接触网供电方式及优缺点
接触网的供电方式及其供电示意图
接触网的供电及其供电示意图一、接触网的供电方式接触网是架设在铁路线上空向电力机车提供电能的特殊形式的输电线路。
电能由地方电力网输送到铁路牵引变电所后，经主变压器降压达到电力机车正常使用所需电压等级，再由馈电线将电能送至接触网。
电力机车靠从接触网上获取电能以提供牵引动力，保证列车运行。
目前，我国电气化铁道干线上牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为27．5kV(自耦变压器供电方式为2×27．5kV)，接触网的额定电压为25kV ，最高电压为29kV 。
在供电距离较长时，电能在输电线路和接触网中产生电能损耗，使接触网末端电压降低。
但接触网末端电压不应低于电力机车的最低工作电压20kV ，系统在非正常运行情况(检修或事故)下，机车受电弓上的电压不得低于19kV ，所以两牵引变电所之间的距离一般为40～60km ，具体间距需经供电计算确定。
电压从牵引变电所经馈电线送至接触网，流过电力机车，再经轨道回路和回流线，流回牵引变电所。
应该指出：由于轨道和大地间是不绝缘的，在电力机车的电流流到轨道以后，并非全部电流都沿着轨道流回牵引变电所。
实际上有部分电流进入大地，并在地中流回牵引变电所。
这种由大地中流经的电流称地中电流(又称泄漏电流或杂散电流)。
牵引变电所向接触网正常供电的方式有两种：单边供电和双边供电。
如图1—3—1所示。
1.单边供电两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区(又称供电臂)，正常情况图1-3-1 电气化铁道供电系统1—发电厂；2—区域变电所；3—输电线；4—分区亭；5—牵引变电所6—接触线；7—轨道回路；8—回流线；9—电力机车；10供电线nt h两相邻供电臂之间的接触网在电气上是绝缘的，每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能的供电方式称为单边供电。
单边供电时，相邻供电臂电气上独立，运行灵活；接触网发生故障时，只影响到本供电分区，故障范围小；牵引变电所馈线保护装置较简单。
这是中国电气化铁道采用的主要形式，乐昌供电车间也在用这种供电方式。
浅谈接触网交流与直流供电的优缺点
浅谈接触网交流与直流供电的优缺点摘要：本文以国内地铁供电系统为参考，结合铁路机车车辆与地铁机车车辆的动力系统设计特点，给出供电方式，内容包括城市轨道1500V直流系统供电，铁路27.5kV交流供电，高速铁路接触网供电方式，地铁接触网供电方式，地铁牵引变电所整流系统原理，轨道交通的发展史，轨道列车牵引系统的发展史，对交流牵引供电系统与直流牵引供电系统在国有铁路与城市轨道交通上的选择应用进行了对比，使我们对牵引供电系统有一个更加深入了解，这不管是在日后的工作还是学习研究都能有一定的借鉴性。
关键词：接触网，牵引变电所，交流电，直流电。
1.城市轨道交通牵引变电所1.1牵引变电所的类型及原理牵引变电所的电源一般来自电力系统的区域变电所，牵引变电所的任务就是将电力系统提供的三相工频交流电变为牵引所用的电能。
根据牵引制式的不同，牵引变电所又分为直流牵引变电所和交流牵引变电所。
根据不同的牵引制式，变电所内完成相应的变压、变相、变流作用。
目前我国的牵引变电所主要有电气化铁路的单相工频交流制牵引变电所和城市轨道交通系统（地铁、轻轨）的直流牵引变电所。
直流牵引变电所的功能是把区域电网的高压电加以降压和整流，使之成为直流1500伏、750伏或城市交通用600伏电压,再送到接触网，为直流电力机车或电动车辆供电。
从电力系统或一次供电系统接收电能，通过变压、换相、换流后，向电力机车负荷提供所需电流制式的电能，并完成牵引电能传输、配电等全部功能的完整系统。
城市轨交供电系统的结构有高压供电源系统、牵引供电系统、动力照明、信号供电系统。
1.1．1直流牵引供电系统主要包括：直流牵引变压器、馈电线、接触网、走行轨线，国际电工委员会拟定的直流牵引电压标准为：750V、1500V、3000V。
而国内的轨道交通大都采用1500V电压。
1.1．2直流牵引变电所的工作原理：将引自城市电网或轨道交通供电系统内部的35KV或10KV电源降压、整流后变成750V或1500V直流电源，再由牵引变电所内的直流配电装置将直流电源送到区间接触网，供电动列车用电。
电气化铁道主要供电方式
接触网的供电方式我国电气化铁路均采用单边供电方式，即牵引变电所向接触网供电时，每一个供电臂的接触网只从一端的牵引变电所获得电能（从两边获得电能则为双边供电，可提高接触网末端网压，但由于其故障范围大、继电保护装置复杂等原因尚未有采用）。
复线区段可通过分区亭将上下行接触网联接，实现“并联供电”，可适当提高末端网压。
当牵引变电所发生故障时，相邻变电所通过分区亭实现“越区供电”，此时供电范围扩大，网压降低，通常应减少列车对数或牵引定数，以维持运行。
1、直接供电方式如前所述，电气化铁路采用工频单相交流电力牵引制，单相交流负荷在接触网周围空间产生交变电磁场，从而对附近通信设施和无线电装置产生一定的电磁干扰。
我国早期电气化铁路（如宝成线、阳安线）建设时，处于山区，地方通信技术不发达，铁路通信采用高屏蔽性能的同轴电缆，接触网产生的电磁干扰影响极小，不用采取特殊防护措施，因此上述单边供电方式亦称为直接供电方式（简称TR供电方式）。
随着电气化铁路向平原和大城市发展，电磁干扰矛盾日显突出，于是在接触网供电方式上采取不同的防护措施，便产生不同的供电方式。
目前有所谓的BT、AT和DN供电方式。
从以下的介绍中可以看出这些供电方式有一个共同特点，即在接触网支柱田野侧，与接触悬挂同等高度处都挂有一条附加导线。
电力牵引时，附加导线中通过的电流与接触网中通过的牵引电流，理论上讲（或理想中）大小相等、方向相反，从而两者产生的电磁干扰相互抵消。
但实际上是做不到的，所以不同的供电方式有不同的防护效果。
2、吸流变压器（BT）供电方式这种供电方式，在接触网上每隔一段距离装一台吸流变压器（变比为1:1），其原边串入接触网，次边串入回流线（简称NF线，架在接触网支柱田野侧，与接触悬挂等高），每两台吸流变压器之间有一根吸上线，将回流线与钢轨连接，其作用是将钢轨中的回流“吸上”去，经回流线返回牵引变电所，起到防干扰效果。
由于大地回流及所谓的“半段效应”，BT供电方式的防护效果并不理想，加之“吸——回”装置造成接触网结构复杂，机车受流条件恶化，近年来已很少采用。
高铁接触网基础知识—接触网供电方式
分区亭
下行
变电所B
上行
下行
子任务2：按接触网获得电能方式分类
4、越区供电
变电所A 分区亭I
接触网
越区开关 闭合
故障 牵引变电所
分区亭II 变电所B
接触网
越区开关 闭合
1# 变电所
➢ 越区供电
分区亭
故障变电所
分区亭
3# 变电所
单线双边供电
➢ 越区供电
变电所A 分区亭I
故障 牵引变电所
按变电所馈出线与回流线不同分类
3、吸流变压器供电方式(BT供电方式 )
吸流变压器
吸流变压器
回流线 R
AC 27.5kV
电力机车
接触网 C 钢轨
T
特点：每相距1.5～4 km间隔，设置一台变比为1:1的电 力变压器。它的一次绕组串接在接触导线上，其二次绕 组则串接在特设的回流线(NF)上。
按变电所馈出线与回流线不同分类
只承受一组 接触悬挂
没有回流线
按变电所馈出线与回流线不同分类
2、带回流线的直接供电方式(DN供电方式 )
回流线 R
AC
27.5kV
电力机车
接触网 C
钢轨 T
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 )
原理：由于吸流变压器变比为1:1缘故，回流线和接 触网中的电流基本上大小相等，方向相反。两者的交 变磁场基本上可互相平衡(抵消)，这样就达到了牵引 供电回路比较对称的目的。这种方式使牵引电流在邻 近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。
接触网分类及供电方式
c支柱翼缘不得有裂纹
3 、刚性接触网的组成
(1) 、接触悬挂: (2) 、支持和定位装置:
(1) 、接触悬挂:
A 、汇流排和接触线: a 、汇流排:一般用铝合金材料制成 ;其形状一般做成Τ型
和Ⅱ型; Ⅱ形结构汇流排包括标准型汇流排、汇流排终端及刚柔 过渡元件. b 、接触导线:一般采用银铜导线,其截面积一般采用 120mm2或150 mm2 ;接触导线通过特殊的机械方法镶 嵌于Ⅱ型汇流排上,或通过专用线夹固定于Τ型汇流排上, 与汇流排一起组成接触悬挂. B 、伸缩元件:其功能是能在一定范围内自由伸缩,同时又 能满足电气性能的要求;一般一个锚段安装一个膨胀元件, 其作用是补偿铝合金汇流排与银铜接触线因热胀系数不同 而产生的热膨胀误差. C 、接头:其要求是既要保证被连接的两根汇流排机械上 良好接触,又要有足够大的接触面积,确保导电性能良好. D 、中心锚结:其作用是防止接触悬挂窜动.
（1）直链形悬挂（2）半斜链形悬挂 （3）斜链形悬挂
(2)、支持装置
主要设备： 腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子串、棒式绝缘子及 悬挂接触悬挂的全部设备。 作用： 用以支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱或其 它建筑物。 腕臂结构： 分为绝缘腕臂、非绝缘腕臂。 绝缘腕臂又分为普通腕臂和平头腕臂。
(3)、定位装置
线.
2、柔性接触网的组成
(1)、接触悬挂 (2)、支持装置 (3)、定位装置 (4)、支柱与基础
区间接触网系统 – 单腕臂悬挂
车站的接触网系统 – 软横跨
电力机车与接触网
电力机车与接触网
(1)、接触悬挂
主要设备： 接触线、吊弦、承力索和补偿器及其连接 零件。 作用：
铁路接触网供电方式
zz
tc rv
优缺点：
并联供电可提高供电 臂末端电压，但是接触网 发生事故时，影响范围大，运行检修不够灵活。
触 接
精 网
课 品
应用范围：
我国在哈大线、太焦等线路使用了并联供电，繁忙干线应优先采用上下 行分开的供电方式。
第三节 供电方式
二、牵引供电系统的供电方式
牵引供电系统可能对临近线路的影响
zz
tc rv
静电感应电压影响 处于电场内的架空通讯线路将产生静电感应电位 电磁感应影响 观音坝实验：接触网与架空线相距100m，平行长度 18.3m，接触网短路电流Ik＝1140A，实测纵电动势787～824V
触 接
杂音干扰
精 网
课 品
谐波成分在通信中产生感应电压，形成通信中的杂音。
第三节 供电方式
二、牵引供电系统的供电方式
直接供电方式 BT供电方式
zz
tc rv
触 接
AT供电方式
精 网
课 品
直供加回流线供电方式
第三节 供电方式
二、牵引供电系统的供电方式
1．直接供电方式
牵引变电所与接触网间 不设置任何防干扰设备。
zz
tc rv
优缺点：
馈电回路结构简单，造 价低，但对通信线路干扰较 大。
触 接
精 网
课 品
第三节 供电方式
应用情况：
目前我国电气化铁道中采用BT供电方式的线路中，大部分BT 变压器已经退出运行。
触 接
精 网
课 品
第三节 供电方式
二、牵引供电系统的供电方式
3．AT供电方式
牵引变电所与接触网间 不设置任何防干扰设备。
zz
tc rv
接触网系统概述—供电方式
AT供电方式示意图～15 km左右将自耦变压器线路端子并联接在接触导线和AF线上，
自耦变压器绕组中性点端子接至钢轨，则牵引网构成2×25kV供电网络。
自耦变压器供电方式的特点
02
牵引网阻抗很小，约为直接供电方式的1/4，其供电距离长。
（Boosting Wire），它是机车电流返回回流线的通路。
吸流变压器供电方式的特点
03
吸流变压器（BT）采用变比为1:1的特殊变压器。
吸流变压器供电方式的特点
04
回流线中流过的电流与接触网内流过的牵引电流方向相
反，它们形成的电磁场互相抵消。
BT供电方式缺点
并不能完全消除电磁干扰，
单位长度阻抗加大；
受电弓通过吸流变压器分
存在半段效应；
电能损失和电压降均增加；
段时，将产生电弧，烧损
结构复杂和维护工作量大；
接触线和受电弓滑板。
BT供电方式应用情况
目前我国电气化铁道中采用BT供电方式
的线路中，大部分BT变压器已经退出运行。
CC供电方式
CC供电方式(coaxial cable supply system of electric traction)是指电力
吸流效率高，对邻近通信线路的电磁感应干扰影响小。与接触网（电）分段方
式相比，对邻近通信线路的电磁感应影响稍大，防护效果稍低。
接触网
钢轨
变电所
连接线
电缆外导体
电缆内导体
接触网（电）分段
对邻近通信线路的影响主要决定于电缆内导体和外导体中的电流差。由于电缆内外导
体之间互感系数大，吸流效率高，故电缆内外导体的电流差小，即通过轨道、大地返回
接触网的供电方式及其供电示意图讲解学习
接触网的供电方式及其供电示意图接触网的供电及其供电示意图一、接触网的供电方式接触网是架设在铁路线上空向电力机车提供电能的特殊形式的输电线路。
电能由地方电力网输送到铁路牵引变电所后，经主变压器降压达到电力机车正常使用所需电压等级，再由馈电线将电能送至接触网。
电力机车靠从接触网上获取电能以提供牵引动力，保证列车运行。
目前，我国电气化铁道干线上牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为27．5kV(自耦变压器供电方式为2×27．5kV)，接触网的额定电压为25kV，最高电压为29kV。
在供电距离较长时，电能在输电线路和接触网中产生电能损耗，使接触网末端电压降低。
但接触网末端电压不应低于电力机车的最低工作电压20kV，系统在非正常运行情况(检修或事故)下，机车受电弓上的电压不得低于19kV，所以两牵引变电所之间的距离一般为40～60km，具体间距需经供电计算确定。
电压从牵引变电所经馈电线送至接触网，流过电力机车，再经轨道回路和回流线，流回牵引变电所。
应该指出：由于轨道和大地间是不绝缘的，在电力机车的电流流到轨道以后，并非全部电流都沿着轨道流回牵引变电所。
实际上有部分电流进入大地，并在地中流回牵引变电所。
这种由大地中流经的电流称地中电流(又称泄漏电流或杂散电流)。
牵引变电所向接触网正常供电的方式有两种：单边供电和双边供电。
如图1—3—1所示。
图1-3-1 电气化铁道供电系统1—发电厂；2—区域变电所；3—输电线；4—分区亭；5—牵引变电所1.单边供电两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区(又称供电臂)，正常情况两相邻供电臂之间的接触网在电气上是绝缘的，每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能的供电方式称为单边供电。
单边供电时，相邻供电臂电气上独立，运行灵活；接触网发生故障时，只影响到本供电分区，故障范围小；牵引变电所馈线保护装置较简单。
这是中国电气化铁道采用的主要形式，乐昌供电车间也在用这种供电方式。
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电气化铁道牵引供电装置，又称为牵引供电系统，其系统本身没有发电设备，而是从电力系统取得电能.目前我国一般由110kV以上的高压电力系统向牵引变电所供电。
目前牵引供电系统的供电方式有直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、同轴电缆和直供加回流线供电方式四种，京沪、沪杭、浙赣都是采用的直供加回流线方式。
一、直接供电方式
直接供电方式(TR供电)是指牵引变电所通过接触网直接向电力机车供电,及回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所的供电方式。
这种供电方式的电路构成及结构简单，设备少，施工及运营维修都较方便,因此造价也低。
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，所以一般不采用。
我国现在多采用加回流线的直接供电方式。
二、BT供电方式
所谓BT供电方式就是在牵引供电系统中加装吸流变压器（约3～4km安装一台）和回流线的供电方式.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，这样大大减轻了接触网对邻近通信线路的干扰。
BT供电的电路是由牵引变电所、接触悬挂、回流线、轨道以及吸上线等组成。
由图可知，牵引变电所作为电源向接触网供电；电力机车（EL）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，方向却相反，故能抵消接触网产生的电磁场，从而起到防干扰作用.
以上是从理论上分析的理想情况，但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流，所以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的电磁感应影响。
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，则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，该电分段时产生很大电弧,极易烧损机车受电弓和接触线。
且BT供电方式的牵引网阻抗较大,造成较大的电压和电能损失,故已很小采用。
三、AT供电方式
随着铁路电气化技术的发展，高速、大功率电力机车的投入运行,吸-回装置供电方式已不能适应需要。
各国开始采用AT供电方式.所谓AT供电方式就是在牵引供电系统中并联自耦变压器的供电方式。
实践证明，这种供电方式是一种既能有效地减弱接触网对邻近通信线的感应影响，又能适应高速、大功率电力机车运行的一种比较先进的供电方式。
AT供电方式的电路包括牵引变电所S、接触悬挂T、轨道R、自耦变压器AT、正馈线AF、电力机车EL等.牵引变电所作为电源向牵引网输送的电压为25kV。
而接触悬挂与轨道之间的电压仍为25kV,正馈线与轨道之间的电压也是25kV。
自耦变压器是并联在接触悬挂和正馈线之间的,其中性点与钢轨（保护线）相连接.彼此相隔一定距离（一般间距为10～16km)的自耦变压器将整个供电区段分成若干个小的区段，叫做AT区段。
从而形成了一个多网孔的复杂供电网络。
接触悬挂是去路，正馈线是回路.接触悬挂上的电流与正馈线上的电流大小相等，方向相反,因此其电磁感应影响可互相抵消,故对邻近的通信线有很好的防护作用。
AT供电方式与BT供电方式相比具有以下优点:
1、AT供电方式供电电压高.AT供电方式无需提高牵引网的绝缘水平即可将牵引网的电压提高一倍。
BT供电方式牵引变电所的输出电压为27.5kV，而AT供电方式牵引变电所的输出电压为55kV，线路电流为负载电流的一半，所以线路上的电压损失和电能损失大大减小。
2、AT供电方式防护效果好。
AT供电方式，接触悬挂上的电流与正馈线上的电流大小相等，方向相反,其电磁感应相互抵消,所以防护效果好。
并且，由于AT供电的自耦变压器是并联在接触悬挂和正馈线间的，不象BT供电的吸流变压器,串联在接触悬挂和回流线之间，因此没有因励磁电流的存在而使原副边绕组电流不等,以及在短路时吸流变压器铁芯饱和导致防护效果很差等问题。
另外也不存在“半段效应"问题.
3、AT供电方式能适应高速大功率电力机车运行.因AT供电方式的供电电压高、线路电流小、阻抗小(仅为BT供电方式的1/4左右)、输出功率大,使接触网有较好的电压水平，能适应高速大功率电力机车运行的要求。
另外,AT供电也不象BT 供电那样，在吸流变压器处对接触网进行电分段，当高速大功率电力机车通过时产生电弧,烧坏机车受电弓滑板和接触线，对机车的高速运行和接触网和接触网的运营维修极为不利.
4、AT供电牵引变电所间距大、数量少。
由于AT供电方式的输送电压高、线路电流小、电压损失和电能损失都小，输送功率大,所以牵引变电所的距离加大为80～120km，而BT供电方式牵引变电所的间距为30～60km，因此牵引变电所的
距离大大减少，同时运营管理人员也相应减少,那么，建设投资和运营管理费用都会减少。
四、同轴电缆供电方式
同轴电力电缆供电方式(简称CC供电方式），是一种新型的供电方式，它的同轴电力电缆沿铁路线路埋设,内部芯线作为供电线与接触网连接，外部导体作为回流线与钢轨连接。
每隔5～10km作一个分段.
由于供电线与回流线在同一电缆中，间隔很小，而且同轴布置,使互感系数增大.由于同轴电力电缆的阻抗比接触网和钢轨的阻抗小得多,因此牵引电流和回流几乎全部经由同轴电力电缆中流过。
同时由于电缆芯线与外层导体电流大小相等,方向相反，二者形成的磁场相互抵消，对邻近的通信线路几乎无干扰。
由于电路阻抗小，因而供电距离长。
但由于同轴电力电缆造价高、投资大，很少采用.
五、直供加回流线供电方式
直供加回流线供电方式结构比较简单。
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，这样大大减轻了接触网对邻近通信线路的干扰。
与直供方式比较,能对沿线通信防干扰;比BT 供电减少了BT装置，既减少了建设投资，又便于维修。
与AT供电方式比较，减少了AT所和沿线架设的正馈线，不仅减少了投资，还便于接触网维修.所以自大秦线以后的电气化铁道,基本都采用这种方式。
我段所管辖的京沪、沪昆都采用这种供电方式。
直供加回流线供电方式的原理如下图所示.
六、牵引变电所向接触网供电有单边供电和双边供电两种方式.接触网在牵引变电所处及相邻的两个变电所中央是断开的，将两个牵引变电所之间的接触网分成两独立的供电分区，又叫供电臂。
每个供电臂只从一端的牵引变电所获得电能的供电方式称为单边供电。
每个供电臂同时从两侧变电所获得电能的供电方式称为双边供电。
双边供电可提高供电质量，减少线路损耗，但继电保护等技术存在问题。
所以我国及多数国家均采用单边供电。
但在事故情况下，位于两变电所之间的分区亭可将两个供电臂连接进来，实行越区供电,越区供电是在非常状态下采用的，因供电距离过长，难以保证末端的电压质量,所以只是一种临时应急措施,并且在实行越区供电时，应校核供电末端的电压水平是否符合要求。
在复线区段同一供电臂上、下行接触网接的是同相电，但在牵引变电所及分区亭内设有开关装置,可将上、下行接触网连通,实行并联供电，以减小线路阻抗，降低电压损失和电能损失，提高接触网的电压水平.在事故情况下，又可将上、下行接触网分开，互不影响，使供电更加灵活可靠。
牵引变电所馈电线馈出的两供电臂上的电压是不同相位的。
为了减少对电力系统
的不平衡影响,各牵引变电所要采用换连接，不同相位的接触网间要设置电分相装置.为了灵活供电和缩小事故范围，便于检修，接触网还设置了许多电分段装置。