1、项 目 高速铁路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。延迟符 高速铁路牵引供电概述直接供电方式1.1 牵引供电方式1.直接供电方式直接供电方式是指牵引变电所通过接触网直接向动车组供电，回流经钢轨及大地直接返回牵引变电所。这种供电方式的电路构成简单、设备少，施工及运营维修都较方便，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，因此一般不采用。供电方式1
2、.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（34 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
3、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、方向相反，故能抵消接触网产生的电磁场，从而起到防干扰作用。供电方式1.1 牵引供电方式2.BT供电方式理论上的理想情况是这样的，但实际上由于吸流变压器线圈中总需要励磁电流，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电磁感应的影响。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，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
4、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会产生很大的电弧，极易烧损机车受电弓和接触线。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，故已很少采用。供电方式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
5、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25 kV。而接触悬挂与轨道之间的电压仍为25 kV，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1016 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。延迟符1.1 牵引供电方式AT供电方式 AT供电方式
6、AT供电方式与BT供电方式相比具有以下优点：（1）供电电压高。AT供电方式无须提高牵引网的绝缘水平即可将牵引网的电压提高1倍。（2）防护效果好。采用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。3.AT供电方式 延迟符1.1 牵引供电方式AT供电方式 AT供电方式（3）能适应高速大功率电力机车运行。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。（4）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
7、小、输送功率大，因此牵引变电所的距离可加大为80120 km，而BT供电方式牵引变电所的间距仅为3060 km。3.AT供电方式 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510 km做一个分段。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，因此造成互感系数增大。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从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，两者形成的磁场相互抵消，因此对邻近的通信线路几乎没有干扰。由于同轴电力电缆的电路阻抗小，
8、因而供电距离长。但由于CC供电方式造价高、投资大，故很少采用。1.1 牵引供电方式4.CC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，回流线上的电流方向与接触网上的电流方向相反，大大减轻了接触网对邻近通信线路的干扰。直供加回流线供电方式与直供方式相比，能防止对沿线通信的干扰；比BT供电方式减少了BT装置，既减少了建设投资，又便于维修；与AT供电方式相比，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路基本都采用直供加回流线的供电方式，京沪、沪昆等高铁线路也都采用这种供电方式。1.1 牵引供电方式
9、5.直供加回流线供电方式供电方式1.1 牵引供电方式6.单边供电方式和双边供电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个独立的供电分区，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。在发生事故情况下，位于两变电所之间的分区亭可将两个供电臂连接起来，实现越区供电。越区供电是在非常状态下采用的，因为供电距离过长，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
10、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，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，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。牵引变电所1.2 牵引供电系统牵引变电所是电气化铁路的心脏，其作用是将110 kV（220 kV）三
11、相交流电变换成27.5 kV（或55 kV）单相工频交流电，并供给电力牵引网和电力机车。此外，有少数牵引变电所还需担负10 kV动力负荷。所以，牵引变电所具有3个主要功能：接受三相电能，降压分配电能，减相以单相馈出供给牵引网。1.牵引变电所在电气化铁路上，为了提高运行的可靠性，增加供电工作的灵活性，在相邻变电所供电的相邻两供电分区的分界处常用分相绝缘器断开，若在断开处设置开关设备和相应的配电装置，则组成分区亭。在复线电气化区段，分区亭的主要功能如下：（1）使同一供电臂上的上、下行接触网并联工作或单独工作。当并联工作时，分区亭内的断路器闭合以提高接触网的末端电压；当单独工作时，断路器打开。（2）
12、当同一供电臂上的上、下行接触网（并联工作）发生短路事故时，由牵引变电所相应的馈线断路器和分区亭中的断路器配合动作，切除事故区段，缩小事故范围；非事故区段仍可正常供电。（3）当某牵引变电所全所停电时，可闭合分区亭中的越区隔离开关，由相邻牵引变电所向停电牵引变电所进行越区供电。总之，分区亭的作用是：对单线牵引网，使两相邻供电臂单独工作或实现越区供电；对双线牵引网，使上、下行接触网并联，提高末端电压，缩小事故范围和实行必要时的越区供电。1.2 牵引供电系统2.分区亭当远离牵引变电所的枢纽站、电力机务段等大宗负荷需要多条馈电线向这些接触网分组供电时，一般采用建立开闭所的办法来解决。开闭所是指不进行电压
13、变换而用开关设备实现电路开闭的配电所。开闭所一般有两条进线，然后多路馈出向枢纽站场接触网各分段供电，进线和出线均经过断路器，以实现接触网各分段停、供电的灵活运行，又由于断路器对接触网短路故障进行保护，从而可以缩小事故停电范围。开闭所的作用是增加馈线数目，将主线接触网与分支接触网分开，缩小事故范围，提高供电可靠性，保证枢纽站、站场装卸作业和接触网分组检修的灵活性和安全性；降低牵引变电所的复杂程度，还可实现上、下行扭接，保证在事故情况下供电，正常情况下扭接有利于改善牵引网电压水平，降低电能损失。1.2 牵引供电系统3.开闭所延迟符1.3 接触网与受电弓概述 接触网与受电弓密切相关，要了解接触网不能
14、抛开受电弓，要了解受电弓也不能抛开接触网。为保证接触线与受电弓间的相互作用不出现故障、受电弓滑板与接触线匹配、降低弓线间的磨损，接触线的布置必须横向偏移于线路中心线。为使接触线和受电弓滑板磨损降到最低程度，应对接触线和受电弓滑板提出要求，这些要求应在设计受电弓和接触网时予以考虑。受电弓的作用是将电能传输到电动牵引装置上。受电弓包括主架、臂、弓头和传动装置。受电弓和接触网相互作用的基本要求是：由于受电弓在运行中相对于接触网做横向运动，而受电弓弓头必须总是超出接触线最不利的位置，只有当运行中接触线不离开受电弓弓头的工作范围时才能使系统顺利运行。在正常运行时，接触线在滑板上的滑行是最重要的。受电弓有
15、上、下两个工作位置，这两个位置之间的范围便是工作范围。接触网设备必须能可靠地将电流传输给牵引车辆，机械设计尺寸一定要特别适合于运行速度。接触线是接触网的重要部分。刚性接触网的接触线由于汇流排的作用，几乎无张力。接触线起到接触滑道的作用，它保证将电能不间断地传输到车辆受电弓上。为了使受电弓滑板的磨损均匀，接触线与受电弓中心线形成交角，以“之”字形或“S”形布置。由于铜或铜合金有较高的导电性、硬度及良好的承受温度变化和抗腐蚀的能力，因此硬拉电解铜和铜合金已成为全球广泛使用的导线材料。暴露在空气中的铜的表面形成一层硬的、能导电且不会阻止电流流动的氧化层。这就是铜比具有较差导电氧化层的铝更适合作为滑动
16、接触材料的原因。1.3 接触网与受电弓概述 1.接触网的要求 银（0.1%）或镁（0.5%）的合金添加剂可以进一步改善铜线的机械性能和热性能，使铜线具有较高的张力。接触线不但会被滑过的受电弓磨损，而且用于受电弓与接触线接触的材料组合也会对接触线的磨损率有影响。一般来说，使用铜接触线与碳滑板的组合可使磨损率达到最低，而使用钢接触线和铜滑板的组合则会导致相当高的磨损率。磨损会使接触线的截面积减小，造成载流量下降，最终导致导线的抗拉强度下降。确定是否达到磨损限度的标准是在磨损最严重的点处测量接触线的截面积。若接触线磨损均匀，则其使用寿命较长。架空接触网和受电弓之间良好的相互作用，是由设计、运行速度及
17、精确安装和充分维护来决定的。1.3 接触网与受电弓概述 1.接触网的要求 经验和理论研究均已证明，不可能为了优化与特定接触网的相互作用而单纯设计受电弓，况且标准的接触网设计没有均衡的动态特性，因为跨距、质量和张力均会随着线路实际情况和运行条件而发生变化。然而，受电弓必须具有一定的基本特性，并适合于规定的应用范围。完善的受电弓设计应能保证其在各种不同的接触网系统中均能实现良好的运行性能。为了实现令人满意的受流质量，受电弓作用的静态接触压力及平均空气动力接触压力应该遵循相关标准的要求。标称静态接触压力应在以下范围内：对于交流供电系统，为6090 N；对于直流1.5 kV供电系统，为70110 N。
18、在直流系统中，需要改进碳滑板与接触线的接触，为避免列车停车时其附属设备运转引起接触线变热的危险，静态接触压力通常为140 N。1.3 接触网与受电弓概述 2.受电弓的要求考虑到空气动力的作用，在交流系统中，受电弓的接触压力应为40120 N；在直流系统中，受电弓的接触压力应为50150 N。在列车多弓同时运行的情况下，任何受电弓的平均接触压力不应大于规定值，因为每个单独的受电弓均应满足受流标准的要求。平均接触压力是力的平均值，因为有静态力和空气动力的作用，它相当于静态力和一定速度条件下气流作用于受电弓元件上引起的空气动态力。平均接触压力是受电弓弓头与接触网接触的情况下测得的压力，此时后弓不与接
19、触网接触。为了遵守这些规定，在交流系统中，受电弓的接触压力应为40120 N；在直流系统中，受电弓的接触压力应为50120 N。1.3 接触网与受电弓概述 2.受电弓的要求以京沪高速铁路为例，由于其高速、中速列车均采用交直交动车组，列车在各种工况下的功率因数较高，因此牵引网末端电压水平不再是制约牵引变电所间距的主要因素；而牵引网各导体的载流量和电力系统的负载承受能力则成为限制牵引变电所间距的主要因素。京沪高速铁路接触网的标称电压为25 kV，长期最高电压为27.5 kV，短时（5 min）最高电压为29 kV，设计最低工作电压为20 kV。在京沪高速铁路的电气化工程中，除新建的李营牵引变电所为采用直接供电方式的变电所外，其余均为采用AT供电方式的牵引变电所。高速正线接触网除北京南魏善庄牵引变电所和在本线初期虹桥牵引变电所虹桥段采用带回流线的直接供电方式外，其余均采用AT供电方式；各枢纽和地区内的高中速联络线、动车组走行线及动车段（动车运用所）车场线均采用带回流线的直接供电方式。1.3 接触网与受电弓概述 2.受电弓的要求谢谢观看 高速铁路
