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关于电气化铁道牵引回流的分析随着铁路向高速重载方向发展，牵引电流越来越大，牵引回流值也相应增加，再加上多采用整体道床，钢轨-大地之间的泄漏电阻高，造成钢轨电位比既有的电气化铁路高得多。
本文主要分析了各种供电方式下的牵引回流以及产生的影响，同时简要的提出了解决的建议。
一、牵引回流和钢轨电位产生的不利影响钢轨是牵引回流的通道，也是轨道电路中信号电流的通道，由于牵引回流值增加，轨道电路信号设备、道床结构等均受到影响，并可能导致过高的钢轨电位损伤信号设备绝缘，而危协行车安全。
不平衡的钢轨电流影响轨道电路正常工作；大量地中电流也会在信号设备尤其是电缆上积蓄电势，影响信号设备正常工作；过高的钢轨电位影响供电系统的运行性能，威胁车站旅客和维修人员安全；出现接触网-钢轨短路时，形成危险的接触电压和跨步电压等。
如果在走行轨附近埋有地下管道、电缆和其他金属构件时，一部分杂散电流就会从上面流过。
会对地下管道和其他金属构件造成严重腐蚀。
二、交流牵引供电系统的供电回流方式交流牵引供电系统是交流电气化铁路从电力系统接引电源，降压转换后给电力机车供电的电力网络。
我国交流电气化铁道采用工频单相交流制。
接触网架在铁路上方，机车受电弓与其摩擦受电；钢轨既支持列车运行，又是导线，由于钢轨与大地没有绝缘，钢轨、大地一起接受机车的牵引回流；回流线把钢轨、大地中的牵引回流引入牵引变电所的主变压器。
1、牵引网的供电方式牵引网的供电方式是由牵引网所完成的特殊输电功能的技术要求和经济性能所决定的，按分区所的运行状态，通常分单边供电、双边供电两种方式。
我国现行的都是单边供电。
按牵引网设备类型可分为直接供电(DF)方式、带回流线的直接供电(DN)方式、吸流变压器(BT)供电方式、自耦变压器(AT)供电方式和同轴电缆力电缆(CC)供电方式等。
同轴电缆力电缆供电方式在我国尚未采用。
(1)直接供电方式这是一种最简单的供电方式，牵引网仅由接触网、钢轨(地)、吸上线组成，如图所示。
接触网对机车的供电方式（1）直接供电方式牵引网结构最简，投资最小，但钢轨电位较高，对通信线的干扰感应最大, 主要适用于通信线路（主要是明线）较少或很易将受扰通信线迁改径路的场合。
基本型直接供电方式在法国、英国、原苏联都广泛应用。
牽引变电所 K（2）带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式简称 DN 供电方式：在钢轨上并联架空回流线（又 称为负馈线）。
增加回流线后，原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵 引变电所，其方向与接触网中馈线电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近， 因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果； 另外，钢轨电位大为降低，对通信线的干扰得到较好抑制。
还能降低牵引网阻抗，使供电臂延长30%以上。
牵引变电所 Z\l（3） BT 供电方式在牵引供电系统中加装吸流变压器-回流线装置的供电方式，称为吸流变压 器供电方式，简称BT （Booster Transforme ）供电方式。
它是在牵引网中，每相 距1.5-4km ,设置一台变比为1： 1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网， 二次线圈串接在回流线中，（即吸流变压器-回流线方式，简称吸-回方式），或串吸流变压器-轨道方方式）。
吸轨方式需要自吸流变压器处作绝缘轨缝，将轨道进行绝缘分段，依靠吸流变压器的作用，使绝大部分回归电流流经由轨道和吸流变压器二次线圈流回牵引变电所。
与吸--回方式相比，吸轨方式造价要低得多，对接触网的运行维护也比较有利，对于地形比较困难，或穿越长大隧道的的电气化区段是有意义的。
但是, 对邻近线路的防护效果要差一些。
而且，在绝缘轨缝两侧的轨端之间可能出现数百伏的电压，对线路维修人员的安全是个威胁，为了解决这个矛盾，可在吸流变压器出做两个绝缘轨缝，以加长带有不同电位的两段钢轨之间的距离，此外，当列车通过绝缘轨缝的整段时间内，吸流变压器由于副边线路被短路而失去作用。
吸--回方式比吸--轨方式抑制通信干扰的效果好。
第三节 带回流线的直接供电方式直接供电方式是将从牵引变电所输出的电能，直接通过接触网供应给电力机车，而回归电流则通过轨道、大地回到牵引变电所（参见图1-2-1）。
目前，除日本以外，世界上绝大多数国家的铁路(交流)电气化均采用了直接供电方式。
直接供电方式与BT 、AT 供电方式相比，其馈电回路和设备简单、投资省、运营维护方便。
采用直接供电方式，对简化系统设备、提高供电可靠性、增强技术指标及广泛的适应性等方面具有极大的现实意义。
但是直接供电方式对邻近通信线路的干扰影响严重，钢轨电位比其他供电方式要高。
为了保留直接供电方式的优点，克服其不足，在其结构上增设与轨道并联的架空回流线，就成为带回线的直接供电方式，简称DN 供电方式，如图2—23所示。
它与直接供电方式相比，有以下改善：①原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵引变电所，其方向与接触网中馈电电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近，因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果。
②牵引网阻抗和轨道电位都有所降低。
图2-3-1带回流线的直接供电方式示意图架空回流线对通信线路的防干扰效果用屏蔽系数h λ来衡量。
h λ的表达式为g ghh λλλ= (2—41)式中，g λ为轨道的屏蔽系数；gh λ为钢轨和架空回流线构成的回流网络（以下简称回流网络）的屏蔽系数，可按下式计算jt g g t g j gh z z z z ⋅⋅−=∑∑⋅∑⋅1λ (2—42)其中 ——接触网与回流网络的互阻抗；∑⋅g j z ——通信线与回流网络的互阻抗；∑⋅g t z ——回流网络的自阻抗。
∑g z 一般情况下，可以认为通信线对回流网络的相对位置，与通信线对接触网的相对位置相近似，所以jt g t z z =∑⋅&则(2—42)式可以进一步简化成∑∑⋅−=g g j gh z z 1λ (2—43)作为简单介绍，以单线区段带回流线的直接供电方式为例，、可按以下方法近似计算。
8．1 带回流线的直接供电方式一、 引入： 直供特点： 优：简单 经济缺：通讯干扰强 轨道电位高 DN 方式： 改善 1、 回流线加强屏蔽2、阻抗及轨道电位降二、 牵引网阻抗 1、单线单回流线：Z 'R =注：（8.3） d NR (8.4)TR TN d d 回流线+轨道与接触线互几何均距. 由（8.5） 2、回流线裂相： 图8.2注： （8.6） 自几何均距 （8.7） （8.8）3、屏蔽系数及抗干扰： λN =RN λ/R λ RN λ=1—''R TR Z Z抗干扰因素： （1） Z 'TR ↑： λN ↓---------D TR ↓(2) Z 'R ↓ λN ↓-------Z N ↓ 裂相 良导体(3) 并联间距影响不大 。
4‘、应用; (1) 和BT 配合（2）应用广泛§8-2 AT 供电方式一、工作原理： 1、电路图 图 8.3 D=10Km2、防护原理：图 9.15 周围AT 均供电（1） 两个变压器供电且机车靠近AT 2 ------Z S =0 I 只流过AT 2（2）单独自耦供电变比关系磁势平衡 KCL（3）理想电流分布图9.16 注 i\2 i\3规律特点：（1） IR =0 (2) IT=IFdTF↓g↓3、长回路效应 ZS ≠0 使IR≠0 IG≠0 防护不理想4、短段效应：图 8.4由式8.11 因安培公里相同而方向相反所以无干扰二、牵变接线特点分类1、三相—两相（1）斯科特重点图8.5《1》应用广泛《2》无中心抽头必须加AT注; 电分相电压（2）阻抗匹配平衡《1》电压关系《2》正交电压《3》省变电所AT《4》电分相电压2、三相十字交叉（1）三相双绕组十字交叉图 8.7 （a） (b)注：接入相序（2）三相三绕组图8。
8 （a） (b)3、V,v(或V,x)接线（1）单相V,v （或分体式V,x）图8。
9 R接防电器省AT 但复杂要备用少用（2）三相V,v（或连体V,x）图：8。
高速铁路牵引供电系统
牵引供电系统的构成
•主要包括：牵引变电所和接触网两局部。
•牵引变电所：是电气化铁路供电系统的心脏，要求其有高度的可靠性。
把电力系统供给的电能变换成适合电力机车牵引要求的电能。
•接触网：是牵引供电系统的主动脉。
是一种悬挂在轨道上方，沿轨道敷设的，和铁路轨顶保持一定距离的输电网。
通过电动车组的受电弓和接触网的滑动接触，牵引电能就由接触网进入电动车组，从而驱动牵引电动机使列车运行。
•牵引变电所
牵引供电方式
•电气化铁路有5种供电方式：
•1、直接供电方式〔TR供电方式〕
•2、带回流线的直接供电方式〔 DN供电方式〕
•3、AT供电方式〔Auto-Transformer，自耦变压器〕•4、BT供电方式Booster-Transformer，吸流变压器〕•5、CC供电方式〔 Coaial Cable，同轴电力电缆〕
1、直接供电方式
特点：投资小，牵引网阻抗小，能耗较低；对通信线路感应干扰大。
法国、英国、前苏联广泛使用。
2、带回流线的直接供电方式
特点：利用接触网与回流线间的互感作用，使钢轨中的电流尽可能由回流线留回牵引变电所，由此局部抵消接触网对邻近通信线路的干扰。
3、AT〔自耦变压器〕供电方式
特点：回流线为正馈线T，供电电压为，间隔约10m加自耦变压器。
优点：供电电压成倍提高，牵引网阻抗小，供电能力大，供电距离长，网上电压损失和电能损失小；抑制通信干扰效果好。
缺点：投资大，电流分布复杂，保护算法难度大。
目前高速铁路牵引供电方式的首选。
自耦变压器供电电流。
关于电气化铁道牵引回流的分析随着铁路向高速重载方向发展,牵引电流越来越大,牵引回流值也相应增加,再加上多采用整体道床,钢轨-大地之间的泄漏电阻高,造成钢轨电位比既有的电气化铁路高得多。
本文主要分析了各种供电方式下的牵引回流以及产生的影响,同时简要的提出了解决的建议。
一、牵引回流与钢轨电位产生的不利影响钢轨就是牵引回流的通道,也就是轨道电路中信号电流的通道,由于牵引回流值增加,轨道电路信号设备、道床结构等均受到影响,并可能导致过高的钢轨电位损伤信号设备绝缘,而危协行车安全。
不平衡的钢轨电流影响轨道电路正常工作;大量地中电流也会在信号设备尤其就是电缆上积蓄电势,影响信号设备正常工作;过高的钢轨电位影响供电系统的运行性能,威胁车站旅客与维修人员安全;出现接触网-钢轨短路时,形成危险的接触电压与跨步电压等。
如果在走行轨附近埋有地下管道、电缆与其她金属构件时,一部分杂散电流就会从上面流过。
会对地下管道与其她金属构件造成严重腐蚀。
二、交流牵引供电系统的供电回流方式交流牵引供电系统就是交流电气化铁路从电力系统接引电源,降压转换后给电力机车供电的电力网络。
我国交流电气化铁道采用工频单相交流制。
接触网架在铁路上方,机车受电弓与其摩擦受电;钢轨既支持列车运行,又就是导线,由于钢轨与大地没有绝缘,钢轨、大地一起接受机车的牵引回流;回流线把钢轨、大地中的牵引回流引入牵引变电所的主变压器。
1、牵引网的供电方式牵引网的供电方式就是由牵引网所完成的特殊输电功能的技术要求与经济性能所决定的,按分区所的运行状态,通常分单边供电、双边供电两种方式。
我国现行的都就是单边供电。
按牵引网设备类型可分为直接供电(DF)方式、带回流线的直接供电(DN)方式、吸流变压器(BT)供电方式、自耦变压器(AT)供电方式与同轴电缆力电缆(CC)供电方式等。
同轴电缆力电缆供电方式在我国尚未采用。
(1)直接供电方式这就是一种最简单的供电方式,牵引网仅由接触网、钢轨(地)、吸上线组成,如图所示。
第三节 带回流线的直接供电方式
直接供电方式是将从牵引变电所输出的电能，直接通过接触网供应给电力机车，而回归 电流则通过轨道、大地回到牵引变电所(参见图1—2)。
目前，除日本以外，世界上绝大多数国家的铁路(交流)电气化均采用了直接供电方式。
直接供电方式与BT 、AT 供电方式相比，其馈电回路和设备简单、投资省、运营维护方便。
采用直接供电方式，对简化系统设备、提高供电可靠性、增强技术指标及广泛的适应性等方面具有极大的现实意义。
但是直接供电方式对邻近通信线路的干扰影响严重，钢轨电位比其他供电方式要高。
为了保留直接供电方式的优点，克服其不足，在其结构上增设与轨道并联的架空回流线，就成为带回线的直接供电方式，简称DN 供电方式，如图2—3--1所示。
它与直接供电方式相比，有以下改善：
①原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵引变电所，其方向与接触网中馈电电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近，因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果。
②牵引网阻抗和轨道电位都有所降低。
图2-3-1带回流线的直接供电方式示意图
架空回流线对通信线路的防干扰效果用屏蔽系数h λ来衡量。
h λ的表达式为
g gh
h λλλ= (2—41)
式中，g λ为轨道的屏蔽系数；gh λ为钢轨和架空回流线构成的回流网络（以下简称回流网络）的屏蔽系数，可按下式计算
jt g g t g j gh z z z z ⋅⋅-=∑∑
⋅∑⋅1λ (2—42)
其中 ∑⋅g j z ——接触网与回流网络的互阻抗；
∑⋅g t z ——通信线与回流网络的互阻抗；
∑g z ——回流网络的自阻抗。
一般情况下，可以认为通信线对回流网络的相对位置，与通信线对接触网的相对位置相近似，所以
jt g t z z =∑⋅
则(2—42)式可以进一步简化成
∑∑
⋅-=g g j gh z z 1λ (2—43)
作为简单介绍，以单线区段带回流线的直接供电方式为例，∑g z 、∑g z 可按以下方法近似计算。
由于回流线与轨道并联，故可以将它们看成一个“回流线+轨道”等值导线。
该等值导线的单位自阻抗∑g z 可按下式计算
hg g h hg g h g z z z z z z z 22-+-=
∑ （km /Ω） (1)
式中，h z 为回流线的单位自阻抗，按下式计算
h g h h R D j r z εlg
145.005.0++= （km /Ω）(2)[注
] 其中，h r 为回流线的有效电阻 (km /Ω)，h R ε为回流线的等效半径，
9102085
.0-⨯=σf D g （cm ） (3)
式中，f 为电流频率（Hz ）；σ为大地电导率（cm
⋅Ω1），式(3)称为Carson 公式； g z 为等值轨道的单位自阻抗，按下式计算
g g g
g
g d R D j r z εlg 145.005.02++= （km /Ω）(4)
其中，g r 为一条钢轨的有效电阻 (km /Ω)，g R ε为一条钢轨的等效半径，g d 为两条轨道的中心距离，标准轨距取1435mm ；
hg z 为回流线与等值轨道间单位互阻抗，按下式计算
hg g
hg d D j z lg 145.005.0+= （km /Ω）(5)
其中，hg d 为回流线与两轨道间的几何均距。
[注] 导线的有效电阻和等效半径的值，通常由制造厂给定，或从手册上查得
“回流线+轨道”等值导线与接触网间的单位互阻抗∑⋅g j z ，按下式计算 jg jh g g j d d D j z lg 145.005.0+=∑⋅ （km /Ω）(6)
式中，jh d 为接触网的等值导线与回流线间的几何均距；jg d 为接触网的等值导线与等值轨道间的几何均距。
若回流线裂相，则两根回流线等值单位自阻抗h
z '，按下式计算 hh h g h h
d R D j r z εlg 145.005.02++='（km /Ω）(7)
式中，h r 为一根回流线的有效电阻(km /Ω)；h R ε为一根回流线的等效半径；hh d 为两根回流线间的距离。
并且，在应用式(5)计算裂相回流线与等值轨道间的单位互阻抗hg z ，及应用式(6)计算“裂相回流线+轨道”等值导线与接触网间的单位互阻抗∑⋅g j z 时，应考虑回流线裂相情况的几何均距，如图2—3--2所示。
图2—3-2 单设回流线裂相悬挂示意图
裂相回流线与轨道间的几何均距hg d ，按下式计算
421
21d d d d d hg ''= (8) “裂相回流线+轨道”等值导线与接触悬挂的几何均距jh d ，按下式计算
26254433d d d d d d d jh ''= (9)
由式(2—41)、式(2—43)可知，回流线对通信线路的防干扰效果与下列因素有关： ①接触网与回流网络等值导线间的互阻抗∑⋅g j z 越大，回流线屏蔽系数h λ越小，则防护效果越好。
由于接触网与轨道间距离必须保持一定，所以要使∑⋅g j z 大，只有将回流线与接触网的距离尽量缩小。
如果在单线区段接触网支柱外侧架设一条回流线，它与接触线间 的距离为3．4m ，经试验表明，其屏蔽系数为0．6左右。
若将上述距离由3．4m 减小为lm ， 经计算表明，回流线屏蔽系数可减小到0．5以下。
可见，回流线与接触网的近距悬挂对提高屏蔽效果特别有效。
但由于回流线与钢轨相连，从绝缘设计上考虑，回流线与接触网的接近程度是有限度的。
同时，由于回流线与接触网之间的互阻抗增大，使牵引网阻抗得到减小。
②回流网络等值导线的自阻抗∑g z 越小，则回流线屏蔽系数h λ越小，防护效果越好。
对于一定型号的钢轨，其自阻抗g z 基本为一常数。
因此,要使∑g z 小，只有减小回流线的自阻抗h z 。
工程设计中，应选用导电性能好的良导体做回流线，其截面应满足防护要求。
在某些区段，为了提高防护效果，回流线可采取“裂相”方式，即将一根回流线分成相隔一 定距离的两根导线，而总的截面积仍保持基本不变。
裂相的结果，增大了回流线的等效半径， 因而也就有效地降低了回流线的自阻抗。
由于回流线自阻抗降低，所以也使得牵引网阻抗减 小。
若采用两根LJ —95的铝绞线相隔lm 做回流线，与采用一根LJ —185的铝绞线做回流线相比，牵引网阻抗大约可减小20％。
③回流线与轨道并联点的间距大小对回流线的防护效果影响较小。
试验表明，若将回流线与轨道并联点的间距由3．3km 减小为1．65km ，其回流线屏蔽效果仅略有提高。
工程设 计中，回流线与轨道并联点的间距可视具体情况确定。
在有自动闭塞的电气化区段，并联点 的间距应以不影响轨道电路正常工作为原则。
该间距一般可按3km ～5km 设置。
以往的经验表明，在对通信线路防护工程设计中，带回流线的直接供电方式可以同BT 供电方式等配合使用。
这样做，可以获得满意的技术和经济效果。
例如，在某些区段通信线路受交流牵引网干扰影响比较严重，要求屏蔽系数很小，可采用BT 供电方式等进行防护；而在另一些区段，邻近通信线路虽受交流牵引网干扰影响，但并不严重，要求屏蔽系数不是很小，则采用带回流线的直接供电方式即可满足防护要求。
随着通信设备现代化和通信线路电缆化，尤其是光缆通信线路的大量采用，其对外界电磁场的屏蔽要求也将相应降低。
因此，带回流线的直接供电方式作为一种性能稳定、结构简单、经济有效的对通信线路的防护措施，将具有广泛的应用前途。
