高速铁路牵引供电系统设计

高速铁路牵引供电系统设计

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。牵引变电所通常设置两台变压器，采用双电源供电。以提高供电的可靠性。变压器的接线方式目前采用的有三相Yd11接线，单相V/V接线，单相接线以及三相-两相斯科特变压器。牵引变电所还设置有串联和并联的电容补偿装置，用以改善供电系统的电能质量，减少牵引负荷对电力系统和通信线路的影响。

三、牵引供电回路

电力牵引供变电系统是指从电力系统接受电能，通过变压，变相后，向电力机车供电的系统。牵引供电回路是由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨、地或回流线构成。另外还有分区亭、开闭所、自耦变压器站等。

（一）开闭所（SSP）

电力牵引系统中的开闭所，实际上是起配电作用的开关站开闭所就是高压开关站，实际上从严格意义上讲是“高压配电”站，仅仅起配电作用，实现环网供电、双路互投等功能。

当枢纽地区的供电，分为“由里向外供”和“由外向里供”两种方式，前者在枢纽内设置牵引变电所。后者在枢纽内不设牵引变电所，为了增加枢纽地区供电的可靠性和缩小事故的影响范围，一般设开闭所。AT供电方式时，供电臂较长，在供电臂中部也设开闭所。开闭所应有来自不同牵引变电所的（单线区段）或同一牵引变电所的不同馈线段（复线区段）的两回进线。

开闭所应尽量设置在枢纽地区的负荷中心处，以减少馈线的长度和馈线与接触网的交叉干扰。

（二）分区亭（SP）

为了增加供电的灵活性，提高运行的可靠性，在两个牵引变电所的供电区间常加设分区亭。分区亭常用于牵引网为双边供电，或复线区段牵引网为单边供电，

但上下行接触网在末端并联时。这时，分区亭起到平时将两个供电臂或上下行接触网联络起来的作用，这样，当事故发生时，可缩小停电范围和实现越区供电。

（三）自耦变压器站

电力牵引供电系统如采用自耦变压器供电方式时，在沿线每隔10-15公里设置一台自耦变压器。设置时尽量将自耦变压器设于沿铁路的各站场上。同时，尽量与分区亭、开闭所合并，以便于运行管理。

（四）牵引网

牵引网是由馈线、钢轨回流线、接触网组成的双导线供电系统，完成对电力机车的送电任务。BT供电方式时，还要有回流线。AT供电供电方式时，还有正馈线和保护线。

馈线：接在牵引变电所牵引母线和接触网之间的导线，即将电能由牵引变电所引向电气化铁路。

接触网：一种特殊的输电线，架设在铁路上方，机车受电弓与其磨擦受电。

回流线：牵引变电所处的横向回流线，它将轨或与轨平行的其它导线与牵引变压器指定端子相联。

分相绝缘器（电分相）：串在接触网上，目的是把两相不同的供电区分开，并使机车光滑过渡，主要用在牵引变电所出口处和分区处。

分段绝缘器（电分段）：分为纵向电分段和横向电分段，前者用线路接触网上，后者用于站场各条接触网之间。通过其上的隔离开关将有关接触网进行电气连通或断开，以保证供电的可靠性、灵活性和缩小停电范围等。

供电分区：正常供电时，由牵引变电所馈线到接触网末端的一段供电线路，也称为供电区。