电气化铁路牵引供电系统简介
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第一章 绪论——牵引供电系统简介
1.1 电气化铁道与牵引供电系统 1.2 电力系统向电气化铁道的供电 1.3 牵引变电所向牵引网的供电 1.4 牵引网向电力机车的供电 1.5 牵引供电系统的特点及主要问题
1.1 电气化铁道与牵引供电系统
• 电气化铁道（Electric Railways） 使用外部输入的电力能源（electric power）来驱动列
• 其他设施
负馈线（回流线），吸上线，BT，AT，正馈线，保护线，地线， 供电线
牵引供电系统的其他设施
• 分区所（Section Post, SP）
设于两变电所之间，把电气化铁道牵引网分成不同供电区段， 设有开关设备，根据运行需要可以连接同一供电臂的上、下行接触 网，或连接不同的供电臂以实现越区供电。
外桥接线
双T接线
Байду номын сангаас
单母线分段
1.3 牵引变电所向牵引网的供电
• 单线
电分相
SS1
SP
SS2
单边供电
SS1
SS2
双边供电
复线
SS1
SP
单边分开供电
SS1
SP
单边并联供电
SS1
SP
单边全并联供电
SS1
SS2
双边纽结供电
1.4 牵引网向电力机车的供电
（1）直接供电方式（T-R方式, Trolley-Rail）
• AT所（AT Post, ATP）
AT供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上放置 自耦变压器的场所。
1.2 电力系统向电气化铁道的供电
• 电气化铁道属一级负荷，对供电可靠性要求高 • 牵引变电所一般设置两台变压器，要求有两回独立电源
独立电源：一回电源的故障停电，应不影响另一回电源的工作。 （1）引自不同的变电所（甚至不同地域的变电所） （2）引自同一变电所的不同母线（分别运行）
牵引供电系统示意图
电力系统 牵引变电所
YNd11接线 单相Ii接线 单相Vv接线 YN 接线 YN 接线 Scott接线 YNd11d1接线
直接供电方式 带回流线的直接供电方式 吸流变压器(BT)供电方式 自耦变压器(AT)供电方式
接触网
牵引网
钢轨
额定电压25kV，正常工作范围20~29kV。
牵引变电所（Traction Substation, SS）
F T
Us
I
R
• 防干扰效果不如BT供电方式； • 牵引网阻抗界于直接供电方式和BT供电方式之间； • 目前应用比较广泛。
（4）自耦变压器供电方式（AT方式）
自耦变压器 Auto-transformer
T
Us
R
F
• 防干扰效果与BT方式相当 • 牵引网阻抗小，输送容量大，供电臂长（可达40～50km） • 结构复杂，投资大，维护费用高
• 在布置变电所位置时，就要考虑外部电源条件，“外电 调查”，同电力部门协商供电方案。
（1）系统中110kV和220kV变电站、发电厂的位置、容量、负 荷情况等；
（2）电网的近、远期发展规划
集中式供电
中间SS（桥接）
中心SS
中间SS（T接）
中心SS
中间SS（T接）
中心SS
目前多采用分散式供电
内桥接线
• 牵引变电所
拓扑结构三相不对称； 变压器接线特殊。
牵引供电系统主要技术问题
• 电压水平 • 无功功率 • 负序电流 • 谐波 • 通信干扰
电气化铁道的供电要求 • 安全可靠供电 • 保证供电质量 • 降低投资和运营费用 • 提高电磁兼容水平
车行驶的铁道运输方式。
（1）注意与电传动内燃机车的区别； （2）电能具有不能大量储存的特点。
电气化铁道包括：电力机车（含电动车组） 沿线的供电设施
• 牵引供电系统（Traction Power Supply Systems） 向电力机车提供电能的沿线供电设施从电能的传输、
分配角度构成牵引供电系统。 牵引供电系统主要包括：牵引变电所 牵引网 专用高压供电线路
T R
结构简单，投资少，维护费用低； 一部分电流从大地回流，对邻近通信线干扰大。
（2）吸流变压器供电方式（BT方式）
吸流变压器 Booster Transformer
F T
Us
I
R
• 防干扰效果好； • 牵引网阻抗偏大； • 电力机车过BT时，易产生电弧； • 由于是串联系统，可靠性较低。
（3）带负馈线的直接供电方式
连接牵引变电所和接触网的导线
• 接触网
沿线路露天敷设，通过和受电弓的滑动接触把电能输送给电力机 车的供电设施。由接触线、承力索以及支持、悬挂和定位等装置组成。 从牵引网角度关注的是接触线、承力索和加强线等载流导线。
• 轨道
牵引电流的回流导线；支撑与导向；信号专业轨道电路
• 回流线
指连接轨道和牵引变电所的导线
牵引变压器（有多种接线方式） 断路器（SF6、真空、少油、油断路器），隔离开关 避雷器、避雷针 电压互感器、电流互感器 二次设备（控制、保护、测量、计量、监视和电源设备） 无功补偿装置、调压装置
牵引网（Traction Network）
• 由馈电线、接触网、轨道、回流线等设施构成的输电网络 • 馈电线（Feeder，引出线:Lead Wire）
（5）同轴电缆供电方式（CC方式）
同轴电缆 Coaxial Cable
T Us
R CC
• 防干扰效果好，占用空间小； • 牵引网阻抗小； • 投资大
1.5 牵引供电系统的特点及主要问题
• 负荷特点
移动性，变化剧烈，非线性，单相； 电流回路不可靠，存在薄弱环节（弓网受流）
• 网络特点
牵引网为单相含地的不平衡网络； 接触网结构复杂，无备用，运行环境恶劣，故障率高； 导线特殊：接触线，钢轨 牵引网结构比一般电力线路复杂。
• 从公用电力系统（Public Electric Power Systems）接受电 能，通过变压器将电能从三相110kV或220kV变换成单 相27.5kV（对AT系统为55kV或2×27.5kV），并向铁路 上、下行两个方向的牵引网供电。
• 变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。 • 变电所的主要设备
• 开闭所（Sub-feeder Switching Post, SFSP）
实际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、多路馈线， 以实现对站场各股道群的分别供电控制。 （1）进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区接触网停、供电 （2）在断路器上可实现短路故障保护，从而缩小事故停电范围 （3）对AT牵引网，往往同ATP合建，增强对供电臂供电的灵活性
1.1 电气化铁道与牵引供电系统 1.2 电力系统向电气化铁道的供电 1.3 牵引变电所向牵引网的供电 1.4 牵引网向电力机车的供电 1.5 牵引供电系统的特点及主要问题
1.1 电气化铁道与牵引供电系统
• 电气化铁道（Electric Railways） 使用外部输入的电力能源（electric power）来驱动列
• 其他设施
负馈线（回流线），吸上线，BT，AT，正馈线，保护线，地线， 供电线
牵引供电系统的其他设施
• 分区所（Section Post, SP）
设于两变电所之间，把电气化铁道牵引网分成不同供电区段， 设有开关设备，根据运行需要可以连接同一供电臂的上、下行接触 网，或连接不同的供电臂以实现越区供电。
外桥接线
双T接线
Байду номын сангаас
单母线分段
1.3 牵引变电所向牵引网的供电
• 单线
电分相
SS1
SP
SS2
单边供电
SS1
SS2
双边供电
复线
SS1
SP
单边分开供电
SS1
SP
单边并联供电
SS1
SP
单边全并联供电
SS1
SS2
双边纽结供电
1.4 牵引网向电力机车的供电
（1）直接供电方式（T-R方式, Trolley-Rail）
• AT所（AT Post, ATP）
AT供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上放置 自耦变压器的场所。
1.2 电力系统向电气化铁道的供电
• 电气化铁道属一级负荷，对供电可靠性要求高 • 牵引变电所一般设置两台变压器，要求有两回独立电源
独立电源：一回电源的故障停电，应不影响另一回电源的工作。 （1）引自不同的变电所（甚至不同地域的变电所） （2）引自同一变电所的不同母线（分别运行）
牵引供电系统示意图
电力系统 牵引变电所
YNd11接线 单相Ii接线 单相Vv接线 YN 接线 YN 接线 Scott接线 YNd11d1接线
直接供电方式 带回流线的直接供电方式 吸流变压器(BT)供电方式 自耦变压器(AT)供电方式
接触网
牵引网
钢轨
额定电压25kV，正常工作范围20~29kV。
牵引变电所（Traction Substation, SS）
F T
Us
I
R
• 防干扰效果不如BT供电方式； • 牵引网阻抗界于直接供电方式和BT供电方式之间； • 目前应用比较广泛。
（4）自耦变压器供电方式（AT方式）
自耦变压器 Auto-transformer
T
Us
R
F
• 防干扰效果与BT方式相当 • 牵引网阻抗小，输送容量大，供电臂长（可达40～50km） • 结构复杂，投资大，维护费用高
• 在布置变电所位置时，就要考虑外部电源条件，“外电 调查”，同电力部门协商供电方案。
（1）系统中110kV和220kV变电站、发电厂的位置、容量、负 荷情况等；
（2）电网的近、远期发展规划
集中式供电
中间SS（桥接）
中心SS
中间SS（T接）
中心SS
中间SS（T接）
中心SS
目前多采用分散式供电
内桥接线
• 牵引变电所
拓扑结构三相不对称； 变压器接线特殊。
牵引供电系统主要技术问题
• 电压水平 • 无功功率 • 负序电流 • 谐波 • 通信干扰
电气化铁道的供电要求 • 安全可靠供电 • 保证供电质量 • 降低投资和运营费用 • 提高电磁兼容水平
车行驶的铁道运输方式。
（1）注意与电传动内燃机车的区别； （2）电能具有不能大量储存的特点。
电气化铁道包括：电力机车（含电动车组） 沿线的供电设施
• 牵引供电系统（Traction Power Supply Systems） 向电力机车提供电能的沿线供电设施从电能的传输、
分配角度构成牵引供电系统。 牵引供电系统主要包括：牵引变电所 牵引网 专用高压供电线路
T R
结构简单，投资少，维护费用低； 一部分电流从大地回流，对邻近通信线干扰大。
（2）吸流变压器供电方式（BT方式）
吸流变压器 Booster Transformer
F T
Us
I
R
• 防干扰效果好； • 牵引网阻抗偏大； • 电力机车过BT时，易产生电弧； • 由于是串联系统，可靠性较低。
（3）带负馈线的直接供电方式
连接牵引变电所和接触网的导线
• 接触网
沿线路露天敷设，通过和受电弓的滑动接触把电能输送给电力机 车的供电设施。由接触线、承力索以及支持、悬挂和定位等装置组成。 从牵引网角度关注的是接触线、承力索和加强线等载流导线。
• 轨道
牵引电流的回流导线；支撑与导向；信号专业轨道电路
• 回流线
指连接轨道和牵引变电所的导线
牵引变压器（有多种接线方式） 断路器（SF6、真空、少油、油断路器），隔离开关 避雷器、避雷针 电压互感器、电流互感器 二次设备（控制、保护、测量、计量、监视和电源设备） 无功补偿装置、调压装置
牵引网（Traction Network）
• 由馈电线、接触网、轨道、回流线等设施构成的输电网络 • 馈电线（Feeder，引出线:Lead Wire）
（5）同轴电缆供电方式（CC方式）
同轴电缆 Coaxial Cable
T Us
R CC
• 防干扰效果好，占用空间小； • 牵引网阻抗小； • 投资大
1.5 牵引供电系统的特点及主要问题
• 负荷特点
移动性，变化剧烈，非线性，单相； 电流回路不可靠，存在薄弱环节（弓网受流）
• 网络特点
牵引网为单相含地的不平衡网络； 接触网结构复杂，无备用，运行环境恶劣，故障率高； 导线特殊：接触线，钢轨 牵引网结构比一般电力线路复杂。
• 从公用电力系统（Public Electric Power Systems）接受电 能，通过变压器将电能从三相110kV或220kV变换成单 相27.5kV（对AT系统为55kV或2×27.5kV），并向铁路 上、下行两个方向的牵引网供电。
• 变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。 • 变电所的主要设备
• 开闭所（Sub-feeder Switching Post, SFSP）
实际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、多路馈线， 以实现对站场各股道群的分别供电控制。 （1）进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区接触网停、供电 （2）在断路器上可实现短路故障保护，从而缩小事故停电范围 （3）对AT牵引网，往往同ATP合建，增强对供电臂供电的灵活性