高速铁路牵引供电技术
高速铁路牵引供电系统的节能技术及应用
高速铁路牵引供电系统的节能技术及应用一、引言高速铁路作为一种快速、安全和环保的交通工具，正逐渐成为现代交通网络的重要组成部分。
然而，高速铁路的运营需要大量的能源消耗，给环境带来一定的压力。
因此，开展高速铁路牵引供电系统的节能技术研究，具有重要的理论和实践意义。
二、高速铁路牵引供电系统概述高速铁路牵引供电系统负责为列车提供牵引能源，是高速铁路运营的关键环节。
主要由供电系统、牵引系统和动力装置组成。
供电系统负责将电能供给牵引系统，实现列车的正常运行。
三、高速铁路牵引供电系统的节能原理高速铁路牵引供电系统的节能原理主要包括减小能量损耗、提高能量利用效率和优化系统结构等方面。
通过降低系统的消耗和优化能量转换过程，有效提升系统的节能性能。
四、高速铁路牵引供电系统的节能技术1. 牵引变流器技术牵引变流器作为供电系统的核心设备，对其进行优化设计可以提高整个系统的节能性能。
例如，采用新型变流器技术，将能量回馈到电网中，降低能量消耗。
2. 供电系统的变压器技术在高速铁路牵引供电系统中，变压器是能量传输的重要环节。
通过优化变压器的设计和运行方式，可以降低能量传输过程中的损耗，减少能源消耗。
3. 能量回收技术在列车制动过程中，将产生大量的能量，通过能量回收技术可以将这部分能量回馈到电网中，减少能量损耗，并提高能源利用效率。
4. 能量储存技术高速铁路牵引供电系统可以采用能量储存技术，将能量存储起来，供给列车在需要的时候使用，从而减少供电系统的能量消耗。
5. 光伏发电技术利用光伏发电技术为高速铁路牵引供电系统提供部分能源，可以减少传统能源的使用，降低环境污染，提高系统的可持续发展能力。
五、高速铁路牵引供电系统节能技术应用案例分析通过对一些典型高速铁路牵引供电系统节能技术应用案例的分析，探讨了这些技术在实际工程中的应用效果和经济效益。
六、高速铁路牵引供电系统节能技术的发展前景1. 技术创新面对日益增长的能源消耗和环境压力，高速铁路牵引供电系统的节能技术需要不断创新和改进，以提高系统的节能性能。
中国高速铁路牵引供电关键技术
中国高速铁路牵引供电关键技术摘要：随着我国交通方式的不断进步，国家在高速铁路方面的关注度也逐渐提高，并且在近些年已经取得一定的成果。
在高速铁路牵引供电系统方面对关键技术的引进使得高速铁路进一步得到发展，并且还需要对这方面的技术进行必要的创新以及发展，通过不断对关键技术的改进来不断实现我国高速铁路牵引供电系统方面的进步，从而直接推动我国高速铁路行业的发展，为人们的出行提供很大程度上的便利条件，促进着我国各地区的经济文明建设，在我国经济发展中功不可没。
文章通过对高速铁路牵引供电系统的分析，研究了牵引供电系统当中的关键技术。
关键词：高速铁路；牵引供电系统；关键技术1.引言随着人们对高速铁路的不断运用，高速铁路建设也迎来了蓬勃的发展，在其发展的过程当中就有可能会产生相关的影响，对于这些影响需要以先进的关键技术来避免，因此对于我国高速铁路牵引供电系统关键技术的分析能够让国家在高速铁路本身技术的基础之上不断进行技术的革新，从而能够不断为电力机车的速度提升提供一定的技术基础，不仅能够保证高速铁路牵引供电系统的正常稳定运行，还能够为电力机车的安全行驶提供技术支持，从而达到为人们出行服务的目的，也不断推动着我国现代化国家的建设进程，促进着我国的经济发展速度。
2.高速铁路牵引供电概述现阶段高速铁路运行过程当中主要是由电量提供系统和电力机车构成的，其中的电能提供系统包括了提供电能的电源以及牵引供电系统。
提供电能的电源的主要功能就是提供电力机车行驶过程中所需要的电能，其提供电能的方式就是通过特定的高压变电站以及铁路建设中所搭设的相应配送电线路将产生的电能输送到牵引供电系统当中。
组成牵引供电系统的要素主要是牵引变电站和相关的牵引网，电力机车在高速铁路上行驶的过程中通过特定的接触设备与牵引网之间相互接触之后在滑动的过程中不断从牵引网上获取电能，之后再利用电力机车本身的车载变流器、牵引电机等相关设备的转换作用转变成电力机车的动力而驱动其行驶。
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
《高速铁路概论》课件——3-1高速铁路牵引供电系统概述
二、牵引供电系统组成
牵引供电系统的任务是保证质量良好地并不间断地向列车供电，主要 包括牵引变电所和牵引网两部分。
牵引变电所是电气化铁路供电系统的心脏，主要功能是变压和变相。
电气化铁路的电流制经历了由低压直流、三相交流、单相低 频交流到单相工频交流的演变过程。
今后的发展方向主要是采用25kV的单相工频交流制。
高速铁路牵引供电系统概述
高速铁路牵引供电系统概述
教学目标
了解电气化铁路电流制的发展 掌握高速铁路牵引供电系统的供电过程 树立遵守《铁路安全管理条例》的意识
复兴号动车组运行需要几节5号电池？
一、牵引供电过程
《铁路安全管理条例》规定，禁止在铁路电力线路导线两侧各 500米的范围内升放风筝、气球等低空飘浮物体。
高速铁路牵引供电系Байду номын сангаас概述
课堂小结
电气化铁路电流制的发展 高速铁路牵引供电系统的供电过程 遵守《铁路安全管理条例》的意识
高速铁路牵引供电关键技术分析
3 高速铁路牵引供电关键技术分析 3.1 项目背景
本高速铁路工程项目为客运专线，总长度约 为120km，基本是由高架线构成，最大设计速度 为350km/h，最大运营速度为300km/h，沿线共设5 座车站，其整个机电系统在运营速度300km/h、列 车编组8辆的条件下，达到最小追踪列车间隔时间 3min的综合能力目标值。 3.2 牵引供电系统技术特性
198.8/84.4/45.24
299.04/118.68/66 -100.6/-34.28/-20.76
项目 建筑面积（变电所/分区所/AT所）（m2） 场坪面积（变电所/分区所/AT所）（m2）
运行条件 美观性
27.5kV侧设备建安费（变电所/分区所/AT所）（万元）
表2 方案比较 GIS开关柜 318/185/167
4970/2110/1131 好 好
555/510.6/248.4
传统户外布置 117/126/126 7476/2967/1650
差 差 443.4/309/154.2
差异 141/59/41 -2506/-857/-519
111.6/210.6/94.2
房屋投资（变电所/分区所/AT所）（万元）
66.78/38.85/35.07
37.17/26.46/26.46
29.61/12.33/8.61
土建投资（变电所/分区所/AT所）（万元）
2018年第10期 （总第22期）
中国高新科技 China High-tech
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高速铁路牵引供电关键技术分析
李亚楠
（中铁二十三局集团电务工程有限公司，黑龙江 齐齐哈尔 161000）
高速铁路牵引供电关键技术分析
高速铁路牵引供电关键技术分析摘要：随着铁路建设的不断推进，牵引供电技术也得以快速发展。
文章介绍了高速铁路牵引供电系统的组成，分析了高速铁路牵引供电技术的特点，并结合实际案例对高速铁路牵引供电的关键技术进行了探讨，有效保证了列车运营的稳定性和安全性。
关键词：高速铁路；牵引供电系统；接触网技术一、高速铁路牵引供电系统组成在铁路系统运行过程中，牵引供电系统为列车的正常运营提供了动力支持。
由于高速铁路列车运行密度大、车辆运行速度快、列车运行可靠性要求比较高，所以高速铁路列车设备选型和技术方案和普通铁路均有所不同。
高速铁路牵引供电系统主要可以划分为接触网和牵引变电所两个组成部分。
其中，牵引变电所主要通过牵引变压器将区域电力系统电源变压为适合电力机车运行的电压，然后利用馈线将电压引到接触网。
电力机车通过受电弓从接触网获得连续电能，为其运营提供足够的能量。
三、高速铁路牵引供电关键技术分析3.1项目背景本高速铁路工程项目为客运专线，总长度约为120km，基本是由高架线构成，最大设计速度为350km/h，最大运营速度为300km/h，沿线共设5座车站，其整个机电系统在运营速度300km/h、列车编组8辆的条件下，达到最小追踪列车间隔时间3min的综合能力目标值。
3.2牵引供电系统技术特性3.2.1可靠性牵引供电系统必须具备科学的冗余设计体系、高质量的设备与施工体系，为列车运行提供可靠的能量支持。
3.2.2可用性外界故障或内部人员疏忽引起的故障不至于导致系统的失效。
如双回路供电、接触网系统合理电分段，结构稳定、智能化继电保护控制系统。
3.2.3可维护性建立系统维修体制，牵引供电系统应保障不间断供电，采用少维护、免维修产品。
3.2.4安全性采取合适的、具有可操作性的安全管理措施避免出现安全性灾难；牵引供电系统不应产生铁路内部危害性干扰及对与其他系统的危害性相互作用的影响。
3.2.5环保和可持续性发展牵引供电系统建设应符合中国环境保护法的要求，电磁干扰、噪声指标等对人体健康及环境的影响符合相关规定，具有绿色、环保、节能的功能措施，对周边环境无污染或少污染，设备材料的使用具有可回收性和二次利用性，保证整个系统的可持续发展。
高速铁路牵引供电系统简介
高速铁路牵引供电系统第一节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。
高速铁路的主要技术特征
高速铁路的主要技术特征1.高速列车设计与制造技术：高速列车采用轻量化、强度高、空气动力学优良的车体设计，以减小空气阻力，并提高运行速度和安全性能。
在车体材料方面，使用高强度钢、铝合金和复合材料等先进材料，以提高列车的稳定性和安全性。
2.高速线路规划与设计技术：高速铁路线路采用直线段和大半径曲线段的设计，以减小列车运行时的横向力和纵向加速度，提高列车的稳定性和乘坐舒适性。
此外，高速铁路的线路坡度和升降曲线也需要进行科学的设计，以提高列车的运行效率和安全性。
3.高速供电与牵引技术：高速铁路采用电力牵引方式，通过架空线或第三轨供电，以实现列车的高速运行。
此外，采用了直流传动、交流传动、多系统传动等多种牵引方式，以适应不同地区和国家的电力系统标准。
4.高速信号与通信技术：高速铁路使用先进的信号与通信系统，确保列车能够实时接收到来自控制中心的指令，并能够及时与其他列车和地面设备进行通信。
这些系统包括列车自动控制系统（ATP）、列车运行控制系统（ATO）、列车通信系统以及车站和信号设备等。
5.高速轨道和道岔技术：高速铁路采用了平直轨道和道岔的设计，以减小列车在道岔处的摇晃和减速，提高列车的运行速度和安全性能。
此外，高速铁路的轨道也具备一定的自清雪能力，以保证列车的正常运行。
6.高速安全与监控技术：高速铁路配备了先进的安全和监控系统，实时监测列车的运行状态和安全指标，并通过中央控制中心进行监控和分析。
同时，还配备了紧急制动和救援设备，以应对突发情况和降低事故风险。
总的来说，高速铁路的主要技术特征体现在列车设计、线路规划、供电与牵引、信号与通信、轨道和道岔以及安全与监控等方面。
这些技术特征的应用和发展，为高速铁路的运行速度、安全性和乘坐舒适性提供了重要保障。
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2、牵引网供电方式的比较
2)直接供电方式
④牵引网回路是不平衡回路，防干扰性能差，加 设回流线后的防干扰效果一般，并需增加防干 扰费用； ⑤适用于防干扰问题不突出和外部电源投资相对 较小的区段及运输繁忙干线、重载和高速线。 ⑥供电回路结构简单，运行可靠，造价低。 ⑦要对绝缘子闪络采取保护措施。
2、牵引网供电方式的比较
4、牵引变压器选型及容量
1)牵引变压器接线种类 牵引变压器接线型式有单相牵引变压器、V/V接 线牵引变压器、平衡型牵引变压器和三相 Y/ 牵 引变压器 2)牵引变压器接线特点 单相牵引变压器： 容量利用率高，牵引变压器 的安装容量小，负荷平稳、电能损耗小、运营费 用低、结构简单、可靠性高、设备数量少、运营 维护方便和工程投资低、减少接触网电分相数量 和有利于电力机车再生能量的利用等优点，但对 电力系统的负序影响大。
4、牵引变压器选型及容量
2)牵引变压器接线特点
2、牵引网供电方式的比较
2)直接供电方式
①1×25kV 系统，变电设施较为简单，接触网在 一般情况下（重负荷除外）也比较简单，但在 接触网使用加强导线的情况下，牵引网结构已 与AT供电方式相当； ②牵引变电所的间距较小，这大大增加了电分相 数量，不利于列车的高速运行，外部电源的工 程数量和投资较大； ③在牵引网的电压损失和电能损失方面较AT供电 方式为大；
1）外部电源电压应为220kV 京沪高速铁路是繁忙干线和重负荷线路，从高 速电铁牵引负荷的需用功率与电力系统相应电压等 级所适应的输送功率应相匹配的角度来看，牵引变 电所的外部电源电压等级应是220kV， 牵引变电所的外部电源是线路的基础设施之一， 只有采用 220kV 电源电压供电才能满足最高时速为 350km/h的高速列车稳定正常运行的需要。
高速铁路牵引供电技术
1、高速铁路的特点 2、牵引变压器选型及容量 5、无功补偿及滤波装置 6、牵引供电所设计 7、设备选型原则 8、综合调度系统
1、高速铁路的特点
1）线路特点
正线数目：双线全封闭客运专线； 最大坡度：12‰； 到发线有效长度：650m； 最小曲线半径：一般7000m，困难5500m； 线间距：5.0m； 设计速度：列车运行速度在200～350km/h之间， 线路平纵断面和基础设施满足350km/h的条件； 牵引种类：电力； 列车类型：大功率流线型交--直--交动车组
2、牵引网供电方式的比较
牵引网供电方式有： 1）直接供电方式（含带回流线、加强线） 2）BT供电方式 3）AT供电方式 4）CC（同轴电力电缆）供电方式 对于高速电气化工程，BT和CC供电方式均存在致命的弱点，是不能予以 考虑的供电方式。
2、牵引网供电方式的比较
1)AT供电方式特点
①2×25kV 系统，供电电压比直供方式高一倍， 而牵引网单位阻抗仅为直供方式的 57％左右， 电能损失小，显示了良好的供电特性； 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； ③牵引网回路是平衡回路，屏蔽系数为直供方式 的 1/20 左右，防干扰效果，可改善电磁环境， 并减少防干扰费用； ④减少了电分相数量，有利于列车的高速运行；
2、牵引网供电方式的比较
1)AT供电方式特点
⑤ 牵引网系统需设正馈线，较一般直供方式复 杂，但在重负荷区段不必设加强导线，可与直 供方式相当；变电系统较直供方式减少了牵引 变电所的数量，但需设 AT 所，开关设备需用双 极； ⑥ 适用于高速和重载的重负荷铁路及运输繁忙 双线区段。 ⑦ 牵引网结构复杂，导线数量多，造价高。
4、牵引变压器选型及容量
2)牵引变压器接线特点 平衡型牵引变压器：两臂牵引负荷相等的前提下，平衡型牵引变压器的 原边三相是对称的；它的过载能力强，容量利用率较高。可改善牵引变电所 发生三相不平衡的概率和减少对电力系统的负序影响，但是其结构复杂，特 别是高速列车采用再生制动方式，可能造成牵引变压器的平衡效果的严重恶 化
1、高速铁路的特点
2）牵引负荷特点 列车运行最高速度(km/h)：350km/h 列车传动方式:大功率交-直-交动车组 列车功率:≥16MW;可以近似为1MW/节 负荷电流（A）：单车平均电流为770A左右 列车平均带电概率：96% 列车单位能耗（kWh/104tkm）： 列车平均单位能耗为711左右 电制动方式：再生制动 功率因数：0.97 谐波含量：单次谐波含量低，但频谱较宽 追踪运行间隔（min）：3min设计，近期4min
1、高速铁路的特点
1）线路特点
列车运行控制方式：自动控制 行车指挥方式：综合调度集中； 运输组织模式：不同速度等级的高速列车共线运 行 闭塞方式：车载信号ATC自动闭塞； 列车追踪间隔时分： 高速列车：3min设计，近期4min使用， 设备综合维修天窗：6h。
1、高速铁路的特点
1）线路特点
建筑限界：
3、供电方式对外部电源的要求
3、供电方式对外部电源的要求
2）采用单相牵引变压器对外部电源的要求 采用单相牵引变压器的负序功率等于牵引负荷功率。 电力系统公共连接点处的电压不平衡度应满足国家标准 （GB/T 15543-95）的要求，电压不平衡度εU的最大限值 是连接点处三相短路容量的4%。 牵引变电所的最大单相功率一般不超过120MVA，因此 电力系统在正常的最小运行方式下，公共连接点处的三 相短路容量应大于 3000MVA ， 220kV 电网的三相短路容量 通常在3000MVA以上时，在公共连接点处引起的电压不平 衡度和谐波电压畸变率可以满足国家标准要求。
3)供电方式选择
在AT和直接两种供电方式中，高速铁路供电 系统电源取自公共电网的国家，牵引网均采用AT 供电方式，电压较直供方式提高一倍，供电臂长 度增加一倍，同时满足大功率负荷的需求。牵引 网采用直接供电方式只有德国采用，因为德国采 用独立自用电源系统，全线接触网可实现纵向并 联方式运行，没有电分相，不存在通过电分相对 列车速度的影响问题。 根据我国国情，应首先选用AT供电方式。