牵引供电系统简介.

牵引供电系统简介
（丁为民）
一、系统功能
牵引供电系统的主要功能是：将地方电力系统的电源（交流电气化铁路：
AC110 kV或AC220kV ，城市轨道交通：中心变电所AC220kV 或AC110kV
→AC35 kV 环网）引入牵引供电系统的牵引变电所，通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式（交流电气化铁路：AC25kV 或AC2×25kV ，城市轨道交通：DC750V 、DC1500V 或DC3000V ），向电力机车提供连续电能。

电力牵引负荷为一级负荷，引入牵引变电所的外部电源应为两回独力可靠的电源，并互为热备用，能够实现自动切换。

交流电气化铁路及城市轨道交通牵引供电系统简图分别如图1.1和图1.2所示。

图1.1 交流电气化铁路牵引供电系统
图1.2 城市轨道交通牵引供电系统
二、牵引网供电方式
1. 交流电气化铁路
交流电气化铁路牵引网供电方式大体上可分为三种：直接供电方式（包括带回流线的直接供电方式）、BT 供电方式和AT 供电方式。

（1）直接供电方式
直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式(图2.1 和带回流线的直接供电方式(图2.2 两种。

图2.1 不带回流线的直接供电方式
图2.2 带回流线的直接供电方式
不带回流线的直接供电方式在我国早期的电气化铁路中采用，机车电流完全通过钢轨和大地流回牵引变电所，牵引网本身不具备防干扰功能。

在接地方面，每根支柱需单独接地（设接地极或通过火花间隙），或者通过架空地线实现集中接地（架空地线不与信号扼流圈中性点连接）。

带回流线的直接供电方式，机车电流一部分通过钢轨和大地流回牵引变电所（约70%），其余通过回流线流回牵引变电所（约30%）。

由于流经接触网的电流和流经回流线的电流虽然大小不等，单方向相反，且安装高度比较接近，两者对铁路沿线通讯设施的电磁干扰影响趋于抵消，因此牵引网本身具备防干扰功能。

在接地方面，接触网支柱通过回流线实现集中接地，回流线每隔一个闭塞分区通过吸上线（铝芯或铜芯电缆，常用VLV-70和2xVLV-150）与信号扼流圈中性点连接（吸上线间距3～4km ）。

（2） BT 供电方式
BT （Boost Transformer）供电方式又称吸流变压器供电方式，也是在我国早期电气化铁路中有采用，其主要目的是为了提高牵引网防干扰能力，但随着通讯线路电缆化和光缆化，防干扰矛盾越来越不突出，其生命力也已大大降低，该种供电
方式目前已经基本不采用。

如图2.3所示，吸流变压器为1:1的单卷变压器，其原边串入接触网中（在绝缘锚段关节处），次边串入回流线中，吸流变压器的间隔为3～4km ，在两个吸流变压器的中间设有吸上线，用于将钢轨中的牵引电流吸入回流线。

机车所处的BT 间隔内存在“半段效应”，即在该BT 段内接触网与回流线中的电流并不相等，防干扰效果并不明显，而在其余BT 段内两者的电流大小相等，方向相反，防干扰效果非常明显。

但是，由于BT 变压器自身存在较大的阻抗，且安装密度较大，其在牵引网中引起的电压将也较大。

因此，在同等条件下，BT 供电方式变电所间距小于其它供电方式，且每3～4km 在接触网内存在断口，断口两端因BT 自阻抗而存在一定的电压差，机车通过该断口时可能会产生电火花，导致接触网的使用寿命缩短。

图2.3 BT供电方式
（3） AT 供电方式
AT （Auto-Transformer ）供电方式又称自藕变压器供电方式，相对于其它供电方式而言，AT 供电方式具有更好的防干扰效果和更大的供电潜力，特别适合于高速和重载铁路。

如图
2.4所示，牵引变电所主变压器二次侧±25KV 端子分别接于接触网和正馈线，二次侧线圈中点接于钢轨。

每隔10～15公里，将自藕变压器（AT1、AT2…）并入接触网和正馈线之间，自藕变压器中点与钢轨相连接。

另外，上下行各架设有一根
与钢轨并联（通过扼流圈）的保护线，用于接触网或正馈线的闪络保护接地。

自藕变压器实为单绕组变压器，该绕组设有中心抽头。

理论上讲，除了机车所在的AT 段（该AT 段存在“半段效应”）以外，其余AT 段内流经接触网中和正馈线中的电流大小相等，方向相反，且电流大小仅为机车电流之半。

在钢轨和保护线之间每隔3～4km 设有吸上线。

图2.4 AT供电方式
2. 城市轨道交通
城市轨道交通接触网一般采用直流供电，接触网为正极，钢轨为负极，机车从相邻两变电所取电，即采用双边供电方式（交流电气化铁路一般为单边供电）。

如图2.5所示，机车所需的电流分别来自两相邻变电所。

图2.5 直流双边供电方式
三、牵引供电设施功能及分布
1. 交流电气化铁路
交流电气化铁路牵引供电设施一般由以下几部分组成：
带回流线的直接供电方式。

如图3.1所示，牵引供电设施由变电所、分区所、开闭所（分区所兼开闭所）构成。

变电所间距一般为40～60km （视负荷大小而定），变电所至相邻分区所之间的供电范围称为一个供电臂，每变电所有左右两个供电臂（终端变电所除外）。

正常运行时，一个供电臂的上下行接触网在首端（变电所）和末端（分区所）均是并联的（上下行供电线引自所内同一母线）。

图3.1 直接供电方式牵引供电设施分布示意图
AT 供电方式。

如图3.2所示，牵引供电设施由变电所、分区所、AT 所、开闭所（分区所兼开闭所、AT 所兼开闭所）。

变电所间距一般为50～80km （视负荷大小而定），变电所和分区所之间设有1个或2个AT 所（视供电臂长度而定，AT 间距一般为10～15km ）。

一个供电臂被AT 分为若干个供电区段，从变电所往分区所方向，这些供电区段依次称为第1、第2、第3AT 段。

各AT 段中流经接触网和正馈线的电流大小与列车所在的位置有关，一般来说，第1AT 段中接触网
与正馈线中电流均较其它AT 段大（且接触网中电流大于正馈线中电流），因此，第1AT 段有时需要设置加强线（同时正馈线截面也加大）。

图3.2 AT供电方式牵引供电设施分布示意图
各牵引供电设施的功能如下：
(1 变电所。

用于向接触网供电，所内设有牵引变压器（AT 方式非单相变压器供电时设有自藕变压器），变电所出口附近接触网设有电分相，负荷电流经钢轨、回流线、大地最终流回牵引变电所。

如图3. 2所示，正常时一个变电所（如变电所2）仅对其左右A 、B 供电臂供电，当相邻变电所（如变电所3）解列时，该变电所将通过分区所对故障变电所的C 供电臂进行越区供电（故障变电所的另一供电臂将由其另一相邻变电所进行越区过电）。

(2 分区所。

分区所位于两相邻变电所的中部，出口附近接触网设有电分相。

正常供电情况下，分区所用于实现上下行接触网并联运行；越区供电情况下，分区所用于实现其左右供电臂的串联运行（此时分区所处的上下行接触网一般不再并联）。

直供方式的分区所内仅设有一些断路器和开关设备等，AT 方式的分区所内还设有自藕变压器。

(3 AT 所。

用于将自藕变压器并入接触网和正馈线之间，降低接触网中的负荷电流，延长变电所的供电距离。

自藕变压器中点与钢轨（经N 线）的连接是必须的，否则自藕变压器起不到应有的作用。

(4 开闭所。

一般用于枢纽内的接触网分场、分束供电（有时也用于较长供电臂缩小故障范围）。

开闭所至少应有两回进线，一回应来自相邻变电所，另一回可从接触网上T 接。

(5 分区所兼开闭所和AT 所兼开闭所。

一般用于大站或编组站，其本身除了具有分区
所的功能外，还可从所内母线上引出单独馈线向其它需要单独电分段的区域供电。

2. 城市轨道交通城轨交通的牵引供电设施较为简单，仅有牵引变电所，正常时双边并联供电，故障情况下由相邻牵引变电所实现越区供电（大双边供电）。

变电所间距一般为 2～4km（视供电电压和负荷大小而定）。

图 3.3 城市轨道交通牵引供电设施分布示意图四、牵引供电设施出口处典型接线图图 4.1 直供变电所或分区所出口处典型接线图图 4.2 AT 变电所或分区所出口处典型接线图第 6 页共 7 页
图 4.3 AT 所出口处典型接线图第 7 页共 7 页。