论电气化铁路的供电系统

论电气化铁路的供电系统
电气化铁路是以电能作为牵引动力的一种现代化交通运输工具，由于它的牵引动力是电能，所以又称电力牵引，它与蒸汽牵引和内燃牵引不同的地方是电力机车（或电动车组）本身不带能源必须由外部供给电能。

1 牵引供电系统
牵引供电系统主要包括牵引变电所和牵引网两部分，而牵引网又由馈电线、接触网、轨道回路和回流线组成。

牵引变电所是电气化铁路供电系统的心脏，在采用单相工频交流制时，它的主要功能是变压和变相，它将电力系统输送来的高压110KV或220KV变成电力牵引所需要的电压并将电力系统输送来的三相电变成电力牵引相适应的单相电，在采用单相低频交流制式时，还要进行变频，如25HZ，对于直流电气化铁路还要进行整流，把交流电变成相应电压的直流电，我国电气化铁路采用的是单相工频交流制，其频率与工业企业使用的电源频率是一致的，都是50 HZ，在使用国家电力系统电能时无需变换频率。

牵引变电所是沿电气化铁路设置的，根据牵引变电所及电力系统的发电厂和区域变电所的位置，以及高压输电线路对牵引变电所的引入方式，牵引变电所可分为中间变电所，中心变电所，和终端变电所，为了保证供电的可靠性，牵引变电所通常应由两个相互独立电源供电，或者由一个电源由两个回路的输电线路供电，以便当一个回路输电线路检修或故障时，由另一回路输电线路完成全部输电任务。

2 电力机车和电动车组
电力机车和电动车组是靠电能驱动运行的机车车辆，电力机车由机械部分、电气部分和空气管路系统三部分组成，它的机械部分和空气管路系统基本上与内燃机车相同，机械部分主要包括机车车体和走行部分，空气管路系统主要包括制动气路系统和辅助气路系统。

而电气部分主要包括受电弓，主断路器、牵引变压器、整流硅机组、平波电抗器、牵引电动机和制动电阻柜等。

为了保证电力机车的正常运行机车上装有许多辅助电气设备，如电动压缩机组，电动通风机组、电动油泵机组等。

机车上装有许多控制电器，如司机控制器、按钮开关、接触器等，通过它们来控制机车上各种电气设备，实现机车的起动、调速、反向、运行和进行电阻制动。

电力机车运行时，受电弓升起，从接触网上取得25KV交流电，通过主断路器进入牵引变压器，将接触网的高压交流电变成低压交流电，然后整流硅组将交流电整流成直流电，再经平波电抗器滤波后，供给牵引电动机，牵引电动机旋转带动车轴和车轮转动，由于轮轨间的粘着作用，从而产生牵引力，趋势列车前进。

电动车组，又称摩托车辆，它一般采用在城市近郊，大城市之间及城市地下铁道的旅客运输中，电动车组由带有牵引电能机能产生牵引力的动车和承载旅客的附挂车组成，电动车组一般由两节以上车辆编成，最多可以达到十几节，两端都有驾驶室，因而往返行驶不需要转头设施。

由于电动车组运行距离较短，线路设施轻便，牵引负荷变化不大，所以设备构成也较简单，动车的主要电气设备都装设在车体下两个转向架中间部位，由于动力设备分散装在各个车辆车轴上，大大减轻了电动车组的轴重，因而容易实现较大牵引力，适用于高速运行。

3 接触网的组成
接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备，它的功能是向走行在铁路线上的电力机车，不间断地供应电能，但是接触网与一般输电线路不同，它必须架设在线路正上方，电力机车利用顶部受电弓与接触线滑动摩擦获得电能，因此只要有电力机车走行的线路都必须架设接触网。

3.1 接触悬挂部分。

包括承力索、接触线、吊弦、中心锚结补偿装置等。

3.2 支持装置。

用以悬吊和支撑接触悬挂并将其各种载荷传递给支柱或桥隧等大型建筑物，根据接触网所在位置及所用不同，支持装置结构又可分为腕臂支持装置、软横跨、硬横跨、桥梁支持装置和隧道支持装置等。

3.3 支持与基础。

用以安装支持装置，悬吊接触悬挂，并承受其载荷。

4 接触网的供电方式
接触网上的额定电压为25KV，由于供电距离较长，电能在输电线路和接触网中产生电能损耗使接触末端电压降低，为了让接触网末端电压不低于电力机车的最低工作电压，要求两牵引变电所之间的距离一般为40~60KM，牵引变电所馈出母线上额定电压为27.5KV两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区（又称供电臂）正常情况下两相邻供电臂之间在接触网上市绝缘的，每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能的供电方式称为单边供电。

若两个供电分区通过开关设备，在电路上连通，两个供电分区可同时从两个牵引变电所获得电能，成为双边供电。

单边和双边供电为正常供电方式，还有一个非正常供电方式（也称事故供电方式）叫越区供电；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，经分区亭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。

5 牵引供电系统的供电方式
5.1 直接供电方式：牵引变电所与接触网间不设任何防干扰设备，这种供电方式馈电回路结构简单、造价低，但对通信线路干扰较大，仅适用于通信线路较少的电气化铁路区段。

5.2 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BT供电；这种供电方式适用于电气化铁道穿越大、中城市及铁路两侧分布通信线路较多的地区，能有效地减轻电磁场对附近通信设备的干扰影响。

但是由于吸流变压原、次边线圈串入接触网和回流线内，使牵引网阻抗增大，降低了供电臂末端电压，造成牵引变电所间距减小，馈电回路结构复杂，造价升高等弊端。

5.3 AT供电方式：又称为自耦变压器供电方式，随着改革开放，引进国外先进成熟技术，我国逐步地在电气化铁路上采用AT供电方式；在AT牵引变电所中，牵引变压器将110KV三相电降压至单相55KV，然后经自耦变压器两端分别接到接触网和正馈线上，自耦变压器中心抽头与钢轨相连，钢轨与接触网间的电压正好是自耦变压器两端电压的一半27.5KV与正常接触网工作电压相同。

机车在正常运行时，由于接触网与钢轨及正馈线与钢轨间的自耦变压器线圈上的电压相等，因此接触网和正馈线上各通过1/2的牵引电流，且大小相等，方向相反，清除了对附近通信线路上的干扰，同时减少了电能损耗，正馈线与接触网同样架设在支柱田野侧。

在AT供电方式区段，与接触网同杆架设在田野侧的还有一条保护线，它相当于架空地线，在自耦变压器处保护线经接触悬挂接地部分或双重绝缘子中部同钢轨连接。

保护线电位一般在500V以下，正常情况下无电流通过，当绝缘子发生闪络时，短路电流可通过保护线作为回路，减少了对铁路信号轨道电路的干扰，同时对接触网起屏蔽作用，也减少对架空通信线干扰，还能起到避雷线的用，雷电可通过接在保护线上放电器入地。

除了牵引变电所馈出线处设置自耦变压器外，在供电臂中还要单独设置自耦变压器AT所，AT所的间隔除考虑防止干扰外，还应考虑供电回路阻抗及钢轨电位的影响，一般按10~15KM设置，采用AT供电方式使牵引网电压增高，电流减小，牵引变电所间距增大，提高了供电质量减少了投资。

5.4 直供加回流线供电方式：在近几年新建的电气化铁路区段，经常采用一种称为直供加回流线的供电方式，它与直供、BT供电方式不同的是在接触网支柱田野侧架设一条回流线，不设吸流变压器，每隔一定距离，通过吸上线回流线与轨道扼流变压器中性点相连，扼流变压器能起到平衡两条钢轨间电压，降低对信号轨道电路的影响。

直流加回流线供电方式其回流线不仅仅提供牵引电流通道，而且也起到防干扰的作用，即回流线中的电流与接触网中的牵引电流大小相等，方向相反，空间电磁场相互抵消，去掉了吸流变压器，减小了牵引阻抗，减少了投资和维护量，是目前经济技术指标较好的一种供电方式。

近年来我国的电气化铁路发展十分迅速，由于电力机车功率大、热效高、速度快、过载能力强、运行可靠等优点，在我国得到全面发展，其显示的优越性得到广泛的认可如今我们的高铁技术已经领先世界，我们作为天津南环铁路集团电务公司的电力职工更应学习好电气化铁路知识，存储能量，储备人才，将来为
我们自己的电气化铁路建设做出更大的贡献。