牵引变电

牵引变电所（traction substation）向电气化铁道或城市轨道交通电力牵引等提供电能和变换、分配电能的电气装置与设施。其功能是将电力系统的三相交流电经降压、整流或变频后，供电力机车和...

牵引变电所（traction substation）向电气化铁道或城市轨道交通电力牵引等提供电能和变换、分配电能的电气装置与设施。其功能是将电力系统的三相交流电经降压、整流或变频后，供电力机车和动车组使用。

类型与主要设施根据电力牵引采用电流制的不同，牵引变电所区分为直流、低频交流及工频交流三种类型。直流牵引变电所具有降压和整流两种功能，主要设备有降压变压器及整流装置。用于直流制电气化铁路、矿山与城市轨道交通电力牵引系统。低频交流牵引变电所具有降压和变频两种功能，主要设备有降压变压器、变频设备和升压变压器。电力系统的三相工频交流电，经降压并将工频变换成低频162/3Hz，供具有单相整流子牵引电机的机车使用。这种牵引变电所在西欧一些国家（德国、瑞士、瑞典等）得到采用。工频交流牵引变电所的主要功能是降压，主要设备是降压变压器，以及无功、谐波综合补偿装置等，随着工频交流电力牵引制的发展，这类牵引变电所在中国、欧洲等不少国家得到广泛应用。

所有类型牵引变电所，都设有由断路器或快速开关、母线、测量用电流、电压互感器和避雷器等电气设备构成的屋外和屋内式配电装置，用以汇集和分配电能；各种电力变压器和换流设备，用以变换电压（降压和升压）、变换电流（整流）与频率（变频）；设于控制室内的控制、测量、信号、继电保护和自动、运动装置，它们是保证电气设备安全、经济运行的监控和保护设施；还设有供变电所运行、维护和控制、保护等需用的交、直流自用电电源与低压配电装置等。各种牵引变电所功能与主要设施的示意框图见下图。

主要特点电气化铁路和城市轨道交通牵引变电所为一级电力负荷，要求电力系统必须采用双回进线或由两个电源点的环网进线，对其可靠供电。各种牵引变电所的功能不同，主要设施差异较大，变电所地理环境对电气设施形式及其装置有较大影响，形成各自的特点。

工频交流牵引变电所由于接触网采用25 kV和2×25kV（自耦变压器AT供电方式）单相电压，工频交流牵引变电所之间距离一般可达30km～90km，对于客、货运量大的电气化干线路、重载运输和高速铁路牵引变电所，其主变压器（降压变压器）单台容量可达

60MV·A～75MV·A，为保证供电可靠性和供电质量，牵引变电所一般采用110kV～220kV 双回输电线路供电。见图（a）。

晶闸管相控电力机车负荷特点是功率因数低，负荷电流含有大量奇次谐波，造成不利影响，要求交流牵引变电所设置无功、谐波综合补偿装置，使无功功率就地平衡并降低注入系统的谐波含量（参见并联综合补偿装置，电力谐波）。

按照变压器接线方式的不同，工频交流牵引变电所分为三相牵引变电所、单相牵引变电所及三相一两相牵引变电所。（分别参见单相接线主变压器，三相接线主变压器，三相一两相接线平衡变压器）。

三相牵引变电所采用三相电力变压器为主变压器的牵引变电所。变压器接线方式为Y，d11。每个变电所设2台。其原边绕组接入电力系统的三相，次边绕组两个端子分别接不同分段的接触网，另一端子接钢轨。三相牵引变电所的主要特点：主变压器为普通三相电力变压器，能提供可靠的三相电源自用电变压器及其负荷使用；但主变压器容量利用率较低，三相绕组中有一相达不到额定负荷；同时，由于这种牵引变电所对电力系统形成不对称负荷，将在系统中形成到负序电流并产生不利影响（参见负序），其负序电流影响较单相牵引变电所小。通常将各个牵引变电所的两个重负荷相轮换接入电力系统中的三相，可改善负序影响，采用将轻负荷相容量减小的不等容量三相主变压器，可提高容量利用率94.5%。

单相牵引变电所用单相双绕组主变压器构成的牵引变电所。有两种常用的接线方式：一种为全并联单相接线，2台主变压器原边绕组并联接入三相系统高压母线的两相间，次边绕组一端与接触网连接，另一端接钢轨。另一种为V，v接线方式，它是将2台单相主变压器的原边接入高压母线不同的两相间（如AB和BC），次边分别以不同的相间电压向两边

接触网供电。全并联单相接线设备简单、经济、主变压器容量利用率高。但由于牵引变电所对电力系统构成单相负荷，即使将各个牵引变电所轮换入电力系统中的三相，在局部系统中仍将产生大量负序电流，所以只适宜于在电力系统容量较大的地区采用。单相V，v接线在电力系统中产生的负序电流和三相牵引变电所相同，影响较小；主变压器容量利用比较充分；能提供三相电源供变电所自用；但一台主变压器停电时，三相负荷即中断，因而工作可靠性差；此时可投入备用主变压器，但需进行倒闸作业，操作较麻烦。单相牵引变电所在欧洲一些国家的电气化铁路得到较广泛的应用。

三相一两相牵引变电所利用特殊接线方式的主变压器，以实现次边两相牵引负荷对称变换为原边三相平衡负荷的牵引变电所。具有这种对称变换功能的典型接线为斯科特（Scott）接线主变压器（参见三相一两相接线平衡变压器）。

该变压器原边有两个绕组，接成倒T形，它的底部绕组（称为底绕组）接入高压系统的两相间电压（如A，C相间），另一绕组（称为高绕组）则连接于底绕组中心点和高压三个电压中的另一相（如B相），底绕组和高绕组的匝数比为；次边匝数相同的两个单相绕组，在空间结构上分别与倒T形原边绕组相对应、构成互成π∕2相位差的两相次边电压Uα，Uβ，分别向两侧不同的接触网分段供电。当两馈电分段电流为Iα，Iβ时，通过电流变比和相位转换，可得原边三相电流I A＝I B＝I C且相位是对称的，使原边三相负荷实现了平衡，是其优点。

能实现这种对称变换的平衡接线方式有很多种，除斯科特接线外，常用的还有伍德桥（Wood Bridge）接线、十字交叉型接线和阻抗匹配型接线等（参见三相一两相接线平衡变压器）。由这些接线构成的主变压器，在中国和其他国家电气化铁路中都有不同程度的应用。

三相一两相牵引变电所的显著特点是能改善单相牵引负荷对电力系统形成的负序影响，在自耦变压器（AT）供电的重载和高速铁路区段，由于负荷大，AT供电区长，牵引负荷造成系统的负序影响较为突出，因此这种变电所得到广泛应用。

低频交流牵引变电所通过电压交换和变频设施，提供低频（）、交流单相

15kV电压，向电力机车供电的牵引变电所。它有两种形式，一种是早期采用的由专用低频发电厂及相应电网供电，此时低频牵引变电所的功能和设施同工频牵引变电所相似。但因专用发电厂和输电网的投资大、负序影响大，后来新键牵引变电所都不使用。另一种是由通用电力系统工频高压电网供电，低频牵引变电所的功能是降压、变频和升压，早期采用旋转式变频发电机组变频，后来已由静止型大功率晶闸管变频器组取代，并获得拥有低频交流牵引制国家的普遍采用。见图（b）。