铁路牵引网的供电方式与接触网结构

铁路牵引网的供电方式与接触网结构

1 牵引网的供电方式

铁路牵引供电系统的主要功能是将地方电力系统的电能引入牵引变电所，通过牵引变电所和接触网等，向电力机车提供持续电能。牵引网主要由馈电线、接触网、钢轨、回流线组成。馈电线(Feeder)是指从牵引变电所母线连接出来连接到接触网之间的传输导线。接触网(Catenary)悬挂在铁道钢轨线正上方，对地标称电压27.5kV，是沿电气化铁路架空敷设的供电网，通过受电弓向电力机车或动车组提供电能。接触网主要由承力索、吊弦、接触线组成，接触线与路轨轨面的高度通常为 6.5m。牵引网供电方式主要有：直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、CC供电方式。目前我国高速铁路和客运专线普遍采用带回流线的AT 供电方式。

1.1 AT供电方式

AT(Auto-Transformer)供电方式的即自耦变压器供电方式，AT 供电方式具有更好的防干扰效果和更大的牵引能力，目前我国高速铁路和载重铁路基本使用AT 供电模式，牵引变电所的进线电源为交流110kv或220 kV，出线电压为交流2×27.5 kV。牵引变电所主变压器输出二次侧分别接于牵引馈线(T)相和(F)相，每隔10~15km 设立一个自耦变压器所，并联接入牵引网中，变压器的首端和尾端与接触网的(T)相和(F)相相连，绕组的中点与钢轨相连接。接触网和正馈线中的电流大小相等，方向相反，且电流大小仅为电力机车电力的一半，减少了电弧对接触网烧伤和受电弓滑板等问题，对邻近通信线路的干扰大大降低。与其它供电方式相比，线路上的电压降可以减少一半，因此供电臂可延长一倍，达到50km—60km。采用AT 供电方式无需加强绝缘就能使供电回路的电压提高一倍，在AT 区段电力机车是由前后两个AT 所同时并联供电，因此适宜与高速铁路和重载铁路等大负载电流运行。

图1 A T供电方式

2 接触网结构

高速铁路接触网功能是从牵引变电所引入电能，并将电能输送到沿铁路钢轨运行的电力机车的受电弓上。接触网主要包括支柱和导线，导线包括传输线(T 线)、承力索、正馈线(F

线)和保护线(PW 线)，其中T线负责电能传输并向列车供电，F 线与T 线一起构成电能传输线。T 线与F 线架设在同一支柱上，相对距离较小，二者相对中性线的电压均为27.5 kV，但是相位相反，两者的电流大小相等方向相反，对邻近通信线路的电磁干扰大为减少，且二者线路上的电流均为牵引电流的1/2，线路上的电压降可减少1/2。PW 线为中性线，其主要作用是避免接触网支柱接地部分直接与轨道相连，以减少对轨道电路的干扰，在接触网发生接地故障时，PW 线为短路电流提供通道，有利于提高继电保护动作的可靠性。

图2 接触网结构

图3 接触网结构示意图

架设于高架桥上的接触网上、下行线路对称布置，档距为50m，每侧设有T 线和 F 线两条馈电导线，其中T 线由承力索和悬吊在其下方的接触线构成。此外，每侧还设有一条起保护回流作用的架空地线(PW 线)。根据京津城际客运专线的具体设计参数，接触网 F 线、T 线承力索和T 线接触线对轨面的高度分别为7.4、6.9 和5.3m，PW 线的安装位置与T 线承力索等高，架桥跨距为32m，高度为10m~16m。如下图所示。

图4 高架接触网示意图

高铁接触网的结构特点决定了 F 线是最易遭受雷击的，F 线位于接触网外侧最高点，构成了对T线、PW 线的屏蔽，直击雷和感应雷都主要对F 线造成威胁。因此为提高接触网的耐雷水平，新型的接触网结构如下图所示。在立杆支柱顶端假设一条架空避雷地线（GW 线），架空地线直接固定在支架上，并与钢柱相连。

图5 带架空地线接触网示意图

3 接触网雷击

高速铁路接触网防雷设计是依电力系统35kv输电线路和普速铁路接触网的规范为依据的,在整个接触网防雷线中几乎不架避雷线,只把避雷针加在几个比较关键的设备处。直击雷主要从三个地方侵入接触网,第一是雷击正馈线,使悬式绝缘子发生闪络;第二是雷击承力索,使腕臂绝缘子发生闪络;第三是雷击保护线,两种绝缘子均可能闪络。

根据实测结果可知，牵引网AF线悬式绝缘子雷击闪络概率远高于腕臂绝缘子雷击闪络的概率。京津线2009年统计数据表明AF线绝缘子的破坏概率超过了T线绝缘子破坏概率的30倍；此外，在京沪等其他高速铁路中也有同样的现象。造成这种现象的原因是：AF 线位于承力索外侧，且略高于承力索，对承力索有屏蔽保护作用，雷击两侧AF线的概率比雷击承力索的概率要大得多。