高速铁路概论-第三讲-高铁牵引供电和车辆
高速铁路牵引供电系统(组成)
第一节高速铁路牵引供电系统电气化铁路的组成由于电力机车本身不带原动机，需要靠外部电力系统经过牵引供电装置供给其电能，故电气化铁路是由电力机车和牵引供电系统组成的。
牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网两部分组成，所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的三大元件。
一、电力机车（一）工作原理电力机车靠其顶部升起的受电弓和接触网接触获取电能。
电力机车顶部都有受电弓，由司机控制其升降。
受电弓升起时，紧贴接触网线摩擦滑行，将电能引入机车，经机车主断路器到机车主变压器，主变压器降压后，经供电装置供给牵引电动机，牵引电动机通过传动机构使电力机车运行。
（二）组成部分电力机车由机械部分 (包括车体和转向架)、电气部分和空气管路系统构成。
车体是电力机车的骨架，是由钢板和压型梁组焊成的复杂的空间结构，电力机车大部分机械及电气设备都安装在车体内，它也是机车乘务员的工作场所。
转向架是由牵引电机把电能转变成机械能，便电力机车沿轨道走行的机械装置。
它的上部支持着车体，它的下部轮对与铁路轨道接触。
电气部分包括机车主电路、辅助电路和控制电路形成的全部电气设备，在机车上占的比重最大，除安装在转向架中的牵引电机之外，其余均安装在车顶、车内、车下和司机室内。
空气管路系统主要执行机车空气制动功能，由空气压缩机、气阀柜、制动机和管路等组成（三）分类干线电力牵引中，按照供电电流制分为：直流制电力机车和交流制电力机车和多流制电力机车。
交流机车又分为单相低频电力机车(25Hz或16 2/3Hz)和单相工频(50Hz)电力机车。
单相工频电力机车，又可分为交--直传动电力机车和交—直—交传动电力机车。
二、牵引变电所牵引变电所的主要任务是将电力系统输送来的110kV三相交流电变换为27.5（或55）KV单相电，然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，电压变化由牵引变压器完成。
电力系统的三相交流电改变为单相，是通过牵引变压器的电气接线来实现的。
高速列车概论(牵引供电)
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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）
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3. 带回流线的直接供电方式
带回流线的直接供电方式是在接触网支 柱上架设一条与钢轨并联的回流线，如 图所示：
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2．变电所保护装置
一个变电所有十多台断路器，每台断路器都要 有专门的保护装置来控制。如果没有符合要求的 保护装置，那么断路故障就不能迅速地排除，从 而造成严重的危害。保护装置除了用来切断断路 故障外，也用作发出不正常运行状态的信号，如 变压器过负荷和过热、控制回路断线、绝缘不良 等不正常状态，运行人员发现不正常信号后，可 及时采取措施消除不正常状态，保证供电系统的 安全、可靠运行。对保护装置的基本要求如下。
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因此，当高速列车负荷电流为I时，由接触网和 正馈线供给的电流为0.5I，另外的负荷电流由自 耦变压器感应电流供给。
这种供电方式的牵引网阻抗很小，电压损失小， 电能损耗低，供电能力大，供电距离长，可达 40～50km。
由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中的方向 相反，因而对邻近的通信线路干扰很小。
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2．支持装置
用以悬吊和支撑接触悬挂并将其各种载荷传递 给支柱或桥隧等大型建筑物。支持装置还应将承 力索、接触导线固定在一定范围内，使受电弓滑 行时与接触导线有良好的接触。根据根据接触网 所在的位置及作用不同，支持装置的结构又可分 为腕臂支持装置、软横跨、硬横跨、桥梁支持装 置和隧道支持装置等。
高速铁路牵引供电方式
高速铁路牵引供电方式1.直接供电方式电方式是指牵引变电所通过接触网直接向动车组供电，回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所。
这种供电方式的电路构成简单、设备少，施工及运营维修都较方便，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，因此一般不采用。
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、方向相反，故能抵消接触网产生的电磁场，从而起到防干扰作用。
理论上的理想情况是这样的，但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流，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电磁感应的影响。
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，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会产生很大的电弧，极易烧损机车受电弓和接触线。
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，故已很少采用。
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。
模块1.高速铁路基础知识《高速铁路牵引供电》教学课件
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1.4 中国发展高速铁路的技术条件与社会需求
1. 技术条件
1 工程建造技术达到世界先进水平 针对我国复杂多样的地质及气候条件，攻克了湿陷性黄土和软土地区沉降变形控制难题， 掌握了复杂地质条件下高速铁路地基处理和路基填筑技术等。
2 高速列车技术达到世界先进水平 系统掌握了时速200～250 km动车组核心技术，全面构建了设计制造体系。在此基础上， 攻克了制约速度提升的技术难题等。 3 列车控制技术达到世界先进水平 系统掌握了满足时速250 km的CTCS-2级列车运行控制技术，成功应用于既有线第六次 大面积提速和新建的时速250 km高速铁路等。
《高速铁路牵引供电》
第一章
高速铁路基础 知识
目录 目录
1.1 高速铁路的定义与特点 1.2 我国高速铁路的发展历程与方向 1.3 高速铁路的技术特点 1.4 中国发展高速铁路的技术条件与
社会需求
1.1 高速铁路的定义与特点
1. 高铁的定义
1 国际规定 西欧把新建时速达到250～300 km、旧线改造时速达到200 km的铁路线路称为高速铁 路。1985年联合国欧洲经济委员会在日内瓦签署的国际铁路干线协议规定：新建客运列车专 用型高速铁路时速为350 km以上，新建客货运列车混用型高速铁路时速为250 km。 2 中国规定 中国2014年1月1日起实施的《铁路安全管理条例》规定：高速铁路（高铁）是指设计开 行时速250 km以上（含预留），并且初期运营时速200 km以上的客运列车专线铁路（客运 专线）。
高速铁路牵引动力与供电系统
第三章高速铁路牵引动力与供电系统
主要内容
3.1 概述
二、牵引供电系统的组成
牵引供电系统内部构成示意图（以客专为例）
三、牵引供电系统的管理与安全
3.2 高速铁路的牵引动力
高速铁路牵引动力的要求
一、牵引动力的形式及其配置
（三）牵引动力集中配置于分散配置的比较
二、传动方式与传动装置
三相交流牵引电动机的优点
3.3高速铁路牵引供电系统
一、概述
二、牵引变电所
●变电所自动化系统：变电所自动化是指集监控与中央信
牵引变电所的作用
（二）一次供电方式
散射供电（辐射线供电）
牵引变电所向牵引网的供电
（三）牵引变电所的运行与检修
检修周期
三、接触网
牵引网供电方式
直接供电方式(TR)
BT(吸流变压器)供电方式
带回流线的直接供电方式(TRNF)
AT(自耦变压器)供电方式
世界一些国家高铁采用的牵引供电方式。
高铁概论第4章高速铁路牵引供电与车辆动力
电气化铁道电力系统属于一级负荷。一级，二级，三极负荷不是按照负荷大小区 分的，而是按照负荷重要性区分的。 1、一级负荷：一级负荷指中断供电将造成人员伤亡；中断供电将造成重大政治影 响和重大经济损失；中断供电将造成公共场所秩序严重混乱的电力负荷。 2、二级负荷：二级负荷指中断供电将造成较大政治影响；中断供电将造成较大经 济损失；中断供电将造成公共场所混乱的电力负荷。二级负荷多采用两路电源供 电。在负荷较小或地区供电条件困难时，可由一路6kV及以上专用的架空线路供电。 3、三级负荷：三级负荷指凡不属于一级负荷和二级负荷的电力负荷。三级负荷对 供电无特殊要求。
中国的电力都是用什么方式发出 来的？电力的不同来源的道理是 什么？
中国电力来源主要是火 力发电、水力发电、风 力发电和核电，占比分 别为：火电接近75%， 水电不到18%，风电约 为4%，核电不到4%。
概述
由于电力牵引具有功率大、效率高、 清洁无污染、能够综合利用各种一次能 源的优点，被高速铁路普遍采用。
第4章 高速铁路 牵引供电与车辆
动力
目录
1概述
2牵引供电系统
3接触网
4综合SCADA系统
5.车辆动力装置
什么是电？
能
量
能量以多种不同的形式 存在；按照物质的不同运 动形式分类，能量可分为 机械能、化学能、热能、 电能、辐射能、核能、光 能、潮汐能等。这些不同 形式的能量之间可以通过 物理效应或化学反应而相 互转化。
电气铁路和电车用的称为牵引变电所
三相交流电是由三个频率相同、电势振幅相等、相位差互差120°角的交流电路组成的电力系统。 目前，我国生产、配送的都是三相交流电。
单相交流电电路中只具有单一的交流电压，在电路中产生的电流，电压都以一定的频率随时间变化。
高速铁路牵引供电系统精选全文完整版
可编辑修改精选全文完整版高速铁路牵引供电系统1.牵引变电所牵引变电所是电气化铁路的心脏，其作用是将110 kV（220 kV）三相交流电变换成27.5 kV（或55 kV）单相工频交流电，并供给电力牵引网和电力机车。
此外，有少数牵引变电所还需担负10 kV动力负荷。
所以，牵引变电所具有3个主要功能：接受三相电能，降压分配电能，减相以单相馈出供给牵引网。
2.分区亭在电气化铁路上，为了提高运行的可靠性，增加供电工作的灵活性，在相邻变电所供电的相邻两供电分区的分界处常用分相绝缘器断开，若在断开处设置开关设备和相应的配电装置，则组成分区亭。
在复线电气化区段，分区亭的主要功能如下：（1）使同一供电臂上的上、下行接触网并联工作或单独工作。
当并联工作时，分区亭内的断路器闭合以提高接触网的末端电压；当单独工作时，断路器打开。
（2）当同一供电臂上的上、下行接触网（并联工作）发生短路事故时，由牵引变电所相应的馈线断路器和分区亭中的断路器配合动作，切除事故区段，缩小事故范围；非事故区段仍可正常供电。
（3）当某牵引变电所全所停电时，可闭合分区亭中的越区隔离开关，由相邻牵引变电所向停电牵引变电所进行越区供电。
总之，分区亭的作用是：对单线牵引网，使两相邻供电臂单独工作或实现越区供电；对双线牵引网，使上、下行接触网并联，提高末端电压，缩小事故范围和实行必要时的越区供电。
3.开闭所当远离牵引变电所的枢纽站、电力机务段等大宗负荷需要多条馈电线向这些接触网分组供电时，一般采用建立开闭所的办法来解决。
开闭所是指不进行电压变换而用开关设备实现电路开闭的配电所。
开闭所一般有两条进线，然后多路馈出向枢纽站场接触网各分段供电，进线和出线均经过断路器，以实现接触网各分段停、供电的灵活运行，又由于断路器对接触网短路故障进行保护，从而可以缩小事故停电范围。
开闭所的作用是增加馈线数目，将主线接触网与分支接触网分开，缩小事故范围，提高供电可靠性，保证枢纽站、站场装卸作业和接触网分组检修的灵活性和安全性；降低牵引变电所的复杂程度，还可实现上、下行扭接，保证在事故情况下供电，正常情况下扭接有利于改善牵引网电压水平，降低电能损失。
《高铁概论》第三章：高铁牵引动力与供电系统
•
单项工频交流制的这种25kv、工频单项
50Hz交流制在中国、日本、法国得到应用。
•
三、牵引供电系统的组成
•
牵引供电系统——包括牵引变电所和牵引网
两部分，其任务是保证质量良好地并并不间断的
项机车、动车组供电。
•
1、牵引变电所是电气化铁路供电系统的心
况下，内燃机车是唯一牵引动力。
•
从世界各国发展高速铁路的情况看，尽管电力牵引初
始投资大，但是电力牵引具有功率大、轴重小、经济性能
好，有利于环境保护等一系列优点，世界上绝大多数国家
的高速列车都采用电力牵引。
•
• 三、牵引动力的配置
• 1、牵引动力集中配置与一端
间的连接线，其作用是将轨道回路内的牵引电流
• 回馈到牵引变电所。在电气化铁路上是利用走行 钢轨作为牵引电流的回路。
•
四、牵引变电系统的管理与安全
•
牵引变电系统是有铁路部门自己建设管理，
其日常维修由供电段负责。
•
1、接发列车与调车作业安全
• （1）、为保证人参安全，除供电段专业人员 外，任何人与牵引供电部分间的距离要>2m。
的电压，在电力机车上还可以比较容易地
将牵引网的高压降低到牵引电机所需要的
电压；但是它的主要缺点是其频率与工业
频率不同，使用时需要变频，因此，设备
复杂、效率低，经济效果差。
• 4、单项工频交流制
• 单项工频交流制是20世纪50年代发展最迅速
的一种牵引供电制度。
•
其优点：一是供电系统简单，不需要变换频
率，可由工业电网注解供电，能节省铁路牵引供
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1.3 牵引网向电力机车的供电
（1）带负馈线的直接供电方式
F T
Us
I
R
电流从牵引变电所馈线通过接触网流向动车组，从动车组下到 钢轨上，回流分为三部分：一部门直接沿钢轨流回变电所，约 占40%；一部门从钢轨通过吸上线流向负馈线，通过负馈线返 回变电所，约占30%；剩余电流从钢轨漏泄至大地，沿大地流 向牵引变电所，在变电所附近，返回钢轨或变电所地网。
接触网
牵引网
钢轨
额定电压25kV，正常工作范围20~29kV。
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一. 牵引供电系统
牵引变电所（Traction Substation, SS）
从公用电力系统（Public Electric Power Systems）接受电能，通过 变压器将电能从三相110kV或220kV变换成单相27.5kV（对AT系统为 55kV或2×27.5kV），并向铁路上、下行两个方向的牵引网供电。 变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。 变电所的主要设备：
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1.1 电力系统向电气化铁道的供电
国外高速铁路普遍采用高电压、大容量的电源供电，绝 大多数都采用220kV或以上电压等级，个别采用132kV或 154kV时，则要求其由较大的系统短路容量。 我国基本上形成了以500k V线路为骨架、省间220kV为 主干通道的四通八达的输变电网络。这为客运专线采用 220kV电源电压创造了条件。 220kV电网的短路容量较之同一系统的110kV电网显著 增大，一般为3-4倍以上，牵引变电所采用220kV进线将 使电压总谐波畸变率、三相电压 不平衡度和电压波动百 分数等电能质量指标明显降低，助于减轻牵引负荷对电 力系统的不良影响。
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1.2 牵引变电所向牵引网的供电
复线
SS1
SP
SS1
SP
单边分开供电
单边并联供电
SS1
SP
单边全并联供电
SS1 双边纽结供电
SS2
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1.3 牵引网向电力机车的供电 为保证向动车组提供合格的电压，同时减
少电气化铁道对邻近通信线路的干扰影响， 牵引网有不同的拓扑结构。高速铁路牵引网 一般采用带负馈线的直接供电方式和AT供电 方式。
高速铁路概论
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高速铁路概论
课程内容安排
• 第一讲：高速铁路概述 • 第二讲：高速铁路基础设施与车站 • 第三讲：高速铁路牵引供电、车辆动力与车辆 • 第四讲：高速列车信号、控制系统、通信系统 • 第五讲：高速铁路运输组织与高速铁路客运服务 • 第六讲：高速铁路运用安全保障与环保 • 复习 • 考试
牵引供电系统应适应高速列 车采用再生制动工况
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一. 牵引供电系统
电气化铁道（Electric Railways） 使用外部输入的电力能源（electric power）来驱动列车行驶的 铁道运输方式。 电能具有不能大量储存的特点。 电气化铁道包括：电力机车（含电动车组）、沿线的供电设施。
牵引供电系统（Traction Power Supply Systems） 向电力机车提供电能的沿线供电设施，从电能的传输、分配角
牵引变压器（有多种接线方式） 断路器（SF6、真空、少油、油断路器），隔离开关 避雷器、避雷针 电压互感器、电流互感器 二次设备（控制、保护、测量、计量、监视和电源设备） 无功补偿装置、调压装置
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一. 牵引供电系统
牵引网（Traction Network） 由馈电线、接触网、轨道、回流线等设施构成的输电网络。 馈电线（Feeder，引出线:Lead Wire）——连接牵引变电所和接触网 的导线 接触网——沿线路露天敷设，通过和受电弓的滑动接触把电能输送 给电力机车的供电设施。由接触线、承力索以及支持、悬挂和定位 等装置组成。从牵引网角度关注的是接触线、承力索和加强线等载 流导线。 轨道—— 牵引电流的回流导线；支撑与导向；信号专业轨道电路 回流线——指连接轨道和牵引变电所的导线 其他设施 负馈线（回流线），吸上线，BT，AT，正馈线，保护线，地线， 供电线
度构成牵引供电系统。 牵引供电系统主要包括：牵引变电所
牵引网 专用高压供电线路
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牵引供电系统示意图
电力系统 牵引变电所
YNd11接线 单相Ii接线 单相Vv接线 YN 接线 YN 接线 Scott接线 YNd11d1接线
直接供电方式 带回流线的直接供电方式 吸流变压器(BT)供电方式 自耦变压器(AT)供电方式
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1.1 电力系统向电气化铁道的供电
电气化铁道属一级负荷，对供电可靠性要求高。牵引变 电所一般设置两台变压器，要求有两回独立电源。 独立电源 一回电源的故障停电，应不影响另一回电源的工作。 （1）引自不同的变电所（甚至不同地域的变电所） （2）引自同一变电所的不同母线（分别运行） 在布置变电所位置时，就要考虑外部电源条件，同电力 部门协商供电方案。
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内容提要：
• §第一章 高速铁路牵引供电 • §第二章 高速铁路车辆牵引供电系统 2. 接触网 3. 综合SCADA系统
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高速铁路牵引供电系统的特点
机车牵引电流大，牵引供电 系统供电功率大
牵引供电 系统的特点
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供电臂中负荷电流波动大
列车速度高，列车通过供电 臂时间短
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1.3 牵引网向电力机车的供电
（2）自耦变压器供电方式（AT方式）
自耦变压器 Auto-transformer
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一. 牵引供电系统
牵引供电系统的其他设施
分区所（Section Post, SP） 设于两变电所之间，把电气化铁道牵引网分成不同供电区段，设有
开关设备，根据运行需要可以连接同一供电臂的上、下行接触网， 或连接不同的供电臂以实现越区供电。 开闭所（Sub-feeder Switching Post, SFSP） 实际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、多路馈线，以 实现对站场各股道群的分别供电控制。 （1）进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区接触网停、供 电 （2）在断路器上可实现短路故障保护，从而缩小事故停电范围 （3）对AT牵引网，往往同ATP合建，增强对供电臂供电的灵活性 AT所（AT Post, ATP） AT供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上放置自耦 变压器的场所。