第三节 接触网的供电方式

2016/10/27
1、直接供电方式
复线区段供电方式与上述基本相同，但每一供电臂分别向上、下 行接触网供电，因此牵引变电所馈出线有四条。同一侧供电臂上、 下行线实行并联供电，可提高供电臂末端电压。越区供电时，通过 分区亭开关设备来实现。复线区段供电情况如下图所示。
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图 复线区段供电示意图
第一章 接触网概述
第一节 第二节 第三节 第四节
接触网的定义与分类 接触网的组成 供电方式 受电弓
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第三节 供电方式
在牵引供电的发展过程中，出现过低压直流、三相交流、 单相低频交流、单相工频交流等多种供电制式。目前仍采用的 主要供电制式有：单相工频25KV，单相低频15KV；直流3KV， 直流1.5KV等。 中国电气化铁路采用的是：单相工频交流25KV供电制式
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2、吸流变压器—回流线装置BT
这种装置的防护作用在于：把本来是尺寸很大的接 触网—轨道大地回路改变成尺寸相对很小的接触网—回 流线回路。 当牵引电流流经吸流变压器原边时，副边在回流线 中产生很大的互感电势。吸流变压器的作用也就是在接 触网和回流线之间集中地加大互感。
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2、吸流变压器—回流线装置BT
d c
回流线cd 中无电流，在 接触网cd 段的长度内等于 没有防护。 两种情形都使吸流变压器—回流线在半段长度里失去效用，这种现象叫做 半段效应，失效区相当于分段长度之半。 所以实际装置是在供电臂内设置长度不大的许多吸上分段，每个分段仅长 2—4km，每个分段中央设置一台吸流变压器。分段以吸上线为界，吸上线一 端接回流线，另一端焊入钢轨。
2、吸流变压器—回流线装置BT
在牵引网中，每相距1.5km—4km间隔，设置一台变 比为1:1的吸流变压器。吸流变压器设在分段中央，其原 边串入接触网，副边串入沿铁路架设的回流线。回流线 通常就悬挂在铁路沿线的接触网支柱外侧的横担上。
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2、吸流变压器—回流线装置BT
1—牵引变电所；2—馈电线；3—接触网；4—电力机车； 5—钢轨；6—回流线；7—吸流变压器；8—吸上线。
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1、直接供电方式
单边和双边供电为正常的供电方式，还有一种非正常供电 方式（也称事故供电方式）叫越区供电，如下图所示。
1—故障牵引变电所；2—越区供电分区。
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1、直接供电方式
越区供电是当某一牵引变电所因故障不能正常供电时， 故障变电所担负的供电臂，经开关设备与相邻供电臂接通， 由相邻牵引变电所进行临时供电。这种供电方式称越区供电。 因越区供电增大了该变电所主变压器的负荷，对电器设备安 全和供电质量影响较大，因此，只能在较短时间内实行越区 供电，是避免中断运输的临时性措施。
1、直接供电方式
1—输电线；2—牵引变电所；3—馈电线；4—接触网；5—电力机车；6—钢轨
两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区（又称供电臂）
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1、 直接供电方式
两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区（又称供 电臂），正常情况两相邻供电臂之间在接触网上是绝缘的， 每个供电臂只从一端牵引变电所获得电能的供电方式称为单 边供电。若两个供电臂通过开关设备，在电路上连通，两个 供电臂可同时从两个牵引变电所获得电能，这种供电方式称 为双边供电。双边供电可提高接触网电压水平，减少电能损 耗。但馈线及分区亭的保护及开关设备都较复杂，因此，目 前采用较少。
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4、带回流线的直供方式DN
1—牵引变电所；2—馈电线；3—接触网； 4—电力机车；5—钢轨；6—回流线；8—吸上线。
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4、带回流线的直供方式DN
布置(与接触网的磁耦合关系)和设法降低回流线—地、钢 轨—地回路的阻抗，以提高回流率。 回流率与各导线—地回路自阻抗以及各导线—地回路 间的互阻抗有关，当回流率=1时，则接触网电流完全由回 流网吸上，地中线装置BT
a b
同时回流线和接触网中的电流基本上大小相等，方向相反。两者的交变 磁场基本上可互相平衡(抵消)。显著地减弱了接触网和回流线周围空间的交 变磁场，使牵引电流在邻近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。 缺点：1. 电力机车处于吸流变压器附近时防护效果差。机车电流经轨道 与大地，然后经回流线流回，接触网在a、b段中没有电流，而回流线中有电 流，则在ab段的长度内等于没有防护。
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第三节 供电方式
牵引供电系统原理示意图
电力系统（发电厂）
牵引变电所
馈电线
接触网 T 电力机车
回流线 钢轨 R
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第三节 供电方式
1. 直接供电方式 2. BT供电方式
3. AT供电方式
4. 带回流线的直接供电方式 5. 同轴电力电缆供电方式
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2、吸流变压器—回流线装置BT
1 3 5 2
1
4
I1
2
I2
5
1—接触网；2—为轨道；3—为回流线；4—为吸流变压器， 变比1:1，一次线圈串接入接触网，二次线圈串接入回流； 5—为吸上线，一端接回流线，另一端与轨道或吸流变压器 线圈中点连接，以提供从电力机车到轨道的返回电流流到回 流线中去的通路。
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4、带回流线的直供方式DN
由于AT方式设备复杂，一次投资高、运营费用高、维护困难，特别 在多隧道区段应用更为困难。BT方式由于其半段效应、接触网分段及牵 引网阻抗大等弱点，对高速和重载行车的适应能力差。因此，常采用直接 供电加回流线(负馈线)。 DN供电方式：由接触网、钢轨、沿全线架设的负馈线NF(每隔几公里用P 金属线和钢轨相连)组成。 由于NF和钢轨并联连接，使得正常运行时钢轨中负荷电流的一部分分 流到NF中去，因此，可以减少流入大地的电流，减轻对通讯的干扰危害， 降低钢轨电位，减小馈电回路的阻抗。 DN方式与AT、BT相比，其馈电回路和设备简单、投资省、运营维护 方便。 为了能取得最好的防干扰效果，需研究回流线的空间
2、吸流变压器—回流线装置BT
设吸流变压器原边电流为I1，匝数为ω 1；副边电流I2，匝数为ω 2。 根据磁势平衡关系： I2 ω 2≈ I1 ω 1 又因为变比为1:1，则ω 1=ω 2，所以 I2≈I1 说明：采用吸流变后，只有变压器原边的激磁电流仍流经轨 道和大地，且电流数量很小。 如果不设吸流变，单凭接触网和回流线之间的分布互感，仅 约10-20%牵引电流经回流线流回。
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3、自耦变压器供电方式AT
日本铁路为防止通讯干扰，在实行交流电气化的前期，在 牵引网中普遍应用了BT供电方式。 但当高速、大功率机车在这种电路中通过吸流变压器分段 时，在受电弓上会产生强烈电弧，为了克服此缺点，后来发展 了一种新的牵引网供电方式—自耦变压器供电方式。
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2、吸流变压器—回流线装置BT
按照这种安排，半段效应长度大大缩小，且只有处在一个分段中的机车的电流而不 是牵引网总电流在该分段产生半段效应影响。
2.使牵引网阻抗显著增大。接触网—回流线回路比通常牵引网阻抗要高。应用这种装置 的牵引网，其阻抗等于接触网—回流线回路阻抗与吸流变压器短路阻抗之和。 由于牵引网阻抗增高，有时可能必要缩短牵引变电所间的距离，或增设串联电容补 偿，来保证牵引网电压水平。
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E1
n1 IL n2 I2 UL
E2
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3、自耦变压器供电方式AT
输入电压为输出电压的2倍，也就是说，通过自耦变压器可以输 入较高的电压而得到机车所需的低电压。电流则相反，输入电流为 输出电流的一半。从牵引变电所看，以两倍接触网电压沿线输送1/2I。 送电电压加倍，送电电流减半，送电电路中的电压损失将降低 为1/4。 利用AT这个特点，可增大变电所间的距离和增大传输功率，减 少牵引网损耗。 缺点：必须在沿线安设电压较高、容量较大的自耦变压器，牵引网 设备的投资相应增加。
3、自耦变压器供电方式AT
1/2I n2 n1 AT1 1/2I n2 n1 AT2 F T I R
T—接触网；R—轨道；F—正馈线；AT—自耦变压器 AT供电方式：由接触网T、正馈线F、轨道大地系统R以及每隔一定距 离的自耦变压器(AT)构成。 AT并联于接触导线与正馈线之间，AT中点与钢轨相连。
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5、同轴电缆（CC）供电方式
CC供电是利用同轴电缆内外导体间互感系数很大的特 点来降低电磁干扰的。同轴电缆内导体与接触线并联，外 导体与钢轨并联，由于内外导体相距只有13mm，耦合系数 接近1，电磁耦合效果是其他几种供电方式无法比拟的。但 同轴电缆价格昂贵，使用收到限制，仅应用于电磁防护要 求很高的特殊区域。
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3、自耦变压器供电方式AT
结构上：AT方式是用自耦变压器代替了吸流变压器，正馈线 代替了回流线。自耦变压器是并入电路，这一改变，首先是消除 了接触网中的吸流变压器分段。大部分回流流经正馈线，从而降 低对邻近通信线的干扰。 自耦变压器的工作原理： I1=IH 一次和二次回路共用部分绕组(n2部分)， 而n1只有一次电流通过。