牵引供电的供电方式
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；
• •
IC 1
•
•
•
IC 2
I
•
•
•
C
I1
AC
U1
55kV
•
•
I2
T
IT 1
•
IT 2
U2
I1
′ U1
•
IF
′ U2
•
•
I2
F C
T
F
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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I1
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IC 1
•
IC 2
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U1
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I
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IT 1
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IT 2
U2
I2
′ U1
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IF
′ U2
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I2
I1
x
D
单线短回路中的电流分配
牵引网供电方式课件
4
•吸流变压器—回流线装置BT
在牵引网中，每相距1.5km—4km间隔，设置 一台变比为1:1的吸流变压器。吸流变压器设在分 段中央，其原边串入接触网，副边串入沿铁路架 设的回流线。回流线通常就悬挂在铁路沿线的接 触网支柱外侧的横担上。
牵引网供电方式
5
1—牵引变电所；2—馈电线；3—接触网；4—电力机车； 5—钢轨；6—回流线；7—吸流变压器；8—吸上线。
所以实际装置是在供电臂内设置长度不大的许多吸上 分段，每个分段仅长2—4km，每个分段中央设置一台吸 流变压器。分段以吸上线为界，吸上线一端接回流线，另 一端焊入钢轨。
牵引网供电方式
10
按照这种安排，半段效应长度大大缩小，且只有处在一个分段 中的机车的电流而不是牵引网总电流在该分段产生半段效应影响。
但当高速、大功率机车在这种电路中通过吸 流变压器分段时，在受电弓上会产生强烈电弧， 为了克服此缺点，后来发展了一种新的牵引网供 电方式—自耦变压器供电方式。
牵引网供电方式
12
1/2I
T
n2
n2
I
R
n1
n1
F
AT1 1/2I
AT2
T—接触网；R—轨道；F—正馈线； AT—自耦变压器 AT供电方式：由接触网T、正馈线F、轨道大地系统R以 及每隔一定距离的自耦变压器(AT)构成。 AT并联于接触导线与正馈线之间，AT中点与钢轨相连。
缺点：1. 电力机车处于吸流变压器附近时防护效果差。
机车电流经轨道与大地，然后经回流线流回，接触网在a、
b段中没有电流，而回流线中有电流，则在ab段的长度内
等于没有防护。
牵引网供电方式
9
回流线cd 中无电流，在 接触网cd 段的长度内等于 没有防护。
(完整版)牵引供电方式
—轨道大地回路，改变为距离相对很小的接触网—回流线线路。而且，
方向相反，它们
这样就达到了牵引供电回路比较对称的目的，显著的消
使牵引电流在邻近的通信线路中的电
方式牵引网结构复杂，造价较高，由于吸流变压器串入接触网，使得牵
BT分段（火花间隙），不利于高速、
BT方式的钢轨电位低，抑制通信干扰的效果很好。
接触网对机车的供电方式
1） 直接供电方式
牵引网结构最简，投资最小，但钢轨电位较高，的直接供电方式
DN供电方式：在钢轨上并联架空回流线（又
。
原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵
其方向与接触网中馈线电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近，
G入地。在钢轨对地泄漏电阻和机车取流较
AT区段中部加横向连接线CPW，将钢
并联于牵引网中，克服了BT串入网中BT分段的缺陷，使供电电压成倍
170%-200%），网上压
5） CC供电方式
同轴电缆内外导体间的互感系数很大，吸流效果和抑制通信干扰的效果均
BT和AT供电方式。CC供电牵引网阻抗和供电距离与AT方式相近，钢轨
以加长带有不同电位的两段钢轨之间的距离，此外，当
--回方式比吸--轨方式抑制通信干扰的效果好。我国采用的BT方式均为
-回方式，日本东海道新干线也如此，而英国、法国、瑞典两种方式都有应用，
BT-钢轨方式。
1：1的特殊变压器，其特点是要求励磁电流小。吸
1.5-4km 设置
在两个吸流变压器中间，把轨道和回流线连接起来，这个连接
AF与T架设在同一支柱上。牵引变压器的次边以55kV，在供电臂上并接
。AT两半线圈匝数n1＝n2，即原、次边变比为2：1，使供给接触网上的电
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
牵引网供电方式
• 直接供电方式
单边和双边供电为正常的供电方式，还有一种非 正常供电方式（也称事故供电方式）叫越区供电， 如下图所示。
1—故障牵引变电所；2—越区供电分区。
• 直接供电方式
越区供电是当某一牵引变电所因故障不能正 常供电时，故障变电所担负的供电臂，经开关设备 与相邻供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供 电。这种供电方式称越区供电。因越区供电增大了 该变电所主变压器的负荷，对电器设备安全和供电 质量影响较大，因此，只能在较短时间内实行越区 供电，是避免中断运输的临时性措施。
1 3 5 2
1
4
2
I2
I1
5
•1—接触网； •2—为轨道； •3—为回流线； •4—为吸流变压器，变比1:1，一次线圈串接入接触网， 二次线圈串接入回流； •5—为吸上线，一端接回流线，另一端与轨道或吸流变压 器线圈中点连接，以提供从电力机车到轨道的返回电流流 到回流线中去的通路。
这种装置的防护作用在于：把本来是尺寸很大的接触 网—轨道大地回路改变成尺寸相对很小的接触网—回流线 回路。 当牵引电流流经吸流变压器原边时，副边在回流线中 产生很大的互感电势。吸流变压器的作用也就是在接触网 和回流线之间集中地加大互感。即： 设吸流变压器原边电流为I1，匝数为ω 1；副边电流I2， 匝数为ω 2。根据磁势平衡关系： I 2 ω 2 ≈ I1 ω 1 又因为变比为1:1，则ω 1=ω 2，所以 I2≈I1 说明：采用吸流变后，只有变压器原边的激磁电流仍 流经轨道和大地，且电流数量很小。 如果不设吸流变，单凭接触网和回流线之间的分布互 感，仅约10-20%牵引电流经回流线流回。
自耦变压器供电方式(AT) 日本铁路为防止通讯干扰，在实行交流电气 化的前期，在牵引网中普遍应用了BT供电方式。 但当高速、大功率机车在这种电路中通过吸 流变压器分段时，在受电弓上会产生强烈电弧， 为了克服此缺点，后来发展了一种新的牵引网供 电方式—自耦变压器供电方式。
牵引供电系统外部电源与供电方式
一、电气化铁道概述
牵引变电所负荷具有如下特点： 负荷大小不均衡 牵引变电所的负荷随着两供电臂内列车的数量及每一列 车的负荷状态随时波动，有时轻载，甚至空载。有时负载较
重，在节假日、铁路故障后恢复行车等情况下，会出现列车
紧密追踪情况，在军运、煤电油运、农运等特殊运输期间， 也会出现列车紧密追踪情况。此时，牵引变电所会出现负荷 高峰值。
电气化铁道牵引供电系统
西南交通大学电气工程学院
一、电气化铁道概述
二、牵引供电系统对外部电源的要求 三、牵引变电所实测数据分析 四、牵引供电系统供电方式
一、电气化铁道概述
一、电气化铁道概述
1、交流牵引供电制式
目前世界上运行的交流电力牵引供变电系统主要有工 频（50Hz或60Hz）单相交流电力牵引供变电系统和低频 （16 2/3Hz）单相交流电力牵引供变电系统两种制式。 它们都由外部供电线路、牵引变电所、牵引网、分区所、 开闭所等装置和环节组成。
速度，又可使变电所之间的距离延长，导线截面减少，建
设投资和运营费用显著降低；地中电流对地下金属的腐蚀 作用小，一般可不设专门防护装置。
一、电气化铁道概述
从电力系统接受电能，通 过变压、变相或变频后，
向电气化铁道电力机车
（动车组）负荷提供所需 电压、频率制式的电能， 并完成牵引电能传输、配 电等全部功能的专用电气
单相工频交流
牵 引 网 25kV
馈 线
回 流 线 接触网
钢轨
二、牵引供电系统对外部电源的要求
2、牵引供电系统外部电源供电方式
单电源双回输电线路供电方式
牵引变电所电源进线来自一个电源点，需要双回路输电线， 为保证电压水平，输电线路距离较短，牵引变电所数目不应 超过两个，供电的可靠性和灵活性较差，变电所为双T接线。
(完整版)牵引供电方式
接触网对机车的供电方式（1）直接供电方式牵引网结构最简，投资最小，但钢轨电位较高，对通信线的干扰感应最大, 主要适用于通信线路（主要是明线）较少或很易将受扰通信线迁改径路的场合。
基本型直接供电方式在法国、英国、原苏联都广泛应用。
牽引变电所 K（2）带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式简称 DN 供电方式：在钢轨上并联架空回流线（又 称为负馈线）。
增加回流线后，原来流经轨道、大地的回流，一部分改由架空回流线流回牵 引变电所，其方向与接触网中馈线电流方向相反，架空回流线与接触网距离较近， 因此相当于对邻近通信线路增加了屏蔽效果； 另外，钢轨电位大为降低，对通信线的干扰得到较好抑制。
还能降低牵引网阻抗，使供电臂延长30%以上。
牵引变电所 Z\l（3） BT 供电方式在牵引供电系统中加装吸流变压器-回流线装置的供电方式，称为吸流变压 器供电方式，简称BT （Booster Transforme ）供电方式。
它是在牵引网中，每相 距1.5-4km ,设置一台变比为1： 1的吸流变压器，其一次线圈串接入接触网， 二次线圈串接在回流线中，（即吸流变压器-回流线方式，简称吸-回方式），或串吸流变压器-轨道方方式）。
吸轨方式需要自吸流变压器处作绝缘轨缝，将轨道进行绝缘分段，依靠吸流变压器的作用，使绝大部分回归电流流经由轨道和吸流变压器二次线圈流回牵引变电所。
与吸--回方式相比，吸轨方式造价要低得多，对接触网的运行维护也比较有利，对于地形比较困难，或穿越长大隧道的的电气化区段是有意义的。
但是, 对邻近线路的防护效果要差一些。
而且，在绝缘轨缝两侧的轨端之间可能出现数百伏的电压，对线路维修人员的安全是个威胁，为了解决这个矛盾，可在吸流变压器出做两个绝缘轨缝，以加长带有不同电位的两段钢轨之间的距离，此外，当列车通过绝缘轨缝的整段时间内，吸流变压器由于副边线路被短路而失去作用。
吸--回方式比吸--轨方式抑制通信干扰的效果好。
牵引供电方式识别与应用—接触网供电方式(高铁牵引供电系统)
供电臂
牵引变电所
输电线
钢轨
机车 供电臂1 供电臂2
牵引变电所是沿着电气化铁 路线路分布，每个变电所有 一定的供电范围。通常把一 个变电所至其所供电的末端 称为一个供电臂。一个供电 臂的长度对应于线路的区间 数约为2-5个区间。
单线双边供电方式
牵引变当相邻两牵引变电所之间的两段接触网通过分 区所的联络开关连通时，则电力机车将从两个变电所 同时获得供电，这种供电方式称单线双边供电。
双边供电方式的优缺点
优点
缺点
列车可从两个牵引变电所取流，每条 馈电线的电流相对减小，从而可减小 牵引网中的电压损失和电能损失，有 利于改善供电臂的电压水平，降低铁 路的运营成本，且牵引变压器和接触 网悬挂的负荷较均匀。
牵引变电所与分区所的保护相应都要 复杂一些。同时，当两牵引变电所的 电压有差异时，还可能出现不平衡电 流，从而产生附加的电能损失等。
AT供电方式的特点 三大优点
(1) 供电电压提高一倍。 相同牵引负荷条件下， 接触悬挂和正馈线中的 电流大致可减少一半。
(2) 供电能力强。牵引网 单位阻抗低，大大减小 电压损失和电能损失。
(3)AT所处的接触悬挂无 电分段，电力机车通过 AT所时，受电弓上不会 产生强烈电弧，能满足 重载、高速列车运输的 需要。
BT供电方式的缺点
为何现在不采用BT供电方式了？
BT供电方式的缺点
①牵引网阻抗增大
②电压损失增大
由于每台吸流变压器是串联在 接触网回路中， 相当于串联了 一个较大阻抗。
与直接供电方式相比较，BT供 电方式的牵引网单位阻抗增大 约51％。
在相同负载电流条件下，BT供 电方式的牵引网电压损失相应 地增大约51 %。因此严重恶化 了供电臂的电压水平。
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接触网的供电方式
我国电气化铁路均采用单边供电方式，即牵引变电所向接触网供电时，每一个供电臂的接触网只从一端的牵引变电所获得电能（从两边获得电能则为双边供电，可提高接触网末端网压，但由于其故障范围大、继电保护装置复杂等原因尚未有采用）。
复线区段可通过分区亭将上下行接触网联接，实现“并联供电”，可适当提高末端网压。
当牵引变电所发生故障时，相邻变电所通过分区亭实现“越区供电”，此时供电范围扩大，网压降低，通常应减少列车对数或牵引定数，以维持运行。
1、直接供电方式
如前所述，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。
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。
3、自耦变压器（A T）供电方式
采用AT供电方式时，牵引变电所主变输出电压为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。
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。