电气化铁路牵引供电系统简介

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→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）。

牵引供电系统简介：将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。

牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到27.5kV，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。

牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置，两相邻牵引变电所之间设有分区亭，接触网在此也相应设有分相绝缘装置。

牵引变电所至分区亭之间的接触网（含馈电线）称供电臂。

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——回流联接——（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，其中流通的电流称牵引电流，闭合或断开牵引供电回路会产生强烈的电弧，处理不当会造成严重的后果。

通常将接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线统称为牵引网。

牵引供电设备的检修运行由供电段负责，牵引供电系统的运行调度则由供电调度负责。

供电调度通常设在铁路局调度所。

牵引供电系统供电示意图如下所示：二、牵引变电所、分区所、开闭所牵引变电所：牵引变电所的任务是将电力系统三相电压降低，同时以单相方式馈出。

降低电压是由牵引变压器来实现的，将三相变为单相是通过变电所的电气接线来达到的。

牵引变压器（主变）是一种特殊电压等级的电力变压器，应满足牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁的要求，是牵引变电所的“心脏”。

我国牵引变压器采用三相、三相——二相和单相三种类型，因而牵引变电所也分为三相、三相——二相和单相三类。

随着技术水平的提高，我国干线电气化铁路已推广使用集中监视及控制的远动系统，牵引变电所将逐步实现无人值班，直接由供电调度实行遥控运行。

分区所：分区所设置在两个变电所中间，作用有三：提高供电质量、供电分段、越区供电。

•开闭所：一般设置在大型站场附近，进线由变电所或接触网引入，由开关馈出多个供电线路向多个供电设备供电。

作用是增强供电的灵活性，便于供电设备的运行及检修，便于行车组织，缩小供电事故及故障范围。

阐述电气化铁路牵引供电系统世界上第一条电气化铁路是由西门子和哈尔斯克公司于1879年在德国柏林世界贸易博览会上展出的，虽然很小，但却是电气化铁路的先驱。

世界上第一条运行的高速铁路于1964年诞生于日本。

由于高速铁路不仅综合能效高，而且运输量大、乘车环境舒适，因此受到全球很多国家的重视，高速铁路已经成为了铁路运输的主要方向之一。

继日本之后，法国的TGV高速铁路和德国的ICE高速铁路业相继建成并投入运营。

随着大量电气化机车投入使用，其对电网稳定运行的影响逐渐受到铁道部门和电力部门的关注。

随着人们生活质量的提高，人们对于供电的要求也相应提高。

然而电力机车在运行中产生的谐波和负序对电力系统的稳定性产生了很大的影响。

因此研究电气化铁路牵引负荷产生的谐波和负序对电力系统的影响，并提出相应的解决措施是一项十分有意义的工作。

1电气化铁路和供电方式当前世界上的高速铁路的供电牵引系统主要由两个部分组成，即变电站和接触网。

变电站和接触网需要协调运作才能确保电气化铁路牵引供电系统的变电、配电和送电的工作。

变电站作为牵引供电系统的一个核心部分，主要的工作任务是将国家电网输入的三相高压转化为与电力机车输入端相相吻合的电能。

除此之外，变电站还要将转换之后的电能输入到接触网中，从而电力机车供电模块就可以随意调用。

虽然变电站的职责简单明了，但是其包含了多种电器元件，包括变压器、接地开关、隔离开关、电压互感器、断路器、电流互感器等。

接触网作为连接牵引变电机构和电力机车供电系统的枢纽，能够使经变电站转换之后的电能被电力机车供电模块使用。

因此高速铁路的运行速度受接触网的电力负荷的影响很大，对铁路运行的稳定性有一定的威胁。

为了提高接触网的可靠性，在设计的时候要满足电力机车弓网耦合条件，尽量减少运行中接触网和弓网之间的机械振动和冲击。

接触网是连接变电站和电力机车的枢纽，主要有接触悬挂部分、支持装置部分、定位装置部分以及支柱和基础部分。

其中接触悬挂部分主要由接触线、选调机构组成；支持装置部分是一种连接装置，支撑部分通常会被设计成接触悬挂和支柱的形式，主要有横跨类结构和腕臂支持两类；定位装置部分保证了接触线的稳定和弓网良好的耦合，其一般情况下位于接触线和滑板有效接触的地方，定位的零部件有定位管、定位器、连接件等等；支柱和基础部分主要起承受载荷的作用，载荷一般来自自然界的风、冰以及系统自身的接触悬挂装置、支持装置以及附加导线等等，与此同时还可以对附加导线和接触悬挂部分起到固定的作用。

电气化铁路牵引供电系统根据全国铁路规划，我国计划到2020 年建成约1.2 万公里高速铁路，随着高速铁路的迅速发展，牵引供电系统已经成为电气化铁路的重要环节。

1、牵引供电系统我国牵引供电系统的主要有以下几方面：(1)供电方式及设备种类多样化，有直接供电方式、带回流线的直接供电方式、串联吸流变压器(BT) 供电方式、自耦变压器(AT) 供电方式，这些供电方式的技术和经济特性有较大的差异。

(2)牵引供电系统和电力机车在电气上是一个连续的整体，易于实现自动化和信息化管理。

(3)电力机车是单相移动性随机负荷，是一种负序源;(4)主要采用非线性整流器机车，可以看作一种谐波源，并从电力系统和牵引供电系统获取无功;牵引供电系统中存在的主要技术问题，包括牵引变压器供电能力的提高及增容、牵引网电压的调节、电力系统要求对谐波、负序、无功的治理等。

为解决这些技术问题，在设计和运行中需要对牵引供电系统进行深入研究，例如：对各种供电方式的结构、参数、性能的分析计算和优化；对变压器过负荷能力及对负荷平衡能力的研究；对谐波、负序、无功、电压损失、防干扰能力等进行系统地分析和综合治理研究等等。

可见，牵引供电系统总体技术要求为可靠性、可用性、可维护性、安全性、可持续性；可靠性，高标准冗余设计体系、高质量制造体系（设备）、严格施工标准体系，确保牵引供电系统的可靠性。

2、供电系统主要技术参数及要求供电系统是牵引供电的心脏，它包括供电能力、供电质量。

供电能力包括牵引网供电电压、载流能力和牵引变压器容量；供电质量包括电力系统电压波动、功率因数、谐波、负序。

2 ．1 牵引供电方式牵引供电系统供电方式目前我国基本采用以下两种方式：带回流线的直接供电方式（简称TRNF方式）和自耦变压器供电方式（简称AT方式）。

AT 供电方式优越性：1.环境电磁污染小，利于环保；2.供电能力大，末端电压高，提高铁路的运输能力；3.电分相少，利于动车组的高速运行；4.外部电源点需求少，工程费用投资低。