高速铁路牵引供电技术知识
高速铁路牵引供电系统的节能技术及应用
高速铁路牵引供电系统的节能技术及应用一、引言高速铁路作为一种快速、安全和环保的交通工具，正逐渐成为现代交通网络的重要组成部分。
然而，高速铁路的运营需要大量的能源消耗，给环境带来一定的压力。
因此，开展高速铁路牵引供电系统的节能技术研究，具有重要的理论和实践意义。
二、高速铁路牵引供电系统概述高速铁路牵引供电系统负责为列车提供牵引能源，是高速铁路运营的关键环节。
主要由供电系统、牵引系统和动力装置组成。
供电系统负责将电能供给牵引系统，实现列车的正常运行。
三、高速铁路牵引供电系统的节能原理高速铁路牵引供电系统的节能原理主要包括减小能量损耗、提高能量利用效率和优化系统结构等方面。
通过降低系统的消耗和优化能量转换过程，有效提升系统的节能性能。
四、高速铁路牵引供电系统的节能技术1. 牵引变流器技术牵引变流器作为供电系统的核心设备，对其进行优化设计可以提高整个系统的节能性能。
例如，采用新型变流器技术，将能量回馈到电网中，降低能量消耗。
2. 供电系统的变压器技术在高速铁路牵引供电系统中，变压器是能量传输的重要环节。
通过优化变压器的设计和运行方式，可以降低能量传输过程中的损耗，减少能源消耗。
3. 能量回收技术在列车制动过程中，将产生大量的能量，通过能量回收技术可以将这部分能量回馈到电网中，减少能量损耗，并提高能源利用效率。
4. 能量储存技术高速铁路牵引供电系统可以采用能量储存技术，将能量存储起来，供给列车在需要的时候使用，从而减少供电系统的能量消耗。
5. 光伏发电技术利用光伏发电技术为高速铁路牵引供电系统提供部分能源，可以减少传统能源的使用，降低环境污染，提高系统的可持续发展能力。
五、高速铁路牵引供电系统节能技术应用案例分析通过对一些典型高速铁路牵引供电系统节能技术应用案例的分析，探讨了这些技术在实际工程中的应用效果和经济效益。
六、高速铁路牵引供电系统节能技术的发展前景1. 技术创新面对日益增长的能源消耗和环境压力，高速铁路牵引供电系统的节能技术需要不断创新和改进，以提高系统的节能性能。
高速铁路牵引供电技术 (1)精选全文
2、牵引网供电方式的比较
2)直接供电方式
④牵引网回路是不平衡回路，防干扰性能差，加 设回流线后的防干扰效果一般，并需增加防干 扰费用；
⑤适用于防干扰问题不突出和外部电源投资相对 较小的区段及运输繁忙干线、重载和高速线。
⑥供电回路结构简单，运行可靠，造价低。 ⑦要对绝缘子闪络采取保护措施。
4、牵引变压器选型及容量
2)牵引变压器接线特点
V接线牵引变压器 ：两臂牵引负荷相等的前提 下，V接线牵引变压器的负序功率等于牵引负荷 功率的50%，对电力系统的负序影响较小。 ；结 构较简单，但供电范围小，实际安装容量比单相 牵引变压器要大。
Y/牵引变压器 ：制造和运行经验较成熟，对 电力系统的负序影响介于单相牵引变压器和平衡 型牵引变压器之间，但是其容量利用率较低。
综合自动化系统既要考虑重要保护的独 立性，又要建立经济灵活的网络形式，以 实现资源共享，最大限度地利用系统资源, 通过网络实现辅助保护功能及自动控制功 能，完善保护配置，提高系统的故障处理 速度和运行的可靠性。
6、牵引供电所设计
3）综合自动化系统 特点： ☆软、硬件结构模块化，集中加分布式的单元布置， 功能分布式配置。 ☆馈线间隔采用保护测控一体化设备，在系统可靠 性和安全性的前提下，合理优化系统配置。 ☆综合利用系统资源，实现故障点参数的检测及处 理。 ☆实现系统自动组态功能,提高系统自动化的能力。 ☆根据系统检测参数,优化牵引供电系统运行工况。 ☆实现分区所越区供电的自动控制。 ☆避免不合理的系统资源配置,节省工程投资。
4、牵引变压器选型及容量
3)牵引变压器容量 ①计算条件
高速列车4min追踪间隔模拟仿真、变压器过载能 力为过载75%情况下满足负荷需求运行1小时、采用 单相变压器；参照500系高速动车组的参数，进行 牵引计算；选取一段完整供电臂的线路条件，配以 机车特性进行模拟。
牵引供电-供电方式
牵引网供电方式的比较
AT供电方式特点 1) AT供电方式特点 25kV系统，供电电压比直供方式高一倍， kV系统 ① 2×25kV系统，供电电压比直供方式高一倍，电压 损失降为1/4 ， 牵引网单位阻抗约为直供方式的1/4 损失降为 1 牵引网单位阻抗约为直供方式的 1 实际略高） 电能损失小，显示了良好的供电特性； （实际略高），电能损失小，显示了良好的供电特性； 牵引变电所的间距大，易选址， ② 牵引变电所的间距大 ，易选址 ，减少了外部电源 的工程数量和投资； 的工程数量和投资； 减少了电分相数量，有利于列车的高速运行； ③ 减少了电分相数量，有利于列车的高速运行； 牵引网回路是平衡回路，防干扰效果， ④牵引网回路是平衡回路，防干扰效果，可改善电磁 环境，并减少防干扰费用； 环境，并减少防干扰费用；
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复线末端并联AT网络 复线末端并联 网络
电流分配关系
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单线短回路中的电流分配
中国高速铁路牵引供电关键技术
中国高速铁路牵引供电关键技术摘要：随着我国交通方式的不断进步，国家在高速铁路方面的关注度也逐渐提高，并且在近些年已经取得一定的成果。
在高速铁路牵引供电系统方面对关键技术的引进使得高速铁路进一步得到发展，并且还需要对这方面的技术进行必要的创新以及发展，通过不断对关键技术的改进来不断实现我国高速铁路牵引供电系统方面的进步，从而直接推动我国高速铁路行业的发展，为人们的出行提供很大程度上的便利条件，促进着我国各地区的经济文明建设，在我国经济发展中功不可没。
文章通过对高速铁路牵引供电系统的分析，研究了牵引供电系统当中的关键技术。
关键词：高速铁路；牵引供电系统；关键技术1.引言随着人们对高速铁路的不断运用，高速铁路建设也迎来了蓬勃的发展，在其发展的过程当中就有可能会产生相关的影响，对于这些影响需要以先进的关键技术来避免，因此对于我国高速铁路牵引供电系统关键技术的分析能够让国家在高速铁路本身技术的基础之上不断进行技术的革新，从而能够不断为电力机车的速度提升提供一定的技术基础，不仅能够保证高速铁路牵引供电系统的正常稳定运行，还能够为电力机车的安全行驶提供技术支持，从而达到为人们出行服务的目的，也不断推动着我国现代化国家的建设进程，促进着我国的经济发展速度。
2.高速铁路牵引供电概述现阶段高速铁路运行过程当中主要是由电量提供系统和电力机车构成的，其中的电能提供系统包括了提供电能的电源以及牵引供电系统。
提供电能的电源的主要功能就是提供电力机车行驶过程中所需要的电能，其提供电能的方式就是通过特定的高压变电站以及铁路建设中所搭设的相应配送电线路将产生的电能输送到牵引供电系统当中。
组成牵引供电系统的要素主要是牵引变电站和相关的牵引网，电力机车在高速铁路上行驶的过程中通过特定的接触设备与牵引网之间相互接触之后在滑动的过程中不断从牵引网上获取电能，之后再利用电力机车本身的车载变流器、牵引电机等相关设备的转换作用转变成电力机车的动力而驱动其行驶。
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
高速铁路牵引供电关键技术分析
高速铁路牵引供电关键技术分析摘要：随着铁路建设的不断推进，牵引供电技术也得以快速发展。
文章介绍了高速铁路牵引供电系统的组成，分析了高速铁路牵引供电技术的特点，并结合实际案例对高速铁路牵引供电的关键技术进行了探讨，有效保证了列车运营的稳定性和安全性。
关键词：高速铁路；牵引供电系统；接触网技术一、高速铁路牵引供电系统组成在铁路系统运行过程中，牵引供电系统为列车的正常运营提供了动力支持。
由于高速铁路列车运行密度大、车辆运行速度快、列车运行可靠性要求比较高，所以高速铁路列车设备选型和技术方案和普通铁路均有所不同。
高速铁路牵引供电系统主要可以划分为接触网和牵引变电所两个组成部分。
其中，牵引变电所主要通过牵引变压器将区域电力系统电源变压为适合电力机车运行的电压，然后利用馈线将电压引到接触网。
电力机车通过受电弓从接触网获得连续电能，为其运营提供足够的能量。
三、高速铁路牵引供电关键技术分析3.1项目背景本高速铁路工程项目为客运专线，总长度约为120km，基本是由高架线构成，最大设计速度为350km/h，最大运营速度为300km/h，沿线共设5座车站，其整个机电系统在运营速度300km/h、列车编组8辆的条件下，达到最小追踪列车间隔时间3min的综合能力目标值。
3.2牵引供电系统技术特性3.2.1可靠性牵引供电系统必须具备科学的冗余设计体系、高质量的设备与施工体系，为列车运行提供可靠的能量支持。
3.2.2可用性外界故障或内部人员疏忽引起的故障不至于导致系统的失效。
如双回路供电、接触网系统合理电分段，结构稳定、智能化继电保护控制系统。
3.2.3可维护性建立系统维修体制，牵引供电系统应保障不间断供电，采用少维护、免维修产品。
3.2.4安全性采取合适的、具有可操作性的安全管理措施避免出现安全性灾难；牵引供电系统不应产生铁路内部危害性干扰及对与其他系统的危害性相互作用的影响。
3.2.5环保和可持续性发展牵引供电系统建设应符合中国环境保护法的要求，电磁干扰、噪声指标等对人体健康及环境的影响符合相关规定，具有绿色、环保、节能的功能措施，对周边环境无污染或少污染，设备材料的使用具有可回收性和二次利用性，保证整个系统的可持续发展。
高速铁路牵引供电系统简介
高速铁路牵引供电系统第一节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16 2/3Hz)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。
高速铁路牵引供电系统精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版高速铁路牵引供电系统1.牵引变电所牵引变电所是电气化铁路的心脏，其作用是将110 kV（220 kV）三相交流电变换成27.5 kV（或55 kV）单相工频交流电，并供给电力牵引网和电力机车。
此外，有少数牵引变电所还需担负10 kV动力负荷。
所以，牵引变电所具有3个主要功能：接受三相电能，降压分配电能，减相以单相馈出供给牵引网。
2.分区亭在电气化铁路上，为了提高运行的可靠性，增加供电工作的灵活性，在相邻变电所供电的相邻两供电分区的分界处常用分相绝缘器断开，若在断开处设置开关设备和相应的配电装置，则组成分区亭。
在复线电气化区段，分区亭的主要功能如下：（1）使同一供电臂上的上、下行接触网并联工作或单独工作。
当并联工作时，分区亭内的断路器闭合以提高接触网的末端电压；当单独工作时，断路器打开。
（2）当同一供电臂上的上、下行接触网（并联工作）发生短路事故时，由牵引变电所相应的馈线断路器和分区亭中的断路器配合动作，切除事故区段，缩小事故范围；非事故区段仍可正常供电。
（3）当某牵引变电所全所停电时，可闭合分区亭中的越区隔离开关，由相邻牵引变电所向停电牵引变电所进行越区供电。
总之，分区亭的作用是：对单线牵引网，使两相邻供电臂单独工作或实现越区供电；对双线牵引网，使上、下行接触网并联，提高末端电压，缩小事故范围和实行必要时的越区供电。
3.开闭所当远离牵引变电所的枢纽站、电力机务段等大宗负荷需要多条馈电线向这些接触网分组供电时，一般采用建立开闭所的办法来解决。
开闭所是指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所。
开闭所一般有两条进线，然后多路馈出向枢纽站场接触网各分段供电，进线和出线均经过断路器，以实现接触网各分段停、供电的灵活运行，又由于断路器对接触网短路故障进行保护，从而可以缩小事故停电范围。
开闭所的作用是增加馈线数目，将主线接触网与分支接触网分开，缩小事故范围，提高供电可靠性，保证枢纽站、站场装卸作业和接触网分组检修的灵活性和安全性；降低牵引变电所的复杂程度，还可实现上、下行扭接，保证在事故情况下供电，正常情况下扭接有利于改善牵引网电压水平，降低电能损失。
高速铁路牵引供电技术 PPT课件
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1 1 I A a a2 I B I C 2 a a
1个站400kV
1个站400kV 1个站400kV
世界主要高速铁路国家电铁供电电源电压等级
西 班 牙
德国
3个站132kV， 马德里－塞维利亚 250 220 短路容量不 小于2000MVA 马德里－巴塞罗那 350 400 3个站220kV 德国高速铁路最高速度330km/h，采用由铁路自建电网 供电。供电制式为15kV、16又2/3Hz，采用独特的同相 供电方式，牵引站间隔约为普通不同相供电方式的1/3， 牵引变压器容量一般为2×15MVA。牵引站外部电源采用 110kV，系统短路容量不小于1000MVA。
高速铁路牵引供电技术
• 1、牵引供电系统对外部电源的要求
• 2、牵引网供电方式的比较
• 3、直供加回流线供电方式分析
• 4、AT供电方式分析
牵引供电系统对外部电源的要求
1）电压水平对外部电源短路容量的要求
GB 12325—90电能质量 供电电压允许偏差 交流 50Hz 电力系统供电电压偏差定义为实测电 压与额定电压之差，以额定电压的百分数表示。 供电电压允许偏差： （ 1） 35kV 及以上供电电压正、负偏差的绝对值 之和不超过额定电压的10%； （ 2） 10kV 及以下三相供电电压允许偏差为额定 电压的±7% ； （ 3） 220V 单相供电电压允许偏差为额定电压的 +7%、-10%。
（2）220kV的短路容量：1715.73 MVA-7697.7 MVA 2006年对国内华北某电网4个110kV变电站、10个
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。
高铁牵引供电系统基础知识
Hale Waihona Puke 牵引变电所的一次侧供电方式
牵引供电方式
直接供电方式。
带回流线的直接供电方式
自耦变压器供电方式
高速铁路牵引供电系统基础知识
2019 .11
火车动力牵引方式
人类获取电能的方式
高铁的电从哪儿来？
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的构成
牵引变电所
接触网
牵引变电所
• 电力牵引的专用变电所。牵引变电所把区域电力系统送来的电能，根 据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能， 然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送 到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电。
一次设备 二次设备
牵引变电所的电气接线
• 主接线
• 二次接线
牵引变电所的类型
• 单相牵引变电所 • 三相牵引牵引变电所 • 三相-二相牵引变电所
由于牵引供电系统采用单相交流电，如果全程只用一相，肯定导致不平衡。解决方 式就是通过换相实现三相平衡。也就是说一相用一段，三相循环着用。
具体的换相流程如下：在变电所中，三相交流电变为了A相、B相、C相三相电，将 其中的一相接地，另两相分别通往变电所两侧的供电臂（如图牵引变电所供电臂分 别为A相、B相，而C相接地了）。一般而言，相邻变电所的相邻供电臂的相位相同。
接触网
• 高速铁路接触网，是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的输电线路，高铁列车运 行所仰赖的电流就是通过机车上端的接触网来输送的。接触网一旦停电，或列车电 弓与接触网接触不良，对列车的供电便产生影响。根据高速铁路接触网所在区间、 站场和大型建筑物而有所不同。支持装置包括腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串，棒 式绝缘子及其它建筑物的特殊支持设备。定位装置包括定位管和定位器，其功用是 固定接触线的位置，使接触线在受电弓滑板运行轨迹范围内，保证接触线与受电弓 不脱离，并将接触线的水平负荷传给支柱。支柱与基础用以承受接触悬挂、支持和 定位装置的全部负荷，并将接触悬挂固定在规定的位置和高度上。中国接触网中采 用预应力钢筋混凝土支柱和钢柱，基础是对钢支柱而言的，即钢支柱固定在下面的 钢筋混凝土制成的基础上，由基础承受支柱传给的全部负荷，并保证支柱的稳定性。 预应力钢筋混凝土支柱与基础制成一个整体，下端直接埋入地下。
模块2.牵引供电系统《高速铁路牵引供电》教学课件
2.1.4 高速铁路牵引供电系统
3. 高速铁路变电所、分区所主接线及接触网标称电压
1 牵引变电所电源侧主接线 电源侧主接线应结合外部电源条件确定，两路电压均可靠时，采用线路变压器组接线。 采用分支接线，在两回线间设置由隔离开关分段的跨条，实现电源进线与变压器交叉供电。 2 牵引变电所馈线侧接线 采用户外单体布置时，实现上、下行断路器互为备用的联络开关设置在所内线路侧；采 用GIS柜布置时，联络开关设置在所外上网开关的线路侧。
额定电压（kV） 输送功率（MV·A ） 输送距离（km）
110
10～50
50～150
220
100～150
100～300ຫໍສະໝຸດ 5001 000～1 500
150～850
世界各国采用工频、单相、交流接触网额定电压为25 kV的高速电气化铁路，毫无例外地 均采用高压供电。
日本山阳等新干线，牵引变电所的进线电压采用27.5 kV。电源的变动和不平衡承受能力 都有所提高，更能保证机车稳定、高速运行，也更加经济。法国大部分牵引变电所的进线电 压为225 kV，只有一个变电所为63 kV。德国牵引网电压采用15 kV，牵引变电所进线电压采 用110 kV。另外，它使用 Hz频率给铁路专门供电，有其特殊性。
带回流线的直接供电方式，机车部分电流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%）。
2.2.3 BT供电方式
BT（Booster Transformer）供电方式又称吸流变压器供电方式，其主要目的是提高牵引 网防干扰能力，目前已经基本不采用，如图所示。
BT供电方式存在着一种现象：当机车处在BT间隔内时会失去吸流防护效果。同等条件下， BT供电方式变电所的间距要小很多，且每隔3～4 km在接触网内存在断口，机车通过断口时 可能会产生电火花，缩短接触网的使用寿命。
高速铁路的牵引供电方式分析
电
N
所
IR
R T：接触网 N：回流线 R：钢轨
图 7 带回流线的直接供电方式原理图
（1）优点。 ①原来从轨道、大地回流的电流，大部分改由
架空线流回变电所，架空线与接触网距离较近，电流方向相
反，可抵消大部分接触网中流通的交流电流在周围空间所产
生的交变磁场，从而为邻近的通信线路增加了屏蔽效果。 ②
由于有了接触网与回流线的互阻抗，牵引网阻抗和轨道电位
四、结束语
综合所述，适合高速、重载的 AT 供电方式的综合性能最 好，它弥补了我国牵引供电系统技术的缺陷，带动了电气化 电力设备产业发展， 从建设能力和技术标准来进行综合评 价，已接近了国际先进水平。 我国拟修建的运营时速 300 km 及以上的高速铁路将主要采用 AT 供电方式， 在以后的高速 电 气 化 铁 路 工 程 建 设 中 ，AT 供 电 方 案 必 将 得 到 更 加 广 泛 的 应用。
图 5 AT 供电方式示意图
AT 方 式 与 BT 方 式 相 比 ，在 机 车 取 流 相 同 情 况 下 ，从 变 电所至最靠近机车的 AT 间， 接触网与正馈线上电流只有机 车电流的一半，对通信明线干扰将大大减弱。 另外，在机车取 流的两个 AT 间的区段内， 机车电流总是由左右两侧接触网 双边供给，方向相反，对通信明线的干扰互相抵消，因此具有 更好的防护效果。
3．BT 供电方式。 在牵引供电系统中加装吸流变压器-回 流线装置的供电方式， 称为吸流变压器供电 方 式 ， 简 称 BT （Booster-Transformer） 供电方式。 它是在牵引网中， 每相距 1.5km~4km，设置一台变比为 1：1 的吸流变压器，其一次线圈
86
2011 年第 10 期
高速铁路的牵引技术知识
02 03
交流牵引技术
随着电力电子技术的发展，交流牵引技术逐渐成为高速铁路的主流牵引 技术。它具有电压高、电流小、传输损耗小、供电距离长等优点，能够 满足高速铁路对牵引力、速度和安全性的要求。
新型牵引技术
近年来，随着超导技术、永磁同步电机等新型技术的发展，高速铁路牵 引技术也在不断创新和发展，为高速铁路的进一步发展提供了有力支持。
牵引力是由电力机车或动车组通过受电弓从接触网获取电能，经过牵引变压器 和牵引变流器转换后，传输到牵引电机，由牵引电机产生旋转力矩，从而驱动 列车前进。
高速铁路牵引技术发展历程
01
直流牵引技术
早期的高速铁路采用直流牵引技术，但由于其电压低、电流大，存在传
输损耗大、供电距离短等问题，逐渐被交流牵引技术所取代。
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低牵引能耗。
智能控制系统应用
采用先进的智能控制系统对牵引 过程进行精确控制和管理，实现 能源的高效利用和列车的安全、
稳定运行。
05 牵引系统故障诊断与维护 保养
常见故障类型及诊断方法
1 2
电气故障
包括牵引变流器、牵引电机等电气部件的故障， 可通过电气测试、绝缘测试等方法进行诊断。
机械故障
如齿轮箱、轴承等机械部件的磨损、断裂等故障， 可通过振动分析、油液分析等方法进行诊断。
高速铁路的牵引技术知识
目录
• 牵引技术概述 • 牵引系统组成及功能 • 牵引力产生与传递机制 • 牵引控制策略及优化方法 • 牵引系统故障诊断与维护保养 • 未来发展趋势与挑战
01 牵引技术概述
牵引技术定义与原理
牵引技术定义
牵引技术是指通过牵引力使列车运行的技术，是高速铁路核心技术之一。
高速铁路的牵引供电系统
四、接触网
接触网是在电气化铁道中，沿 钢轨上空“之”字形架设的， 供受电弓取流的高压输电线。 接触网是铁路电气化工程的主 构架，是沿铁路线上空架设的 向电力机车供电的特殊形式的 输电线路。 其由接触悬挂、支持装置、定 位装置、支柱与基础几部分组 成。 接触悬挂的种类较多，一般根 据其结构的不同分成简单接触 悬挂和链形接触悬挂两大类。
6
牵引供电系统
将电能从电力系统传送到电力机车的电力设备总称为 牵引供电系统。 P153
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一、牵引供电方式
1.直接供电方式： 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
2.BT供电方式
在牵引供电 系统中加 装吸流变 压器和回 流线。
优点：电路简单、 设备少，施工方 便
缺点：空中产生强 大磁场，对邻近 的广播、信号造 成较大干扰
优点：增加回流 线减少了干扰
缺点：阻抗较大 ，造成很大的 能力浪费。
目前已很少使用
3.AT供电方 式
在牵引供电 系统中并 联自耦变 压器
优点：有效减弱 接触网的电磁 干扰；又能适 应高速、大功 率的电力机车 运行
AT供电方式与BT 供电方式相比 较
16.7Hz,
2.工频单相交流制: 50Hz，60Hz---单相 ，主要用于大运量、 重载的铁路运输，额定电压为27.5kV，被广泛采用
3.三相交流制: 淘汰
4
现代电力牵引都以公用电网配电，实质上是取用经变换的单 相电。 在我国，矿山电力牵引、城市轨道交通都采用直流制，北京地 铁750V直流供电电压，上海地铁1500V直流电压； 干线电气化铁路都采用工频（50Hz），额定电压为27.5kV或 2×27.5kV的单相交流制。
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2、牵引网供电方式的比较
1)AT供电方式特点
⑤ 牵引网系统需设正馈线，较一般直供方式复 杂，但在重负荷区段不必设加强导线，可与直 供方式相当；变电系统较直供方式减少了牵引 变电所的数量，但需设AT所，开关设备需用双 极； ⑥ 适用于高速和重载的重负荷铁路及运输繁忙 双线区段。 ⑦ 牵引网结构复杂，导线数量多，造价高。
建筑限界：
1、高速铁路的特点
2）牵引负荷特点 列车运行最高速度(km/h)：350km/h 列车传动方式:大功率交-直-交动车组 列车功率:≥16MW;可以近似为1MW/节 负荷电流（A）：单车平均电流为770A左右 列车平均带电概率：96% 列车单位能耗（kWh/104tkm）： 列车平均单位能耗为711左右 电制动方式：再生制动 功率因数：0.97 谐波含量：单次谐波含量低，但频谱较宽 追踪运行间隔（min）：3min设计，近期4min
2、牵引网供电方式的比较
牵引网供电方式有： 1）直接供电方式（含带回流线、加强线） 2）BT供电方式 3）AT供电方式 4）CC（同轴电力电缆）供电方式 对于高速电气化工程，BT和CC供电方式 均存在致命的弱点，是不能予以考虑的 供电方式。
2、牵引网供电方式的比较
1)AT供电方式特点
①2×25kV 系统，供电电压比直供方式高一倍， 而牵引网单位阻抗仅为直供方式的57％左右， 电能损失小，显示了良好的供电特性； ②牵引变电所的间距大，易选址，减少了外部电 源的工程数量和投资； ③牵引网回路是平衡回路，屏蔽系数为直供方式 的1/20左右，防干扰效果，可改善电磁环境， 并减少防干扰费用； ④减少了电分相数量，有利于列车的高速运行；
2、牵引网供电方式的比较
2)直接供电方式
④牵引网回路是不平衡回路，防干扰性能差，加 设回流线后的防干扰效果一般，并需增加防干 扰费用； ⑤适用于防干扰问题不突出和外部电源投资相对 较小的区段及运输繁忙干线、重载和高速线。 ⑥供电回路结构简单，运行可靠，造价低。 ⑦要对绝缘子闪络采取保护措施。
2、牵引网供电方式的比较
3)供电方式选择
在AT和直接两种供电方式中，高速铁路供电 系统电源取自公共电网的国家，牵引网均采用AT 供电方式，电压较直供方式提高一倍，供电臂长 度增加一倍，同时满足大功率负荷的需求。牵引 网采用直接供电方式只有德国采用，因为德国采 用独立自用电源系统，全线接触网可实现纵向并 联方式运行，没有电分相，不存在通过电分相对 列车速度的影响问题。 根据我国国情，应首先选用AT供电方式。
4、牵引变压器选型及容量
2)牵引变压器接线特点
4、牵引变压器选型及容量
1)牵引变压器接线种类 牵引变压器接线型式有单相牵引变压器、V/V接 线牵引变压器、平衡型牵引变压器和三相Y/牵 引变压器 2)牵引变压器接线特点 单相牵引变压器：容量利用率高，牵引变压器 的安装容量小，负荷平稳、电能损耗小、运营费 用低、结构简单、可靠性高、设备数量少、运营 维护方便和工程投资低、减少接触网电分相数量 和有利于电力机车再生能量的利用等优点，但对 电力系统的负序影响大。
高速铁路牵引供电技术
1、高速铁路的特点 2、牵引网供电方式的比较 3、外部电源对供电方式的影响 4、牵引变压器选型及容量 5、无功补偿及滤波装置 6、牵引供电所设计 7、设备选型原则 8、综合调度系统
1、高速铁路的特点
1）线路特点
正线数目：双线全封闭客运专线； 最大坡度：12‰； 到发线有效长度：650m； 最小曲线半径：一般7000m，困难5500m； 线间距：5.0m； 设计速度：列车运行速度在200～350km/h之间， 线路平纵断面和基础设施满足350km/h的条件； 牵引种类：电力； 列车类型：大功率流线型交--直--交动车组
2、牵引网供电方式的比较
2)直接供电方式
①1×25kV 系统，变电设施较为简单，接触网在 一般情况下（重负荷除外）也比较简单，但在 接触网使用加强导线的情况下，牵引网结构已 与AT供电方式相当； ②牵引变电所的间距较小，这大大增加了电分相 数量，不利于列车的高速运行，外部电源的工 程数量和投资较大； ③在牵引网的电压损失和电能损失方面较AT供电 方式为大；
4、牵引变压器选型及容量
2)牵引变压器接线特点 平衡型牵引变压器：两臂牵引负荷相等 的前提下，平衡型牵引变压器的原边三相 是对称的；它的过载能力强，容量利用率 较高。可改善牵引变电所发生三相不平衡 的概率和减少对电力系统的负序影响，但 是其结构复杂，特别是高速列车采用再生 制动方式，可能造成牵引变压器的平衡效 果的严重恶化
3、供电方式对外部电源的要求
2）采用单相牵引变压器对外部电源的要求 采用单相牵引变压器的负序功率等于牵引负荷功率。 电力系统公共连接点处的电压不平衡度应满足国家标准 （GB/T 15543-95）的要求，电压不平衡度εU的最大限值 是连接点处三相短路容量的4%。 牵引变电所的最大单相功率一般不超过120MVA，因此 电力系统在正常的最小运行方式下，公共连接点处的三 相短路容量应大于3000MVA，220kV电网的三相短路容量 通常在3000MVA以上时，在公共连接点处引起的电压不平 衡度和谐波电压畸变率可以满足国家标准要求。
1、高速铁路的特点
1）线路特点
列车运行控制方式：自动控制 行车指挥方式：综合调度集中； 运输组织模式：不同速度等级的高速列车共线运 行 闭塞方式：车载信号ATC自动闭塞； 列车追踪间隔时分： 高速列车：3min设计，近期4min使用， 设备综合维修天窗：6h。
1、高速铁路的特点
1）线路特点 666
3、供电方式对外部电源的要求
1）外部电源电压应为220kV 京沪高速铁路是繁忙干线和重负荷线路，从 高速电铁牵引负荷的需用功率与电力系统相应电 压等级所适应的输送功率应相匹配的角度来看， 牵引变电所的外部电源电压等级应Байду номын сангаас220kV，
牵引变电所的外部电源是线路的基础设施之 一，只有采用220kV电源电压供电才能满足最高 时速为350km/h的高速列车稳定正常运行的需要。