高速铁路牵引供电方式
高速铁路牵引供电技术
1007.5MVA、3077MVA； （2）220kV的短路容量：3726.7 MVA~17422.4 MVA
我国边远地区电气化铁路目前面临的问题是电 网短路容量偏小，供电能力较弱。
电网短路容量偏小意味着系统发电容量偏小或 电源距负荷中心偏远。
国外专家通常认为，电网公共连接点短路容量 不足用户容量的30倍时，可以视其为小电网，小电 网常见的电能质量问题之一就是供电电压偏差较大。
在弱小电网中，牵引负荷可能引起电网电压较 大的偏差和波动。
相对西部而言，我国东部经济发达地区的电网较 为强大，京沪电铁北京、上海段牵引变电所110kV 接入点的系统三相短路容量如下表所示
10 S k
式中，Sk为负荷端口的系统三相短路容量，MVA；
ST为负荷三相变压器容量，kVA；负荷功率因数
角。
上式表明，可以通过以下两条途径，来保证供电电 压偏差满足国家标准要求：（等值电路解释；措施） （1）电网中传输的无功功率尽可能小； （2）负荷端口的系统三相短路容量尽可能地大。
系统短路容量与发电容量和负载点所在地点有关。 发电容量越大，短路容量越大；负载点距离电力系统 电源越近，即电压等级越高，短路容量也越大。
7,504
沃川
金泉
4,325
金泉
凡川
7,611
釜山
韩国电力系统最高电压354kV，下一级是154kV，没有220kV的电压等级。 由于354kV不能直接给用户供电，所以电铁的电力系统接入电压等级为
电气化铁路牵引供电系统的电压水平受电力系统 电压损失、牵引变压器电压损失和牵引网电压损失 三方面制约。当前我国电气化铁路的已有牵引变电 所用电容量最大达到80MVA，高速客运专线牵引变 远期规划容量达120MVA。对应不同容量的牵引变 压器，为保证供电臂未端电压不低于19kV，要求的 系统短路容量如下表所示
高速铁路牵引供电概述
1.1 牵引供电方式
2.BT供电方式
BT供电方式就是在牵引供电系统中加 装吸流变压器（3～4 km安装一台）和 回流线。这种供电方式由于在接触网 同高度的外侧增设了一条回流线，回 流线上的电流与接触网上的电流方向 相反，因此大大减轻了接触网对邻近 通信线路的干扰。采用BT供电方式的 电路是由牵引变电所、接触悬挂、回 流线、轨道及吸上线等组成。牵引变 电所作为电源向接触网供电；动车组 列车运行于接触网与轨道之间；吸
正馈线与轨道之间的电压也是25 kV。自 耦变压器是并联在接触悬挂和正馈线之间 的，其中性点与钢轨（保护线）相连接。 彼此相隔一定距离（一般间距为10～16 km）的自耦变压器将整个供电区段分成 若干个小的区段，叫作AT区段，从而形 成了一个多网孔的复杂供电网络。接触悬 挂是去路，正馈线是回路。接触悬挂上的 电流与正馈线上的电流大小相等、方向相 反，因此其电磁感应影响可以互相抵消， 故对邻近的通信线有很好的防护作用。
高
速 铁
项目
高速铁路牵引供电概述
路
高速铁路牵引供电概述
高速铁路的牵引供电系统，其本身没有发电设备，而是从电力系统获取电能。 目前，牵引供电系统的供电方式有直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、 同轴电力电缆（coaxial cable，CC）供电方式、直供加回流线供电方式、单 边供电方式和双边供电方式等。
1.1 牵引供电方式
3.AT供电方式
随着铁路电气化技术的发展及动车组的投 入运行，传统的供电方式已不能适应铁路 发展的需要，各国开始采用AT供电方式。 AT供电方式就是在牵引供电系统中并联 自耦变压器的供电方式。实践证明，AT 供电方式是一种既能有效地减弱接触网对 邻近通信线的电磁感应影响，又能适应高
第二章 高速铁路牵引供电系统的供电方式
第二章高速铁路牵引供电系统供电方式第一节牵引供电系统供电方式交流牵引供电系统可采用的供电方式主要有4种：直接供电方式，BT（吸流变压器）供电方式，AT（自耦变压器）供电方式和CC（同轴电缆）供电方式。
交流电气化铁道对邻近通信线路的干扰主要是由接触网与地回路对通信线的不对称引起的。
如果能实现由对称回路向电力机车供电，就可以大大减轻对通信回路的干扰。
采用BT、AT、CC等供电方式就是为了提高供电回路的对称性，其中CC供电方式效率最高，但投资过大。
目前，电气化铁路对采用BT、AT供电方式。
下面逐一介绍。
一、直接供电方式这是一种最简单的供电方式。
在线路上，机车供电由接触网（1）和轨（2）-地直接构成回路，对通信干扰不加特殊防护措施，如图2-1所示。
电气化铁路最早大都采用这种供电方式。
这种供电方式最简单，投资最省，牵引网阻抗较小，能损也较低，供电距离一般为30—40km。
电气化铁路的单项负荷电流由接触网经钢轨流回牵引变电所。
由于钢轨和大地不是绝缘的，一部分回流由钢轨流入大地，因此对通信线路产生感应影响，这是直接供电方式的缺点。
它一般用在铁路沿线无架空通信线路或通信线路已改用地下屏蔽电缆区段，必要时也将通信线迁到更远处。
图2-1带回流线的直接供电方式是在接触网支柱上架设一条与钢轨并联的回流线，称为负馈线（NF），如图2—2所示。
利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所，减少了电气空间，因而能部分抵消接触网对邻近通信线路的干扰，但其防干扰效果不及BT供电方式。
这种供电方式可在对通信线路防干扰要求不高的区段采用，能进一步降低牵引网阻抗，供电性能要好一些，但造价稍高。
目前我国京广线、石太线均采用此种供电方式。
图2—2二、BT供电方式BT供电方式是在牵引网中架设有吸流变压器—回流线装臵的一种供电方式，目前在我国电气化铁路中应用较广。
吸流变压器的变比是1：1.它的一次绕组串接在接触网中（1）中，二次绕组串接在专为牵引电流流回牵引变电所而特设的回流线（NF）中，故称之为吸流变压器—回流线供电方式，如图2—3所示。
高铁供电原理
高铁供电原理
高铁供电原理是指高速铁路的电力供应方式。
高铁列车的电力供应主要分为两种方式：集电弓供电和无线供电。
一种常见的高铁供电方式是通过集电弓供电。
集电弓是一种安装在列车车顶上的装置，用于从高架电源线上接收电能。
高架电源线通常安装在高速铁路轨道两侧或中间，并由供电站提供电能。
当高铁列车行驶过程中，集电弓与电力线建立接触，通过导电链路将电能传输到列车的牵引系统中。
在牵引系统中，电能会被转换为机械能，用于驱动列车行驶。
另一种高铁供电方式是通过无线供电。
无线供电使用电磁感应原理，通过铁路轨道上的线圈和列车底盘上的感应线圈之间的电磁感应作用来进行能量传输。
供电线圈通常安装在地面或轨道上，而感应线圈则安装在列车的底盘上。
当列车经过供电线圈时，线圈中的电流会产生磁场，进而感应到感应线圈中，从而实现电能的传输。
无线供电在实现高铁列车供电过程中，避免了集电弓的使用，减少了空气阻力和噪音等问题。
不同供电方式的选择会受到多种因素的影响，包括高速铁路的设计要求、运行环境、经济成本等。
无论是通过集电弓还是无线供电，高铁供电系统的设计和建设都需要保证可靠性、安全性和高效性，以满足高铁列车的驱动和运行需求。
浅谈高速铁路牵引供电技术 杨磊
浅谈高速铁路牵引供电技术杨磊摘要：本文简要结合高速铁路的供电系统的特点及要求，介绍了高速牵引供电系统关键技术、牵引供变电子系统、接触网子系统在运营维护方面需要改进和完善的技术以及牵引供电系统供电方式等方面技术。
关键字：高速铁路牵引供电技术0概述近年来，我国铁路在学习、消化、吸收世界高速铁路先进成熟技术的基础上，系统总结了多年来中国客运专线工程技术、科研试验成果，针对高速铁路的关键技术问题，又进一步开展了研究、试验、验证等的自主创新和各系统集成研究攻关。
牵引供电系统采用国内外先进的牵引供电技术，进行系统集成后，全面实现设计速度350km/h牵引供电系统的国产化，形成统一的客专技术标准体系，构建具有自主知识产权的客专牵引供电系统技术平台。
下面就高速铁路供电技术的几个方面进行简单介绍。
1高速铁路的供电系统的特点及要求⑴高速列车单台车的牵引电流及馈线电流很大，因此要求牵引供电系统有较强的供电能力。
⑵列车速度快，通过供电臂的时间短，供电臂中列车数量少，馈线电流波动大。
⑶高速铁路采用交-直-交机车功率因数高谐波含量低。
⑷列车具有再生制动功能。
⑸弓网关系成为高速成败的关键。
⑹动态特性成为决定因素。
⑺满足高速运行的弓网关系。
⑻满足可靠稳定的供电要求。
⑼满足免维护、少检修、低于自然环境侵害的要求。
⑽动车组自动过分相。
⑾供电能力适应高速度、高密度。
⑿具有综合一体化远程监控能力。
2高速牵引供电系统关键技术2.1.弓网关系与检测技术弓网关系是决定受流质量的主要因素。
应通过理论与实验研究，确定最佳的悬挂形式、零件材质，确定以硬点和压力为主要检测对象的接触网受流状态评价标准体系。
2.2.自动过分相技术牵引供电系统电分相环节是制约列车运行速度的瓶颈之一。
自动过电分相主要分为三大类：地面开关自动切换；柱上断电方案；车载自动断电过分相三类。
三种自动过电分相比较：⑴地面开关自动切换型性能指标最高，没有供电死区，速度损失最小，与线路条件无关，是未来最有发展前途的技术方案。
牵引供电方式识别与应用—接触网供电方式(高铁牵引供电系统)
供电臂
牵引变电所
输电线
钢轨
机车 供电臂1 供电臂2
牵引变电所是沿着电气化铁 路线路分布，每个变电所有 一定的供电范围。通常把一 个变电所至其所供电的末端 称为一个供电臂。一个供电 臂的长度对应于线路的区间 数约为2-5个区间。
单线双边供电方式
牵引变当相邻两牵引变电所之间的两段接触网通过分 区所的联络开关连通时，则电力机车将从两个变电所 同时获得供电，这种供电方式称单线双边供电。
双边供电方式的优缺点
优点
缺点
列车可从两个牵引变电所取流，每条 馈电线的电流相对减小，从而可减小 牵引网中的电压损失和电能损失，有 利于改善供电臂的电压水平，降低铁 路的运营成本，且牵引变压器和接触 网悬挂的负荷较均匀。
牵引变电所与分区所的保护相应都要 复杂一些。同时，当两牵引变电所的 电压有差异时，还可能出现不平衡电 流，从而产生附加的电能损失等。
AT供电方式的特点 三大优点
(1) 供电电压提高一倍。 相同牵引负荷条件下， 接触悬挂和正馈线中的 电流大致可减少一半。
(2) 供电能力强。牵引网 单位阻抗低，大大减小 电压损失和电能损失。
(3)AT所处的接触悬挂无 电分段，电力机车通过 AT所时，受电弓上不会 产生强烈电弧，能满足 重载、高速列车运输的 需要。
BT供电方式的缺点
为何现在不采用BT供电方式了？
BT供电方式的缺点
①牵引网阻抗增大
②电压损失增大
由于每台吸流变压器是串联在 接触网回路中， 相当于串联了 一个较大阻抗。
与直接供电方式相比较，BT供 电方式的牵引网单位阻抗增大 约51％。
在相同负载电流条件下，BT供 电方式的牵引网电压损失相应 地增大约51 %。因此严重恶化 了供电臂的电压水平。
牵引变电所的几种供电方式
电气化铁道牵引供电装置,又称为牵引供电系统,其系统本身没有发电设备,而就是从电力系统取得电能。
目前我国一般由11０kＶ以上得高压电力系统向牵引变电所供电。
目前牵引供电系统得供电方式有直接供电方式、BT供电方式、AＴ供电方式、同轴电缆与直供加回流线供电方式四种,京沪、沪杭、浙赣都就是采用得直供加回流线方式。
一、直接供电方式直接供电方式(T—Ｒ供电)就是指牵引变电所通过接触网直接向电力机车供电,及回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所得供电方式。
这种供电方式得电路构成及结构简单,设备少,施工及运营维修都较方便,因此造价也低。
但由于接触网在空中产生得强大磁场得不到平衡,对邻近得广播、通信干扰较大,所以一般不采用。
我国现在多采用加回流线得直接供电方式。
二、BT供电方式所谓BＴ供电方式就就是在牵引供电系统中加装吸流变压器(约3~4km 安装一台)与回流线得供电方式。
这种供电方式由于在接触网同高度得外侧增设了一条回流线,回流线上得电流与接触网上得电流方向相反,这样大大减轻了接触网对邻近通信线路得干扰、BT供电得电路就是由牵引变电所、接触悬挂、回流线、轨道以及吸上线等组成。
由图可知,牵引变电所作为电源向接触网供电;电力机车(EL)运行于接触网与轨道之间;吸流变压器得原边串接在接触网中,副边串接在回流线中。
吸流变压器就是变比为1:1得特殊变压器、它使流过原、副边线圈得电流相等,即接触网上得电流与回流线上得电流相等。
因此可以说就是吸流变压器把经钢轨、大地回路返回变电所得电流吸引到回流线上,经回流线返回牵引变电所。
这样,回流线上得电流与接触网上得电流大小基本相等,方向却相反,故能抵消接触网产生得电磁场,从而起到防干扰作用。
以上就是从理论上分析得理想情况,但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流,所以经回流线得电流总小于接触网上得电流,因此不能完全抵消接触网对通信线路得电磁感应影响。
另外,当机车位于吸流变压器附近时回流还就是从轨道中流过一段距离,至吸上线处才流向回流线,则该段回流线上得电流会小于接触网上得电流,这种情况称为“半段效应”。
牵引供电系统外部电源与供电方式
高速铁路牵引供电系统的实际应用中，需要关注供电能力、电能质量和环 境保护等方面的问题。
磁悬浮列车牵引供电系统
磁悬浮列车牵引供电系统通常采用直流供电方式，通过磁悬浮变电所将来自电网的高压交流电转换为 直流电，为磁悬浮列车提供动力。
牵引供电系统外部电 源与供电方式
目录
• 牵引供电系统概述 • 牵引供电系统外部电源 • 牵引供电系统供电方式 • 牵引供电系统外部电源与供电方式的
优化 • 牵引供电系统外部电源与供电方式的
实际应用案例
01
牵引供电系统概述
牵引供电系统的定义与功能
定义
牵引供电系统是为电气化铁路或 城市轨道交通提供电能的系统， 通过接触网向电力机车或电动汽 车提供所需直流或交流电能。
容量
牵引供电系统外部电源的容量应根据 牵引负荷的大小和运行方式进行选择 ，以确保供电的可靠性和稳定性。
稳定性
外部电源的稳定性对牵引供电系统的 正常运行至关重要，应采取措施确保 电源的电压、频率和波形等参数的稳 定。
03
牵引供电系统供电方式
直接供电方式
01
直接供电方式是一种简单的牵引 供电方式，通过牵引网直接向电 力机车供电。
02
该方式结构简单，投资少，但会 对沿线通信线路产生干扰。
串联电容补偿供电方式
串联电容补偿供电方式是在牵引网中 串联电容，补偿感性负载的无功功率， 提高功率因数。
该方式可以减少对通信线路的干扰， 但需要增加补偿装置和滤波装置。
吸流变压器供电方式
吸流变压器供电方式是通过吸流变压 器将牵引电流从接触网引至回流线， 减少对通信线路的干扰。
高速铁路牵引供电系统概论
1.5 牵引供电系统的其他设备：
分区所（Section Post, SP） 设于两变电所之间，把电气化铁道牵引网分成不同
供电区段，装有开关设备，根据运行需要可以连接同一供 电臂的上、下行接触网，或连接相邻供电臂以实现越区供电。
开闭所（Sub-feeder Switching Post, SFSP） 实际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、
星形－曲折延边平衡变压器
A
C
I
+
U
－
B
I
－
U
+
Le Blanc 接线变压器
A
C
－ c
O
B a
I +
U
I
U
+
b
－ d
变形Woodbridge接线变压器
x1 a2
x2
三相V/v接线
A T +
N U
F－
B
单相中抽式（AT专用）
A
BC
V/x接线（AT专用）
特点：
接线简单 变压器容量利用率为100％ 二次侧不能直接提供三相电源 对于纯单相接线，理论上可取消变电所出口的电分相； 存在负序问题，仅适用于电网容量较大场合
1.6.2 三相变压器类
YNd11接线变压器 三相不等容YNd11接线变压器 十字交叉接线变压器
钢轨
牵引供电 系统结构
1.2 供电方式： 1.2.1 直接供电方式
T
R
特点：结构简单，投资少，维护费用低； 一部分电流从大地回流，对邻近通信线干扰大。
1.2.2 带回流线的直接供电方式
F T
高速动车组概述动车组牵引供电要求
（2）降低电气化铁路对电力系统的影响。
19
高速动车组概述动车组牵引供电要求
电气化铁路的单相牵引负荷是一个不对称的负荷，对三相电力 系统产生负序电流和负序电压。要减轻负序电流和负序电压对三 相电力系统的影响，需要牵引变电所采用换相接线方式或不同接 线型式的变压器。
2．变电所保护装置
20
一个变电所有十多台断路器，每台断路器
d.可靠性。要求保护装置的元件和接线处于良好状态，该动作时均能正 常工作。
第二节 高速接触网
22
高速动车组概述动车组牵引供电要求
一、接触网的构成 二、接触悬挂形式 三、接触网的性能要求 四、接触线及承力索
8
2. 吸流变压器供电方式
吸流变压器的供电方式（简称BT供电方式）是在牵引网中架 设有吸流变压器－回流线装置的一种供电方式。目前，在我国 电气化铁路上采用较为广泛，如图所示：
高速动车组概述动车组牵引供电要求
9
吸流变压器的变比为1:1，它的一次绕组 串接在接触网（T）上，二次绕组串接在专为 牵引电流流回牵引变电所而特设的回流线（NF） 上，所以也称吸流变压器－回流线供电方式 （简称吸－回方式）
高速动车组概述动车组牵引供电要求
1
动车组牵引供电要求
第一节 动车组供电 第二节 高速接触网 第三节 高速受电弓
高速动车组概述动车组牵引供电要求
2
第一节 动车组供电
一、供电方式 二、牵引变电所
动车组牵引供电系统的组成
3
高速动车组概述动车组牵引供电要求
动车组牵引供电系统
牵引变电所
保证质量良好并不 间断地向动车组供 电
接触网
在动车组运行中通 过与受电弓良好的 摩擦接触将电能传 给动车组
城市轨道交通运营管理《牵引供电方式》
高速铁路牵引供电系统
牵引供电系统的构成
•主要包括：牵引变电所和接触网两局部。
•牵引变电所：是电气化铁路供电系统的心脏，要求其有高度的可靠性。
把电力系统供给的电能变换成适合电力机车牵引要求的电能。
•接触网：是牵引供电系统的主动脉。
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。
•牵引变电所
牵引供电方式
•电气化铁路有5种供电方式：
•1、直接供电方式〔TR供电方式〕
•2、带回流线的直接供电方式〔 DN供电方式〕
•3、AT供电方式〔Auto-Transformer，自耦变压器〕•4、BT供电方式Booster-Transformer，吸流变压器〕•5、CC供电方式〔 Coaial Cable，同轴电力电缆〕
1、直接供电方式
特点：投资小，牵引网阻抗小，能耗较低；对通信线路感应干扰大。
法国、英国、前苏联广泛使用。
2、带回流线的直接供电方式
特点：利用接触网与回流线间的互感作用，使钢轨中的电流尽可能由回流线留回牵引变电所，由此局部抵消接触网对邻近通信线路的干扰。
3、AT〔自耦变压器〕供电方式
特点：回流线为正馈线T，供电电压为，间隔约10m加自耦变压器。
优点：供电电压成倍提高，牵引网阻抗小，供电能力大，供电距离长，网上电压损失和电能损失小；抑制通信干扰效果好。
缺点：投资大，电流分布复杂，保护算法难度大。
目前高速铁路牵引供电方式的首选。
自耦变压器供电电流。
高速铁路牵引供电系统
δ
A
U IRS B
C
I
ΔU (压降) I ΔU (压损)
δ 很小，近似 EEcosδ
E ZS RS jX S U
工程上
UEU
ΔU EcosδU Re(ΔU)
ZSI (RS jXS)I
RS cosI XS sinI
一、牵引供电系统与电力系统的关系
计算到负荷端口，系统电压损失表达式如下
U R S I c o s X S I s i n ( R S P X S Q ) / U N
RS
XS
牵
引
供
电 系牵 统引
网
牵引 变电所
钢轨
牵引 变电所
馈线
回流线②减小注入系统的谐波电 流：采2用5k交V -直-接交触型网 电力
机车；装设滤波器
一、牵引供电系统与电力系统的关系
➢电能质量——电压不平衡度
eA eB eC
RS XS
三相对称电源（正序）
负载的不对称使得系统 电压、电流不再对称
牵
引
忽略电阻 RS XS
UXSIsin 或
U
XS
Q UN
式中，XS为负荷端口看出的电网等值相电抗，； Q为该相线路传输的无功功率，kvar；
UN为线路额定相电压，kV；
为负荷功率因数角，感性负荷取正值。
一、牵引供电系统与电力系统的关系
按三相负荷，系统电压损失表达式如下
U XS I sin (
3UN )2 I sin
一、牵引供电系统与电力系统的关系
➢ 电能质量国家标准
GB/T 12325-2008 电能质量 供电电压偏差 GB/T 15945-2008 电能质量 电力系统频率偏差 GB/T 15543-2008 电能质量 三相电压不平衡度 GB/T 12326-2008 电能质量 电压波动和闪变 GB/T 14549-1993 电能质量 公用电网谐波 GB/T 24337-2009 电能质量 公用电网间谐波 GB/T 18481-2001 电能质量 暂时过电压和瞬态过电压
高速铁路的牵引供电方式分析
双 边 供 给 ， 向相 反 ． 通 信 明线 的干 扰 互 相抵 消 ， 方 对 因此 具 有 更 好 的防 护 效 果 ５同 轴 电 缆 供 电方 式 同轴 电 缆 内 外 导 体 间 的互 感 系数 ． 很 大 ． 吸 流效 果 和 抑 制 通 信 干 扰 的 效 果 均 好 于 Ｂ Ｔ和 Ａ Ｔ供
３ Ｔ供 电方 式 在 牵 引供 电 系统 中加 装 吸 流 变 压 器 一 ． Ｂ 回 流 线 装 置 的供 电方 式 ．称 为 吸流 变 压 器 供 电方 式 ．简 称 Ｂ Ｔ （０ ｓ ｒＴａｓ ｔ ｅ）供 电方 式 。它 是 在 牵 引 网 中 ．每 相 距 Ｂ ｏｔ － ｒｎｆ ｒ ｒ ｅ ｏｕ １ ｋ ｋ 设 置 一 台变 比为 ｌ ｌ 吸 流 变 压 器 ， 一 次 线 圈 ． ｉ ４ ｍ． ５ｎ ：的 其
上。
图５ Ａ Ｔ供 电 方 式 示 意 图
Ａ Ｔ方 式 与 Ｂ Ｔ方 式 相 比 ． 机 车 取 流 相 同情 况 下 ， 变 在 从 电所 至 最 靠 近 机 车 的 Ａ Ｔ间 ．接 触 网 与 正馈 线 上 电流 只有 机 车 电流 的 一 半 ． 通 信 明 线 干 扰 将 大 大 减 弱 。 外 。 机 车 取 对 另 在 流 的两 个 Ａ 间 的 区段 内 ．机 车 电 流 总 是 由左 右 两 侧 接 触 网 Ｔ
牵 引 变 电所
＿
不是越小越好 。 要考虑绝缘 问题 。③适 当扩大回流线与轨道
并联 点 的 间距 回流 线 与 轨 道 关联 点 的 间距 大 小 对 回流 线 的 防 护 效 果 影 响 较 小 。试 验 表 明 ． 若将 回 流 线 与 轨 道 并 联 点 的 间 距 由 ３３ｋ 减 小 为 １ ｍ． 回流 线 屏 蔽 系 数 略 有 提 高 。 ． ｍ ．ｋ 其 ６ 工 程设 计 中 ． 回流线 与 轨 道并 联 点 的 间距 可 视具 体 情 况 而定 。 ２．Ｔ供 电方 式 Ａ Ａ Ｔ供 电 方式 通过 在 牵 引 网 中增 设 正 馈 线 和 自耦 变 压 器 ． 牵 引 供 电 电 压 提 高 一 倍 ． 而 使 牵 引 网 将 从
高速铁路牵引供电系统基础知识
1.牵引供电系统的概念
将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置称为牵引 供电系统。高速铁路牵引供电系统是高速铁路的重要组成部 分。为使高速铁路动车组机车能高速、稳定地行驶，需要牵 引供电系统不间断地提供质量良好且可靠的电能。
高速铁路牵引供电系统基础知识
2.高速铁路牵引供电系统的组成
高速铁路牵引供电系统基础知识
2.高速铁路牵引供电系统的组成
电力机车是通过受电弓向接触网取流的。受电弓是安装在电力机车上 的一种从一根或几根接触线上集取电流的专用设备。受电弓由弓、框架 、底架和传动系统等部分组成，受电弓的几何形状可以改变。受电弓与接 触网接触是电力机车获得电能的一种方式。每台电力机车有前、后两个受 电弓，司机控制其升起，并以一定的接触压力紧贴接触线获取电能。良好 的弓网关系是保证电力机车安全、可靠、高速运行的关键技术之一。
（1）牵引变电所。牵引变电所是牵引供电系统的核心部分。它的任务 是将电力系统的三相电压降低，并以单相方式馈出。牵引变电所一般采用 双回路电源供电，以保证供电的可靠性。其供电方式一般有五种：直接供 电方式、带吸流变压器的供电方式、带回流线的直接供电方式、自耦变压 器供电方式及同轴电力电缆供电方式。
（2）接触网。接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的输电线 路，在整个供电回路中起着十分重要的作用。接触网主要由接触悬挂、支 持装置、定位装置、支柱与基础四大部分组成。接触网分为刚性接触网和 柔性接触网。
高速铁路牵引供电系统概论
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星形－延边平衡变压器
星形－曲折延边平衡变压器
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多路馈线，用以实现对站场各股道群的分别供电控制。 （1）进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区 接触网停、供电 （2）在断路器上可实现短路故障保护，从而缩小事故 停电范围 （3）对AT牵引网，往往同ATP合建，增强对供电臂供电
的灵活性
自耦变压器（AT）所（AT Post, ATP） AT供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，
复链形悬挂
特点： 在结构上，承力索和接触导线之间加了一根辅助承力索。 接触网的张力大，弹性均匀，安装调整复杂，抗风能力强
2.3 高速接触网的主要结构参数
导线高度 ：指接触导线距钢轨面的高度。一般地，高速铁路 接触导线的高度比常规电气化铁路的接触导线低。原因： ①高速铁路一般无超级超限列车通过，车辆限界为4 800 mm； ②为了减少列车空气阻力及空气动态力对受电弓的影响， 受电弓的底座沉于机车车顶顶面，受电弓的工作高度较小。 所以，高速铁路接触导线的高度一般在5 300 m左右。
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浅谈高速铁路牵引供电方式
动力与电气工程37科技资讯 S CI EN CE & T EC HNO LO GY I NF OR MA TI ON 近年来,铁路特别是高铁在我国取得了飞速的发展,目前我国已投运高速铁路以达到11132km,但是对牵引供电性能的要求也越来越高,因此牵引供电方式的选择在每条线路设计的过程中都需要慎重考虑,因此本文针对牵引网的结构的不同,从减少牵引网对邻近通信线路的干扰,降低牵引网的电压损失和电能损失,提高电气化铁路效益的角度出发,对目前国内外牵引供电系统的供电方式进行对比总结。
目前单相工频25kV牵引网供电方式主要有直接供电方式(TR)、带回流线的直接供电方式(TRNF)、BT(吸流变压器)供电方式、AT(自耦变压器)供电方式和CC供电方式[1],每一种供电方式各有其优越性和不足之处,本文主要中各种供电方式的工作原理,优缺点以及主要应用场合进行分析。
1 直接供电方式直接供电方式是在牵引网中不加特殊防护措施的一种供电方式。
电气化铁路最早大都采用这种供电方式,如图1所示。
这种供电方式结构最为简单,投资最省,牵引网阻抗较小,能耗也较低。
直接供电方式的供电距离在单线区段一般为30km左右。
电气化铁路是单相负荷,机车由接触网取得的电流经钢轨流回至变电所。
由于钢轨和大地不是绝缘的,一部分回流电流经钢轨流入大地,因此对通信线路产生电磁感应影响较大,这是这种供电方式的缺点。
直接供电方式一般在铁路沿线无架空通信线路或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段采用[2]。
2 带回流线的直接供电方式为了克服直接供电方式的缺点,在接触线平行位置增加金属回流线,并隔一定距离设置连接导线将回流线与钢轨并联,这种供电方式就是带回流线的直接供电方式, 如图2所示。
带回流线的直接供电方式,牵引电流大部分通过钢轨和大地流回牵引变电所,一小部分通过回流线流回牵引变电所。
因接触网中的电流和回流线中的电流方向相反,且接触线和回流线距离较近,两者形成的磁场相互抵消。
高速铁路牵引供电系统(组成)
高速铁路牵引供电系统电气化铁路的组成由于电力机车本身不带原动机，需要靠外部电力系统经过牵引供电装置供给其电能，故电气化铁路是由电力机车和牵引供电系统组成的。
牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网两部分组成，所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的三大元件。
一、电力机车（一）工作原理电力机车靠其顶部升起的受电弓和接触网接触获取电能。
电力机车顶部都有受电弓，由司机控制其升降。
受电弓升起时，紧贴接触网线摩擦滑行，将电能引入机车，经机车主断路器到机车主变压器，主变压器降压后，经供电装置供给牵引电动机，牵引电动机通过传动机构使电力机车运行。
（二）组成部分电力机车由机械部分(包括车体和转向架)、电气部分和空气管路系统构成。
车体是电力机车的骨架，是由钢板和压型梁组焊成的复杂的空间结构，电力机车大部分机械及电气设备都安装在车体内，它也是机车乘务员的工作场所。
转向架是由牵引电机把电能转变成机械能，便电力机车沿轨道走行的机械装置。
它的上部支持着车体，它的下部轮对与铁路轨道接触。
电气部分包括机车主电路、辅助电路和控制电路形成的全部电气设备，在机车上占的比重最大，除安装在转向架中的牵引电机之外，其余均安装在车顶、车内、车下和司机室内。
空气管路系统主要执行机车空气制动功能，由空气压缩机、气阀柜、制动机和管路等组成（三）分类干线电力牵引中，按照供电电流制分为：直流制电力机车和交流制电力机车和多流制电力机车。
交流机车又分为单相低频电力机车(25Hz或162/3Hz)和单相工频(50Hz)电力机车。
单相工频电力机车，又可分为交--直传动电力机车和交—直—交传动电力机车。
二、牵引变电所牵引变电所的主要任务是将电力系统输送来的110kV三相交流电变换为27.5（或55）kV单相电，然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，电压变化由牵引变压器完成。
电力系统的三相交流电改变为单相，是通过牵引变压器的电气接线来实现的。
牵引变电所通常设置两台变压器，采用双电源供电。
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高速铁路牵引供电方式
1.直接供电方式
电方式是指牵引变电所通过接触网直接向动车组供电，回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所。
这种供电方式的电路构成简单、设备少，施工及运营维修都较方便，造价也低。
但由于接触网在空中产生的强大磁场得不到平衡，对邻近的广播、通信干扰较大，因此一般不采用。
2.BT供电方式
BT供电方式就是在牵引供电系统中加装吸流变压器（3～4 km安装一台）和回流线。
这种供电方式由于在接触网同高度的外侧增设了一条回流线，回流线上的电流与接触网上的电流方向相反，因此大大减轻了接触网对邻近通信线路的干扰。
采用BT供电方式的电路是由牵引变电所、接触悬挂、回流线、轨道及吸上线等组成。
牵引变电所作为电源向接触网供电；动车组列车运行于接触网与轨道之间；吸流变压器的原边串接在接触网中，副边串接在回流线中。
吸流变压器是变比为1∶1的特殊变压器。
它使流过原、副边线圈的电流相等，即接触网上的电流和回流线上的电流相等。
因此，可以说是吸流变压器把经钢轨、大地回路返回变电所的电流吸引到回流线上，经回流线返回牵引变电所。
这样，回流线上的电流与接触网上的电流大小基本相等、方向相反，故能抵消接触网产生的电磁场，从而起到防干扰作用。
理论上的理想情况是这样的，但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流，经回流线的电流总小于接触网上的电流，因此不能完全抵消接触网对通信线路电磁感应的影响。
另外，当机车位于吸流变压器附近时，回流还是从轨道中流过一段距离，至吸上线处才流向回流线，该段回流线上的电流会小于接触网上的电流，这种情况称为半段效应。
此外，吸流变压器的原边线圈串接在接触网中，所以在每个吸流变压器安装处，接触网必须安装电分段，这样就增加了接触网的维修工作量和事故率。
当高速大功率机车通过该电分段时会产生很大的电弧，极易烧损机车受电弓和接触线。
BT供电方式的牵引网阻抗较大，造成较大的电压
和电能损失，故已很少采用。
3.AT供电方式
随着铁路电气化技术的发展及动车组的投入运行，传统的供电方式已不能适应铁路发展的需要，各国开始采用AT供电方式。
AT供电方式就是在牵引供电系统中并联自耦变压器的供电方式。
实践证明，AT供电方式是一种既能有效地减弱接触网对邻近通信线的电磁感应影响，又能适应高速、大功率电力机车运行的一种比较先进的供电方式。
AT供电方式的电路包括牵引变电所（S）、接触悬挂（T）、轨道（R）、自耦变压器（AT）、正馈线（AF）、电力机车（EL）等。
牵引变电所作为电源向牵引网输送的电压为25 kV。
而接触悬挂与轨道之间的电压仍为25 kV，正馈线与轨道之间的电压也是25 kV。
自耦变压器是并联在接触悬挂和正馈线之间的，其中性点与钢轨（保护线）相连接。
彼此相隔一定距离（一般间距为10～16 km）的自耦变压器将整个供电区段分成若干个小的区段，叫作AT区段，从而形成了一个多网孔的复杂供电网络。
接触悬挂是去路，正馈线是回路。
接触悬挂上的电流与正馈线上的电流大小相等、方向相反，因此其电磁感应影响可以互相抵消，故对邻近的通信线有很好的防护作用。
AT供电方式与BT供电方式相比具有以下优点：
（1）供电电压高。
AT供电方式无须提高牵引网的绝缘水平即可将牵引网的电压提高1倍。
（2）防护效果好。
采用AT供电方式，接触悬挂上的电流与正馈线上的电流大小相等、方向相反，其电磁感应相互抵消，所以防护效果好。
（3）能适应高速大功率电力机车运行。
AT供电方式的供电电压高、线路电流小、阻抗小（仅为BT供电方式的1/4左右）、输出功率大，使接触网有较好的电压水平，能适应高速大功率电力机车运行的要求。
（4）牵引变电所间距大、数量少。
由于AT供电方式的输送电压高、线路电流
小、电压损失和电能损失小、输送功率大，因此牵引变电所的距离可加大为80~120 km，而BT供电方式牵引变电所的间距仅为30～60 km。
供电方式
CC供电方式是一种新型的供电方式，它的同轴电力电缆沿铁路线路埋设，内部芯线作为供电线与接触网连接，外部导体作为回流线与钢轨连接，每隔5～10 km做一个分段。
由于供电线与回流线在同一电缆中，间隔很小，而且同轴布置，因此造成互感系数增大。
由于同轴电力电缆的阻抗比接触网和钢轨的阻抗小得多，因此牵引电流和回流几乎全部从同轴电力电缆中流过。
同时由于电缆芯线与外层导体电流大小相等、方向相反，两者形成的磁场相互抵消，因此对邻近的通信线路几乎没有干扰。
由于同轴电力电缆的电路阻抗小，因而供电距离长。
但由于CC供电方式造价高、投资大，故很少采用。
5.直供加回流线供电方式
直供加回流线供电方式结构比较简单。
这种供电方式由于在接触网同高度的外侧增设了一条回流线，回流线上的电流方向与接触网上的电流方向相反，大大减轻了接触网对邻近通信线路的干扰。
直供加回流线供电方式与直供方式相比，能防止对沿线通信的干扰；比BT供电方式减少了BT装置，既减少了建设投资，又便于维修；与AT供电方式相比，减少了AT所和沿线架设的正馈线，不仅减少了投资，还便于接触网维修。
所以，自大秦线以后的电气化铁路基本都采用直供加回流线的供电方式，京沪、沪昆等高铁线路也都采用这种供电方式。
6.单边供电方式和双边供电方式
接触网在牵引变电所处及相邻的两个变电所中央是断开的，将两个牵引变电所之间的接触网分成两个独立的供电分区，又叫供电臂。
每个供电臂只从一端的牵引变电所获得电能的供电方式称为单边供电。
每个供电臂同时从两侧变电所获得电能的供电方式称为双边供电。
双边供电可提高供电质量，减少线路损耗，但继电保护等技术存在问题，所以我国及多数国家均采用单边供电。
在发生事故情况下，位于两变电所之间的分区亭可将两个供电臂连接起来，实现越区供电。
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区供电是在非常状态下采用的，因为供电距离过长，难以保证末端的电压质量，所以只是一种临时应急措施，并且在实行越区供电时，应校核供电末端的电压水平是否符合要求。
在复线区段，同一供电臂上、下行接触网接的是同相电，在牵引变电所及分区亭内设有开关装置，可将上、下行接触网连通，实行并联供电，以减小线路阻抗，降低电压损失和电能损失，提高接触网的电压水平。
在事故情况下，又可将上、下行接触网分开，互不影响，使供电更加灵活、可靠。
牵引变电所馈电线馈出的两供电臂上的电压是不同相位的。
为了减少对电力系统的不平衡影响，不同相位的接触网间要设置电分相装置。
为了灵活供电和缩小事故范围，便于检修，接触网还设置了许多电分段装置。