电力牵引供电系统
张丽
西南交通大学电气工程学院
牵引网供电方式
目前单相工频25kV牵引网供电方式主要有:直接供电方式(TR)
BT(吸流变压器)供电方式
带回流线的直接供电方式(TRNF)
AT(自耦变压器)供电方式
直接供电方式(TR)
牵引电流通过电力机车后直接从钢轨或大地返回牵引变电所。
结构简单，投资最少，维护费用低。
在负荷电流较大的情况下，钢轨电位高；对弱电系统的电磁干扰较大
BT(吸流变压器)供电方式
在接触网和回流线中串接吸流变压器，让牵引电流通过电力机车后从回流线返回牵引变电所。
电磁兼容性能好，对周围环境影响小
接触网中串接吸流变压器，牵引网阻抗增大，供电臂压降增大，牵引变电所的供电距离缩短
带回流线的直接供电方式(TRNF)
牵引电流通过电力机车后部分从回流线返回牵引变电所，部分从钢轨地返回。兼有直接供电方式结构简单，投资和维修量小、供电可靠性高等优点相对直接供电方式，钢轨电位和对通信线路的干扰有所改善。钢轨电位降低；牵引网阻抗降低，供电距离增长；对弱电系统的电磁干扰减小相对BT方式，结构简单，投资少，维护费用低；牵引网阻抗减小，供电距离增长
AT(自耦变压器)供电方式
牵引电流通过电力机车后部分从正馈线返回。供电电压提高，更能适应大功率负荷的供电，功率输送能力强，供电距离远，可减少牵引变电所数量，减少电分相数目，机车通过分相中性段短时失电产生的速度和功率损失得到降低；有效降低对通讯线路的干扰; 。
AT供电方式接触网结构复杂，供变电设施较多，运营维护难度较大
9高速铁路特点：具有行车速度高，机车功率大、取流大
9BT方式牵引网单位阻抗高，功率输送能力较弱
9直接供电方式在负荷电流较大的情况下，对通讯线路干扰大，钢轨电位高的缺点更为突出
9技术上AT和带回流线直供方式均能满足300km/b及以上高速牵引。两者相比，AT供电方式更能适应大功率负荷的供电，同时由于电分相数目的减少。但AT供电方式接触网结构复杂，供变电设施较多，运营维护难度较大。
高速铁路牵引供电方式应采用AT供电方式或带回流线的直接供电方式
牵引压器
变压器接线型式
应用于直接供电方式的主要有：
单相接线、V/v接线、YNd11接线、三相/两相平衡接线(Scott接线、Wood-Bridge接线等)、阻抗匹配平衡接线
应用于AT供电方式的主要有：
单相接线、V/X接线、三相/两相平衡接线(Scott接线、Wood-Bridge接线等)、十字交叉接线
目前，国外高速铁路牵引变压器多采用三相-两相平衡变压器、单相变压器。
意大利、新西兰采用单相接线牵引变压器
法国TGV采用单相和V/v接线变压器
日本东海道新干线采用Scott接线
山阳新干线采用Modified-Woodbridge接线变压器台湾高速铁路采用的是Le Blanc接线变压器
从广义的角度上讲，牵引变压器原次边之间除了有电压的变换外，还有电流和阻抗变换，可称为系统变换，如
A B Cοαβ
⇔
....
通过系统变换，可以获得一次侧的牵引变压器、牵引负荷的等值电路模型，或二次侧的电力系统、牵引变压器等值电路模型。这两个等值电路模型对于牵引供电系统的电气分析十分方便、有用，如用于电压损失，故障分析，电能计量，负序含量，谐波水平等计算。
C
A B AB I •
ab
I •
ab
U •
以接入AB 线电压为例
一、单相牵引变压器
原边接入系统线电压（AB 、BC 、CA 间线电压中的一个）
原次边电流关系
110
A ab
T
B A ab
T
C I I K I I I K I ==−=−=
1ω原边绕组匝数2
ω次边绕组匝数11
22
l T l U K U ωω=
=ab I •
ab
U •
bc
U •
ca
U •
ϕ
A
I •
B
I •
−
归算到负荷端口的变电所等值电路
ab
I •
ab
U •
ab
E •
S T
Z Z +2222%(Ω)
(Ω)
100d N
N
S S T T d
T
U U
U
Z X Z X S S ==
==
S d ：电力系统（原边）短路容量（MVA ）S T ：牵引变压器容量（MVA ）U d %：短路电压
以接入AB 和BC 间线电压为例
二、V/v 牵引变电所
V/v 接线牵引变压器的内部接线类似两台I/i 接线变压器的组合。原边接入系统两个线电压（AB 、BC 、CA 间线电压中的两个）
C
A B A I •
B I •
C I •
ab I •bc I •ab U •bc U •1、原次边电流关系
111A ab T B ab bc T C bc T I I K I I I K I I K •••••••⎧=⎪⎪
⎪⎪⎛⎞
=−+⎨⎜⎟⎝⎠⎪⎪=−
⎪⎪⎩
1011101A ab B T bc C I I I K I I •••••⎡⎤⎢⎥⎡⎤⎡⎤⎢⎥⎢⎥⎢⎥=−⋅⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥⎢⎥−⎣⎦⎣⎦⎢⎥⎣⎦
ab I •bc
I •
ab U •
bc U •ca
U
•
ϕϕA I •C I •B
I •
C I •
−A
I •−cos cos ab bc
ab bc I I ϕϕ==
