牵引变电所的几种供电方式
铁路牵引网的供电方式与接触网结构
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。
牵引变电
牵引变电所（traction substation）向电气化铁道或城市轨道交通电力牵引等提供电能和变换、分配电能的电气装置与设施。
其功能是将电力系统的三相交流电经降压、整流或变频后，供电力机车和...牵引变电所（traction substation）向电气化铁道或城市轨道交通电力牵引等提供电能和变换、分配电能的电气装置与设施。
其功能是将电力系统的三相交流电经降压、整流或变频后，供电力机车和动车组使用。
类型与主要设施根据电力牵引采用电流制的不同，牵引变电所区分为直流、低频交流及工频交流三种类型。
直流牵引变电所具有降压和整流两种功能，主要设备有降压变压器及整流装置。
用于直流制电气化铁路、矿山与城市轨道交通电力牵引系统。
低频交流牵引变电所具有降压和变频两种功能，主要设备有降压变压器、变频设备和升压变压器。
电力系统的三相工频交流电，经降压并将工频变换成低频162/3Hz，供具有单相整流子牵引电机的机车使用。
这种牵引变电所在西欧一些国家（德国、瑞士、瑞典等）得到采用。
工频交流牵引变电所的主要功能是降压，主要设备是降压变压器，以及无功、谐波综合补偿装置等，随着工频交流电力牵引制的发展，这类牵引变电所在中国、欧洲等不少国家得到广泛应用。
所有类型牵引变电所，都设有由断路器或快速开关、母线、测量用电流、电压互感器和避雷器等电气设备构成的屋外和屋内式配电装置，用以汇集和分配电能；各种电力变压器和换流设备，用以变换电压（降压和升压）、变换电流（整流）与频率（变频）；设于控制室内的控制、测量、信号、继电保护和自动、运动装置，它们是保证电气设备安全、经济运行的监控和保护设施；还设有供变电所运行、维护和控制、保护等需用的交、直流自用电电源与低压配电装置等。
各种牵引变电所功能与主要设施的示意框图见下图。
主要特点电气化铁路和城市轨道交通牵引变电所为一级电力负荷，要求电力系统必须采用双回进线或由两个电源点的环网进线，对其可靠供电。
牵引变电所采用110kV和220kV电压等级供电分析
牵引变电所采用110kV和220kV电压等级供电分析摘要：讨论了电气化铁路牵引变电所采用110KV和220KV两种不同供电方案下的优缺点。
先从理论上分析比较两种供电电压等级下电气化铁路注入系统的谐波和负序引起的电能质量，其中主要计算比较j每^佘共连接点母线谐波电流、电压总畸变率、三相电压不平衡度和电压波动等几个重要的电能质量指标。
再结合工程实例，通过技术经济的综合分析和比较，选择性价比高的方案。
为今后电气化铁路的建设提供借鉴经验的同时推动相关工程的工程化发展．关键词：城际铁路；谐波；三相不平衡；电压等级目前我国电气化铁道线路上广泛使用的交直型电力机车均采用单相整流电路,不可避免地带来谐波、负序和功率因数等问题。
此外,由于机车运行受到运输组织、线路条件、供电条件以及人为操纵等因素的影响,牵引负荷剧烈波动,进而引起供电电压波动,这又进一步恶化机车运行。
在高速、重载条件下,这些问题会更加突出。
随着人们对电能质量重视程度的不断提高,多国家和有关国际组织都制订了电能质量有关标准或规定,我国也不例外。
电力电子技术和微处理器控制技术的发展给这些问题的解决带来曙光,但仍有较长的路要走。
解决这些问题,还需要从多种途径着手,根据具体情况采用最经济合理的方式。
本文拟探讨的是牵引变电所高压侧采用220KV电压等级,而不是传统的110KV。
实际上,在哈大线电220KV进线客观上提供了条件。
1、电铁牵引供电的特点电力机车是铁路电气化的牵引动力，机车本身没有电源，所需的电力由牵引供电系统传输。
牵引供电一次系统主要包括牵引变电所和接触网。
牵引变电所建设在铁路附近，按照铁路电气化区段，沿线根据牵引负荷和接触网供电能力相隔一定距离设立若干个牵引变电所，目前国内都是由电力系统110KV和220KV电压双电源或双回路供电，经牵引变压器降压为27.5KV再接入铁路上空的接触网。
接触网也就是牵引供电网，电力机车利用车顶的受电弓从接触网获取电能。
牵引供电系统简介
牵引供电系统简介：将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。
牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到27.5kV，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。
牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置，两相邻牵引变电所之间设有分区亭，接触网在此也相应设有分相绝缘装置。
牵引变电所至分区亭之间的接触网（含馈电线）称供电臂。
牵引供电回路是由牵引变电所——馈电线——接触网——电力机车——钢轨——回流联接——（牵引变电所）接地网组成的闭合回路，其中流通的电流称牵引电流，闭合或断开牵引供电回路会产生强烈的电弧，处理不当会造成严重的后果。
通常将接触网、钢轨回路（包括大地）、馈电线和回流线统称为牵引网。
牵引供电设备的检修运行由供电段负责，牵引供电系统的运行调度则由供电调度负责。
供电调度通常设在铁路局调度所。
牵引供电系统供电示意图如下所示：二、牵引变电所、分区所、开闭所牵引变电所：牵引变电所的任务是将电力系统三相电压降低，同时以单相方式馈出。
降低电压是由牵引变压器来实现的，将三相变为单相是通过变电所的电气接线来达到的。
牵引变压器（主变）是一种特殊电压等级的电力变压器，应满足牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁的要求，是牵引变电所的“心脏”。
我国牵引变压器采用三相、三相——二相和单相三种类型，因而牵引变电所也分为三相、三相——二相和单相三类。
随着技术水平的提高，我国干线电气化铁路已推广使用集中监视及控制的远动系统，牵引变电所将逐步实现无人值班，直接由供电调度实行遥控运行。
分区所：分区所设置在两个变电所中间，作用有三：提高供电质量、供电分段、越区供电。
•开闭所：一般设置在大型站场附近，进线由变电所或接触网引入，由开关馈出多个供电线路向多个供电设备供电。
作用是增强供电的灵活性，便于供电设备的运行及检修，便于行车组织，缩小供电事故及故障范围。
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
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
AT供电技术
牵引变电所AT供电技术知识 专题讲座
2009.09
内容
一、牵引供电方式比较 二、AT供电方式的工作原理 三、AT供电方式牵引变电所接线方式特点 四、AT牵引网的构成 五、AT牵引网阻抗计算 六、京津线AT网简介
牵引供电方式比较
2009.09
一、牵引供电方式比较
目前单相工频25kV牵引网供电方式主要有: 1.1 直接供电方式(TR) — direct feeding system 1.2 带回流线的直接供电方式(TRNF) — direct feeding system with return wire
AT 供电方式的工作原理
2009.09
2.2 “长回路”感应影响
实际上，AT存在着很小的阻抗，因此在全供电臂内 将有部分牵引电流流经轨道、大地返回变电所。 这是因为，像一般电路中一样，牵引网电路中的电 流是按电路阻抗分配的，当电力机车在供电分区运行时， 在全供电臂内都有电流沿各支路，包括轨道、大地流行， 并进入所有的AT。
所以供电方式的防干扰效果，即使电力机车位于AT 处，也不像上述那样理想。不过，流经轨道、大地返回 变电所的电流极小，故对邻近通信线的电磁感应影响很 小。这部分影响称为“长回路”感应影响。
AT 供电方式的工作原理
2009.09
2.3 “短段效应”
当牵引列车运行的电力机车位于两台AT之间 时，也产生牵引电流流入轨道、大地的情况，如 下图所示。图中，由于AT1和AT2的副边回路中都 引入了阻抗，其数值分别与电力机车至AT1、AT2 的距离l1、l2成正比，而电力机车电流在轨道、 大地中的分路电流I1、I2、的数值分别与两分路 的阻抗成反比，所以两分路电流、可用下式表示：
度较大。
牵引供电系统简介
理论上讲，除了机车所在的 AT 段（该 AT 段存在“半段效应”）以外，其余 AT 段内流经接触网中和正馈线中的电流大小相等，方向相反，且电流大小仅为机车 电流之半。在钢轨和保护线之间每隔 3～4km 设有吸上线。
图 2.4 AT 供电方式
2. 城市轨道交通 城市轨道交通接触网一般采用直流供电，接触网为正极，钢轨为负极，机车 从相邻两变电所取电，即采用双边供电方式（交流电气化铁路一般为单边供电）。 如图 2.5 所示，机车所需的电流分别来自两相邻变电所。
牵引供电绪论
我国铁路电气化事业起始于 1956 年。1961 年 8 月宝成铁路（宝鸡至成 都）宝鸡至凤州段电气化通车；1975 年 6 月宝成铁路全线电气化通车，成 为我国第一条电气化铁路。宝成铁路电气化后，该铁路的运能、运量大幅 度的增长，推动了我国铁路电气化事业的发展。目前，电气化铁路已经占 据了我国铁路发展的绝对主导地位。我国的电气化铁路正逐步向高速铁路 发展，以 2007 年动车组的运行为标志，我国的电气化铁路将迈入世界先进 行列。
但是，由于 BT 变压器自身存在较大的阻抗，且安装密度较大，其在牵引网 中引起的电压将也较大。因此，在同等条件下，BT 供电方式变电所间距小于其 它供电方式，且每 3～4km 在接触网内存在断口，断口两端因 BT 自阻抗而存在一 定的电压差，机车通过该断口时可能会产生电火花，导致接触网的使用寿命缩短。
牵引供电电流制
电力牵引采用的电流、电压制式。根据各国的国情不同，主要有如下 几种形式：
一、直流制
世界上最早采用的电流制。截至目前，世界上仍占 43%左右。这种电气 化铁路采用 0.75KV（我国城市地铁）、1.5KV、3KV 或 6KV 的直流电，向直 流电力机车供电。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电气化铁道牵引供电装置，又称为牵引供电系统,其系统本身没有发电设备，而是从电力系统取得电能。
目前我国一般由110kV以上的高压电力系统向牵引变电所供电.
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、同轴电缆和直供加回流线供电方式四种，京沪、沪杭、浙赣都是采用的直供加回流线方式。
一、直接供电方式
直接供电方式(T—R供电)是指牵引变电所通过接触网直接向电力机车供电,及回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所的供电方式.
这种供电方式的电路构成及结构简单，设备少，施工及运营维修都较方便，因此造价也低.但由于接触网在空中产生的强大磁场得不到平衡，对邻近的广播、通信干扰较大,所以一般不采用.我国现在多采用加回流线的直接供电方式。
二、BT供电方式
所谓BT供电方式就是在牵引供电系统中加装吸流变压器（约3~4km安装一台）和回流线的供电方式。
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，这样大大减轻了接触网对邻近通信线路的干扰.
BT供电的电路是由牵引变电所、接触悬挂、回流线、轨道以及吸上线等组成。
由图可知，牵引变电所作为电源向接触网供电；电力机车（EL)运行于接触网与轨道之间；吸流变压器的原边串接在接触网中，副边串
接在回流线中.吸流变压器是变比为1：1的特殊变压器.它使流过原、副边线圈的电流相等，即接触网上的电流和回流线上的电流相等。
因此可以说是吸流变压器把经钢轨、大地回路返回变电所的电流吸引到回流线上,经回流线返回牵引变电所。
这样，回流线上的电流与接触网上的电流大小基本相等，方向却相反，故能抵消接触网产生的电磁场，从而起到防干扰作用。
以上是从理论上分析的理想情况,但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流，所以经回流线的电流总小于接触网上的电流，因此不能完全抵消接触网对通信线路的电磁感应影响.另外，当机车位于吸流变压器附近时回流还是从轨道中流过一段距离，至吸上线处才流向回流线,则该段回流线上的电流会小于接触网上的电流，这种情况称为“半段效应"。
此外，吸流变压器的原边线圈串接在接触网中,所以在每个吸流变压器安装处接触网必须安装电分段,这样就增加了接触网的维修工作量和事故率。
当高速大功率机车通过,该电分段时产生很大电弧,极易烧损机车受电弓和接触线。
且BT供电方式的牵引网阻抗较大,造成较大的电压和电能损失，故已很小采用。
三、AT供电方式
随着铁路电气化技术的发展,高速、大功率电力机车的投入运行，吸-回装置供电方式已不能适应需要。
各国开始采用AT供电方式。
所谓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,这种供电方式是一种既能有效地减弱接触网对邻近通信线的感应影响,又能适应高速、大功率电力机车运行的一种比较先进的供电方式。
AT供电方式的电路包括牵引变电所S、接触悬挂T、轨道R、自耦变压器AT、正馈线AF、电力机车EL等。
牵引变电所作为电源向牵引网输送的电压为25kV。
而接触悬挂与轨道之间的电压仍为25kV，正馈线与轨道之间的电压也是25kV。
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10～16km)的自耦变压器将整个供电区段分成若干个小的区段,叫做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互相抵消，故对邻近的通信线有很好的防护作用。
AT供电方式与BT供电方式相比具有以下优点：
1、AT供电方式供电电压高。
AT供电方式无需提高牵引网的绝缘水平即可将牵引网的电压提高一倍.BT供电方式牵引变电所的输出电压为27。
5kV,而AT供电方式牵引变电所的输出电压为55kV，线路电流为负载电流的一半,所以线路上的电压损失和电能损失大大减小。
2、AT供电方式防护效果好。
AT供电方式，接触悬挂上的电流与正馈线上的电流大小相等，方向相反,其电磁感应相互抵消，所以防护效果好.并且，由于AT供电的自耦变压器是并联在接触悬挂和正馈线间的，不象BT供电的吸流变压器，串联在接触悬挂和回流线之间，因此没有因励磁电流的存在而使原副边绕组电流不等,以及在短路时吸流变压器铁芯饱和导致防护效果很差等问题。
另外也不存在“半段效应”问题。
3、AT供电方式能适应高速大功率电力机车运行.因AT供电方式的供电电压高、线路电流小、阻抗小(仅为BT供电方式的1/4左右）、输出功率
大，使接触网有较好的电压水平,能适应高速大功率电力机车运行的要求。
另外，AT供电也不象BT供电那样，在吸流变压器处对接触网进行电分段，当高速大功率电力机车通过时产生电弧,烧坏机车受电弓滑板和接触线，对机车的高速运行和接触网和接触网的运营维修极为不利。
4、AT供电牵引变电所间距大、数量少。
由于AT供电方式的输送电压高、线路电流小、电压损失和电能损失都小，输送功率大，所以牵引变电所的距离加大为80～120km，而BT供电方式牵引变电所的间距为30～60km，因此牵引变电所的距离大大减少，同时运营管理人员也相应减少，那么，建设投资和运营管理费用都会减少。
四、同轴电缆供电方式
同轴电力电缆供电方式（简称CC供电方式),是一种新型的供电方式，它的同轴电力电缆沿铁路线路埋设，内部芯线作为供电线与接触网连接，外部导体作为回流线与钢轨连接。
每隔5～10km作一个分段。
由于供电线与回流线在同一电缆中，间隔很小,而且同轴布置，使互感系数增大.由于同轴电力电缆的阻抗比接触网和钢轨的阻抗小得多，因此牵引电流和回流几乎全部经由同轴电力电缆中流过。
同时由于电缆芯线与外层导体电流大小相等，方向相反，二者形成的磁场相互抵消，对邻近的通信线路几乎无干扰。
由于电路阻抗小,因而供电距离长。
但由于同轴电力电缆造价高、投资大,很少采用。
五、直供加回流线供电方式
直供加回流线供电方式结构比较简单.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，这样大大减轻了接触网对邻近通信线路的干扰.与直供方式比较，能对沿线通信防干扰；比BT供电减少了BT装置，既减少了建设投资,又便于维修.与AT供电方式比较，减少了AT所和沿线架设的正馈线，不仅减少了投资，还便于接触网维修。
所以自大秦线以后的电气化铁道，基本都采用这种方式。
我段所管辖的京沪、沪昆都采用这种供电方式。
直供加回流线供电方式的原理如下图所示。
六、牵引变电所向接触网供电有单边供电和双边供电两种方式。
接触网在牵引变电所处及相邻的两个变电所中央是断开的，将两个牵引变电所之间的接触网分成两独立的供电分区，又叫供电臂.每个供电臂只从一端的牵引变电所获得电能的供电方式称为单边供电。
每个供电臂同时从两侧变电所获得电能的供电方式称为双边供电。
双边供电可提高供电质量,减少线路损耗，但继电保护等技术存在问题。
所以我国及多数国家均采用单边供电.但在事故情况下，位于两变电所之间的分区亭可将两个供电臂连接进来，实行越区供电，越区供电是在非常状态下采用的，因供电距离过长，难以保证末端的电压质量,所以只是一种临时应急措施，并且在实行越区供电时,应校核供电末端的电压水平是否符合要求.
在复线区段同一供电臂上、下行接触网接的是同相电，但在牵引变电所及分区亭内设有开关装置，可将上、下行接触网连通,实行并联供电,以减小线路阻抗，降低电压损失和电能损失,提高接触网的电压水平。
在事故情况下,又可将上、下行接触网分开，互不影响，使供电更加灵活可靠。
牵引变电所馈电线馈出的两供电臂上的电压是不同相位的.为了减少对
电力系统的不平衡影响，各牵引变电所要采用换连接,不同相位的接触网间要设置电分相装置.为了灵活供电和缩小事故范围，便于检修，接触网还设置了许多电分段装置。
更多相关铁路主题: 电气化铁道原理
更多铁路评论请登陆中国铁道论坛(http://bbs.railcn。
net/)。