铁路牵引网的供电方式与接触网结构
电气化铁路供电系统教材
谐波问题 整改措施：在牵引变电所增加滤波器 （单调谐滤波器、高通滤波器），存在 增加投资的问题。 限制：谐波电流问题一直是铁路部门 和电力部门之间争论的焦点问题。
负序电流问题 牵引供电系统的负荷为单相负荷，导致 从电力系统三相去用的电能不平衡，从而向 电力系统注入负序电流。 负序电流的危害：降低用户电能的利用 率，引起用户旋转电机转子表面温升过高。 整改措施：牵引供电系统采用换相方式 接入电力系统，采用新型供电方式。 限制：电力部门一直在对牵引供电系统 注入电力系统的负序电流进行限制。
2 牵引网 通常，将接触网、钢轨、回流线构成的线路称为牵引网。接触网 和钢轨是牵引网的主体。 接触网（图3-54）是架设在电气
化铁路上空，向电力机车供电的一种
特殊形式的输电线路，其质量和工作 状态直接影响电气化铁路的运输能力。 接触网根据其接触悬挂类型，可 以分为简单接触悬挂和链形接触悬挂 两类。
• 供电能力：满足在不同牵引工况下电能的输 送。关键点：牵引供电臂末端电压水平。 • 运行方式的灵活性：在确保供电的前提下， 为设备的检修、运行方式的调整等提供灵活 的操作方式。改变运行方式的动作迅速。 • 完备的确保一次系统运行可靠性的措施。
目前牵引供电系统面临的主要问题： • 谐波问题 • 负序电流问题 • 功率因数问题 • 机车过分相问题 • 接地问题 • 继电保护问题 • 弓网关系问题 • 绝缘配合问题 • 电磁兼容问题
功率因数问题 列车从牵引供电系统取用的电能会随着 列车牵引定数、路况（限坡、弯道）、运行 图、司机操作技术等因素的影响，因此改变 列车取用的有功功率和无功功率，导致功率 因素发生变化。 电力部门要求大工业用户的功率因数达 到0.9以上，高出部分奖励、低于该数值将罚 款。 整改措施：加功率因数补偿装置，困难 在于负荷波动导致功率因数大范围波动，难 以达到理想的补偿效果。
牵引供电供电方式专业知识讲座
回流线 N
AC
27.5kV
电力机车
接触网 C
钢轨 T
在接触网和回流线中串接吸流变压器，让牵引电流 通过电力机车后从回流线返回牵引变电所。
电磁兼容性能好，对周围环境影响小，钢轨电位低
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BT当(吸之处流，请变联系压本人器或)网供站删电除。方式
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AT当(自之处耦，请变联系压本人器或)网供站删电除。方式
接触网 C
AC
55kV
电力机车
钢轨 T
正馈线 F
牵引电流通过电力机车后从正馈线返回。 供电电压提高，更能适应大功率负荷的供电，功率 输送能AT力供强电，方供式电接距触离网远结，构可复减杂少，牵供引变变电电设所数量， 减少电施分较相多数，目运，营机维车护通难过度分较相大中性段短时失电产 生的速度和功率损失得到降低；有效降低对通讯线 路的干扰; 。
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，一般ＡＴ间距为 10 ~ 20 km ，开关设备需用双极； ⑥牵引网结构复杂，导线数量多，对跨线建筑 物和隧道净空要求高，投资较大，保护和维护 难度较大
带回流当线之处的，直请联接系本供人或电网站方删式除。(TRNF)
回流线 N
AC
27.5kV
电力机车
接触网 C
钢轨 T
相对直接供电方式，钢轨电位和对通信线路的干 牵变扰引电有电所所流 ， 改通 部 善过 分 。电 从 钢力钢轨机轨电车地位后返降部回低分。；从牵回引流网线 阻返 抗回 降牵 低引 ， 兼供有电直距接 离供 增电 长方 ；式对结弱构电简系单统，的投电资磁和干维扰修减量小小、 供相电对可BT靠方性式高，等结优构点简单，投资少，维护费用低； 牵引网阻抗减小，供电距离增长
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。
接触网的供电方式
2、吸流变压器—回流线装置BT
回流线cd 中无电流，在 接触网cd 段的长度内等于 没有防护。
d
c
两种情形都使吸流变压器—回流线在半段长度里失去效用，这种现象叫做 半段效应，失效区相当于分段长度之半。
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。
21.07.2020
1、直接供电方式
复线区段供电方式与上述基本相同，但每一供电臂分别向上、下 行接触网供电，因此牵引变电所馈出线有四条。同一侧供电臂上、 下行线实行并联供电，可提高供电臂末端电压。越区供电时，通过 分区亭开关设备来实现。复线区段供电情况如下图所示。
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图 复线区段供电示意图
第一章 接触网概述
第一节 接触网的定义与分类 第二节 接触网的组成 第三节 供电方式 第四节 受电弓
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第三节 供电方式
在牵引供电的发展过程中，出现过低压直流、三相交流、单 相低频交流、单相工频交流等多种供电制式。目前仍采用的主 要供电制式有：单相工频25KV，单相低频15KV；直流3KV， 直流1.5KV等。
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2、吸流变压器—回流线装置BT
1 3
5 2
1 2
4
I1
I2 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
1、直接供电方式
1—输电线；2—牵引变电所；3—馈电线；4—接触网；5—电力机车；6—钢轨
高铁接触网基础知识—接触网供电方式
分区亭
下行
变电所B
上行
下行
子任务2：按接触网获得电能方式分类
4、越区供电
变电所A 分区亭I
接触网
越区开关 闭合
故障 牵引变电所
分区亭II 变电所B
接触网
越区开关 闭合
1# 变电所
➢ 越区供电
分区亭
故障变电所
分区亭
3# 变电所
单线双边供电
➢ 越区供电
变电所A 分区亭I
故障 牵引变电所
按变电所馈出线与回流线不同分类
3、吸流变压器供电方式(BT供电方式 )
吸流变压器
吸流变压器
回流线 R
AC 27.5kV
电力机车
接触网 C 钢轨
T
特点：每相距1.5～4 km间隔，设置一台变比为1:1的电 力变压器。它的一次绕组串接在接触导线上，其二次绕 组则串接在特设的回流线(NF)上。
按变电所馈出线与回流线不同分类
只承受一组 接触悬挂
没有回流线
按变电所馈出线与回流线不同分类
2、带回流线的直接供电方式(DN供电方式 )
回流线 R
AC
27.5kV
电力机车
接触网 C
钢轨 T
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。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 。
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。
3、吸流变压器供电方式(BT供电方式 )
原理：由于吸流变压器变比为1:1缘故，回流线和接 触网中的电流基本上大小相等，方向相反。两者的交 变磁场基本上可互相平衡(抵消)，这样就达到了牵引 供电回路比较对称的目的。这种方式使牵引电流在邻 近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。
接触网基础知识总结
一、接触网的构成接触网是沿铁路上空架设的一条特别形式的输电线路，它由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础等几部分构成,以以下图所示。
1。
接触悬挂接触悬挂包含接触线，吊弦，承力索和赔偿器及连结零件，接触悬挂经过支持装置架设在支柱上，其作用是将从牵引变电所获取的电能输送给电力机车。
电力机车运转时，受电弓顶部的滑板紧贴接触线摩擦取流。
为了保证滑板的优秀取流，接触悬挂应达到以下要求 :(1）接触悬挂的弹性应尽量平均，即悬挂点间的导线，在受电弓抬升力作用下，接触线的高升应尽量相等 ,且接触线在悬挂点间应无硬点存在。
（2）接触线对轨面的高度应尽量相等,若受悬挂条件限制时，接触线高度变化应防止出现斜坡 .(3）接触悬挂在受电弓压力及风力作用下应有优秀的稳固性，即电力机车运行取流时，接触线不发生强烈的上、下振动。
在风力作用下不发生过大的横向摆动，这就要求接触线有足够的张力，并能适应天气的变化。
（4）接触悬挂的构造及零零件应力争轻盈简单，做到标准化，以便检修和交换，缩短施工及运转保护时间。
拥有必定的抗腐化能力和耐磨性,以延伸使用年限。
此外 ,要联合国情尽量节俭有色金属及钢材，降低造价。
2.支持装置支持装置包含腕臂、水平拉杆（或压管）、悬式绝缘子串、棒式绝缘子及吊挂接触悬挂的所有设备。
我们管辖范围内没有使用水平拉杆安装，而是平腕臂。
长处：支撑装置稳固性好，抗风能力强。
支持装置作用：，并将接触悬挂负荷传给支柱或其余建筑物.依据接触网所在区间、站场和大型建筑物而有所不一样。
支持装置构造应能适应各样场所，尽量轻盈耐用，有足够的机械强度，方便施工和检修。
3。
定位装置定位装置包含定位管、定位器、支持器及其连结零件。
作用是固定接触线的地点，在受电弓滑板运转轨迹范围内，保证接触线与受电弓不离开，使接触线磨耗平均 ,同时将接触线的水平负荷传给支柱。
（1）定位方式：正定位（2）定位方式 : 反定位（3）定位方式 : 软定位软定位用于小半径曲线外侧支柱上，由弯管定位器经过两股Φ 4.0 mm 镀锌铁线拧成的“软尾巴 " 固定在绝缘腕臂上的定位环里.软定位方式只好承受拉力，且承受拉力较大，但不可以承受压力.为了防备拉力过小定位器着落,它一般用于曲线半径 R≤1000 m 的曲线外侧支柱上。
高速铁路牵引供电系统概论
1.5 牵引供电系统的其他设备：
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，装有开关设备，根据运行需要可以连接同一供 电臂的上、下行接触网，或连接相邻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、
星形－曲折延边平衡变压器
A
C
I
+
U
－
B
I
－
U
+
Le Blanc 接线变压器
A
C
－ c
O
B a
I +
U
I
U
+
b
－ d
变形Woodbridge接线变压器
x1 a2
x2
三相V/v接线
A T +
N U
F－
B
单相中抽式（AT专用）
A
BC
V/x接线（AT专用）
特点：
接线简单 变压器容量利用率为100％ 二次侧不能直接提供三相电源 对于纯单相接线，理论上可取消变电所出口的电分相； 存在负序问题，仅适用于电网容量较大场合
1.6.2 三相变压器类
YNd11接线变压器 三相不等容YNd11接线变压器 十字交叉接线变压器
钢轨
牵引供电 系统结构
1.2 供电方式： 1.2.1 直接供电方式
T
R
特点：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。
1.2.2 带回流线的直接供电方式
F T
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铁路牵引网的供电方式与接触网结构
1 牵引网的供电方式
铁路牵引供电系统的主要功能是将地方电力系统的电能引入牵引变电所，通过牵引变电所和接触网等，向电力机车提供持续电能。
牵引网主要由馈电线、接触网、钢轨、回流线组成。
馈电线(Feeder)是指从牵引变电所母线连接出来连接到接触网之间的传输导线。
接触网(Catenary)悬挂在铁道钢轨线正上方，对地标称电压27.5kV，是沿电气化铁路架空敷设的供电网，通过受电弓向电力机车或动车组提供电能。
接触网主要由承力索、吊弦、接触线组成，接触线与路轨轨面的高度通常为 6.5m。
牵引网供电方式主要有：直接供电方式、BT供电方式、AT供电方式、CC供电方式。
目前我国高速铁路和客运专线普遍采用带回流线的AT 供电方式。
1.1 AT供电方式
AT(Auto-Transformer)供电方式的即自耦变压器供电方式，AT 供电方式具有更好的防干扰效果和更大的牵引能力，目前我国高速铁路和载重铁路基本使用AT 供电模式，牵引变电所的进线电源为交流110kv或220 kV，出线电压为交流2×27.5 kV。
牵引变电所主变压器输出二次侧分别接于牵引馈线(T)相和(F)相，每隔10~15km 设立一个自耦变压器所，并联接入牵引网中，变压器的首端和尾端与接触网的(T)相和(F)相相连，绕组的中点与钢轨相连接。
接触网和正馈线中的电流大小相等，方向相反，且电流大小仅为电力机车电力的一半，减少了电弧对接触网烧伤和受电弓滑板等问题，对邻近通信线路的干扰大大降低。
与其它供电方式相比，线路上的电压降可以减少一半，因此供电臂可延长一倍，达到50km—60km。
采用AT 供电方式无需加强绝缘就能使供电回路的电压提高一倍，在AT 区段电力机车是由前后两个AT 所同时并联供电，因此适宜与高速铁路和重载铁路等大负载电流运行。
图1 A T供电方式
2 接触网结构
高速铁路接触网功能是从牵引变电所引入电能，并将电能输送到沿铁路钢轨运行的电力机车的受电弓上。
接触网主要包括支柱和导线，导线包括传输线(T 线)、承力索、正馈线(F
线)和保护线(PW 线)，其中T线负责电能传输并向列车供电，F 线与T 线一起构成电能传输线。
T 线与F 线架设在同一支柱上，相对距离较小，二者相对中性线的电压均为27.5 kV，但是相位相反，两者的电流大小相等方向相反，对邻近通信线路的电磁干扰大为减少，且二者线路上的电流均为牵引电流的1/2，线路上的电压降可减少1/2。
PW 线为中性线，其主要作用是避免接触网支柱接地部分直接与轨道相连，以减少对轨道电路的干扰，在接触网发生接地故障时，PW 线为短路电流提供通道，有利于提高继电保护动作的可靠性。
图2 接触网结构
图3 接触网结构示意图
架设于高架桥上的接触网上、下行线路对称布置，档距为50m，每侧设有T 线和 F 线两条馈电导线，其中T 线由承力索和悬吊在其下方的接触线构成。
此外，每侧还设有一条起保护回流作用的架空地线(PW 线)。
根据京津城际客运专线的具体设计参数，接触网 F 线、T 线承力索和T 线接触线对轨面的高度分别为7.4、6.9 和5.3m，PW 线的安装位置与T 线承力索等高，架桥跨距为32m，高度为10m~16m。
如下图所示。
图4 高架接触网示意图
高铁接触网的结构特点决定了 F 线是最易遭受雷击的，F 线位于接触网外侧最高点，构成了对T线、PW 线的屏蔽，直击雷和感应雷都主要对F 线造成威胁。
因此为提高接触网的耐雷水平，新型的接触网结构如下图所示。
在立杆支柱顶端假设一条架空避雷地线（GW 线），架空地线直接固定在支架上，并与钢柱相连。
图5 带架空地线接触网示意图
3 接触网雷击
高速铁路接触网防雷设计是依电力系统35kv输电线路和普速铁路接触网的规范为依据的,在整个接触网防雷线中几乎不架避雷线,只把避雷针加在几个比较关键的设备处。
直击雷主要从三个地方侵入接触网,第一是雷击正馈线,使悬式绝缘子发生闪络;第二是雷击承力索,使腕臂绝缘子发生闪络;第三是雷击保护线,两种绝缘子均可能闪络。
根据实测结果可知，牵引网AF线悬式绝缘子雷击闪络概率远高于腕臂绝缘子雷击闪络的概率。
京津线2009年统计数据表明AF线绝缘子的破坏概率超过了T线绝缘子破坏概率的30倍；此外，在京沪等其他高速铁路中也有同样的现象。
造成这种现象的原因是：AF 线位于承力索外侧，且略高于承力索，对承力索有屏蔽保护作用，雷击两侧AF线的概率比雷击承力索的概率要大得多。