1、第四章第四章 高速铁路牵引供电高速铁路牵引供电一、牵引变电所一、牵引变电所二、接触网二、接触网 由于电力机车功率大，拉的多，跑的快，世界各国的由于电力机车功率大，拉的多，跑的快，世界各国的高速铁路几乎都采用电力机车牵引。电力机车与蒸汽机车高速铁路几乎都采用电力机车牵引。电力机车与蒸汽机车和内燃机车不同，它本身不带能源，必须由外部供应电能和内燃机车不同，它本身不带能源，必须由外部供应电能。为了给电力机车供应电能，需要在铁路沿线架设一套牵。为了给电力机车供应电能，需要在铁路沿线架设一套牵引供电系统。高速铁路的牵引供电系统，与常速铁路的牵引供电系统。高速铁路的牵引供电系统，与常速铁路的牵引供电系统不
2、同，它的供电能力和供电可靠性必须满足高引供电系统不同，它的供电能力和供电可靠性必须满足高速列车运行的要求。速列车运行的要求。一、牵引变电所一、牵引变电所 电厂发出的电流，经电厂发出的电流，经升压变压器提高电压升压变压器提高电压后，后，由高压由高压输电线送到输电线送到铁路沿铁路沿线的线的牵引变电所牵引变电所。在牵引。在牵引变电所里把电流变电所里把电流变换变换成所成所要求的要求的电流或电压电流或电压后，经后，经馈流线馈流线转送到邻近区间和转送到邻近区间和站场线路的站场线路的接触网接触网上供电上供电力机车使用。力机车使用。我国和世界上多数国家均采用工频（我国和世界上多数国家均采用工频（50Hz50H
3、z）单）单相交流供电制，网压额定值为相交流供电制，网压额定值为25KV25KV。方框图如下方框图如下：5 牵引变电所是电气化铁路供电系统中的心脏牵引变电所是电气化铁路供电系统中的心脏,它的主它的主要任务是将地方变电站输送来的要任务是将地方变电站输送来的110kV（220KV)三相交流三相交流电变换为电变换为27.5kV单相电，然后以单相供电方式经馈电线送单相电，然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便至接触网上，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。可从其取得电能，用以牵引列车。牵引变电所的主要作用牵引变电所的主要作用v 三相
4、变电所三相变电所v 单相变电所单相变电所v V/V V/V变电所变电所v 三相两相式牵引变电所三相两相式牵引变电所 降压降压 将将110110（220220）KVKV交流电降低为交流电降低为27.5KV27.5KV交流电交流电 变相变相 将三相交流电转换成单相交流电将三相交流电转换成单相交流电主要形式主要形式主要设备主要设备 与地方电力部门变电所基本相同。主要设有：与地方电力部门变电所基本相同。主要设有：电力变压器电力变压器 高压配电设备高压配电设备 低压配电设备低压配电设备 各种控制、监视与保护装置。各种控制、监视与保护装置。牵引变电所内根据需求，一般设有两台主变压器牵引变电所内根据需求，一
5、般设有两台主变压器(牵牵引变压器引变压器)和和2台所用变压器。主变压器主要供电力机车牵台所用变压器。主变压器主要供电力机车牵引负荷用电，所用变压器引负荷用电，所用变压器(又称自用电变压器又称自用电变压器)是给本所的是给本所的二次设二次设备、检修设备以及日常生活、照明负荷供电。备、检修设备以及日常生活、照明负荷供电。牵引变电所内的变压器结构牵引变电所内的变压器结构它主要由：它主要由：铁芯、线圈、油箱、铁芯、线圈、油箱、套管、防爆管（压力释放器）、套管、防爆管（压力释放器）、净油器、散热器、呼吸器、温净油器、散热器、呼吸器、温度计、度计、WSJWSJ等等部件部件组成。其外组成。其外观结构图如右：观
6、结构图如右：8 牵引供电回路是由牵引供电回路是由牵引变电所、馈电线、接牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨、地或回流线触网、电力机车、钢轨、地或回流线构成。构成。电牵引供电回路是由电牵引供电回路是由牵引变电所牵引变电所馈电线馈电线接触网接触网电力机车电力机车钢轨、地或回流线钢轨、地或回流线牵引变电所构成牵引变电所构成9牵引供电设备牵引供电设备 开闭所（开闭所（SSPSSP）电力牵引系统中的开闭所，实际上是起配电作用的开电力牵引系统中的开闭所，实际上是起配电作用的开关站关站开闭所就是高压开关站，实际上从严格意义上讲是开闭所就是高压开关站，实际上从严格意义上讲是“高压配电高压配电”站，仅仅起
7、配电作用，实现环网供电、双路互站，仅仅起配电作用，实现环网供电、双路互投等功能投等功能。分区亭（分区亭（SPSP）为了增加供电的灵活性，提高运行的可靠性，在两个牵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亭。分区亭常用于牵引网引变电所的供电区间常加设分区亭。分区亭常用于牵引网为双边供电，或复线区段牵引网为单边供电，但上下行接为双边供电，或复线区段牵引网为单边供电，但上下行接触网在末端并联时。这时，分区亭起到平时将两个供电臂触网在末端并联时。这时，分区亭起到平时将两个供电臂或上下行接触网联络起来的作用，这样，当事故发生时，或上下行接触网联络起来的作用，这样，当事
8、故发生时，可缩小停电范围和实现越区供电。可缩小停电范围和实现越区供电。11牵引变电所对接触网的供电方式牵引变电所对接触网的供电方式BBA开关开关 牵引变电所对接触网的供牵引变电所对接触网的供电方式可分为电方式可分为单边供电单边供电和和双边双边供电供电，接触网单线区段普遍采，接触网单线区段普遍采用单边供电，复线区段可以采用单边供电，复线区段可以采用单边供电也可以采用双边供用单边供电也可以采用双边供电，但由于复线的双边供电分电，但由于复线的双边供电分区亭设备复杂，对接触网短路区亭设备复杂，对接触网短路故障的保护十分困难，故目前故障的保护十分困难，故目前我国只采用复线单边供电。我国只采用复线单边供电
9、。单边供电是由一个区域变电所给单边供电是由一个区域变电所给1-2个牵引变电所供个牵引变电所供电，为保证供电可靠性，应采用双回路供电。电，为保证供电可靠性，应采用双回路供电。单边供电的可靠性一般比双边供电和环形供电要差，单边供电的可靠性一般比双边供电和环形供电要差，而投资不会比环形供电和双边单回供电少。而投资不会比环形供电和双边单回供电少。单边供电单边供电 每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能。每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能。优点：优点：相邻供电臂电气上独立，运行灵活，接触网发生故障时，相邻供电臂电气上独立，运行灵活，接触网发生故障时，只影响到本供电分区，故障范围小，牵引变电所馈线保护
10、装置只影响到本供电分区，故障范围小，牵引变电所馈线保护装置较简单。较简单。应用范围：应用范围：是我国主要是我国主要的接触网供的接触网供电方式。电方式。1234657 1 1输电线输电线 2 2牵引变电所牵引变电所 3 3馈电线馈电线 4 4接触线接触线 5 5钢轨钢轨 6 6电力机车电力机车 7 7分区所（分区所（亭）亭）供供电电系系统统图图 每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能。每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能。优点：优点：相邻供电臂电气上独立，运行灵活，接触网发生故障时，相邻供电臂电气上独立，运行灵活，接触网发生故障时，只影响到本供电分区，故障范围小，牵引变电所馈线保护装置只影响到
11、本供电分区，故障范围小，牵引变电所馈线保护装置较简单。较简单。应用范围：应用范围：是我国主要是我国主要的接触网供的接触网供电方式。电方式。特点：电源来自两个区域变电所，给铁路供电特点：电源来自两个区域变电所，给铁路供电的输电线是联络这两个区域变电所的通路。的输电线是联络这两个区域变电所的通路。可以分为单回路供电和双回路供电。单回路供可以分为单回路供电和双回路供电。单回路供电比双回路供电投资省，但双回路供电比单回路供电比双回路供电投资省，但双回路供电比单回路供电可靠性更好。电可靠性更好。双边供电双边供电每个供电分区同时从两个牵引变电所获得电能每个供电分区同时从两个牵引变电所获得电能 。优缺点：优
12、缺点：可提高接触网电压水平，减少电能损耗。但馈线及分区亭可提高接触网电压水平，减少电能损耗。但馈线及分区亭的保护及开关设备都较复杂的保护及开关设备都较复杂应用范围：应用范围：1234657 1 1输电线输电线 2 2牵引变电所牵引变电所 3 3馈电线馈电线 4 4接触线接触线 5 5钢轨钢轨 6 6电力机车电力机车 7 7分区所（分区所（亭）亭）供供电电系系统统图图在我国很在我国很少采用。少采用。直接供电方式直接供电方式 牵引变电所与接触网间不设置任何防干扰设备。牵引变电所与接触网间不设置任何防干扰设备。优缺点：优缺点：馈电回路结构简单，造价低，但对通信线路干扰较大。馈电回路结构简单，造价低，
13、但对通信线路干扰较大。1234657 1 1输电线输电线 2 2牵引变电所牵引变电所 3 3馈电线馈电线 4 4接触线接触线 5 5钢轨钢轨 6 6电力机车电力机车 7 7分区所（分区所（亭）亭）供电系统图供电系统图直供加回流线直供加回流线 在线路的田野侧，架设回流线，和钢轨并联。在线路的田野侧，架设回流线，和钢轨并联。优缺点：优缺点：经济性好、可靠性高、故障率低、维修工作量小馈电回路经济性好、可靠性高、故障率低、维修工作量小馈电回路简单，回路阻抗较小，一次投资及运营费均较低这种供电方式简单，回路阻抗较小，一次投资及运营费均较低这种供电方式是我国主要使用的供电方式。是我国主要使用的供电方式。直
14、接加回流线供电方式直接加回流线供电方式直直供供加加回回流流线线区区段段的的接接触触网网 自耦变压器供电方式，牵引变压器将自耦变压器供电方式，牵引变压器将110kV110kV三相电降压三相电降压至单相至单相55kV55kV，接触网与正馈线之间并联接人一台自耦变压器，接触网与正馈线之间并联接人一台自耦变压器，其中心抽头与钢轨联结。其中心抽头与钢轨联结。3 3ATAT供电方式供电方式 正馈线（正馈线（AF线）线）保护线（保护线（PW线）线）ATAT供电方式供电方式 AT AT供电方式供电方式又称为自耦变压器供电方式又称为自耦变压器供电方式,是每隔是每隔10km10km左右在接触网左右在接触网与正馈线
15、之间并联接入一台自耦变压器，其中性点与钢轨相连。与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，其中性点与钢轨相连。电力电力机车由接触网受电后，牵引电流一般由钢轨流回，由于自耦变压器的机车由接触网受电后，牵引电流一般由钢轨流回，由于自耦变压器的作用，经钢轨流回的电流经自耦变压器绕组和正馈线流回变电所，作用，经钢轨流回的电流经自耦变压器绕组和正馈线流回变电所，因因电流在接触网和正馈线中的方向相反，因而对邻近的通信线路干扰很电流在接触网和正馈线中的方向相反，因而对邻近的通信线路干扰很小。小。如下图所示。如下图所示。接触网接触网正馈线正馈线(架空回流架空回流线线)钢轨钢轨电力机车电力机车 自耦变压器供电方式具有
16、良好的防干扰性能自耦变压器供电方式具有良好的防干扰性能 ，但是，但是也存在半段效应。也存在半段效应。图中，图中，AT1AT1、AT2AT2间可以有效消除干扰，但是，间可以有效消除干扰，但是，AT2AT2和和机车间的干扰不能消除。机车间的干扰不能消除。ATAT供电方式供电方式供供电电区区段段接接触触网网AT 评价：评价：采用采用ATAT供电方式使牵引网电压增高，电流减小，牵引变供电方式使牵引网电压增高，电流减小，牵引变电所间距离增大，提高了网压水平；电所间距离增大，提高了网压水平；自耦变压器并联于接触网上，不需增设电分段，能适应自耦变压器并联于接触网上，不需增设电分段，能适应高速、大功率电力机车
17、运行；高速、大功率电力机车运行；AT AT供电方式的接触网结构复杂，保护方式繁琐供电方式的接触网结构复杂，保护方式繁琐 。应用情况：应用情况：我国在郑（州）武（昌）段使用了我国在郑（州）武（昌）段使用了ATAT供电方式。应用供电方式。应用并不普遍。并不普遍。3 3ATAT供电方式供电方式24接触悬挂接触悬挂支持装置支持装置 定位装置定位装置支柱与基础支柱与基础 接触网是沿接触网是沿铁路上空架设铁路上空架设的一条特殊形式的输电线路的一条特殊形式的输电线路。它由它由四部分四部分组成组成 ：二、接触网二、接触网25支柱与基础支柱与基础接触悬挂接触悬挂定位装置定位装置支持装置支持装置1 1、接触悬挂、
18、接触悬挂 接触悬挂包括接触悬挂包括接触线接触线、吊弦吊弦、承力索承力索和和补偿器及连接零件补偿器及连接零件。作用：作用：将电能输送给电力机车；将电能输送给电力机车；技术要求：技术要求：接触悬挂的弹性应尽量均匀；接触悬挂的弹性应尽量均匀；接触线对轨面的高度应尽量相接触线对轨面的高度应尽量相等，限制接触线坡度；等，限制接触线坡度；接触悬挂在受电弓压力及风作接触悬挂在受电弓压力及风作用下应有良好的稳定性；用下应有良好的稳定性；接触悬挂的结构及零部件应力接触悬挂的结构及零部件应力求轻巧、简单、可靠，做到标准化。求轻巧、简单、可靠，做到标准化。1支柱支柱 2棒式绝缘子棒式绝缘子 3平腕臂平腕臂 4承力索
19、承力索 5接触接触线线6定位器定位器 7吊弦吊弦 8定位管支撑定位管支撑 9定位管定位管 10平腕平腕臂臂11钢轨钢轨接接触触网网结结构构图图 支持装置包括支持装置包括腕臂、腕臂、水平拉杆、悬式绝缘子水平拉杆、悬式绝缘子串、棒式绝缘子及接触串、棒式绝缘子及接触悬挂的悬吊零件悬挂的悬吊零件。提速提速后的平腕臂结构如右图后的平腕臂结构如右图所示，包括棒式绝缘子、所示，包括棒式绝缘子、平腕臂、单耳腕臂作成平腕臂、单耳腕臂作成。作用：作用：支持装置是接触网中支持接触悬挂，并将其机械负荷传给支柱支持装置是接触网中支持接触悬挂，并将其机械负荷传给支柱固定的部分。固定的部分。2 2、支持装置、支持装置1 1
20、悬式绝缘子悬式绝缘子 2 2拉杆拉杆 3 3腕臂腕臂 4 4吊弦吊弦 5 5承力承力索索 6 6基础基础 7 7支柱支柱 8 8棒式绝缘子棒式绝缘子 9 9定位器定位器 1010接触线接触线 1111坠砣坠砣架空式接触网空间结构示意图架空式接触网空间结构示意图 定位装置包括定位装置包括定位定位管、定位器、定位线夹管、定位器、定位线夹及其连接零件及其连接零件。作用：作用：固定接触线的横向固定接触线的横向位置位置，使接触线水平定，使接触线水平定位在受电弓滑板运行轨位在受电弓滑板运行轨迹范围内。迹范围内。3 3、定位装置、定位装置 定位器定位器 如右图中所示，为常如右图中所示，为常用的预应力钢筋混凝
21、土支用的预应力钢筋混凝土支柱，其基础直接埋入地中。柱，其基础直接埋入地中。作用：作用：支柱与基础支柱与基础用以承受用以承受接触悬挂、支持和定位装接触悬挂、支持和定位装置的全部负荷置的全部负荷，并将接触，并将接触悬挂固定在规定的位置和悬挂固定在规定的位置和高度上。高度上。4 4、支柱与基础、支柱与基础1支柱支柱 2棒式绝缘子棒式绝缘子 3平腕臂平腕臂 4承力索承力索 5接触接触线线6定位器定位器 7吊弦吊弦 8定位管支撑定位管支撑 9定位管定位管 10平腕平腕臂臂11钢轨钢轨接接触触网网结结构构图图4 4、支柱与基础、支柱与基础 常见基础类型常见基础类型：按照接触悬挂结构分为两大类：按照接触悬挂
22、结构分为两大类：简单悬挂：简单悬挂：无承力索无承力索 链形悬挂：链形悬挂：承力索、吊弦、接触线组成承力索、吊弦、接触线组成链形悬挂：链形悬挂：按照接触线、承力索的补偿情况：按照接触线、承力索的补偿情况：未补偿、半补偿、全补偿未补偿、半补偿、全补偿按照接触线、承力索的相对位置：按照接触线、承力索的相对位置：直链型、半斜链形、斜链形直链型、半斜链形、斜链形按照定位点处是否安装弹性吊索：按照定位点处是否安装弹性吊索：简单链形和弹性链形简单链形和弹性链形接触网的分类大多以接触网的分类大多以接触悬挂的类型接触悬挂的类型来区分来区分 按承力索的多少分为：按承力索的多少分为：单链形单链形(1(1根根)双链形
23、双链形(2(2根根)多链形多链形(3(3根及以上根及以上)中国接触网主要采用：全补偿简单中国接触网主要采用：全补偿简单(弹性弹性)直直(半半)斜链形悬挂。斜链形悬挂。1 1、简单悬挂、简单悬挂 简单悬挂：由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的简单悬挂：由一根接触线直接固定在支柱支持装置上的悬挂形式。悬挂形式。简单悬挂的主要形式：简单悬挂的主要形式：简单悬挂简单悬挂:接触线直接固定于悬挂点。接触线直接固定于悬挂点。弹性简单悬挂弹性简单悬挂:接触线通过弹性吊弦固定于悬挂点。接触线通过弹性吊弦固定于悬挂点。优点：优点：结构简单、支柱高度低、投资小、施工检修方便。结构简单、支柱高度低、投资小、施工检修
24、方便。缺点：缺点：导线的张力、驰度随温度变化较大；导线的张力、驰度随温度变化较大；导线弹性不均匀；不利于机车高速受流导线弹性不均匀；不利于机车高速受流 。1 1支柱支柱 2 2拉线拉线 3 3绝缘子串绝缘子串 4 4接触线接触线 5 5腕臂腕臂 6 6棒式绝缘棒式绝缘子子未补偿简单悬挂示意图未补偿简单悬挂示意图 1 1坠砣坠砣 2 2补偿滑轮补偿滑轮 3 3接触线接触线 4 4定位器定位器 5 5弹性弹性吊弦吊弦带弹性吊弦的简单悬挂示意图带弹性吊弦的简单悬挂示意图定位器定位器接触线接触线弹性吊索弹性吊索弹弹性性简简单单悬悬挂挂 链形悬挂是一种运行性能较好的悬挂形式。它的结构特链形悬挂是一种运行
25、性能较好的悬挂形式。它的结构特点是接触线通过吊弦悬挂在承力索上，承力索通过钩头鞍子、点是接触线通过吊弦悬挂在承力索上，承力索通过钩头鞍子、承力索座或悬吊滑轮悬挂在支持装置的腕臂上。使接触线在承力索座或悬吊滑轮悬挂在支持装置的腕臂上。使接触线在不增加支柱的情况下增加了悬挂点，通过调节吊弦长度使接不增加支柱的情况下增加了悬挂点，通过调节吊弦长度使接触线在整个跨距中对轨面的高度基本保持一致。减小了接触触线在整个跨距中对轨面的高度基本保持一致。减小了接触线在跨中的弛度，改善了接触线弹性，增加了接触悬挂的重线在跨中的弛度，改善了接触线弹性，增加了接触悬挂的重量，提高了稳定性。可满足电力机车高速运行时取流
26、的要求。量，提高了稳定性。可满足电力机车高速运行时取流的要求。2 2、链形悬挂、链形悬挂 目前我国铁路主要采用目前我国铁路主要采用单链形悬挂单链形悬挂。根据悬挂点处吊弦形式不同可分为根据悬挂点处吊弦形式不同可分为简单链形悬挂简单链形悬挂、弹性弹性链形悬挂链形悬挂。简单链形悬挂结构简单，造价较便宜，运行、检修经验丰富。简单链形悬挂结构简单，造价较便宜，运行、检修经验丰富。1 1承力索承力索 2 2吊弦吊弦 3 3接触接触线线简单链形悬挂示意图简单链形悬挂示意图 简单链形悬挂简单链形悬挂 悬挂点处无弹性吊弦是我国接触悬挂的主要形式悬挂点处无弹性吊弦是我国接触悬挂的主要形式(1)(1)单链形单链形简
27、简单单链链形形悬悬挂挂弹性链形悬挂弹性链形悬挂 悬挂点处设有弹性吊弦根据弹性吊弦的结构分为：悬挂点处设有弹性吊弦根据弹性吊弦的结构分为：形弹性链形悬挂形弹性链形悬挂 Y Y 形弹性链形悬挂形弹性链形悬挂 1 1 形弹性链形悬挂形弹性链形悬挂 2 2 Y Y 形弹性链形悬形弹性链形悬挂挂 弹性链形悬挂示意图弹性链形悬挂示意图弹弹性性链链形形悬悬挂挂弹性吊索弹性吊索接触线接触线斜拉线斜拉线承力索承力索(Y型吊弦型吊弦)弹性吊索弹性吊索接触线接触线吊弦吊弦承力索承力索弹弹性性链链形形悬悬挂挂（型吊弦）型吊弦）接触线弛度小，受流稳定性和风稳定性都比较优越，弹接触线弛度小，受流稳定性和风稳定性都比较优越，弹性均匀度好，有利于电力机车高速运行取流。但结构较复杂，性均匀度好，有利于电力机车高速运行取流。但结构较复杂，投资及维修费用高，投资及维修费用高，我国仅在个别地段试用我国仅在个别地段试用。(2)(2)双链形双链形 1 1承力索承力索 2 2吊弦吊弦 3 3辅助吊索辅助吊索 4 4接触线接触线 5 5短吊弦短吊弦双链形悬挂示意图双链形悬挂示意图
