第32卷第4期铁 道 学 报V ol.32 N o.4 2010年8月JOU R NA L OF T H E CH IN A RA ILW A Y SO CI ET Y Aug ust2010文章编号:1001-8360(2010)04-0119-06
我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题
李 群 湛
(西南交通大学电气工程学院,四川成都 610031)
摘 要:在电力电子技术迅速发展与普及应用的背景下,本文借鉴德国模式,提出一种取电于公用
电网而又相对独立的牵引供电系统。它能彻底解决电能质量问题,并完全取消电分相。结合现实,
本文提出最小补偿容量的同相供电方案,建议研究三相接入电力系统的平衡接线变压器,一方面便
于今后同相(无分相)改造,另一方面亦能与单相变电所实现同相供电。本文在对国内外现行A T
供电模式的分析和借鉴的基础上,建议建立我国新的A T供电模式。
关键词:高速铁路;牵引供电系统;供电模式;同相供电
中图分类号:U223.5.1 文献标志码:A do i:10.3969/j.issn.1001-8360.2010.04.022
On Some Technical Key Problems in the Development of Traction Power Supply System for High-speed Railway in China
LI Qun-zhan
(Sch ool of Electrical Engin eering,S outhw es t Jiaoton g U nivers ity,Chengdu610031,Chin a)
Abstract:Alo ng w ith r apid dev elo pm ent and w ide application of the pow er electronic technolog y,using the ex-perience of the German pow er supply m ode for reference,an ideal mo de of the tractio n pow er supply system is pro posed,w hich co nnects w ith the public pow er grid and is relatively independent.It can so lve the pro blems of pow er quality and elim inate the neutral sectioning device r adically.Taking into consideration pr actical cond-i tions,the cophased traction pow er supply scheme w ith the minim um com pensation capacity is pr esented and the three-phase balance transfor mer is suggested to be connected w ith the pow er sy stem so as to facilitate cophased tr ansform ation and cophased pow er supply thr oug h single-phase substatio ns.T he ex isting AT pow er supply modes at hom e and abroad are discussed and a new A T pow er supply mo de adaptable to the situations in China is put fo rw ard.
Key words:high-speed r ailw ay;tractio n pow er supply sy stem;pow er supply mode;co phased traction pow er supply
高速铁路(含客运专线)动车组或机车均采用技术先进、性能优越的大功率交-直-交牵引传动系统。仅就影响电力系统的主要电能质量指标而言,功率因数极度改善,可接近1;谐波电流含量大幅下降,可等效为既有交-直牵引铁路安装了高效有源电力滤波器(APF)。但相比既有铁路而言,由于牵引功率的大幅增加,负序问题更为突出。如能在联系电力系统与牵引供电系统的牵引变电所内采取措施,把困扰电力系收稿日期:2009-02-19;修回日期:2010-05-12
基金项目:国家科技支撑计划(2007BAA12B05);铁道部科技研究开发计划(Z2006-047);铁道部科技研究开发计划
(2007J035)
作者简介:李群湛(1957 ),男,河北元氏人,教授,博士。
E-mail:lqz3431@https://www.doczj.com/doc/fc11283041.html, 统的负序问题和铁路的电分相问题同时解决,那无疑是最佳选择,有利于铁路与电力的和谐、良好发展。
高速铁路的大功率牵引涉及与之相适应的牵引供电系统自身(内部)供电方式的选取。自耦变压器(AT)供电方式是大容量供电的有效供电方式。虽然通信实现光缆化后,通信干扰已无大碍,但AT供电方式在通信干扰防护上接近BT供电方式之同时,还避免了BT供电方式因BT串联接入而形成的 断口(火花间隙) ,更有利于列车的高速运行[1-2]。
AT供电方式有55kV与2 27.5kV模式之分。本文结合我国大力发展高速铁路之实际,探讨我国的AT供电模式,并论及与之相适配的绝缘等级及开关
选择诸问题。
1 理想牵引供电系统
绝大多数国家的电气化铁路均取电于公用电网,电气化铁路用电都存在电能质量问题而受到电力系统的限制。理想的牵引供电系统应当是电气化铁路从电力系统取电之同时,把其干扰隔离开来,换言之,把电能质量控制在国家标准或相关标准允许范围内,同时铁路内部使用统一的电压供电并取消电分相。
为此,自然会想到以德国为代表的供电模式。由于历史的原因,德国联邦铁路除从公用电网取电外,还有大量的铁路专用电厂和输电系统(集中式),同时与
其他国家不同,采用15kV 、162
3H z 的供电制式。这
种模式使用范围有限,但在技术上不失为一种 理想牵引供电系统 ,值得借鉴,抓紧试验研究[3]。1.1 系统构成
随着大功率电力电子技术的发展,功率半导体器件的容量、集成水平大幅提高,价格不断下降,为解决牵引供电系统与电力系统在电能质量上存在的矛盾及铁路自身电分相问题提供了新的思路,并在技术与装备方面提供了可能。可借鉴德国模式,在变电所通过三相交流-直流-单相交流全变换方式实现同相供电,将牵引网互联,利用直流环节的转换与隔离作用,形成独立于公用电网的供电网络。由于采用全变换,电力系统仅与牵引网侧交换有功,且三相负荷平衡,不存在负序问题,同时,铁路供电臂取消电分相,而且变电所之间可进行潮流调度,牵引变压器的容量利用率和负荷率都可得到极大提高。 理想供电系统 结构原理图如图1所示。图中,牵引变电所取电于三相电力系统。牵引馈线需加断路器及相关保护,可仿单相牵引变电所馈线予以实现,各断路器对应不同的故障区间。分区所的断路器通常是闭合的,以实现牵引网的贯通供
电。
图2为 理想供电系统 中牵引变电所的内部原理
图。图中,原边三相变压器应适应整流特性,但注意经
过正弦调制时谐波含量很低。直流储能环节经三相四线逆变送出所内自用电,经单相逆变环节送出牵引电压,当电力电子器件集成后经济耐受电压足够或者逆变侧采用多重化级联结构时,可省去虚线框中的单相升压变压器,直接馈出27.5kV 、50H z 额定电压,直流储能环节还可联结其他可再生能源[4-5]。由于全部采用四象限变流器,再生制动的电能可存储或反馈给电网,即可由用电转为发电过程。
1.2 运行过程
可将理想供电系统输出的牵引馈线电压视为电压源,其大小、相角均可调节控制,图3为牵引网各馈线电压调整(并网)示意图。
牵引网送电时,先将任意一个牵引变电所的牵引馈线投入,如牵引馈线1,设其电压为U 1;然后将牵引馈线2的电压U 2由任意向量U 2调整至与U 1大小、相位相同时投入,实现与牵引馈线1并网,其他牵引馈线的电压依次投入,以实现贯通供电。
牵引网馈线电压的可控性为牵引供电系统负荷潮流的有效调度提供了可能,使原来不可能的事情得以实现。
1.3 可靠性及其他
随机过程认为系统中两个及以上子系统或元件同时故障或修复的(转移)概率为零。因此,可不考虑两个及以上牵引变电所同时故障。理想供电系统的运行维护可仿照高压直流输电系统,如随机故障的检修,定期检修等。
当一变电所故障时,应退出运行并及时维修。退出的情形可等效为这一变电所正被控制在其馈线电流为0的情形。此时,该变电所的负荷潮流由相邻及其
他正常运行的变电所担当。
修复后牵引变电所的投入过程仍如图3所示。当
120
铁 道 学 报第32卷
馈线电压大小、相位与运行中的牵引网电压相同时,即可并网投入运行。
牵引变电所中变流器全部采用相对独立的功率单元组合而成,功率单元采用冗余配置。当一个单元故障时,可以及时替换,并且,该供电系统中各变电所已互为工作备用关系,整个系统的可靠性能够得到保障。
1.4 投资、效益与经济性
目前,购买国外电力电子器件(IGBT、IGCT等)仍比较昂贵,经济性较差。但随着技术发展和国产化进程,器件成本会大幅下降。目前,按同相供电装置容量折算为1000元/kV A计算,20M VA变电所要增加投资2000万元。但理想供电系统的经济性可从以下几点考虑:
(1)因避免了电分相而使列车运行更平滑,并节省自动过分相的一次投资和日常维护费用。
(2)因变电所容量降低而节省固定容量电费。以每月的固定容量电费为15元/kvar计,下降一个容量等级所节省的电费数目已很可观。
(3)通过工作备用,节省不必要的固定备用设备及场地所需的投资。
(4)减少铁路部门因电能质量问题而与公共电网运营商发生纠纷或受罚。目前被罚款的主要原因为功率因数问题,今后也很难排除因负序电流、谐波干扰而造成的电能质量罚款。
(5)电力电子(如IGBT、IGCT)器件及集成产品愈来愈普及,特别是国产化后,单价将大幅度下降。这更有利于理想供电系统的推广。
2 现行方式与同相供电系统
除德国模式外,其他国家无一例外地采用公用电网给工频(50H z或60H z)交流电气化铁路供电的标准制式。其中牵引变电所的主变压器把110kV或220kV高压降为27.5kV或25kV的铁路标准用电。它一般采用双绕组或多绕组接线,其中接线方式有I,i (单相)、V,v、YN,d11和Sco tt等。高速铁路供电的关键主要取决电力系统对负序电流的耐受能力和牵引变电所接线方式对负序电流的抑制能力。
为降低负序电流的影响,除牵引变压器接线方式外,还要把供电臂相位轮流接入电力系统三相中某一相,简称换相[1]。这都将导致沿线供电臂使用不同相位电压供电,而在变电所出口或分区所处设置电分相装置,又使之成为列车、特别是高速列车运行的薄弱环节。实现同相供电是取消电分相、提高列车安全性和舒适性的唯一途径。2.1 同相供电系统
解决现行供电方式存在问题最为有效的方法是在牵引变电所应用以负序、无功补偿为核心的对称补偿技术,实现同相供电,即全线用同一相位的单相电压供电[6-9]。它与单相牵引变压器一样,都可避免在牵引变电所出口采用电分相。两者最主要的区别在于对负序电流的抑制能力。但即使在同一电力系统中,不同进线处的系统短路容量不同,承受负序电流的能力也不同。因此,为减少不必要的投资和设备浪费,可将同相供电系统中的变电所分为3种:一是全补偿,它要求实现对称补偿,特别对负序有极好的抑制能力;二是半补偿,对补偿负序有适度要求;三是不补偿,只用牵引变压器。对称补偿系统和牵引网组成的同相供电系统示意图如图4所示[10]
。
2.2 牵引变电所的(最小)补偿容量
如上所述,根据不同接线,在变电所实施对称补偿时,也有技术难度和补偿容量大小之分。
理论上可证明:当认为功率因数为1而仅补偿负序时,最小全补偿容量等于牵引负荷功率[11]。
对称补偿有两种实现方式:其一为无功补偿方式,可以无源,如采用SVC装置;也可为有源的,用电子器件IGBT、IGCT实现,如SVG装置。支持其实现的是变电所采用的平衡变压器。图5以Sco tt接线方式为例,显示了平衡变压器实现最优补偿的原理。与日本模式的不等边Scott接线方式不同[12],这里变压器次级绕组匝数n1等于变压器次级绕组匝数n2。当全补偿时可使负序电流为0,并取消变电所出口的电分相环节。其缺点是供电臂电压U无法与电力系统的任一线电压或相电压同相,即,无法与相邻变电所对应线电压(如单相接线、V,v接线)或相电压(如YN,vd接线)的供电臂实现同相。当供电臂有再生反馈电流通过时[13],补偿要反性。对各种接线方式是否适用要做具体分析[14-16]。其二为有源补偿模式,即使用潮流控制器(PFC)与变电所的平衡接线变压器相配合。PFC 实现的最优补偿如图6所示。当功率因数为1时, PFC提供占牵引负荷功率1/2的有功功率即可消除
121
第4期我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题
负序。PFC 由2套 背靠背 SV G 组成,其无功功率亦折算为牵引负荷功率。该设备的优点是供电臂电压U 可与电力系统相电压或线电压设置成同相,亦即可与所需要的单相或采用V,v 接线的变电所实现输出电压同相,也可与采用YN,d11接线的变电所实现输出电压同相。当产生再生反馈时,PFC 亦向电力系统发送1/2再生功率。当每个变电所的电能质量均达到国家标准要求时,可将处于同一个电力系统的牵引变电所之间的分区所相联,以求进一步减少电分相。图6所示的原理亦适用于采用YN,d11、V,v 等接线方式的变电所,但PFC
的容量要增加。
需要说明的是,在电力系统要求牵引变电所三相接入条件下,现有高速铁路A T 供电方式的牵引变电所多使用V,x 接线。要实现对称补偿、消除负序、取消电分相,只能用SVC 或SVG,且必须在3个端口进行补偿,增加了技术难度。若如上所述采用2个端口补偿,则补偿容量非最优。限于篇幅,不再祥述。
3 自耦变压器(AT)供电模式
3.1 AT 的特点
[17-18]
任何变压器都有其优缺点。自耦变压器AT 是普
通双绕组变压器的一种特殊连接,其特点是高压与低压绕组间不仅有磁路耦合,且有电路直接联系,其传递的功率为感应功率和传导功率之和,就是说,功率的传递比普通双绕组变压器(纯感应功率)大的原因是存在传导功率。由于AT 的高低压绕组间有直接电路联系,便要求低压侧与高压侧具有同样的绝缘水平,且其常用于高低侧电压比较接近的场合。
3.2 现行AT 供电模式简评
目前世界高速铁路AT 供电方式主要为55kV 日本模式和2 27.5kV 法国模式。这两种模式在我国均有采用,如:京秦线采用55kV 日本模式,京津线则采用2 27.5kV 法国模式。
(1)日本模式
日本是最早采用A T 供电的国家,其特点为变电所内牵引馈线上均安装AT 。在牵引网供电范围内,均通过AT 电磁回路实现牵引负荷能量的传递,即通过AT 供电回路实现电流在接触网T 与负馈线F 之间的分配(按自耦变压器变比分配,通常n 1 n 2为1 1)。它具有通信干扰的全程防护作用。以单线铁路为例,其电流分配见图7所示。
(2)2 27.5kV 法国模式
这种AT 供电模式的特点是省却日本模式中变电所内的自耦变压器AT ,而在牵引变压器次边的中点抽头,成为2 27.5kV 模式。在AT 段内,存在由接触网T 、钢轨R 和牵引变压器组成的直供回路以及由T 、F 、R 和自耦变压器组成的AT 电磁回路两条能量
传递途径,图8为单线铁路模式的各部分电流分配示意图。由此可见,日本模式通过纯粹的电磁传递关系来分配电流,分配仅取决于AT 回路,与牵引网阻抗无直接关系,这也是两种供电模式的本质区别。2 27.5kV 模式具有与日本模式相似的功能,但会受阻抗关系影响。图8中,机车正运行在第一个AT 段内某处,其各部分电流的分配情况将随着机车位置的变化而不断变化,直供回路将降低对通信干扰的防护作用。
2 27.5kV 模式在实际工程应用中还存在如下几点问题:
(1)设备容量与供电能力
该供电方式受列车运行位置影响。当列车越靠近
122
铁 道 学 报第32卷
牵引变电所时,实际上越接近由牵引变电所中点抽头与接触网之间形成的27.5kV 直接供电方式。这样看来,它省却了一套AT (设备容量)却损失了牵引网的供电能力和防护干扰能力。选相同截面导线且以最大载流为边界,设日本模式供电能力为1,则直供方式为0.5,而2 27.5kV 模式介于二者之间。一个供电臂中的AT 段越少,供电能力损失越显著。为提高供电能力则需要对接触网设置加强导线。文献[19]专门比较了2 27.5kV AT 模式与直供方式的导线截面问题。
当一个供电臂中的AT 段较少(如2个)时,为避免AT 供电方式结构复杂的固有缺点,应将直供+加强线或直供+加强线+回流线方式与2 27.5kV 模式作对比研究,优胜劣汰。
(2)断路器断口电压问题
2 27.5kV 模式供电方式的初衷可能是降低绝缘标准,从55kV 降低到27.5kV 。实际上,按27.5kV 设计断路器有潜在缺陷。当接触网T 与负馈线F 短路时,若牵引变电所出口的接触网断路器与负馈线断路器亦联动而非同时跳开时,在短暂时间内,先跳开的一个断路器必然承受55kV 电压。若其中一个出口断路器拒动,另一个断路器将长时间承受55kV 电压。出于安全考虑,出口断路器绝缘仍应采用55kV 的电压绝缘等级设计。
(3)对变压器制造要求高
为适应2 27.5kV 模式的轨-地接线要求,牵引变压器次边需引出中间抽头,且次边两组绕组需做特殊设计,并进行容量优化,增加了设计制造难度和造价。
这种模式在前苏联的普通速度铁路上就有应用[20]
。
3.3 新型AT 供电模式
结合上述分析,可提出一种新型AT 供电模式,图9为新型AT 供电模式在单线铁路的应用示意图,图10为新型AT 供电模式在复线铁路的应用示意图。该供电模式的特点是:
(1)与日本模式相比,其牵引变电所内可不设
AT,把AT 布置在线路上,从而简化系统,节约投资,
并增加设计选择的灵活性。对此应结合实际做进一步研究。
(2)与2 27.5kV 模式相比,其牵引变压器不需中间抽头,可很大程度简化牵引变压器的制造难度,同时,省去了牵引变电所的轨-地回流线布置。
(3)其供电能力高于2 27.5kV 模式,等同于日本模式,在增加供电能力之同时,有助于延长供电臂,减少电分相数目。
(4)其牵引侧开关由2 27.5kV 模式提升为55kV 双极开关,避免了前面提到的断路器断口电压问题。开关的绝缘等级提高,但工作电流比2 27.5kV 模式小,在高压侧采用220kV 大容量供电条件下,有利于开关选型。
(5)在相同的供电能力下,55kV 模式要求牵引变电所的母线、馈线的导线截面更小,有助于省掉设置于大运量线路首个AT 段的加强线,更有利于接触网悬挂的轻型化。
4 结论
本文结合我国高速电气化铁路发展之实际展开讨论,得到的主要结论是:
(1)相对世界而言,我国电气化铁路供电系统具有多种牵引变压器接线形式和AT 供电方式,更应结合我国高速铁路实际,研究最适合的、具有自主知识产权的新模式。
(2)目前我国高速铁路的牵引变电所多采用三相方式接入电力系统,平衡接线最节省补偿装置容量。这也便于与单相变电所相配合,形成同相供电系统而
123
第4期我国高速铁路牵引供电发展的若干关键技术问题
尽可能避免电分相,亦适于对既有线的改造。
(3)AT供电系统的绝缘等级和断路器均应配套设计。
(4)认真研究新型AT供电模式,避免日本模式与2 27.5kV模式的缺憾。新型AT供电模式既适用于现行供电系统,也适于 理想牵引供电系统 。
(5)可作为远期发展设想,积极研究 理想牵引供电系统 ,在解决电能质量问题的同时,完全实现电气化铁路的无分相化。
参考文献:
[1]曹建猷.电气化铁道供电系统[M].北京:中国铁道出版
社,1983.
[2]李群湛,贺建闽.牵引供电系统分析[M].成都:西南交通
大学出版社,2007.
[3]李群湛,贺建闽,等.一种牵引送变电设备:中国,
200610021562.X[P].2006.
[4]黄济荣.可再生能源与变流技术(一)[J].变流技术与电
力牵引,2006,(5):1-5.
H U A NG J-i r ong.Renewable Resour ce and Co nv erter
T echno lo gy(1)[J].Co nv erter T echnolog y and Electr ic T r action,2006,(5):1-5.
[5]黄济荣.可再生能源与变流技术(二)[J].变流技术与电
力牵引,2006,(5):1-7.
H U A NG J-i r ong.Renewable Resour ce and Co nv erter
T echno lo gy(2)[J].Co nv erter T echnolog y and Electr ic T r action,,2006,(5):1-7.
[6]李群湛,张进思,贺威俊.适于重载电力牵引的新型供电
系统的研究[J].铁道学报,1988,(4):23-31.
L I Qun-zhan,ZH A N G Jin-si,H E W e-i jun.Study o f a N ew P ow er Supply System for H eavy H aul Electr ic T rac-tion[J].Journal of the China Ra ilw ay Society,1988,(4): 23-31.
[7]贺建闽,李群湛.用于同相供电系统的对称补偿技术[J],
铁道学报,1998,20(6):47-51.
H E Jian-min,L I Q un-zhan.Sy mmet rical Compensation
T echno lo gy U sed in Feeding System w ithout Phase Ex-change[J].Journal o f the China Railw ay Society,1998,20
(6):47-52.
[8]吴命利,李群湛.同相供电对称补偿的接线型式与补偿装
置容量选择[J].机车电传动,2000,(5):15-18.
WU M ing-li,L I Q un-zhan.Co nnectio n F or ms and Com-pensator Capacity Determination o f Symmetr ical Compensa-tio n fo r Co phase Supply[J].Electric Dr iv e F or L o co mo-
tives,2000,(5):15-18.
[9]解绍锋,李群湛,等.同相供电系统对称补偿装置控制策
略研究[J].铁道学报,2002,24(2):109-113.
XIE Shao-feng,L I Q un-zhan,et al.Contr ol st rateg y o f Symmetr y Compensat ion System for T ractio n P ow er Sup-ply Sy stem in Phase[J].Journal of the China Railw ay Soc-i et y,2002,24(2):109-113.
[10]李群湛,连级三,高仕斌.高速铁路电气化工程[M].成
都:西南交通大学出版社,2006.
[11]李群湛.牵引变电所电气分析及综合补偿技术[M].北
京:中国铁道出版社,2006.
[12]A RA I K ouichi.Balancing Cir cuit for Sing le P hase L oad
w ith Scalene Scot t Co nnectio n T ransfor mer[J].Research Infor matio n o f Railway T echno log y,1980,37(6). [13]解绍锋.高速铁路交直交机车及地铁机车再生制动工况
下牵引供电计算的研究[R].西安:铁道第一勘察设计院, 2007.
[14]繆耀珊.A T供电方式牵引变电所主要变压器的接线型
式[J].电气化铁道动态,1980,(6):1-5.
M IAO Yao-shan.T he M ain T ransfo rmer Connect ion T ipe o f the Wir ing Scheme of A.T.T ractio n Substatio ns[J].
Elect rified Railw ay Dy nam ic,1980,(6):1-5.
[15]周鸿昌.平衡变压器的理论分析与设计[J].变压器,
1982,(11):2-9.
Z HO U Ho ng-chang.T heor etical A nalysis and Desig n o f Balancing T ransformer[J].T r ansfo rmer,1982,(11):2-9.
[16]刘福生.关于Woo d-Bridg e接线变压器的改进方案[J].
湖南大学学报,1985,(2):49-60.
L IU F u-sheng.O n the R efo rm Scheme of the W oo dbridg e Co nnected T ransfor mer[J].Jo urnal of Hunan U niversity, 1985,(2):49-60.
[17]章名涛.电机学(上册)[M].北京:科学出版社,1977.
[18]陈世元.电机学[M].北京:中国电力出版社,2004.
[19]繆耀珊.A T牵引网导线截面选择问题[J].电气化铁道,
2007,(1):4-8.
M IAO Y ao-shan.Study on Selection of Cro ss Sect ion A r-ea of W ir es in A T T ractio n N etw or k[J].Elect rified Rai-l
w ay,2007,(1):4-8.
[20]繆耀珊.A T牵引变电所结线方式的技术经济分析[J].铁
道学报,1986,(4):27-31.
M IAO Yao-shan.T echnical and Eco nomic Analysis o n the W ir ing Scheme o f A.T.T raction Substatio ns[J].Journal o f the China Railw ay Societ y,1986,(4):27-31.
(责任编辑 武晓明)
124 铁 道 学 报第32卷
高速铁路牵引供电方式 1.直接供电方式 电方式是指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。这种供电方式的电路构成简单、设备少，施工及运营维修都较方便，造价也低。但由于接触网在空中产生的强大磁场得不到平衡，对邻近的广播、通信干扰较大，因此一般不采用。 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；吸流变压器的原边串接在接触网中，副边串接在回流线中。吸流变压器是变比为1∶1的特殊变压器。它使流过原、副边线圈的电流相等，即接触网上的电流和回流线上的电流相等。因此，可以说是吸流变压器把经钢轨、大地回路返回变电所的电流吸引到回流线上，经回流线返回牵引变电所。这样，回流线上的电流与接触网上的电流大小基本相等、方向相反，故能抵消接触网产生的电磁场，从而起到防干扰作用。 理论上的理想情况是这样的，但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流，经回流线的电流总小于接触网上的电流，因此不能完全抵消接触网对通信线路电磁感应的影响。另外，当机车位于吸流变压器附近时，回流还是从轨道中流过一段距离，至吸上线处才流向回流线，该段回流线上的电流会小于接触网上的电流，这种情况称为半段效应。此外，吸流变压器的原边线圈串接在接触网中，所以在每个吸流变压器安装处，接触网必须安装电分段，这样就增加了接触网的维修工作量和事故率。当高速大功率机车通过该电分段时会产生很大的电弧，极易烧损机车受电弓和接触线。BT供电方式的牵引网阻抗较大，造成较大的电压
中国高速铁路牵引供电系统现状及关键性技术研究 发表时间：2017-11-28T09:11:16.780Z 来源：《电力设备》2017年第21期作者：王红艳 [导读] 摘要：随着科学技术的迅猛发展，铁路在国民经济发展过程中所发挥的作用也日趋增加，极大的推动了经济的发展和进步（呼和浩特铁路局机辆验收室 010050） 摘要：随着科学技术的迅猛发展，铁路在国民经济发展过程中所发挥的作用也日趋增加，极大的推动了经济的发展和进步，但是，公共电网所带来的负序电流、谐波以及无功电流等问题也逐渐的凸显出来，本文针对上述问题，对我国高速铁路牵引供电系统运作现状进行了相应的分析，而后针对其中的关键性技术措施提出了自己的见解和思考。 关键词：中国高速铁路；牵引供电系统；现状；关键性技术；探究 最近几年来，我国高速铁路建设和发展取得了较大的进步，直到2014年9月份，我国高速铁路全部里程已经达到一万余千米，占据了世界高速铁路里程的一半，中国高速铁路的发展体现出井喷式的发展趋势，这也彰显了我国高速铁路建设的技术优势，比如，从高速铁路的牵引供电系统层面进行分析，我国已经具有了属于自己的标准技术体系。我国高速电气化铁路以及客运专线供电管理标准的条件下，对供电设备的可靠性和安全性也提出了新要求，如果仅从现阶段我国电气化铁路电气设备的运作情况来看，要想使高速铁路的运作可以符合供电管理的需求，就应当对高速铁路运作中的牵引供电系统的现状进行分析，而后对其中的关键性因素予以研究和探讨。 一、对于高速铁路牵引供电系统的应用现状分析 高速铁路涵盖着机车、动车以及客运专线等，这些技术都是极为先进、性能优越的大功率交-直-交牵引传动系统。如果仅从电力系统的电能质量指标层面分析，其功率因数会发生相应的改变，甚至可接近1，谐波电流的含量处于大幅度下降的趋势，可等效为既有交-直牵引铁路提供了高效有源电力滤波器(APF)，但是，如果和既有铁路相比较，牵引功率处于大幅度增加的趋势，此时的负序问题也会因此而凸显出来，如若此时可以将牵引供电系统和电力系统两者之间予以联系，采取必要的解决措施，就能够将困扰电力系统的负序问题等妥善处理，这也是最佳的处理办法，中国高速铁路牵引供电系统可以促使电力和铁路两者可以实现高效和谐发展[1]。 高速铁路大功率牵引将会涉及到诸多与之相适应的牵引供电系统，自耦变压器的供电方式大多都是大容量的供电手段，虽说现阶段的通信已经大多实现光缆化，通信干扰问题也并无大碍，此时的AT供电方式在通信干扰防护层面也已接近于BT供电方式，与此同时，也可对BT供电方式之中串联接入引发的断口问题予以规避，更加适用于列车的高速行驶。 AT供电方式有55kV和2*27.5kV模式的区分，笔者基于我国现阶段高速铁路迅猛发展趋势下，对我国的AT供电模式进行了相应的分析，同时也探讨了与之相关的绝缘等级和开关的择选工作等等问题[2]。 二、对于中国高速铁路牵引供电系统关键性技术的研究 （一）对于全并联AT供电系统的分析 全并联AT供电系统被普遍的应用到高速铁路之中，全并联AT网则是复线AT网的实际基础上，下线路在AT位置经由连线所完成的并联连接方式，上下行共用一个自耦变压器，也就是在原来的AT供电方法之中，将全部的AT所在的上下行接触网以及中正馈线等与钢轨实现并联连接，同时也应当在变电所出口的位置，使上下行共同使用同一个馈线供电。 图1所显示的是全并联AT供电系统的电流分布特征，沿着导线的AT可以把经由钢轨的电流平均分为四个主要部分，作用于接触网和上下行的正馈线。 接触网和正馈线的电气体现出了一定的对称性，所以，下行线路和上行线路的电流分布也极其相似，全并联AT供电系统的电流分布可以在一定程度对通信线路中的电磁干扰、电力以及电压损失问题予以削弱，它的供电性能相较于单线AT供电系统以及复线AT供电系统来讲，极大的提高了牵引网实际的传输线路长度，也相应的减少了线路之中的牵引变电所的实际数量，所以，全并联AT供电系统的应用得到了有关人士的重视，将其大范围的应用到我国的高速铁路建设之中[3]。 （二）对于高速铁路牵引变电所中的关键设备分析 高速铁路牵引变电所之中含有诸多的关键设备，其中最为重要的当属牵引变压器设备，现阶段我国高铁所使用的主变压器接线型有中点抽出式Scott接线和单项V/x接线等种类，笔者基于这两类变压接线的工作原理进行了相应的分析和探究，详见下述。 其一，对于单项V/x接线牵引变压器的应用方式分析。单项V/x接线牵引变压器含有两个单相三绕组的变压器种类，均为左右AT牵引网供电，二次侧绕组中性电抽出并接地，致使两个绕组所经过的电压均为±27.5kV，而后会与F母线或是T母线实现连接，最终形成AT供电方式，这样可以将牵引变电所出口位置的AT予以省略[4]。 单项V/x接线牵引变压器的应用体现了诸多的优势，比如，具有容量大，应用简洁以及的接地方式简单等特性，所以，此种牵引变电所在我国高速铁路的建设中的应用范围最广。 其二，对于中点抽出式Scott接线牵引变压器的应用方式分析。中点抽出式Scott接线牵引变压器的二次侧和单项V/x接线牵引变压器的应用方式体现出了一定的相似性，同时都可以从二次侧中性点抽出而后实现接地，与之相连接的F母线和T母线为其提供±27.5kV的电压。值得一提的是，220kV中点抽出式Scott接线牵引变压器是在国际上首次使用的杭甬客专上虞北牵引变电所。 中点抽出式Scott接线牵引变压器可谓是应用极为普遍的平衡变压器种类，可以对牵引供电系统给外部电网所体现出的功率不平衡问题予以一定程度的降低，将此问题妥善的解决[5]。 （三）对于高速铁路供电安全监测系统的应用方式分析 随着我国高速铁路的迅猛发展，牵引供电系统供电设备的运作过程中，不仅要确保运作效率，还是提高运行安全性和可靠性，此时，就需要借助高速铁路安全监测系统的作用，对高速铁路牵引供电系统进行全覆盖、全方位的检测，它的主要功能有弓网运行参数的检测、高速接触网悬挂参数的检测等等，确保高速铁路的设备运行安全。如呼和浩特铁路局目前投入运行的6C综合信息处理平台，实现了供电设备巡视、动态检测等检测监测数据共享及实时查阅，为设备质量问题的整治、复核、销号工作提供了新的技术手段。 结束语 综上所述，当前的社会发展背景下，人们对于交通运输快捷、便利的需求在日渐增加，这一发展形势，无疑给我国的高速铁路建设带来了新契机，高速铁路牵引供电关键技术的研究，涵盖着弓网、外部电源以及车网联系机理，利用现代科技平台，大力应用并及时改进牵引供电关键技术，建立有效的管理制度与机制，实现设备管理工作的规范化、标准化、程序化，必将大大提高铁路设备运行安全的质量与
中国高铁核心技术 高速铁路从技术体系上讲大致可以分为这样一个板块：公路工程，牵引供电、运行控制与通信、高速列车、客运服务、综合维修、安全防灾和应急处理、工务工程。1、工务工程。工务工程一般包括轨道结构、路基、桥梁、隧道、房建工程等各个子系统，我国铁路建设在公路工程方面主要依靠技术创新。我们国家的高速铁路一般采用全线高架、无砟轨道、高速道和超长无缝钢轨等技... 高速铁路从技术体系上讲大致可以分为这样一个板块：公路工程，牵引供电、运行控制与通信、高速列车、客运服务、综合维修、安全防灾和应急处理、工务工程。 1、工务工程。工务工程一般包括轨道结构、路基、桥梁、隧道、房建工程等各个子系统，我国铁路建设在公路工程方面主要依靠技术创新。我们国家的高速铁路一般采用全线高架、无砟轨道、高速道和超长无缝钢轨等技术。京津城际采用CRTS-II型板式无渣轨道结构，6.5米轨道板纵向连接，专业化制造，加工机施工安装精度高。运营一年表明，无砟轨道京都高稳定性好，刚组均匀。我们的无缝线路，采用60公斤/米、100米定尺、U71Muk高性能钢轨。现场焊接、弹性扣件、轨温锁定技术。跨区间超长无缝路线。 高速道岔。大号码高速道岔，直向通过速度350km/h，侧向通过速度120-250km/h。 中国高铁技术适应复杂地形。日本国土面积小，铁路所跨越的地区气候和地质条件比较类似。而中国国土面积大，地形复杂，横跨多个不同的气候和地质区域，因此在高铁的实际建设中完全照搬引进日法德的技术显然行不通，技术必须进行创新。因此，作为应对复杂地形方面，贯穿辽阔国土面积的中国高铁，在设计上自然有更多的实际经验，技术上也比日本具有更多的优势。 铁道部总工程师何华武就指出，中国京津、武广、郑西高速铁路非常典型：京津城际是软土路基，武广高铁是岩溶路基，郑西高铁是黄土湿陷性路基，这样的地质条件下建铁路，尤其是建高速铁路，需要处理好地基以及路基的填入技术。而日本、法国、德国都没有这样的地质条件。 “中国的综合能力超过他们。”许克亮表示：“如果说中国的‘线上’（主要指机车）是走‘引进、消化、吸收’之路，那么线下工程（主要指土建）则是由中国人自己创造的一个完整系统的标准。中国高铁经过的地方地质难度较大，要穿越水下60米深的浏阳河，还要从70多米高的地方跨越山谷等，地质的难度，决定了中国高铁的线下功夫。” 2、牵引供电。由电力、接触网、变电、供电、远动等构成。外电110kv/22Okv接入变
第二章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（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
电气化铁路供电系统 试卷1一、单项选择题（在 每小题的四个备选答案中，选出一个正确的答案，并将其代码填入题干后的括号内。每小题1分，共20分） 1．我国电气化铁道牵引变电所由国家（ ）电网供电。 （ ） A 超高压电网 B 区域电网 C 地方电网 D 高压电网 2．牵引网包括 （ ） A 馈电线、轨道和大地、回流线 B 馈电线、接触网、轨道和大地、回流线 C 馈电线、接触网、回流线 D 馈电线、接触网、电力机车、大地 3．通常把（ ）装置的完整工作系统称为电力系统。 （ ） A 发电、输电、变电、配电、用电 B 发电、输电、配电、用电 C 发电、输电、配电、 用电 D 发电、输电、用电 4．低频交流制牵引网供电电流频率有：（ ） （ ） A 50Hz 或25Hz B 30Hz 或50Hz C 2 163 Hz 或25Hz D 20Hz 或25Hz 5．单相结线牵引变电所牵引变压器的容量利用率（额定输出容量与额定容量之比值）可达( )。 （ ） A 100% B 75.6% C 50% D 25% 6．牵引变压器采用阻抗匹配平衡变压器时，阻抗匹配系数等于1时， 且副边两负荷臂电流I I αβ=&&，原边三相电流（ ） （ ） A 平衡 B 无负序电流 C 对称 D 有零序电流 7．交流牵引网对沿线通信线的静电影响由（ ）所引起。 （ ） A 牵引网电流的交变磁场的电磁感应 B 牵引网电场的静电感应 C 牵引网电场的高频感应 D 牵引电流的高次谐波 8．牵引网导线的有效电阻0r r ξ=（0r 是直流电阻；ξ是有效系数）。对于
工频和牵引网中应用的截面不太大的铝、铜等非磁性导线，有效系数ξ（ ）。 （ ） A ξ≈1 B ξ≈2 C ξ≈3 D ξ≈4 9．以下不属于减少电分相的方法有（ ）。 （ ） A 采用单相变压器 B 区段内几个变电所采用同相供电 C 复线区段内采用变电所范围内同行同相，上、下行异相 D 采用直供+回流线供电方式 10．对于简单悬挂的单线牵引网，1z 、2z 和12z 分别表示接触网—地回路， 轨道—地回路的自阻抗及两回路的互阻抗，牵引网的等值单位阻抗z （ ）。 （ ） A 2 12 21 z z z - B 12212z z z z - C 12221 z z z z - D 212 12 z z z - 11．单链形悬挂的单线牵引网比简单悬挂相比多了一条（ ）。 （ ） A 承力索 B 接触网 C 回流线 D 加强导线 12．根据国家标准《铁道干线电力牵引交流电压标准》的规定，铁道干线 电力牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为（ ）kV 。 ( ) A 27.5 B 25 C 20 D 19 13．牵引网的电压损失等于牵引变电所牵引侧母线电压与电力机车受电弓 上电压的 ( ) A 平方差 B 算数差 C 向量差 D 平均值 14．牵引网当量阻抗Z 为 ( ) A sin cos R X ??+ B cos sin R X ??+ C sin R X ?+ D cos R X ?+ 15．对于三相结线变压器，应以（ ）向轻负荷臂供电为宜。 （ ） A 任一相 B 引前相 C 滞后相 D 以上答案都不对 16．牵引供电系统的电能损失包括（ ）。 （ ） A 电力系统电能损失，牵引网电能损失 B 电力系统电能损失，牵引变电所电能损失 C 牵引网电能损失，牵引变电所电能损失 D 牵引变电所电能损失，馈线电能损失 17．按经济截面选择接触悬挂，如果增大导线截面引起的一次投资增量，
11 电力牵引供电 11.1 一般规定 11.1.1 牵引供电系统能力应与本线的线路能力、路网中的定位相匹配。 11.1.2 牵引供电系统应保证可靠性、独立性和完整性。在确保高速铁路安全可靠供电和运营方便的前提下，有条件时可对相邻线和枢纽供电。 11.1.3 牵引供电系统正常运行或故障时，应保证人员及设备安全。 11.2 牵引供电 11.2.1 牵引负荷为一级负荷；牵引变电所应采用两回独立进线，并互为热备用；供电电源应采用220kV或以上电压等级，电力系统供电质量应符合国家相关规定。 11.2.2 接触网的标称电压为25kV，长期最高电压为27.5kV，短时（5min）最高电压为29kV，设计最低电压为20kV。 11.2.3 正线牵引网宜采用2×25kV供电方式；枢纽地区跨线列车联络线、动车组走行线和动车段（所、场）等可采用1×25kV供电方式。 11.2.4 牵引变电所分布应按本线最高设计速度的动车组以行车组织确定的列车编组和追踪运行间隔进行设计。 11.2.5 动车段（所）应采用两回电源供电，其中至少应有一回为独立电源。 11.2.6 牵引变压器结线型式优先采用单相结线，困难时可采用其他结线型式。 11.2.7 牵引变压器、自耦变压器应采用固定备用方式；正常运行时，牵引变压器一台（组）运行，另一台（组）备用。 11.2.8 牵引变压器安装容量按交付运营后第五年运量确定，并
按远期运量预留条件；牵引变压器、自耦变压器过负荷能力应符合高峰小时牵引负荷的需要。 11.2.9 牵引变压器短路阻抗选择应在符合电压要求前提下，兼顾降低短路电流。 11.2.10 牵引网采用同相单边供电。自耦变压器所、分区所处应具备上、下行并联供电条件。 11.2.11 在正常供电布局的前提下校核牵引变电所的越区供电能力。越区供电能力至少应保证该区间有一对动车组按设计速度运行。 11.2.12 接触电压长期持续值不应高于60V，瞬时（0.1s）值不应高于842V。 11.2.13 牵引变电所一次侧平均功率因数应按不低于0.9设计，牵引供电应减少负序及谐波对电力系统的影响。 11.2.14 27.5kV单芯电力电缆线路正常感应电势最大值应满足下列要求： 1 未采取能有效防止人员任意接触金属护层的安全措施时，不得大于60V。 2 除上述情况外，不得大于300V。 11.3 牵引变电 11.3.1牵引变电所电源侧主接线应结合外部电源条件确定，宜采用线路变压器组接线或分支接线；馈线侧接线宜采用上下行断路器互为备用的接线型式，并符合上、下行分别供电和并联供电的运行方式要求。 11.3.2分区所主接线应按同一供电臂的上、下行并联供电及非正常供电运行的越区供电设计。上、下行并联供电应采用断路器接线方式，越区供电应采用隔离开关接线方式。 11.3.3自耦变压器所主接线应按上、下行并联供电设计，并应采用断路器接线方式。 11.3.4 牵引变压器应采用无载调压方式，无载调压开关应纳入
牵引供电系统简介 （丁为民） 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 →AC35 kV 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
高速铁路牵引供电系统 组成 SANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#
第一节高速铁路牵引供电系统 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162/3Hz)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)。
高速铁路牵引供电系统 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（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
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。
1总则 1.0.1为指导高速铁路电力牵引供电工程施工，统一主要技术要求， 加强施工管理，保证工程质量，制定本技术指南。 1.0.2本指南适用于新建时速250~300km高速铁路电力牵引供电工程 施工。时速250km以下客运专线、城际铁路电力牵引供电工程施工应参照执行。 1.0.3高速铁路电力牵引供电工程施工应执行国家法律法规及相关技 术标准，严格按照批准的设计文件施工，使其符合系统功能及性能要求，保证设计使用年限内正常运行。 1.0.4高速铁路电力牵引供电工程施工应从管理制度、人员配备、现 场管理和过程控制等标准化管理，实现质量、安全、工期、投资效益、环境保护、技术创新等建设目标。 1.0.5高速铁路电力牵引供电工程施工应积极推行机械化、工厂化、 专业化、信息化。 1.0.6高速铁路电力牵引供电工程施工应提高文明施工水平。 1.0.7高速铁路电力牵引供电工程邻近运营接触网线路施工、牵引变 压器运输和安装等，应结合现场实际情况，通过风险监测等程序，做好风险管理工作，并制定专项施工方案和应急预案。1.0.8高速铁路电力牵引供电工程设计文物保护时，应根据相关管理 法规和设计保护措施进行施工。 1.0.9高速铁路电力牵引供电工程施工应根据国家节约资源、节约能 源、减少排放等有关法规和技术标准，结合工程特点、施工环
境编制并实施工程施工节能减排技术方案。 1.0.10高速铁路电力牵引供电工程施工的各类人员应经过专门培训， 合格后方可上岗。 1.0.11高速铁路电力牵引供电工程中采用的设备、器材。应符合与高 速铁路设计行车速度相适应的国家标准、行业标准或有关技术 规定，并有合格证件。 1.0.12高速铁路电力牵引供电工程施工时，应同步做好资料的收集和 整理，做到系统、完整、真实、准确，并应按有关规定做好归 档管理工作。 1.0.13高速铁路电力牵引供电工程施工在营业线施工及有可能影响营 业线运行安全的施工时，应严格执行有关安全管理办法的规定。 1.0.14高速铁路电力牵引供电工程施工除应符合本指南外，尚应符合 国家现行有关标准的规定。 2术语 2.0.1 接触悬挂 接触网中的悬挂部分，主要由承力索、接触线、吊弦、补偿装置、悬挂零件及中心锚结等组成。 2.0.2无交叉线岔 在道岔处两支接触悬挂不相互交叉，以锚段关节方式来满足弓网关系的线岔。 2.0.3 带辅助悬挂的无交叉线岔 在道岔处增设第三支接触悬挂，并与两支接触悬挂分别形成锚
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。
总则 1.0.1 为指导高速铁路电力牵引供电工程施工，统一主要技术要求，加强 施工管理，保证工程质量，制定本技术指南。 1.0.2本指南适用于新建时速250~300km高速铁路电力牵引供电工程 施工。时速250km 以下客运专线、城际铁路电力牵引供电工程施工应参照执行。 1.0.3 高速铁路电力牵引供电工程施工应执行国家法律法规及相关技术标 准，严格按照批准的设计文件施工，使其符合系统功能及性能要求，保证设计使用年限内正常运行。 1.0.4 高速铁路电力牵引供电工程施工应从管理制度、人员配备、现场管 理和过程控制等标准化管理，实现质量、安全、工期、投资效益、环境保护、技术创新等建设目标。 1.0.5 高速铁路电力牵引供电工程施工应积极推行机械化、工厂化、专业 化、信息化。 1.0.6 高速铁路电力牵引供电工程施工应提高文明施工水平。 1.0.7 高速铁路电力牵引供电工程邻近运营接触网线路施工、牵引变压器 运输和安装等，应结合现场实际情况，通过风险监测等程序，做好风险管理工作，并制定专项施工方案和应急预案。 1.0.8 高速铁路电力牵引供电工程设计文物保护时，应根据相关管理法规 和设计保护措施进行施工。 1.0.9 高速铁路电力牵引供电工程施工应根据国家节约资源、节约能源、 减少排放等有关法规和技术标准，结合工程特点、施工环境编制并实
施工程施工节能减排技术方案。 1.0.10 高速铁路电力牵引供电工程施工的各类人员应经过专门培训，合 格后方可上岗。 1.0.11 高速铁路电力牵引供电工程中采用的设备、器材。应符合与高速 铁路设计行车速度相适应的国家标准、行业标准或有关技术规定，并有合格证件。 1.0.12 高速铁路电力牵引供电工程施工时，应同步做好资料的收集和整 理，做到系统、完整、真实、准确，并应按有关规定做好归档管理工作。 1.0.13 高速铁路电力牵引供电工程施工在营业线施工及有可能影响营业 线运行安全的施工时，应严格执行有关安全管理办法的规定。 1.0.14 高速铁路电力牵引供电工程施工除应符合本指南外，尚应符合国 家现行有关标准的规定。 5 术语 2.0.1 接触悬挂接触网中的悬挂部分，主要由承力索、接触线、吊弦、补偿装置、悬挂零件及中心锚结等组成。 2.0.2 无交叉线岔 在道岔处两支接触悬挂不相互交叉，以锚段关节方式来满足弓网关系的线岔。 2.0.3 带辅助悬挂的无交叉线岔 在道岔处增设第三支接触悬挂，并与两支接触悬挂分别形成锚段关节，来满足弓网关系的线岔。
牵引供电系统 说起电气化铁路，大家可能首先想到的就是线路两旁一根根的线杆和列车头顶密如蛛网的电线吧。没错电气化铁路与普通铁路最明显的不同在于，它除了地上一条线（轨道）、还有天上一张网（接触网），是一种立体化的线路。 电力机车所需的电能来自发电厂由输电线路、变电装置、牵引用电网络、回流电路等组成的供用电系统供应。世界各国采用的供电制式各不相同，我国的电气化铁路选择了25千伏单相工频（50赫兹）交流供电制式。这种供电制式与工业生产所使用电流频率简称工频相同能使牵引动力获得最佳效果。从天上到下，一套复杂完整的大系统为电气化列车的运行提供了保证。 1电气化铁路的心脏——牵引变电所 牵引变电所是牵引供电系统的心脏，它的主要任务是将国家电力系统送来的三相高压电变换成适合电力机车使用的单相交流电。牵引变电所从国家电网引入220千伏或110千伏三相交流电将三相电转换为适合电气列车使用的单相交流27.5千伏电源并送上接触网。除此而外，它还起着供电保护、测量、控制电气设备提高供电质量，降低电力牵引负荷对公共电网影响的作用。为确保牵引供电万无一失，牵引供电系统都采用“双备份”模式，两套设备通过切换装置可以互为备用并随时处于“战备”状态，以备不时之需。 通常将变电所设备分为一次设备和二次设备，一次设备是指接触高电压的电气设备，如牵引变压器、高压断路器、高压隔离开关、高压（电压和电流）互感器、输电线路、母线、避雷器等，它们主要完成电能变换、输送、分配等功能。二次设备则主要是控制、监视、保护设备。随着科技的发展，二次设备更加的集成化和智能化，形成了牵引变电所自动化系统为牵引变电所的远动控制提供了可能。 2电气化铁路的动脉——接触网 当我们乘坐在电气化铁路的旅客列车上出行时，会看到路基两旁有一根根电杆竖立着顶端安装有单臂结构装置伸向线路侧上方且悬挂有电线，并将其固定在距轨道面一定高度的地方，在股道多的车站或编组站，悬挂结构及各种线网多如蛛网。这就是电气化铁路牵引供电系统的主要供电设备——接触网。 接触网是在露天设置，不但受到各种气象条件的影响，而且还受到电力机车行走时带来的动作用力，加上接触网又无法设置备用的条件，所以接触网的工作环境条件非常恶劣。为了保证电气化铁路可靠安全运营，接触网的结构必须经久
第一节高速铁路牵引供电系统 电气化铁路得组成 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,故电气化铁路就是由电力机车与牵引供电系统组成得。 牵引供电系统主要由牵引变电所与接触网两部分组成,所以人们又称电力机车、牵引变电所与接触网为电气化铁道得三大元件。 一、电力机车 （一）工作原理 电力机车靠其顶部升起得受电弓与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(包括车体与转向架)、电气部分与空气管路系统构成。 车体就是电力机车得骨架,就是由钢板与压型梁组焊成得复杂得空间结构,电力机车大部分机械及电气设备都安装在车体内,它也就是机车乘务员得工作场所。 转向架就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得机械装置。它得上部支持着车体,它得下部轮对与铁路轨道接触。 电气部分包括机车主电路、辅助电路与控制电路形成得全部电气设备,在机车上占得比重最大,除安装在转向架中得牵引电机之外,其余均安装在车顶、车内、车下与司机室内。 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、制动机与管路等组成 （三）分类 干线电力牵引中,按照供电电流制分为:直流制电力机车与交流制电力机车与多流制电力机车。交流机车又分为单相低频电力机车(25Hz或16 2/3Hz)与单相工频(50Hz)电力机车。单相工频电力机车,又可分为交--直传动电力机车与交—直—交传动电力机车。 二、牵引变电所 牵引变电所得主要任务就是将电力系统输送来得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
第一节高速铁路牵引供电系统 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162/3Hz)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