牵引供电系统简介

牵引供电系统简介

一、系统功能

牵引供电系统的主要功能是：将地方电力系统的电源（交流电气化铁路：AC110 kV或AC220kV，城市轨道交通：中心变电所AC220kV 或ACIIOkV ~AC35 kV环网）引入牵引

供电系统的牵引变电所，通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式（交流电气化铁路：AC25kV 或AC2 X25kV，城市轨道交通：DC750V、DC1500V 或DC3000V ），向电力机车提供连续电能。

电力牵引负荷为一级负荷，弓I入牵引变电所的外部电源应为两回独力可靠的电源，并互为热备用，能够实现自动切换。

交流电气化铁路及城市轨道交通牵引供电系统简图分别如图 1.1和图1.2所示。

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图1.2 城市轨道交通牵引供电系统

二、牵引网供电方式

1.交流电气化铁路

交流电气化铁路牵引网供电方式大体上可分为三种：直接供电方式（包括带回流线的直接供电方式）、BT供电方式和AT供电方式。

（1）直接供电方式

直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式（图2.1）和带回流线的直接供电方式（图

2.2）两种。

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图2.1 不带回流线的直接供电方式

图2.2 带回流线的直接供电方式

不带回流线的直接供电方式在我国早期的电气化铁路中采用，机车电流完全通过钢轨和

大地流回牵引变电所，牵引网本身不具备防干扰功能。在接地方面，每根支柱需单独接地（设接地极或通过火花间隙），或者通过架空地线实现集中接地（架空地线不与信号扼流圈中性点连接）。

带回流线的直接供电方式，机车电流一部分通过钢轨和大地流回牵引变电所（约70%），

其余通过回流线流回牵引变电所（约30% ）。由于流经接触网的电流和流经回流线的电流虽

然大小不等，单方向相反，且安装高度比较接近，两者对铁路沿线通讯设施的电磁干扰影响趋于抵消，因此牵引网本身具备防干扰功能。在接地方面，接触网支柱通过回流线实现集中

接地，回流线每隔一个闭塞分区通过吸上线（铝芯或铜芯电缆，常用VLV-70和2XVLV-150 ）

与信号扼流圈中性点连接（吸上线间距3〜4km ）

（2）BT供电方式

BT （Boost Transformer ）供电方式又称吸流变压器供电方式，也是在我国早期电气化

铁路中有采用，其主要目的是为了提高牵引网防干扰能力，但随着通讯线路电缆化和光缆化，

防干扰矛盾越来越不突出，其生命力也已大大降低，该种供电方式目前已经基本不采用。如图2.3所示，吸流变压器为1:1的单卷变压器，其原边串入接触网中（在绝缘锚段关节处），次边串入回流线中，吸流变压器的间隔为3〜4km，在两个吸流变压器的中间设有吸上线，

用于将钢轨中的牵引电流吸入回流线。机车所处的BT间隔内存在“半段效应”即在该BT段

内接触网与回流线中的电流并不相等，防干扰效果并不明显，而在其余BT段内两者的电流

大小相等，方向相反，防干扰效果非常明显。

但是，由于BT变压器自身存在较大的阻抗，且安装密度较大，其在牵引网中引起的电

压将也较大。因此，在同等条件下，BT供电方式变电所间距小于其它供电方式，且每3

4km在接触网内存在断口，断口两端因BT自阻抗而存在一定的电压差，机车通过该断口时可能会产生电火花，导致接触网的使用寿命缩短。

图2.3 BT供电方式

（3）AT供电方式

AT （Auto-Transformer ）供电方式又称自藕变压器供电方式，相对于其它供电方式而

言，AT供电方式具有更好的防干扰效果和更大的供电潜力，特别适合于高速和重载铁路。

如图2.4所示，牵引变电所主变压器二次侧土25KV端子分别接于接触网和正馈线，二次侧线圈中点接于钢轨。每隔10〜15公里，将自藕变压器（ATI、AT2…）并入接触网和正馈

线之间，自藕变压器中点与钢轨相连接。另外，上下行各架设有一根与钢轨并联（通过扼流

圈）的保护线，用于接触网或正馈线的闪络保护接地。自藕变压器实为单绕组变压器，该绕组设有中心抽头。理论上讲，除了机车所在的AT段（该AT段存在“半段效应”以外，其余

AT段内流经接触网中和正馈线中的电流大小相等，方向相反，且电流大小仅为机车电流之半。在钢轨和保护线之间每隔3〜4km设有吸上线。

2.城市轨道交通

城市轨道交通接触网一般采用直流供电，接触网为正极，钢轨为负极，机车从相邻两变电所取电，即采用双边供电方式（交流电气化铁路一般为单边供电）。如图2.5所示，机车所需的电流分别来自两相邻变电所。

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图2.5 直流双边供电方式

牵引供电设施功能及分布

1.交流电气化铁路

交流电气化铁路牵引供电设施一般由以下几部分组成：

带回流线的直接供电方式。如图 3.1所示，牵引供电设施由变电所、分区所、开闭

所（分区所兼开闭所）构成。变电所间距一般为40〜60km （视负荷大小而定），变电所至

相邻分区所之间的供电范围称为一个供电臂，每变电所有左右两个供电臂（终端变电所除外）。正常运行时，一个供电臂的上下行接触网在首端（变电所）和末端（分区所）均是并联的（上下行供电线引自所内同一母线）。

图3.1直接供电方式牵引供电设施分布示意图

AT供电方式。如图3.2所示，牵引供电设施由变电所、分区所、AT所、开闭所（分区所兼开闭所、AT所兼开闭所）。变电所间距一般为50〜80km （视负荷大小而定），变电所和分区所之间设有1个或2个AT所（视供电臂长度而定，AT间距一般为10〜15km ）。一个供电臂被AT分为若干个供电区段，从变电所往分区所方向，这些供电区段依次称为第1、第2、第3AT段。各AT段中流经接触网和正馈线的电流大小与列车所在的位置有关，一般来说，第

1AT段中接触网与正馈线中电流均较其它AT段大（且接触网中电流大于正

馈线中电流），因此，第1AT段有时需要设置加强线（同时正馈线截面也加大）。

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图3.2 AT供电方式牵引供电设施分布示意图

各牵引供电设施的功能如下：

（1）变电所。用于向接触网供电，所内设有牵引变压器（AT方式非单相变压器供电时

设有自藕变压器），变电所出口附近接触网设有电分相，负荷电流经钢轨、回流线、大地最

终流回牵引变电所。如图 3. 2所示，正常时一个变电所（如变电所2）仅对其左右A、B供电臂供电，当相邻变电所（如变电所3）解列时，该变电所将通过分区所对故障变电所的C