电气化铁路技术课件

（三）负载率低 牵引变电所的负荷是由铁路运量、列 车速度、线路条件等因素决定的，列车运 行时受流状态随时都在发生变化，平均负 荷较低。但牵引变电所供电能力必须适应 短时 出现的高峰负荷的需要。所以，牵引变电 所的负载率很低，一般不超过20%，个别 能达到30%。
（四）牵引变电所供电能力适应最大负 荷需要
铁路运输组织方案
铁路根据运量和线路条件编制运输组织计划， 列车在行车调度的指挥下，在铁路上按信号 运行。单线铁路一般采用站间闭塞方式，一 个区间只能有1列车运行。双线铁路 一般采用划分区段闭塞方式，按固定间隔时 间追踪运行，目前货车一般追踪时间间隔8 分钟，最小追踪时间间隔5分钟；客运专线 高速列车设计最小追踪时间间隔，近期4分 钟，远期3分钟。
上方，电力机车通过受电弓与接触线滑动 接触而获得电能。牵引供电系统原理图、 牵引变电所主接线图、接触网示意图分别 如下图所示：
牵引变电所 电分相 接触网 回流线 电分相 牵引变电所
机车 钢轨
牵引供电系统原理示意图
变电所主接线图
接触网示意图
二、电气化铁路的负荷特点及对牵引供电的 要求 电力机车的电气特性 列车的负荷特性 铁路运输组织方案 重载铁路的特点 高速铁路的特点
牵引供电系统作为铁路运输的配套 基础设施，应满足铁路运输的要求。所 以，牵引变电所设计供电能力必须适应 任何高峰负荷的需要，并具备铁路远期 规划发展的条件。
重载铁路的特点 • 与一般电气化铁路相比，重载铁路运输 质量高、牵引网传输的功率大为增加。其 牵引负荷特点和对牵引供电系统的要求主 要有以下几点。 • 单列车功率大。10000吨列车需SS4机车 双机牵引，其机车额定功率2×6400kW， 功率因数约为0.85； 20000吨列车需DJ1 机车四机牵引，其机车额定功率4×6400 kW，采用交流传动技术，功率因数大于 0.95。
牵引供电系统的任务是向电力机车（动车 组）供电。牵引供电系统的负荷特性，主 要取决于电力机车的电气特性、铁路线路 条件和运输组织方案等因素。
继续使用,今后将逐渐淘汰，更换为交直交 型电力机车。交直型电力机车工作原理如 下图所示：
交直型电力机车采用半控桥式整流，通过 晶闸管控制导通角来控制机车出力，所以， 交直机车在整流过程中会产生谐波，功率 因数较低。
铁路建设时，基础设施均按远期线路 能力一次规划建设到位，运输设备按近期 需要配置。
牵引变电所负荷特性 牵引变电所一般向两侧供电臂供电， 牵引变电所的负荷大小，与供电臂中运行 的列车数量、铁路线路坡度及列车运行速 度等因素有关。实测牵引变电所负荷曲线 实例如下图：
牵引变电所负荷具有如下特点： （一）负荷波动频繁 每一条铁路沿线线路条件千差万别，列 车在运行时速度和线路坡度随时都在变化； 且列车在铁路上按信号运行，在铁路运输状 态发生变化时，在供电臂内列车数量疏密不 等。所以，牵引变电所两供电臂内，列车的 数量及每一列车的负荷状态随时都在变化， 牵引变电所的负荷呈现出频繁波动的状态。
三、牵引网供电方式
1.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。 2.带回流线的直接供电方式(TRNF) 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。 3.吸流变压器供电方式(BT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，钢轨电位低。 4.自耦变压器供电方式(AT供电方式) 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。 5.同轴电力电缆供电方式(CC供电方式) CC供电方式是将同轴电力电缆沿电气化铁路装设，电缆的内导体与接触悬挂 相连，用作正馈线，外导体与轨道相连，用作负馈线，每隔一定距离分成一个供 电分区。 6.混合供电方式(直接供电方式+AT供电方式)
（
而空气阻力随速度呈几何级数增长。高 速时，空气阻力成为列车运行的主要阻， 列车需要持续从接触网取得电能。所以， 高速列车负载率高，受电时间长。 （四）动车组限流特性，接触网电压低 于22.5kV 时，出力低于额定功率，对电 压质量要求高。 （五）列车负载率高，受电时间长、短 时集中负荷特征明显。
（二）负荷大小不均衡
牵引变电所的负荷随着两供电臂内列 车的数量及每一列车的负荷状态随时波动， 有时轻载，甚至空载。有时负载较 重，在节假日、铁路故障后恢复行车等情 况下，会出现列车紧密追踪情况，在军运、 煤电油运、农运等特殊运输期间，也会出 现列车紧密追踪情况。此时，牵引变电所 会出现负荷高峰值。
（六）越区供电能力要求高
由于旅客运输能力和准点的需要，牵 引供电系统应具有应对各种各样条件下的 供电能力。在出现某一牵引变电所解列退 出供电的情况下，往往采用由两相邻牵引 变电所越区进行供电。为了尽量减少越区 供电对运输能力和准点的影响，应避免过 多的限制列车数量或降低列车速度，这样 会相应加大两相邻牵引变电所的供电负荷。
交直交机车采用四象限整流，通过GTO或 IGBT控制导通和关断角来控制机车的出力， 可分别控制导通和关断机车主变压器的若干个 低压绕组的整流，使电流波形逼近正弦波，且 电流与电压的相位基本同步。所以，交直交型 电力机车的谐波含量很小、功率因数高。我国 于1991年开始进行交流传动电力机车的研究， 先后研制成功了交直交动车组和交直交货运电 力机车。近年将从国外引进技术合作生产高速 动车组。铁路计划逐渐淘汰交直型电力机车， 全面推广交直交型电力机车和动车组。
列车的负荷特性
列车的负荷大小，主要与列车牵引重量、 运行速度、线路坡度等因素有关，铁路 设计据此选定机车（动车组）类型及牵 引功率。
（一）列车负荷与牵引重量的关系 在运行速度、线路坡度相同的情况下，列 车负荷与牵引重量成正比。 （二）列车负荷与运行速度的关系 列车运行速度越高，空气阻力越大，空气 阻力随速度呈几何级数增长。在牵引重量、 线路坡度相同的情况下，运行速度越高， 牵引功率和能耗大幅度提高。 并且在高速时，列车主要克服空气阻 力运行，持续受流时间长。下图为列车在 300km/h速度运行时的电流曲线。
。350km/h速度时，列车运行所需功率最 高达到24000kW。下图为列车运行速度 350km/h，追踪间隔3分钟时，根据外国高 速经验模拟的高峰负荷仿真曲线：
（二）、速度高、密度大，供电可 靠性要求高列车运行速度一般在 250km/h以上，目前京津城际开通 的速度达到350km/h。 列车追踪间隔一般为3～4分钟。一 般干线客运专线均有高峰小时运输， 高峰小时持续时间一般在1小时到2 小时。
•高密度的电能传输。重载铁路列车密度大， 20000吨列车与10000吨列车同处于一个供 电臂时电流达到1500A左右，牵引供电系统 应具备相应的供电能力。 • 常见的重载货运专线的牵引变压器容量为： 63MVA、80MVA。 客运专线负荷特性 （一）单列车功率需求大 客运专线列车速度高，高峰时段密度大。空 气阻力随速度呈几何级数增长，列车牵引力 主要克服空气阻力运行，牵引负荷很大。
我国国标GB1402-1998《牵引供电系 统供电电压》规定，铁道干线电力牵引铁路 电气化电压电流制式为接触网电压25kV的 单相工频（50Hz）交流制，即到目前为止， 大部分为铁道部管理的国家铁路中，投产将 近30000公里的电气化铁路供电系统都是执 行这个标准。
（一）电气化铁路牵引供电系统的组成 牵引供电系统是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。它由牵引变电 所和牵引网两部分组成。如下图所示：
（七）高速客运负荷与货运负荷的主要差 别 • 客运专线对供电质量的要求远比货运高， 除对速度要求高外，还要求准点。货运则 相对更注重运输能力，对列车跑得快慢敏 感度相对比客运低。供电臂标准电压为： 额定电压25kV，最高电压29kV，最低0kV。 机车满功率供电电压为22.5kV 。列车在低 于22.5kV 时，出力低于额定功率，会影响 列车加速，甚至造成列车晚点，特别在高 速高密度运输时，可能打乱整个运输秩序。
列车在高速运行中，线路坡道阻力与 速度关系不大，而空气阻力随速度呈几何 级数增长,列车主要克服空气阻力前进。列 车需要持续从接触网取得电能。所以，高 速列车负载率高，受电时间长。 客运专线具有显著的时段特征。在早、 晚时段和节假日的高峰客流期，根据客流 量需要，可能组织大编组、高密度运输， 甚至在短时形成紧密追踪，牵引负荷集中 特征明显。牵引供电系统应具有应对各种 集中负荷供电的能力和条件。
东风系列主要有：DF1、DF2、DF3、DF4、DF4B、 DF4C、DF4CK、DF4D、DF4DD、DF4DH、DF4DF、 DF4DZ、DF4E、DF5、DF5B、DF5D、DF6、DF7、 DF7B、DF7C、DF7D、DF7E、DF7F、DF7G、DF7J、 DF8、DF8B、DF8BJ、DF8CJ、DF8DJ、DF9、DF10、 DF10D、DF10F、DF11、DF11G、DF11Z、DF12等。 韶山系列主要有：SS1、SS2、SS3、SS3B、SS4、 SS4B、SS4C、SS4G、SS5、SS6、SS6B、SS7、 SS7B、SS7C、SS7D、SS7E、SS8、SS9、SS9G等。 和谐号动车组主要有：CRH1A、CRH1B、CRH1E、 CRH2A、CRH2B、CRH2C、CRH2E、CRH3、CRH5、 NDJ3（内燃动车组）。 和谐号单机主要有：HXN3、HXN5、HXD1、HXD1B、 HXD2、HXD2B、HXD3、HXD3B等。 东方红系列主要有：DFH1、DFH2、DFH3、DFH4、 DFH5、DFH5B、DFH6、DFH7等。
•牵引电流从牵引变压器→供电线→接触 网→电力机车→钢轨→回流N线→牵引变 压器。