铁路牵引供电系统基础知识
电气化铁路牵引供电基本知识
G O
W2
W3平衡绕组 OCS
R
数学关系：非接地相O的阻抗： ZO=（ ）ZG 非接地相的两端增加了两个对 3 +1 称的外 移绕组——平衡绕组 W3：W3=（ ）/2W2 容量利用率接近100%。
SCOTTE结线
四、牵引变压器结线
• • • • • • • • • • • • • • • 优点：SCOTTE变压器把三相对称电压变换为两相对称电压（相位相差 900）；当两臂负荷电流相等（相位相差900）时，原边三相电流对 称——不含负序电流。 每所设两台，一主一备。 SCOTTE变压器的两个输出电压可以根据需要取值：如适应AT供电方 式，取55kV，两个输出电压分别接两个自耦变压器的两端点，中间抽 头接地网和钢轨，获得2*27.5kV电压。 但55kV绕组无中间抽头，用于AT供电方式时，应另设2台AT变压器。 输出容量与额定容量接近相等，容量利用率接近1。 可采用逆SCOTTE变压器产生三相对称电压供牵引变电所的自用电。 缺点：绕组需全绝缘，变压器造价高。 主接线复杂，设备多，工程投资大。 存在中性点不能引出问题：原边接点0随负荷变化而产生漂移，漂移 引起各绕组电压不平衡，加重绕组绝缘负担。故只能用于中性点不接 地系统。容量利用率接近100%。
电气化铁路牵引供电基本知识
第一篇 电力牵引供变电系统
概述一
概述二
总体目录
• • • • • • • • • • • •
•
一、电力系统 二、牵引变电所的一次供电方式 三、牵引变电所的引入方式 四、牵引变压器结线 五、牵引变电电气主接线 六、电气化铁路的供电方式 七、接触网的供电方式 八、牵引变电所防雷、回流及接地 九、负序的影响及对策 十、并联电容无功功率补偿 十一、谐波的影响及对策 十二、牵引变电所的电气设备
电气化铁路牵引供电安全工作基本知识
《电气化铁路有关人员电气安全规则 》第四章装卸作业和押运人员安全规定第二十二条 在带电的接触网下 ， 不准在敞车 、平车 、 罐车等车辆(棚车 、保温车 、家畜车内除外)上进行装卸 作业 ， 不准进行用竹竿等物测量货物的装载高度等靠近 接触网的作业。第二十三条 在电气化铁路区段各车站指定的装卸货物 线 、给水线和电力机车整备线的接触网上均设有分段绝 缘器和隔离开关 。 隔离开关平时要经常处于合闸状态 。 装卸作业时 ， 必须在指定的线路上安全区域内停电进行 。作业结束 ， 值班员确认所有人员已离开危险区域 ， 方 准合上隔离开关送电。在上述装卸线的分段绝缘器内侧二米处埋设安全作业标 志(如附图所示) ， 在标志外方或非指定带有接触网的线 路上严禁登上车顶作业 。安全作业标志 ， 在既有电化线 路上由使用单位 ， 在新建电化线路上由电化工程施工单 位负责制作设置。第5页/共41页
电气化铁路安全常识问答2 、 电气化铁路在安全方面有何特殊要求？答： 由于我国电气化铁路采用单相工频交流制供电 ， 架 设在铁路线路上空的接触网带有25KV的高压电 ， 直接威 胁人身安全和作业安全 。为确保电气化铁路运输安全 ， 铁道部除在《铁路技术管理规程》 中对保证安全方面作 出有关规定外 ， 还根据电气化铁路的特点 ， 颁布了《电 气化铁路有关人员电气安全规则》 、《牵引变电所安全 工作规程》 、《接触网安全工作规程》等； 铁路局根据 自局管内的具体情况 ， 专门制定电气化铁路行车组织办 法和保证行车安全的措施 ， 或在《行车组织规则》 中作 了补充规定 。 因此 ， 凡参加电气化铁路工作的运输 、供 电 、机务 、工务 、 电务 、车辆等部门的职工 ， 以及广大 旅客 、押运人员和沿线居民都应该认真学习和严格执行 有关电气化铁路安全的规定。第13页/共41页
铁路电力供电基础知识
放射式配电网络 放射式配电网络由铁路地区变、配电所 引出单独的回路，直接送至各室内、外变 电所或直接对高压设备供电。放射式配电 网络适用与向一级负荷或负荷功率较大的 设备供电。配电网络故障时，互相影响不 大，控制也方便，但基建投资较高，线路 通道站地多，较大的站场采用架空配电线 路通过时往往有困难。
第一章 电力供电系统概述
电力供电系统是整个铁路运输系统的重要组成部分， 是确保调度指挥、信号、通信、旅客服务等系统重 要负荷安全、可靠、不间断运行的基础设施，担负 着铁路指挥系统、自动化系统、牵引系统及铁路各 行各业的供电任务，因此其供电质量的好坏直接影 响到高速列车运行的正常与否，乃至直接危及到铁 路工作人员及乘客的生命安全。
第一章 电力供电系统概述
第一章 电力供电系统概述
两端供电式配电网络 两端供电式配电网络是铁路自动闭塞信号供电均采用此 种配电方式，即铁路沿线两相邻自动闭塞配电所（相距约 40~60km）向自动闭塞信号变压器供电。两个相邻自动 闭塞配电所的电源可互为备用，并装设自动闸及备用自动 投入装置。同时信号变压器二次侧还采用了低压联络线， 保证了对自动闭塞一级负荷的供电。 专为自动闭塞用的高压电力线路，在保证所供信号用电 安全的前提下，可供给通信设备及无电源地区的中间站与 行车有关房屋照明用电。
第二章 电力线路基础知识
独立电源应具备的条件 两路电源之间无联系，如取自两发电厂或不同电源的两个变电所， 其中一个厂或所发生故障时，另一个厂或所应继续供电。 两路电源之间有联系，但发生任何一种故障时，两路电源的任何 部分应不致受到损坏。 电压选择 电压等级选择 受电电压根据用电容量、可靠性和输电距离，可采用35(63)kV、 10(6)kV和0.38／o.22kV。自备发电所的发电机电压，可采用400V 和6.3kV。
《牵引供电系统》学习包
《牵引供电系统》学习包第一章电力系统与牵引供电系统第一节电力系统电力系统是指发电、送电、变电和用电组成的整体。
电力系统的规模大小、结构合理与否直接关系到国家工农业生产和交通运输的发展。
我国电气化铁道的建设更与电力能源的发展和建设紧密相关。
电力系统的组成可用图1一1的示意图说明。
图中的电力系统如果把发电厂的汽轮机、锅炉、水电厂的水轮机、水库等动力部分包括进来，统称为动力系统。
电力系统主要包括以下几部分一、发电厂发电厂将其他形式的能源转换为电能。
根据能源的不同，发电厂分为火电厂，水电厂，核电厂等。
此外还有地热电厂，风力电厂，潮汐海洋电厂。
（一）火电厂：目前我国仍以燃煤为主的火电厂居多数。
这些电厂多建在煤炭基地附近，故称为“坑口”电厂，其单机容量可达600 MW（兆瓦）。
如果把已作过功的乏气再供给用户作为热能，这种电厂又称为热电厂。
（二）水电厂：水电厂是建于江河之上并把河流的落差能量变成电能的发电厂。
水能发电不仅效率高，而且水能是在自然界不断循环的再生资源，具有用之不竭的特点。
我国水能资源丰富，水能发电的潜力很大，目前世界最大发电机的容量为750 MW o我国水轮发电机的单机容量为700 M W，例如长江三峡装设了数台700 M W的水轮发电机。
（三）核电厂：核电厂是将原子核裂变时所产生的核能转变为电能。
核电厂的重要部分是核子反应堆和蒸汽发生器，相当于发电厂的蒸汽锅炉。
其发电设备仍为一般汽轮机和发电机。
核电厂建设需要大量公用辅助和防护设施，故为了提高效益，核电厂的单机容量较大，近年来多在900 MW以上。
发电机一般采用三相同步发电机，电压多为10.5 kV。
每台发电机都有相应的升压变压器，组成发电机一变压器组。
二、电力网及电网电压电力网简称电网，由输电线路，配电线路和变电所组成。
输电线路的作用是输送电能，其特点是电压较高，线路较长；配电线路的作用是分配电能，电压较低，线路较短。
电网按其规模主要分为地区电网和区域电网，前者多限于一个地区或一个省，电压等级为110～220 kV 。
铁路供电系统—牵引供电系统的供电方式
任务1 铁路供配电系统概述
带回流线的直接供电方式
相对直接供电方式，钢轨电位和 对通信线路的干扰有所改善。
优点：钢轨电位降低；牵引网阻 抗降低，供电距离增长；对弱电系统 的电磁干扰减小。
缺点：相对BT方式，结构简单， 投资少，维护费用低；牵引网阻抗减 小，供电距离增长。
项目三 铁路供电系统
任务1 铁路供配电系统概述
项目三 铁路供电系统
任务1 铁路供配电系统概述
一 铁路供配电系统的组成 二 牵引供电系统的供电方式
任务1 铁路供配电系统概述
供电方式的种类
铁路牵引供电系统主要的供电方式有3种：直接供电方式、带回流 线的直接供电方式和AT（自耦变压器）供电方式。
任务1 铁路供配电系统概述
直接供电方式
牵引电流通过电力机车后直接从钢轨或大地返回牵引变电所； 优点：结构简单，投资最少，维护费用低；在负荷电流较大的情 况下，钢轨电位高； 缺点：对弱电系统的电磁干扰较大，不适用平原地区及城市附近。
一 铁路供配电系统的组成 二 牵引供电系统的供电方式
任务1 铁路供配电系统概述
AT（自耦变压器）供电方式
自耦变压器供电方式又称AT供电方式，它是在馈电线中设置自耦 变压器，将其并联于接触网、钢轨和正馈线之中。
任务1 铁路供配电系统概述
AT（自耦变压器）供电方式
它是用自耦变压器代替了吸流变压器，正馈线代替了回流线。接 触网与钢轨、正馈线与钢轨间的自耦变压器两半线圈上电压相等。
任务1 铁路供配电系统概述
AT（自耦变压器）供电方式
自耦变压器并联于接触网上，不需增设电分段，能适应高速、大 功率机车的运行。但AT供电方式接触网结构复杂，供变电设施较多， 运营维护难度较大。
电气化铁路牵引供电系统简介精选
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
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。
第一章 绪论——牵引供电系统简介
1.1 电气化铁道与牵引供电系统 1.2 电力系统向电气化铁道的供电 1.3 牵引变电所向牵引网的供电 1.4 牵引网向电力机车的供电 1.5 牵引供电系统的特点及主要问题
1. 1 电气化铁道与牵引供电系统
• 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。
拓扑结构三相不对称； 变压器接线特殊。
牵引供电系统主要技术问题
• 电压水平 • 无功功率 • 负序电流 • 谐波 • 通信干扰
电气化铁道的供电要求 • 安全可靠供电 • 保证供电质量 • 降低投资和运营费用 • 提高电磁兼容水平
（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。
1.2 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
• 由馈电线、接触网、轨道、回流线等设施构成的输电网络
电气化铁路牵引供电系统简介
（1）注意与电传动内燃机车的区别； （2）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
• 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
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。
T R
结构简单，投资少，维护费用低； 一部分电流从大地回流，对邻近通信线干扰大。
（2）吸流变压器供电方式（BT方式）
吸流变压器 Booster Transformer
F T
Us
I
R
• 防干扰效果好； • 牵引网阻抗偏大； • 电力机车过BT时，易产生电弧； • 由于是串联系统，可靠性较低。
（3）带负馈线的直接供电方式
F T
Us
I
R
• 防干扰效果不如BT供电方式； • 牵引网阻抗界于直接供电方式和BT供电方式之间； • 目前应用比较广泛。
（4）自耦变压器供电方式（AT方式）
自耦变压器 Auto-transformer
T
Us
R
F
• 防干扰效果与BT方式相当 • 牵引网阻抗小，输送容量大，供电臂长（可达40～50km） • 结构复杂，投资大，维护费用高
牵引变电所基础知识(新)
牵引变电所基础知识(新)第一章牵引变电一次设备一、概述1、什么叫牵引供电系统?牵引供电系统由哪几部分组成?2、牵引供电系统的供电方式有哪几种?3、什么叫牵引网?4、牵引变电所的作用是什么?5、牵引变电一次设备包括什么?6、牵引变电所有哪几个电压等级?7、牵引变电所对接触网的供电方式有哪几种?8、牵引变电所一次接线方式有哪几种?9、各级电压的配电装置相别排列是如何规定的?二、变压器10、牵引变压器的作用是什么?11、变压器的工作原理是怎样的?12、牵引变压器由哪些主要部件组成?各部件的作用是什么?13、什么是变压器的额定容量(Pe)、额定电压(Ue)、额定电流(Ie)、变比k ?14、变压器并列运行的条件是什么?当不符合并列条件时会引起什么后果?15、巡视变压器时，除一般项目和要求外，还应有哪些内容?16、主变压器有哪些特殊检查项目?17、新安装或大修后的主变压器投运前应进行哪些检查?18、出现哪些情况，可不向调度汇报，先将主变压器立即切除?19、哪些故障可能使变压器重瓦斯保护动作?20、哪些故障的出现可能导致主变压器差动保护动作?22、主变压器轻瓦斯保护动作有哪些原因?23、主变压器过热保护动作有哪些原因?24、主变压器温度计所指温度是变压器什么部位的温度，多少度时发出“主变过热”信号?冷却风扇启动、停止各在多少度?25、变压器声音不正常可能是什么原因?26、运行中的变压器补油应注意哪些事项?27、自用变压器高压侧熔断器熔断有哪些原因?28、自用变压器低压侧熔断器熔断有哪些原因?29、DWJ无载分接开关的结构及工作原理是什么?30、怎样调节变压器的无载分接开关？31、全密封隔膜式储油柜有何优点？32、隔膜储油柜式变压器发生假油面的原因及处理方法是什么？33、磁针式油位表有何优点？34、110KV油纸电容式变压器套管的维护和检修内容有哪些？三、断路器35、断路器的作用是什么？36、高压断路器是如何分类的？37、断路器的主要结构分哪几部分？38、什么叫电弧？39、油在高压断路器中的作用是什么？40、断路器的操作结构应满足哪些基本要求？41、什么叫断路器的开断时间？42、为什么断路器的跳闸辅助接点要先投入后断开？43、为什么断路器不允许在带电的情况下用“千斤顶”慢合闸？44、如何根据断路器的合闸电流选择合闸保险？45、断路器检修时为什么必须断开二次回路电源，应断开的电源包括哪些？46、巡视断路器时，除一般项目和要求外，还应注意那些问题？47、断路器在运行中应符合哪些规定？48、运行中的油断路器缺油应如何处理？49、运行中的断路器温度过高如何处理？50、油断路器着火可能是什么原因造成，如何处理？51、LN1-27.5千伏气体开关爆炸有哪些原因？四、隔离开关70、隔离开关的作用是说明？71、隔离开关是如何分类的？72、隔离开关可用来进行哪些操作？73、对隔离开关有哪些基本要求？74、隔离开关为什么不能用来接通或切断负载电流或短路电流？75、操作隔离开关有哪些注意事项？76、操作中发生带负荷错拉、错合隔离开关时怎么办？77、为什么停电时要先拉负荷侧隔离开关，再拉电源侧；送电时先合电源侧，再合负荷侧？78、隔离开关接触部分发热是什么原因？应采取什么措施？79、隔离开关拉不开怎么办？80、发现隔离开关瓷瓶裂纹、崩缺怎么办？五、互感器52、什么叫电压互感器？其作用是什么？53、电压互感器的工作原理是什么？54、电压互感器一、二次保险的保护范围是怎样规定的？55、为什么110kv电压互感器一次侧不装设保险？56、为什么中央信号盘，控制盘表用电压互感器电源都装有保险？保护盘的电压互感器都不装保险？57、切换27.5kv电压互感器转换小开关时，时间为什么不能过长？应控制在几秒？58、出现什么情况应立即将电压互感器停运？59、变电所使用的电压互感器一般接有哪些保护？停运时电压互感器应注意什么？60、电压互感器断线有哪些现象？如何处理？61、电压互感器二次侧为什么不许短路？62、什么是电流互感器？其作用是什么？63、电流互感器二次为什么不许开路？开路后有什么现象？如何处理？64、短路电流互感器为什么不许用保险丝？65、变压器差动保护用的电流互感器应接在开关的母线侧还是接在开关的变压器侧，为什么？66、当各项保护和仪表共用一套电流互感器时，表计回路有工作时如何短接？注意什么？67、电流互感器有哪些常见故障？如何处理？68、在互感器二次回路上作业应注意哪些问题？69、互感器二次为什么必须接地？70、互感器在运行时要注意哪些事项？71、互感器有哪些巡视检查项目？六、熔断器72、熔断器的作用是什么？73、熔断器有何优缺点？74、RM10型低压熔断器是如何灭弧的？75、RN2/型高压管式熔断器是如何实现灭弧的？76、为什么说RN2/型高压管式熔断器具有限流作用？七、防雷与接地77、电力系统的过电压有哪两种形式？78、大气过电压有哪两种基本形式？79、雷电有哪些危害性？80、变电所避雷装置的作用是什么？81、变电所防雷设备有哪些种类？82、110kv阀型避雷器上部均压环起什么作用？83、避雷器故障如何处理？84、发现阀型避雷器磁套管裂纹如何处理？85、避雷器爆炸如何处理？86、避雷器正常巡视项目有哪些？87、特殊天气对避雷器设备有哪些巡视内容？88、我国对安全电压如何规定？89、什么叫接地？90、什么叫接地装置？91、接地装置的作用是什么？92、什么叫接触电压？什么叫跨步电压？93、什么叫工作接地？94、什么叫保护接地？95、什么叫保护接零？接零的目的是什么？。
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8
接触网
附 加 悬 挂
支 柱 和 基 础
定 位 装 置
支 持 装 置
接 触 悬 挂
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AT供电接触网结构
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接触网分分段和横向电分段，前者用线路接触网上，后者用于 站场各条接触网之间。通过其上的隔离开关将有关接触网进行电气连通或断开，以保证供 电的可靠性、灵活性和缩小停电范围等。
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单线AT牵引网构成示意图
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复线AT牵引网构成示意图
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复线AT供电说明
SS 变电所 SFSP 辅助开闭所 T 线 CPW 钢轨和保护线间的辅助联接PW 保护线 耦变压器所SP分区所
接触线R F正馈 R 钢轨 ATP 自
AT处采用横向连接线CPW实现轨道、保护线和AT中性点的连接，通过 放电器（SD）将AT的中性点与大地相连。与不并联的AT供电方式比， 全并联AT供电更具有线路载流能力大、供电区段长、适应高速等优 点。
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三、牵引供电方式
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带回流线的直接供电方式
直接供电方式
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直供方式
直供方式，在牵引网中不加特殊防护措施，一般只在通信线路少的山区采用，虽然有结构 简单，设备少，造价低，施工及运营维修方便等优点。但接触网对邻近通信线路干扰较大， 所以一般不采用
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带回流线的直接供电方式（DN供电方式）
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越区供电
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总结
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全并联AT供电方式主接线图
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全并联AT供电方式特点
全并联AT供电方式与不并联的AT供电方式相比，减小牵引网单位长度阻抗，减少电压损 失和增强供电能力。在相同的负载条件下，可以减少牵引网电力损失大约10％。同时， 由于在每一AT站都进行了并联，负荷电流在上下行牵引网进行了均分，使得线路运行更 加均衡，大大提高了供电的可靠性和带负载能力及减少对周围通讯的干扰。 在全并联AT供电方式下，由于在每一个AT站进行电气的横联后，整个牵引网的电路拓扑结 构变得极其复杂。当牵引网线路发生短路时，故障区段及故障地点的准确判别也变得非 常困难，不利于故障的排除和供电的及时恢复。
带回流线的直接供电方式，是在接触网同高度的外侧增设了一条回流线，减轻了接触网对 邻近通信线路的干扰。这种供电方式的特点是：结构简单，投资和维护量小；供电可靠性 高；牵引网阻抗比直供和BT方式都小，能耗较低，供电距离增长；防干扰效果强于直供不 如BT供电方式。
19
AT供电方式
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AT供电方式牵引网的构成
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工作原理
由于自耦变压器的作用，接触网和正馈线的电流均为I/2，方向相反，有 效 地 减 少 牵 引 网 对 通 信 线 的 干 扰 。 由于自耦变压器的中性点与钢轨相连，牵引网的供电电压为2 x 27.5 kV ，电压提高了一倍，因此牵引变电所的间距理论上提高了一倍。例如 直供 + 回流线供电方式牵引变电所间距为 20-30km ，则 AT 供电方式为 4060km。 AT 供电方式用于重载、高速需大电流的牵引供电系统。馈线电流只有直 供方式的一半。
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接触网分相绝缘器
分相绝缘器（电分相）：串在接触网上，目的是把两相不同的供电区分开，并使机车光 滑过渡，主要用在牵引变电所出口处和分区处。
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分区所（SP），开闭所（SSP)
SP: 为了增加供电的灵活性，提高运行的可靠性，在两个牵引变电所的供电区间常加设 分区所
SSP:实际上是起配电作用的开关站。开闭所就是高压开关站，从严格意义上讲是“高压配 电”站，仅仅起配电作用，实现环网供电、双路互投等功能。
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牵引网
牵引网是由馈电线 （供电线）、接触网、 钢轨、大地和回流线 组成的供电系统，完 成对电力机车的送电 任务。
馈电线：连接牵引变电所和接触网的导线和电缆。它把牵引变电所 主变压器二次侧27.5KV的电压输送到接触网。
接触网：一种特殊的输电线，架设在铁路上方，机车受电弓与其磨 擦受电。
钢轨、大地和回流线：牵引变电所处的横向回流线，它将轨或与轨 平行的其它导线与牵引变压器指定端子相联。又能大大降低牵引负 荷电流对通信的干扰。
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AT供电方式的工作原理
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工作原理
牵引变电所牵引侧电压为 2X27.5KV，其绕组两端分别接至接触导线和正馈线，其中性点与 钢轨相连。为保证接触导线与正馈线之间的电压水平达到 55KV，AT供电方式每隔10~~15KM， 在接触网与钢轨间并接入一台自耦变压器，自耦变压器将牵引网的电压提高一倍，而供给 电力机车的额定电压仍为25KV，称为AT所。
供电系统概述
一、 电力系统与铁路供电系统组成
1、发电厂 2、电力网
3、电能用户
电力 系统
1、牵引供电系统组成 2、铁路变配电系统
铁路供电 系统
供电示意图
牵引供电系统
3
一、牵引供电系统工作原理
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二、牵引供电系统组成
牵引 供电 系统
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牵引变电所
牵引变电所的主要任务是将电力系统输 送来高等级的三相交流电变换为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。牵引变电 所通常设置两台（四台）变压器，采用 双电源供电。变压器的接线方式目前采 用的有V/X接线，单相V/V接线,纯单相 接线