障特征、完成对故障的定位 并依据一定的规则把故障影响限制（对 故障部分断电）在一定范围内的自动化 装置（系统）。 继电保护面临的问题：牵引供电 系统供电方式的改变；故障和特征信息 的改变；计算方法与电气化铁路变化的 更新；在综合自动化系统中的集成等。
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。
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。
电气化铁路安全知识PPT课件
在带电的接触网下禁止哪些作业？
1)禁止攀登机车、客车、棚车、保温车及罐 车的车顶，在车上从事任何作业； 2) 禁止站在棚车、保温车等高手闸制动台 上拧闸；在敞车、平车等装载轻浮货物上坐 立行走或装卸货物、捆绑篷布等； 3) 禁止使用胶皮软管冲刷机车车辆上部； 4) 禁止用非绝缘竿尺检测货物高度，登车 整理超高货物，紧固篷布或绳索等。
牵引供电系统主要包括牵引变电所、接触网 和继电保护装置三大部分。
牵引变电所
主要作用：将工业电网中送来的 110KV的高压电，降低至牵引供电 系 统 所 需 的 电 压 (25KV) ， 以 单 相 交流方式经馈电线送至接触网。电 压的降低和三相变单相由牵引变压 器完成。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
架空式接触网.结构
1)接触悬挂 ； 2)支持装置； 3)定位装置(定位器) ； 4)支柱与基础 。
发现接触网断线或挂有线头、绳索等物 件时，就如何处理？
接触网断线或挂有线头、绳索等物件时， 因为其本身带有高压电，所以，任何人员 (包括所使用的百非绝缘物件)均不得与之接 触。应立即通知附近的接触网工区或电力 调 度员派人前来处理。同时，在接触网检修人 员到达以前，应在接触网断线处所10米以外 进行防护，防止其他人员进入断电处所。
操作隔离开关
4)操作隔离开关要准确迅速，一次开闭到 底，中途不得停顿或发生冲击; 5)操作使用的绝缘靴和绝缘手套，要存放 在阴凉干燥、不落灰尘的容器内，每隔6 个月送供电段检查试验绝缘性能一次。每 次使用前要进行简略漏气试验，以保证其 绝缘性能良好。
电气化铁路哪些部分带有25KV的高压电？
1) 接触网及其相连接部件(包括导 线、承力索)； 2) 电力机车主变压器的一次侧； 3)接触网支柱及其金属结构上，当 接触网的绝缘损坏，且未装接地线 或接地线损坏时，瞬间会带有高压 电。
电气化铁路知识(学习)PPT课件
第一章
电气化铁 路的组成
交直型电力机车 电力机车从接触网取得25kV工 频单相交流电，经车载变压器 降压为1500V，整流后向牵引 电动机供电。我国目前主要采 用交直型电力机车，今后将逐 渐淘汰，更换为交直交型电力 机车。交直型电力机车工作原 理如右图所示：
受电弓 车载变压器
钢轨
交流25kV 接触网
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3 改道
在电气化铁路区段改道时除按单项作业要求作业外， 还应注意： ⑴在轨道电路上改道，撬棍必须套上绝缘套管。 ⑵道尺和改道器必须绝缘。 ⑶新安装的绝缘轨距杆，应预先请电务工区检测其 绝缘程度是否符合要求，线路上的绝缘轨距杆也应 工电分工进行解体测试。 在遇有防爬器、信号过道车连接线和接地线的枕木 盒内不要安装轨距杆，尽量错开一孔。道岔尖轨前 一孔枕木盒内有支架电锁箱的角钢，也不要在此孔 安装轨距杆。 ⑷在绝缘接头处改道，道钉必须“反打”，使钉帽 头不接触绝缘夹板。绝缘接头螺栓松动应找信号工 区配合进行拧紧工作。
第一章
电气化铁 路的组成
牵引变电所 牵引网
牵引供 电系统
电气化铁路组 成
电力机车及动车组
4
1 电力机车
电力机车的工作原理：接触网上的交流电，经受电弓进人机车后经过主断路器再进人 主变压器，从主变压器的牵引绕组经过硅机组整流后，向六台分两组并联的牵引电机 集中供应直流电，使牵引电机产生转矩，将电能转变为机械能，经过齿轮的传动驱动 机车转动。电力机车分类：由于电流制不同，分为三类：直—直电力机车、交—直电 力机车、交—直—交电力机车。
交流电机 辅助回路
交直交型电力机车工作原理图
7
交直交机车采用四象限整流，通过GTO 或IGBT控制导通和关断角来控制机车的 出力，可分别控制导通和关断机车主变 压器的若干个低压绕组的整流，使电流 波形逼近正弦波，且电流与电压的相位 基本同步。所以，交直交型电力机车的 谐波含量很小、功率因数高。
铁路牵引供电系统基础知识ppt课件
21
AT供电方式的工作原理
22
工作原理
牵引变电所牵引侧电压为2X27.5KV，其绕组两端分别接至到55KV，AT供电方式每隔10~~15KM ，在接触网与钢轨间并接入一台自耦变压器，自耦变压器将牵引网的电压提高一倍，而供 给电力机车的额定电压仍为25KV，称为AT所。
总结
31
23
工作原理
由于自耦变压器的作用，接触网和正馈线的电流均为I/2，方向相反，有 效地减少牵引网对通信线的干扰。
由于自耦变压器的中性点与钢轨相连，牵引网的供电电压为2 x 27.5 kV，电压提高了一倍，因此牵引变电所的间距理论上提高了一倍。例如 直供+回流线供电方式牵引变电所间距为20-30km，则AT供电方式为4060km。 AT供电方式用于重载、高速需大电流的牵引供电系统。馈线电流只有直 供方式的一半。
6
牵引网
牵引网是由馈电线 〔供电线）、接触网 、钢轨、大地和回流 线组成的供电系统， 完成对电力机车的送 电任务。
馈电线：连接牵引变电所和接触网的导线和电缆。它把牵引变电所 主变压器二次侧27.5KV的电压输送到接触网。
接触网：一种特殊的输电线，架设在铁路上方，机车受电弓与其磨 擦受电。
钢轨、大地和回流线：牵引变电所处的横向回流线，它将轨或与轨 平行的其它导线与牵引变压器指定端子相联。又能大大降低牵引负 荷电流对通信的干扰。
和保护线间的辅助联接PW 保护线 R 钢轨 ATP 自耦变压器所SP分 区所 AT处采用横向连接线CPW实现轨道、保护线和AT中性点的连接，通过 放电器〔SD〕将AT的中性点与大地相连。与不并联的AT供电方式比 ，全并联AT供电更具有线路载流能力大、供电区段长、适应高速等 优点。
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越区供电
AT供电方式的工作原理
22
工作原理
牵引变电所牵引侧电压为2X27.5KV，其绕组两端分别接至到55KV，AT供电方式每隔10~~15KM ，在接触网与钢轨间并接入一台自耦变压器，自耦变压器将牵引网的电压提高一倍，而供 给电力机车的额定电压仍为25KV，称为AT所。
总结
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23
工作原理
由于自耦变压器的作用，接触网和正馈线的电流均为I/2，方向相反，有 效地减少牵引网对通信线的干扰。
由于自耦变压器的中性点与钢轨相连，牵引网的供电电压为2 x 27.5 kV，电压提高了一倍，因此牵引变电所的间距理论上提高了一倍。例如 直供+回流线供电方式牵引变电所间距为20-30km，则AT供电方式为4060km。 AT供电方式用于重载、高速需大电流的牵引供电系统。馈线电流只有直 供方式的一半。
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牵引网
牵引网是由馈电线 〔供电线）、接触网 、钢轨、大地和回流 线组成的供电系统， 完成对电力机车的送 电任务。
馈电线：连接牵引变电所和接触网的导线和电缆。它把牵引变电所 主变压器二次侧27.5KV的电压输送到接触网。
接触网：一种特殊的输电线，架设在铁路上方，机车受电弓与其磨 擦受电。
钢轨、大地和回流线：牵引变电所处的横向回流线，它将轨或与轨 平行的其它导线与牵引变压器指定端子相联。又能大大降低牵引负 荷电流对通信的干扰。
和保护线间的辅助联接PW 保护线 R 钢轨 ATP 自耦变压器所SP分 区所 AT处采用横向连接线CPW实现轨道、保护线和AT中性点的连接，通过 放电器〔SD〕将AT的中性点与大地相连。与不并联的AT供电方式比 ，全并联AT供电更具有线路载流能力大、供电区段长、适应高速等 优点。
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越区供电
电气化铁道供电系统
、解答题1.请简述电气化铁路的优越性●重载、高速、运输能力大；●节约能源，综合利用能源；●经济效益高；●绿色环保，劳动条件好；●有利于铁路沿线实现电气化。
2.请简述电气化铁路存在的问题●造成电力网的负序电流和负序电压，产生高次谐波及功率因数低等；●一次投资大；●对通信线路有干扰；●接触网检修需要开“天窗”。
3.请简述电气化铁道牵引供电系统的基本要求电气化铁道供电系统基本要求是：(1)保证向电气化铁路安全、可靠、不间断地供电;(2)提高供电质量,保证必须的电压水平;(3)提高功率因数,减少电能损失,降低工程投资和运营费用;(4)尽量减少单相牵引负荷在电力系统中引起的负序电流、负序电压和高次谐波的影响; (5)尽量减小对邻近的通信线路的干扰影响。
1．牵引变电所一次侧(电源侧)的供电方式,可分为（一边）供电、两边供电和环形供电.2．牵引变电所一次侧(电源侧)的供电方式,可分为一边供电、（两边）供电和环形供电.3．牵引变电所一次侧(电源侧)的供电方式,可分为一边供电、两边供电和（环形）供电.4．电力牵引接牵引网供电电流的种类可分为：（直流）制、低频单相交流制和工频单相交流制。
5．电力牵引接牵引网供电电流的种类可分为：直流制、（低频）单相交流制和工频单相交流制。
6．电力牵引接牵引网供电电流的种类可分为：直流制、低频单相交流制和（工频）单相交流制。
7．电气化铁道牵引供电系统的高压进线供电方式中两边供电方式为：牵引变电所的电能由电力系统（电网）中（两个）方向的发电厂送电。
8．电气化铁道牵引供电系统的高压进线供电方式中（两边）供电方式为：牵引变电所的电能由电力系统（电网）中两个方向的发电厂送电。
9．电气化铁道牵引供电系统的高压（进线）供电方式中两边供电方式为：牵引变电所的电能由电力系统（电网）中两个方向的发电厂送电。
10．单相结线牵引变电所的优点之一是：（主接线）简单，故障少，设备少，占地面积小，投资省等。
11．单相结线牵引变电所的优点之一是：主接线简单，故障少，设备少，占地面积（小），投资省等。
铁路供电系统介绍 ppt课件
进线1 1QF 进线2 2QF
7QF
3QF
4QF
5QF
6QF
8QF
ppt课件
13
(4)AT所
采用AT供电方式时，在沿线间隔10km左右设置一个自耦变压器站（AT所）
1AT 2AT
接JD
接JD
M
M
M
M
M
M
接JD
M
M
下行
上行
ppt课件
14
牵引供电的方式
1 2 3 4 5 ）直接供电方式 ）DN供电方式 ）BT供电方式 ）AT供电方式 ）全并联AT供电方式
ppt课件
29
四、综自系统在铁路供电系统中的作用
（2）继电保护装置 基本原理
第一步：首先必须“区分”供电系统的正常、不正常工作和故障三种运行状 态 不同运行状态下具有明显差异的电气量有：流过电力元件的相电流、序 电流、功率及其方向；元件的运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压与 电流的比值即“测量阻抗”等。 第二步： 通过比较，保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最 后确定是否应该使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执 行输出部分。 第三步：执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳 闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。
ppt课件
16
（2）DN供电方式
在直接供电方式的基础上，增加与钢轨并联的架空回流线，即带 回流线的直接供电方式 。 这种供电方式的牵引电流回路为： 牵引变压器→牵引母线→馈电线→接触网→电力机车→区间钢轨和回流 线→牵引变压器接地端子 这种供电方式使原来流经大地和钢轨的部分电流经架空回流线回 牵引变电所，架空回流线中的电流与接触网电流方向相反，距离近， 两者产生的电磁场明显较直接供电方式小，对铁路沿线通信干扰小， 这是DN课件
7QF
3QF
4QF
5QF
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(4)AT所
采用AT供电方式时，在沿线间隔10km左右设置一个自耦变压器站（AT所）
1AT 2AT
接JD
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M
M
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牵引供电的方式
1 2 3 4 5 ）直接供电方式 ）DN供电方式 ）BT供电方式 ）AT供电方式 ）全并联AT供电方式
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四、综自系统在铁路供电系统中的作用
（2）继电保护装置 基本原理
第一步：首先必须“区分”供电系统的正常、不正常工作和故障三种运行状 态 不同运行状态下具有明显差异的电气量有：流过电力元件的相电流、序 电流、功率及其方向；元件的运行相电压幅值、序电压幅值；元件的电压与 电流的比值即“测量阻抗”等。 第二步： 通过比较，保护装置按一定的逻辑关系判定故障的类型和范围，最 后确定是否应该使断路器跳闸、发出信号或不动作，并将对应的指令传给执 行输出部分。 第三步：执行输出元件根据逻辑判断部分传来的指令，发出跳开断路器的跳 闸脉冲及相应的动作信息、发出警报或不动作。
ppt课件
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（2）DN供电方式
在直接供电方式的基础上，增加与钢轨并联的架空回流线，即带 回流线的直接供电方式 。 这种供电方式的牵引电流回路为： 牵引变压器→牵引母线→馈电线→接触网→电力机车→区间钢轨和回流 线→牵引变压器接地端子 这种供电方式使原来流经大地和钢轨的部分电流经架空回流线回 牵引变电所，架空回流线中的电流与接触网电流方向相反，距离近， 两者产生的电磁场明显较直接供电方式小，对铁路沿线通信干扰小， 这是DN课件
电气化铁道组成PPT课件
• 电压的变换是由牵引变压器(主变压器)完成 的。牵引变压器是一种特殊的变压器，它要适应 牵引负荷的巨大变化，又具有较大的过负荷能力。 还要尽量减小单相牵引负荷对三相系统的不平衡 影响。所以牵引变压器接线形式比较特殊。我国 在BT供电方式区段早期多采用三相Y，D11和单 相V形接线两种形式。
15
牵引变电所(2)
• 为了确保牵引供电系统内各电气设备正 常运行，牵引变电所内装有各种测量、监视 等仪表和各种续电保护装置电力机 车供电的特殊形式的输电线路，牵引 电所通过馈电线向接触网供电。目前， 我国电气化铁道接触网的额定电压为 25kV，但实际上并不是接触网上各个 点对地都都保持这一电压。因线路阻 抗产生压降，所以牵引变电所馈出的 电压为27.5kV，使接触网末端电压不 低于20kV ，使电力机车正常工作。24
1
目录
• 电气化铁道组成………………………3 • 电力机车………………………………4 • 牵引变电所……………………………14 • 接触网…………………………………23
2
• 采用电力机车牵引列车运行的 铁道称为电气化铁道。电力机车 是牵引动力，机车本身不带能源， 由外部供给电能。专门向电力机 车供电的装置称为牵引供电装置。 所以，电气化铁道是由电力机车、 牵引供电装置和铁道线路三部分 组成。
25
17
牵引变电所(4)
• 单相V形接线采用两台单相变压器，原、次 边绕组都连接成V形，也叫开口三角形。这种接 线形式结构简单，容量利用率高(为100%)。但 对电力系统的不平衡影响大。另外当一台变压器 发生故障时，变电所内三相自用电中断。
• 为克服牵引供电系统对电力系统的不平衡影 响，近期采用了阻抗平衡牵引变压器。该变压器 是在原三相YN、D11接线的基础上通过阻抗匹 配，实现三相—两相变换，当两臂负荷相等时， 一次侧三相电流对称。其接线原理如下页所示。
15
牵引变电所(2)
• 为了确保牵引供电系统内各电气设备正 常运行，牵引变电所内装有各种测量、监视 等仪表和各种续电保护装置电力机 车供电的特殊形式的输电线路，牵引 电所通过馈电线向接触网供电。目前， 我国电气化铁道接触网的额定电压为 25kV，但实际上并不是接触网上各个 点对地都都保持这一电压。因线路阻 抗产生压降，所以牵引变电所馈出的 电压为27.5kV，使接触网末端电压不 低于20kV ，使电力机车正常工作。24
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目录
• 电气化铁道组成………………………3 • 电力机车………………………………4 • 牵引变电所……………………………14 • 接触网…………………………………23
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• 采用电力机车牵引列车运行的 铁道称为电气化铁道。电力机车 是牵引动力，机车本身不带能源， 由外部供给电能。专门向电力机 车供电的装置称为牵引供电装置。 所以，电气化铁道是由电力机车、 牵引供电装置和铁道线路三部分 组成。
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牵引变电所(4)
• 单相V形接线采用两台单相变压器，原、次 边绕组都连接成V形，也叫开口三角形。这种接 线形式结构简单，容量利用率高(为100%)。但 对电力系统的不平衡影响大。另外当一台变压器 发生故障时，变电所内三相自用电中断。
• 为克服牵引供电系统对电力系统的不平衡影 响，近期采用了阻抗平衡牵引变压器。该变压器 是在原三相YN、D11接线的基础上通过阻抗匹 配，实现三相—两相变换，当两臂负荷相等时， 一次侧三相电流对称。其接线原理如下页所示。
论电气化铁路的供电系统
论电气化铁路的供电系统电气化铁路是以电能作为牵引动力的一种现代化交通运输工具，由于它的牵引动力是电能，所以又称电力牵引，它与蒸汽牵引和内燃牵引不同的地方是电力机车（或电动车组）本身不带能源必须由外部供给电能。
1 牵引供电系统牵引供电系统主要包括牵引变电所和牵引网两部分，而牵引网又由馈电线、接触网、轨道回路和回流线组成。
牵引变电所是电气化铁路供电系统的心脏，在采用单相工频交流制时，它的主要功能是变压和变相，它将电力系统输送来的高压110KV或220KV变成电力牵引所需要的电压并将电力系统输送来的三相电变成电力牵引相适应的单相电，在采用单相低频交流制式时，还要进行变频，如25HZ，对于直流电气化铁路还要进行整流，把交流电变成相应电压的直流电，我国电气化铁路采用的是单相工频交流制，其频率与工业企业使用的电源频率是一致的，都是50 HZ，在使用国家电力系统电能时无需变换频率。
牵引变电所是沿电气化铁路设置的，根据牵引变电所及电力系统的发电厂和区域变电所的位置，以及高压输电线路对牵引变电所的引入方式，牵引变电所可分为中间变电所，中心变电所，和终端变电所，为了保证供电的可靠性，牵引变电所通常应由两个相互独立电源供电，或者由一个电源由两个回路的输电线路供电，以便当一个回路输电线路检修或故障时，由另一回路输电线路完成全部输电任务。
2 电力机车和电动车组电力机车和电动车组是靠电能驱动运行的机车车辆，电力机车由机械部分、电气部分和空气管路系统三部分组成，它的机械部分和空气管路系统基本上与内燃机车相同，机械部分主要包括机车车体和走行部分，空气管路系统主要包括制动气路系统和辅助气路系统。
而电气部分主要包括受电弓，主断路器、牵引变压器、整流硅机组、平波电抗器、牵引电动机和制动电阻柜等。
为了保证电力机车的正常运行机车上装有许多辅助电气设备，如电动压缩机组，电动通风机组、电动油泵机组等。
机车上装有许多控制电器，如司机控制器、按钮开关、接触器等，通过它们来控制机车上各种电气设备，实现机车的起动、调速、反向、运行和进行电阻制动。
电气化铁路供电系统(PPT40页)
• 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
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。
3、新型的轨道电路应用要求钢轨对地 的阻抗要足够大，这使得轨道对地电压水平 难以降低。
接地的目的： 1、泄流（雷电流、工频电流）； 2、限制地电位、相关设备电位升
高，确保人员、设备安全。 接地系统的评估指标：
1、接地电阻； 2、轨道电位、跨步电压。
对接地系统要求的技术指标：
欧标规定接触电压和轨道电位値（EN50122-1）
接触网系统是无备用系统。
机车通过受电弓与接触网滑动连接，取 得电能。
机车在运动过程中，存在不同方向的振 动，这些振动通过受电弓传递到接触网，接 触网随之振动。
良好的弓网关系是接触网振动特性和受 电弓振动特性一致，两者之间为一各随动系 统，使接触网和受电弓保持良好的接触。
问题：
1、接触网的振动特性受到很多因素的 影响，如导线的材料、接触网的结构形式等， 使得受电弓与接触网之间存在短暂的脱离现 象（离线），当受电弓与接触网处于离线状 态时，将出现拉弧现象；
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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
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。
（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。
80~：
• 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）。
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
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。
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 简单接触悬挂
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）
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。
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。
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。
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。
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
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。
（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。
80~：
• 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）。
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
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。
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 简单接触悬挂
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）
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。
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。
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。
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。