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AC１1０kＶ→AC35kV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AC2×２5kV，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,引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。

图1.1 交流电气化铁路牵引供电系统

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。

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±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(AT1、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。

图2．4 ＡT供电方式

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。

图2.5 直流双边供电方式

三、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)。

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供电臂进行越区供电（故障变电所的另一供电臂将由其另一相邻变电所进行越区过电)。

(2)分区所。分区所位于两相邻变电所的中部，出口附近接触网设有电分相。正常供电情况下，分区所用于实现上下行接触网并联运行;越区供电情况下，分区所用于实现其左右供电臂的串联运行(此时分区所处的上下行接触网一般不再并联）。直供方式的分区所内仅设有一些断路器和开关设备等,AT方式的分区所内还设有自藕变压器。

(3)AT所。用于将自藕变压器并入接触网和正馈线之间，降低接触网中的负荷电流，延长变电所的供电距离。自藕变压器中点与钢轨（经N线)的连接是必须的,否则自藕变压器起不到应有的作用。

(4)开闭所。一般用于枢纽内的接触网分场、分束供电(有时也用于较长供电臂缩小故障范围）。开闭所至少应有两回进线，一回应来自相邻变电所,另一回可从接触网上T接。

(5)分区所兼开闭所和ＡT所兼开闭所。一般用于大站或编组站，其本身除了具有分区