牵引供电系统简介

外部供电电源的电压选择
电气化铁路供电系统的外部电源来自公用电力系统的 电力网，应选择一个合适的电压等级， 电力网，应选择一个合适的电压等级，一般根据输送 功率和输电距离来选择。 功率和输电距离来选择。
额定电压 (kV) 110 220 500 输送功率 (MVA) 10-50 100-150 1000-1500 输送距离 (km) 50-150 100-300 150-850
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回流线cd中无电流， 回流线 中无电流，在 中无电流 接触网cd段的长度内等于 接触网 段的长度内等于 没有防护。 没有防护。
d
c
两种情形都使吸流变压器—回流线在半段长度里 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。 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 上分段，每个分段仅长 ， 台吸流变压器。分段以吸上线为界， 台吸流变压器。分段以吸上线为界，吸上线一端接回流 另一端焊入钢轨。 线，另一端焊入钢轨。
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对通信线路的影响
静电感应影响 牵引网是一个单相高压交流电网，接触网带电时， 牵引网是一个单相高压交流电网，接触网带电时， 在其周围空间将产生一个工频高压电场 工频高压电场， 在其周围空间将产生一个工频高压电场，从而使通信线 上的各点产生相应的静电感应电压。 上的各点产生相应的静电感应电压。同接触网电压性质 一样，静电感应电压也是一个工频交流电压。 一样，静电感应电压也是一个工频交流电压。 电磁感应影响 牵引网由接触网、钢轨网构成，由于钢轨-地之间存 牵引网由接触网、钢轨网构成，由于钢轨 地之间存 在过渡电阻，一部分负荷电流经大地返回变电所，因此， 在过渡电阻，一部分负荷电流经大地返回变电所，因此， 牵引网是一个不平衡的单相回路 是一个不平衡的单相回路， 牵引网是一个不平衡的单相回路，接触网和钢轨网电流 所产生的感应电势在通信上不能抵消， 所产生的感应电势在通信上不能抵消，所以在通信线上 将产生电磁感应电势。 将产生电磁感应电势。
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吸流变压器供电方式 (BT) Booster-transformer
牵引网阻抗大， 牵引网阻抗大， 变电所间距小， 变电所间距小， 电分相数量多， 电分相数量多， 不适合高速电力牵引。 不适合高速电力牵引。
C—接触网；T—轨道；回流线 接触网； 轨道； 接触网 轨道 回流线(NF) Negative feeder； ； BT—为吸流变压器，变比 ，一次线圈串接入接触网， 为吸流变压器， 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； 间隔为 间隔为1.5-4km 二次线圈串接入回流；BT间隔为 吸上线，在相邻两吸流变压器的中点， 吸上线，在相邻两吸流变压器的中点，用吸上线将回流 线与钢轨连接起来。 线与钢轨连接起来。
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Feeder Return Current Line Electric locomotive
Pantograph Track
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1 高速铁路外部供电电源
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牵引供电系统原边的供电方式
牵引供电系统原边的供电方式 1.单侧供电 单侧供电 110kV
C1 C2
C3
B3
B1
B2
35kV
A1
A2
A3
牵引变电所C 只能从右侧的发电厂A 牵引变电所 1、C2、C3只能从右侧的发电厂 1用两路输电 线供电。而发电厂A 又通过地区变电所B 线供电。而发电厂 1又通过地区变电所 1、B2、B3与发电 相连，构成一个可靠的供电网络。 厂A2、A3相连，构成一个可靠的供电网络。
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高速铁路外部供电电源
2.双Байду номын сангаас供电 双侧供电
C B
A1
A2
C：牵引变电所；B：地区变电站；A：发电厂 ：牵引变电所； ：地区变电站； ：
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高速铁路外部供电电源
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同时回流线和接触网中的电流基本上大小相等， 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 抵消)。 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， 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： 电力机车处于吸流变压器附近时防护效果差 电力机车处于吸流变压器附近时防护效果差。 缺点：1.电力机车处于吸流变压器附近时防护效果差。 a b 机车电流经轨道与大地， 机车电流经轨道与大地， 然后经回流线流回， 然后经回流线流回，接触 网在a、 段中没有电流 段中没有电流， 网在 、b段中没有电流， 而回流线中有电流， 而回流线中有电流，则在 ab段的长度内等于没有防 段的长度内等于没有防 护。
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1 3 5 2
ω1
4
ω2
I2
I1
5
当牵引电流流经吸流变压器原边时，副边在回流线中产生 当牵引电流流经吸流变压器原边时， 很大的互感电势。 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。 流线之间集中地加大互感。即： 设吸流变压器原边电流为I 匝数为ω 副边电流I 设吸流变压器原边电流为 1，匝数为ω1；副边电流I2，匝数 根据磁势平衡关系： 为ω2。根据磁势平衡关系： I2 ω2≈ I1 ω1 又因为变比为1:1 1:1， 又因为变比为1:1，则ω1=ω2，所以 I2≈I1 说明：采用吸流变后，只有变压器原边的激磁电流I 说明：采用吸流变后，只有变压器原边的激磁电流I0仍流经 轨道和大地，且电流数量很小。 轨道和大地，且电流数量很小。
对于高速铁路，由于牵引功率更大， 对于高速铁路，由于牵引功率更大，应尽可能选用更 高的电压等级---220kV。 高的电压等级 。
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国外高速铁路外部供电电源的有关数据 世界各国的高速电气化铁路，均采用高压供电。 世界各国的高速电气化铁路，均采用高压供电。 日本山阳新干线，牵引变电所的进线电压采用275kV。 日本山阳新干线，牵引变电所的进线电压采用 。 这与原来的70kV相比，电源电压变动和不和、平衡承 相比， 这与原来的 相比 电源电压变动和不和、 受能力都有所提高，因而更能保证机车稳定、高速运行。 受能力都有所提高，因而更能保证机车稳定、高速运行。 法国大部分牵引变电所的进线电压为225kV。 。 法国大部分牵引变电所的进线电压为 德国牵引网电压采用15kV，牵引变电所进线电压采 ， 德国牵引网电压采用 2 16 Hz 频率给铁路专门供电。 用110kV。使用 3 频率给铁路专门供电。 。
3.环形供电 环形供电
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高速铁路外部供电电源
4.放射供电 放射供电
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牵引负荷的特点： 牵引负荷的特点： 单相的、移动的、时刻变化的。 单相的、移动的、时刻变化的。 对电力系统的运行会产生不良的影响： 对电力系统的运行会产生不良的影响： 并 1.在三相电力系统中产生随机波动的负序电流 在三相电力系统中产生随机波动的负序电流； 1.在三相电力系统中产生随机波动的负序电流； 联 采用的方法：换相联接、 采用的方法：换相联接、特殊的变压器结线方式 综 合 2.牵引负荷的功率因数低 牵引负荷的功率因数低； 2.牵引负荷的功率因数低； 补 采用的方法： 采用的方法： 联 偿 3.整流型电力机车产生的谐波电流会进入电力系统 整流型电力机车产生的谐波电流会进入电力系统。 3.整流型电力机车产生的谐波电流会进入电力系统。 采用的方法： 采用的方法： 4.对通信线路会产生干扰影响 4.对通信线路会产生干扰影响 采用的方法： 、 、 采用的方法：BT、DN、AT 方式
馈 电 点 R+jx jxc I
串联电容前： 串联电容前：∆Uq = I (Rcosϕ + xsin ϕ)
′ 串联电容后： 串联电容后： ∆Uq = I[Rcosϕ + (x + xc ) sin ϕ] < ∆Uq
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串联电容补偿(SCC)，其提高网压的效果比较明显， 串联电容补偿(SCC)，其提高网压的效果比较明显，串 (SCC) 联电容器安设于馈线上。 联电容器安设于馈线上。
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牵引供电系统的组成
Distribution network L Line G Generator TM Transformer 110kV 220kV Traction Supply Substation Catenary The power Traction supply system Electric of electric network traction TM Transformer The electrified railway
2 牵引供电系统供电方式
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直接供电方式(DF) Direct feeding 直接供电方式
这是一种最简单的供电方式。对通信干扰不加特殊防护措施， 这是一种最简单的供电方式。对通信干扰不加特殊防护措施，
最早大都采用这种供电方式。 最早大都采用这种供电方式。 最简单、投资最省， 最简单、投资最省， 牵引网阻抗较小，能损也较低。 牵引网阻抗较小，能损也较低。 电流经钢轨流回牵引变电所， 电流经钢轨流回牵引变电所， 而钢轨与地并不是完全绝缘 的，一部分回流由钢轨流入 大地， 大地，这部分电流会对通信 线路产生感应影响。 线路产生感应影响。 因此这种供电方式一般用在铁路沿线无架空通信线路 或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段。 或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段。
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牵引网电压水平过低，严重影响着供电能力的发挥。 牵引网电压水平过低，严重影响着供电能力的发挥。 可以通过调节牵引网阻抗来调节电压 采用的方法： 采用的方法：串联电容补偿
串联电容补偿(SCC)，其提高网压的效果比较明显，串 串联电容补偿(SCC)，其提高网压的效果比较明显， (SCC) 联电容器安设于馈线上。 联电容器安设于馈线上。 牵引网阻抗
牵引网阻抗 馈 电 点 R+jx jxc I
串联电容前： 串联电容前： 串联电容后： 串联电容后：
∆Uq = I (Rcosϕ + xsin ϕ)
′ ∆Uq = I[Rcosϕ + (x + xc ) sin ϕ] < ∆Uq
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传导电流影响 由于一部分牵引电流经大地返回牵引变电所， 由于一部分牵引电流经大地返回牵引变电所，使大地 在不同地点出现不同的电位。 在不同地点出现不同的电位。如果在铁路附近有以地为 回路的单导线通信电路， 回路的单导线通信电路，则将由于通信线路两个接地点 之间的电位差而出现干扰电流。 之间的电位差而出现干扰电流。