高速铁路牵引供电技术
牵引供电-供电方式
牵引网供电方式的比较
AT供电方式特点 1) AT供电方式特点 25kV系统，供电电压比直供方式高一倍， kV系统 ① 2×25kV系统，供电电压比直供方式高一倍，电压 损失降为1/4 ， 牵引网单位阻抗约为直供方式的1/4 损失降为 1 牵引网单位阻抗约为直供方式的 1 实际略高） 电能损失小，显示了良好的供电特性； （实际略高），电能损失小，显示了良好的供电特性； 牵引变电所的间距大，易选址， ② 牵引变电所的间距大 ，易选址 ，减少了外部电源 的工程数量和投资； 的工程数量和投资； 减少了电分相数量，有利于列车的高速运行； ③ 减少了电分相数量，有利于列车的高速运行； 牵引网回路是平衡回路，防干扰效果， ④牵引网回路是平衡回路，防干扰效果，可改善电磁 环境，并减少防干扰费用； 环境，并减少防干扰费用；
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IC 1
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IC 2
I
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C
I1
AC
U1
55kV
•
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I2
T
IT 1
•
IT 2
U2
I1
′ U1
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IF
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I2
F C
T
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复线末端并联AT网络 复线末端并联 网络
电流分配关系
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D
单线短回路中的电流分配
高速铁路牵引供电概述
1.1 牵引供电方式
2.BT供电方式
BT供电方式就是在牵引供电系统中加 装吸流变压器（3～4 km安装一台）和 回流线。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，因此大大减轻了接触网对邻近 通信线路的干扰。采用BT供电方式的 电路是由牵引变电所、接触悬挂、回 流线、轨道及吸上线等组成。牵引变 电所作为电源向接触网供电；动车组 列车运行于接触网与轨道之间；吸
正馈线与轨道之间的电压也是25 kV。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10～16 km）的自耦变压器将整个供电区段分成 若干个小的区段，叫作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以互相抵消， 故对邻近的通信线有很好的防护作用。
高
速 铁
项目
高速铁路牵引供电概述
路
高速铁路牵引供电概述
高速铁路的牵引供电系统，其本身没有发电设备，而是从电力系统获取电能。 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、 同轴电力电缆（coaxial cable，CC）供电方式、直供加回流线供电方式、单 边供电方式和双边供电方式等。
1.1 牵引供电方式
3.AT供电方式
随着铁路电气化技术的发展及动车组的投 入运行，传统的供电方式已不能适应铁路 发展的需要，各国开始采用AT供电方式。 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，AT 供电方式是一种既能有效地减弱接触网对 邻近通信线的电磁感应影响，又能适应高
高速铁路牵引供电系统—高速铁路受电弓
• （1）具有很高的安全性 • （2）具有良好的受流性能 • （3）应采用状态维修，减少维修带来的干扰 • （4）具有较高的可靠性和较长的使用寿命
高速铁路的受流技术及其评价
高速铁路接触网—受电弓受流系统的新特点
• 3、高速受电弓的特性
• （1）小的静态抬升力差 • （2）较小的归算质量 • （3）良好的跟随特性 • （4）大的横向刚度 • （5）良好的气动力外型和气流调整装置 • （6）与接触导线摩擦性能相匹配的滑板材料及钛合金材料 • （7）具有紧急降弓控制系统
综合接地的必要性
• 钢轨铺设于地面上，与地不良绝缘，存在对地漏 泄电阻。对于普速电气化铁路，钢轨对地漏泄电 阻较低，列车牵引电流也不大，正常运行时，钢 轨电位不高，将钢轨作为地线用于某些沿线设备 接地，一般不会引发设备和人身安全问题。必要 时才增设小型地网。
综合接地的必要性
• 高速铁路（与既有线不同）的一些特征： • （1）列车牵引电流大 • （2）牵引网短路电流大 • （3）钢轨对地漏泄电阻高
• 评价弓网受流质量从以下七方面考虑：
• 1、弓网间动态接触压力 • 2、接触导线最大垂直振幅 • 3、接触导线的抬升量 • 4、离线 • 5、硬点 • 6、接触网的静态弹性差异系数 • 7、接触导线弯曲应力
高速铁路的受流技术及其评价
接触网-受电弓系统的受流质量评价
• 接触网—受电弓系统的受流质量与接触网和受电 弓的匹配性能有很大关系。
高速铁路牵引供电系统
高速铁路受电弓
高速铁路受电弓
高速列车电力牵引受流的主要特点
• 1、接触网（与受电弓）的波动特性。 • 2、高速列车在高速运行时所受的空气阻力较常
速列车大得多，空气动态力也是影响高速受流的 一个重要因素。 • 3、受电弓从接触网大功率受流问题。
《高速铁路概论》课件——3-1高速铁路牵引供电系统概述
二、牵引供电系统组成
牵引供电系统的任务是保证质量良好地并不间断地向列车供电，主要 包括牵引变电所和牵引网两部分。
牵引变电所是电气化铁路供电系统的心脏，主要功能是变压和变相。
电气化铁路的电流制经历了由低压直流、三相交流、单相低 频交流到单相工频交流的演变过程。
今后的发展方向主要是采用25kV的单相工频交流制。
高速铁路牵引供电系统概述
高速铁路牵引供电系统概述
教学目标
了解电气化铁路电流制的发展 掌握高速铁路牵引供电系统的供电过程 树立遵守《铁路安全管理条例》的意识
复兴号动车组运行需要几节5号电池？
一、牵引供电过程
《铁路安全管理条例》规定，禁止在铁路电力线路导线两侧各 500米的范围内升放风筝、气球等低空飘浮物体。
高速铁路牵引供电系Байду номын сангаас概述
课堂小结
电气化铁路电流制的发展 高速铁路牵引供电系统的供电过程 遵守《铁路安全管理条例》的意识
高速铁路牵引供电关键技术分析
高速铁路牵引供电关键技术分析摘要：随着铁路建设的不断推进，牵引供电技术也得以快速发展。
文章介绍了高速铁路牵引供电系统的组成，分析了高速铁路牵引供电技术的特点，并结合实际案例对高速铁路牵引供电的关键技术进行了探讨，有效保证了列车运营的稳定性和安全性。
关键词：高速铁路；牵引供电系统；接触网技术一、高速铁路牵引供电系统组成在铁路系统运行过程中，牵引供电系统为列车的正常运营提供了动力支持。
由于高速铁路列车运行密度大、车辆运行速度快、列车运行可靠性要求比较高，所以高速铁路列车设备选型和技术方案和普通铁路均有所不同。
高速铁路牵引供电系统主要可以划分为接触网和牵引变电所两个组成部分。
其中，牵引变电所主要通过牵引变压器将区域电力系统电源变压为适合电力机车运行的电压，然后利用馈线将电压引到接触网。
电力机车通过受电弓从接触网获得连续电能，为其运营提供足够的能量。
三、高速铁路牵引供电关键技术分析3.1项目背景本高速铁路工程项目为客运专线，总长度约为120km，基本是由高架线构成，最大设计速度为350km/h，最大运营速度为300km/h，沿线共设5座车站，其整个机电系统在运营速度300km/h、列车编组8辆的条件下，达到最小追踪列车间隔时间3min的综合能力目标值。
3.2牵引供电系统技术特性3.2.1可靠性牵引供电系统必须具备科学的冗余设计体系、高质量的设备与施工体系，为列车运行提供可靠的能量支持。
3.2.2可用性外界故障或内部人员疏忽引起的故障不至于导致系统的失效。
如双回路供电、接触网系统合理电分段，结构稳定、智能化继电保护控制系统。
3.2.3可维护性建立系统维修体制，牵引供电系统应保障不间断供电，采用少维护、免维修产品。
3.2.4安全性采取合适的、具有可操作性的安全管理措施避免出现安全性灾难；牵引供电系统不应产生铁路内部危害性干扰及对与其他系统的危害性相互作用的影响。
3.2.5环保和可持续性发展牵引供电系统建设应符合中国环境保护法的要求，电磁干扰、噪声指标等对人体健康及环境的影响符合相关规定，具有绿色、环保、节能的功能措施，对周边环境无污染或少污染，设备材料的使用具有可回收性和二次利用性，保证整个系统的可持续发展。
高速动车组概述动车组牵引供电要求
（2）降低电气化铁路对电力系统的影响。
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高速动车组概述动车组牵引供电要求
电气化铁路的单相牵引负荷是一个不对称的负荷，对三相电力 系统产生负序电流和负序电压。要减轻负序电流和负序电压对三 相电力系统的影响，需要牵引变电所采用换相接线方式或不同接 线型式的变压器。
2．变电所保护装置
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一个变电所有十多台断路器，每台断路器
d.可靠性。要求保护装置的元件和接线处于良好状态，该动作时均能正 常工作。
第二节 高速接触网
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高速动车组概述动车组牵引供电要求
一、接触网的构成 二、接触悬挂形式 三、接触网的性能要求 四、接触线及承力索
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2. 吸流变压器供电方式
吸流变压器的供电方式（简称BT供电方式）是在牵引网中架 设有吸流变压器－回流线装置的一种供电方式。目前，在我国 电气化铁路上采用较为广泛，如图所示：
高速动车组概述动车组牵引供电要求
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吸流变压器的变比为1:1，它的一次绕组 串接在接触网（T）上，二次绕组串接在专为 牵引电流流回牵引变电所而特设的回流线（NF） 上，所以也称吸流变压器－回流线供电方式 （简称吸－回方式）
高速动车组概述动车组牵引供电要求
1
动车组牵引供电要求
第一节 动车组供电 第二节 高速接触网 第三节 高速受电弓
高速动车组概述动车组牵引供电要求
2
第一节 动车组供电
一、供电方式 二、牵引变电所
动车组牵引供电系统的组成
3
高速动车组概述动车组牵引供电要求
动车组牵引供电系统
牵引变电所
保证质量良好并不 间断地向动车组供 电
接触网
在动车组运行中通 过与受电弓良好的 摩擦接触将电能传 给动车组
高速铁路电力牵引供电工程细部设计和工艺质量标准
高速铁路电力牵引供电工程细部设计和工艺质量标准随着交通运输业的发展，高速铁路成为现代出行的重要交通工具。
作为高速铁路的重要组成部分，电力牵引供电系统的设计和工艺质量至关重要。
本文将对高速铁路电力牵引供电工程的细部设计和工艺质量标准进行详细说明。
文章将分别从细部设计和工艺质量标准两个方面展开阐述。
一、高速铁路电力牵引供电工程细部设计1. 设备选型在高速铁路电力牵引供电工程中，设备选型是至关重要的一环。
应选择符合国家标准、质量可靠的供电设备，以保障高速铁路牵引供电系统的安全可靠运行。
选型时应考虑设备的功率、可靠性、使用寿命等因素，确保设备能够满足高速铁路牵引供电系统的需求。
2. 设备布置设备布置应考虑高速铁路牵引供电系统的整体布局，合理安排设备的位置，保证设备之间的连接合理、便于维护检修。
还要考虑设备布置对电力线路的影响，避免设备布置对线路运行产生不利影响。
3. 线路设计在电力牵引供电系统中，电力线路的设计直接关系到系统的安全稳定运行。
应根据线路的长度、负载情况等因素进行合理设计，确保线路的输电能力和稳定性。
还要考虑线路的绝缘、接地等细节设计，以保障电力牵引供电系统的安全运行。
二、高速铁路电力牵引供电工程工艺质量标准1. 施工工艺高速铁路电力牵引供电工程的施工工艺应符合国家标准和行业规范，严格按照设计方案进行施工。
施工过程中应做好施工记录，确保工程质量的可追溯性。
还要加强对施工人员的培训，提高其技术水平，确保施工质量。
2. 设备安装在设备安装过程中，应严格按照设备安装说明进行操作，确保设备安装合理稳固。
对设备的接线、连接等细节应严格把关，杜绝因设备安装不规范而导致的安全隐患。
3. 工艺检测工程完成后，应进行工艺检测，确保高速铁路电力牵引供电系统的工艺质量符合要求。
检测内容应包括设备运行情况、线路传输质量等方面，确保系统运行稳定可靠。
通过对高速铁路电力牵引供电工程细部设计和工艺质量标准的详细阐述，可以看出，高速铁路电力牵引供电工程的设计和质量标准对系统运行安全稳定具有至关重要的意义。
高速铁路牵引供电技术
5、无功补偿及滤波装置
本线高速列车采用交-直-交动车组，其 功率因数在0.97左右，故暂不在各牵引变 电所内设置无功补偿装置。
在谐波方面，高速铁路采用交-直-交动 车组，其谐波含量（尤其是3、5和7次谐波） 比交直机车明显减少，可以大大改善谐波 电压畸变率。同时电网的不断扩大，提高 了对负序和谐波的承受能力，相应解决了 牵引供电的负序和谐波问题。
根据我国国情，应首先选用AT供电方式。
高速铁路牵引供电技术
3、供电方式对外部电源的要求
1）外部电源电压应为220kV 京沪高速铁路是繁忙干线和重负荷线路，从
高速电铁牵引负荷的需用功率与电力系统相应电 压等级所适应的输送功率应相匹配的角度来看， 牵引变电所的外部电源电压等级应是220kV，
牵引变电所的外部电源是线路的基础设施之 一，只有采用220kV电源电压供电才能满足最高 时速为350km/h的高速列车稳定正常运行的需要。
高速铁路牵引供电技术
4、牵引变压器选型及容量
1)牵引变压器接线种类
牵引变压器接线型式有单相牵引变压器、V/V接 线牵引变压器、平衡型牵引变压器和三相Y/牵 引变压器
2)牵引变压器接线特点
单相牵引变压器：容量利用率高，牵引变压器 的安装容量小，负荷平稳、电能损耗小、运营费 用低、结构简单、可靠性高、设备数量少、运营 维护方便和工程投资低、减少接触网电分相数量 和有利于电力机车再生能量的利用等优点，但对 电力系统的负序影响大。
④减少了电分相数量，有利于列车的高速运行；
高速铁路牵引供电技术
2、牵引网供电方式的比较
1)AT供电方式特点
⑤ 牵引网系统需设正馈线，较一般直供方式复 杂，但在重负荷区段不必设加强导线，可与直 供方式相当；变电系统较直供方式减少了牵引 变电所的数量，但需设AT所，开关设备需用双 极；
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1007.5MVA、3077MVA； （2）220kV的短路容量：3726.7 MVA~17422.4 MVA
我国边远地区电气化铁路目前面临的问题是电 网短路容量偏小，供电能力较弱。
电网短路容量偏小意味着系统发电容量偏小或 电源距负荷中心偏远。
国外专家通常认为，电网公共连接点短路容量 不足用户容量的30倍时，可以视其为小电网，小电 网常见的电能质量问题之一就是供电电压偏差较大。
在弱小电网中，牵引负荷可能引起电网电压较 大的偏差和波动。
相对西部而言，我国东部经济发达地区的电网较 为强大，京沪电铁北京、上海段牵引变电所110kV 接入点的系统三相短路容量如下表所示
10 S k
式中，Sk为负荷端口的系统三相短路容量，MVA；
ST为负荷三相变压器容量，kVA；负荷功率因数
角。
上式表明，可以通过以下两条途径，来保证供电电 压偏差满足国家标准要求：（等值电路解释；措施） （1）电网中传输的无功功率尽可能小； （2）负荷端口的系统三相短路容量尽可能地大。
系统短路容量与发电容量和负载点所在地点有关。 发电容量越大，短路容量越大；负载点距离电力系统 电源越近，即电压等级越高，短路容量也越大。
7,504
沃川
金泉
4,325
金泉
凡川
7,611
釜山
韩国电力系统最高电压354kV，下一级是154kV，没有220kV的电压等级。 由于354kV不能直接给用户供电，所以电铁的电力系统接入电压等级为
电气化铁路牵引供电系统的电压水平受电力系统 电压损失、牵引变压器电压损失和牵引网电压损失 三方面制约。当前我国电气化铁路的已有牵引变电 所用电容量最大达到80MVA，高速客运专线牵引变 远期规划容量达120MVA。对应不同容量的牵引变 压器，为保证供电臂未端电压不低于19kV，要求的 系统短路容量如下表所示
世界主要高速铁路国家电铁供电电源电压等级
西 班 牙
德国
马德里－塞维利亚 250
3个站132kV，
220
短路容量不
小于2000MVA
马德里－巴塞罗那 350
400
3个站220kV
德国高速铁路最高速度330km/h，采用由铁路自建电网 供电。供电制式为15kV、16又2/3Hz，采用独特的同相 供电方式，牵引站间隔约为普通不同相供电方式的1/3， 牵引变压器容量一般为2×15MVA。牵引站外部电源采用
高速铁路牵引供电技术
• 1、牵引供电系统对外部电源的要求 • 2、牵引网供电方式的比较 • 3、直供加回流线供电方式分析 • 4、AT供电方式分析
牵引供电系统对外部电源的要求
1）电压水平对外部电源短路容量的要求
GB 12325—90电能质量 供电电压允许偏差 交流50Hz电力系统供电电压偏差定义为UN Sk
ST
sin
(V )
UN 1000 Sk
ST
sin
(kV )
式中，UN为线路额定相电压，kV；Sk为负荷端 口的系统三相短路容量，MVA；ST为负荷三相变
压器容量，kVA；负荷功率因数角。
进一步，计算电压偏差
U ' U 100 UN
ST sin (%)
需要强调的是，增大系统短路容量，能够减少 的是电力系统电压损失，而牵引供电系统电压损失 与电网短路容量无关。为保证接触网的电压变化在 允许值以内，可以考虑选择牵引变压器的短路电压 为8%，而不是通常的10.5%。
世界主要高速铁路国家电铁供电电源电压等级
国名 铁路名称
日本 法国
东海道新干线 山阳新干线 北陆新干线 东北新干线 上越新干线 巴黎－里昂 巴黎－图尔 巴黎－加莱 里昂－瓦朗斯 瓦朗斯－马赛
由此可见，维持良好的供电电压水平，取决于供 电部门和电力用户双方的共同努力。
通常认为，高一级电网的供电能力较强。 2005年对国内南方某城市电网20个110kV变电站、70 个220kV变电站的短路容量调查，结果如下： （1）110kV的短路容量：878.04 MVA-3891.21 MVA （2）220kV的短路容量：1715.73 MVA-7697.7 MVA
最高速度 (km/h ) 300 300 300 260 275 300 300 300 300 350
供电电压 ( kV ) 275 275 275 275 275 225 225 225 225 225
附注 个别站154kV 个别站154kV
个别站154kV
1个站400kV 1个站400kV 1个站400kV
电压偏差（％ 实） 测额 ＝ 电定 压电 －压 额定 10电 （ 0 压 ％）
2 标准中“供电电压”指的是： • 供电部门与用户的产权分界处的电压； • 或由供用电协议所规定的电能计量点的电压。
对于电气化铁路牵引变电所，“供电电压”指 110kV或220kV母线电压。
计算到负荷端口，系统电压损失表达式如下
压与额定电压之差，以额定电压的百分数表示。 供电电压允许偏差：
（1）35kV 及以上供电电压正、负偏差的绝对值 之和不超过额定电压的10%；
（2）10kV 及以下三相供电电压允许偏差为额定 电压的±7% ；
（3）220V 单相供电电压允许偏差为额定电压的 +7%、-10%。
说明： 1 电压偏差按以下公式计算
UrIcos xIsin(rPxQ)/UN
忽略电阻
上的 压x损Q (V) UN
式中，x为负荷端口看出的电网等值相电抗，；Q 为该相线路传输的无功功率，kvar；UN为线路额
定相电压，kV； 为负荷功率因数角，感性负荷
取正值。
按三相负荷，将上式变化一下，系统电压损失表
达式如下 U xI sin ( 3UN )2 I sin Sk
相比而言，发达国家电网供电能力较强，韩国电 铁接入系统的短路容量如下表所示，国外部分客运 专线对接入系统提出了 9000MVA 短路容量的要求。
韩国电铁接入系统的短路容量
韩国电力变电所
短路容量(MVA)
高速铁路变电所
陵谷
10,140
高阳
一洞
8,418
安山
秋八
4,003
平泽
清原
12,286
新清州
沃川