地铁和电气化铁路的牵引供电系统对比分析

地铁和电气化铁路的牵引供电系统有很大区别下面就通过对电气化铁道与城轨交通供电方式比较分析来进一步说明两者供电方式的异同。以帮助人们进一步了解。

1铁路牵引供电系统的供电方式

1.1 直接供电方式

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。如图所示；

直接供电方式

1.2 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。如图所示

吸流变压器（BT）供电方式

1.3 自耦变压器（AT）供电方式

采用AT供电方式时，牵引变电所主输出电压为55kV，经AT（自耦变压器，变比2:1）向接触网供电，一端接接触网，另一端接正馈线（简称AF线，亦架在田野侧，与接触悬挂等高），其中点抽头则与钢轨相连。AF线的作用同BT供电方式中的NF线一样，起到防干扰功能，但效果较前者为好。此外，在AF线下方还架有一条保护（PW）线，当接触网绝缘破坏时起到保护跳闸作用，同时亦兼有防干扰及防雷效果。显然，AT供电方式接触网结构也比较复杂，田野侧挂有两组附加导线，AF线电压与接触网电压相等，PW线也有一定电位（约几百伏），增加故障几率。当接触网发生故障，尤其是断杆事故时，更是麻烦，抢修恢复困难，对运输干扰极大。但由于牵引变电所馈出电压高，所间距可增加一倍，并可适当提高末端网压，在电力系统网络比较薄弱的地区有其优越性。如图所示：

自耦变压器（AT）供电方式

1.4直供+回流（DN）供电方式

这种供电方式实际上就是带回流线的直接供电方式，NF线每隔一定距离与钢轨相连，既起到防干扰作用，又兼有PW线特性。由于没有吸流变压器，改善了网压，接触网结构简单可靠。近年来得到广泛应用。综上所述，早期电气化铁路均采用直接供电方式，为避免和减少对外部环境的电磁干扰，研发了BT、AT和DN供电方式，就防护效果来看，AT方式优于BT和DN方式，就接触网的结构性能来讲，DN方式最为简单可靠。随着通信技术的快速发展，光缆的普遍应用，通信设施及无线电装置自身的防干扰性能大为增强，考虑到接触网的运行可靠性对电气化铁路的安全运行至关重要，所以通常认为，一般情况下DN供电方式为首选，在电力系统比较薄弱的地区，经过经济技术比较，可采用AT供电方式，BT供电方式则尽量少采用或不采用。本人认为，这是近三十年来我国电气化铁路供电方式发展和应用的实践过程中总结出来的普遍看法，同样也要接受今后的实践检验，不断总结提高。如图所示

直供+回流（DN）供电方式

2 城市电网对地铁的供电方式

2.1 集中供电方式

在沿城轨线路，根据用电电容量和城轨线路的长短，建设城轨专用的主变电所。主变电所引入电压与城市电网的供电电压有关，一般为220kv和110kv，由发电厂和区域变电所对其供电，再由主变电所降压为城轨供电系统所需要的电压等级（35kv或10kv）。由主变电所构成的供电方案，称为集中供电，各主变电所具有独立的220kv或者110kv电源进线。集中供电方式有利于城轨公司的运营和管理，各牵引变电所和降压变电所的35kv和10kv由环网电缆供电，具有很高的可靠性。如图所示：

集中供电方式

2.2 分散供电方式

根据城轨供电系统的需要，在城轨沿线直接从城市电网引入多路电源，由区域变电所直接对城轨

牵引变电所和降压变压所供电，称为分散供电。这种供电方式多为19kv电压级。分散供电方式要保证每座牵引变电所和降压变电所都能获得双路电源。如图所示：

分散供电方式

2.3 混合供电方式

既是前两种供电方式的结合，以集中供电方式为主，个别地段引入城市电网方式的补充，使供电系统更加完善和可靠。

通过铁路与城轨供电方式的比较我们会发现电力牵引网供电电流制式不同。

3 铁道牵引网的供电方式

3.1 单边供电

我国电气化铁路全部采用单边供电，在复线区段当馈电线较短时也可采用单边供电。单边供电与其他区段无联系，继电保护设置简单。如图所示：

单边供电

3.2 上下行并联供电

在复线电气化区段的供电电臂末端设有分区厅，这种供电的优点是，它能均衡上下行供电臂的电流，降低接触网损耗，提高电压水平，在有轻重车方向和线路有较大坡度情况下，效果更为显著。如图所示

上下行并联供电

3.3 双边供电

双边供电时由相邻两个牵引变电所同时向其间的接触网供电，在供电臂的末端由分区所连接起来，

其优点是由两个牵引变电所供电均衡了负荷，降低了接触网损耗，提高了接触网水平。不太容易产生

继电器设置困难。

4城轨牵引网的供电方式

4.1 第三轨

在原有两轨路线侧边新增轨道带电，车辆则利用集电靴获得电力；电流经车轮和运行轨道回到发电厂。顾名思义，轨道供电的概念就是在列车行走的两条路轨以外，再加上带电的铁轨。这条带电铁轨通常设于两轨之间或其中一轨的外侧。电动列车的集电装置在带电路轨上接触并滑行，把电力传到列车上。这种集电装置在英语称为 shoe，中译为集电靴。轨道供电系统的电压较高架电缆系统为小。高架电缆一般能提供 25000 伏特或以上的交流电，但第三轨系统最多只能提供约 1200 伏特的直流电。一般而言，采用轨道供电系统的铁路只设一条带电路轨。这条带电路轨称为第三轨。如图所示

4.2 第四轨

从第三轨取得的电力一般都会经列车的车轮及路轨传回发电厂。但一些使用橡胶车轮的列车 (如