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1、 目 录 u电气化铁道的供电原理3 u供电系统4 u供电方式5 u直接供电方式6 uBT供电方式.8 uAT供电方式12 u同轴电缆供电方式19 u直供加回流线供电方式22 u变电所向接触网供电方式24 u 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 及以上的高压电力系统向牵引变 电所供电。 电气化铁道供电原理 供电系统示意图 供电系统示意图 发电厂 馈电线 回流线 钢轨电力机车 分区亭 接触线 区域变电所 供 电 方 式 u 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
2、供加回流线供电方式等五种，京 沪、沪杭、浙赣都是采用的直供 加回流线方式。 直接供电方式 u 直接供电方式(TR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，供电原理 如下页图示。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。 直接供电方式供电原理图 接触网 钢轨 单线区段牵引供电原理图 牵引变电所 馈电线 分区亭 电力机车 回流线 上行接触网 下行接触网 复线区段牵引供电原理图 牵引变电所 分区亭 BT供
3、电方式 u BT供电方式就是在牵引供电 系统中加装吸流变压器(约34km 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供电方式 u 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
4、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。 BT供电方式 u 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
5、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，故已很少采用。 BT供电方式 NF线 接触导线 钢轨 BT供电方式原理图 BT区间 升压线 AT 供 电 方 式 u 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
6、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 u AT供电方式的电路包括牵引变电所、 接触悬挂、轨道、自耦变压器、正馈线、 电力机车等。牵引变电所向牵引网输送的 电压为25kV。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(1016km)的自耦变 压器将整个供电区段分成若干个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
7、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 2U CPW 接触导线 钢轨 正馈线 PW AT供电方式原理图 AT供电方式的优点 u 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。 AT供电方式的优点 u 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
8、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。 AT供电方式的优点 u 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
9、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。 AT供电方式的优点 u 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80120km，而BT供电方 式牵引变电所的间距为3060km，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。 同 轴 电缆 供电 方 式 u 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
10、流线与钢轨 连接。每隔510km作一 个分段。 同 轴 电缆 供电 方 式 u 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。 同轴电缆供电方式 接触导线 钢轨 同轴电缆供电方式原理图 牵引变电所 同轴电缆 直供加回流线供电方式 u 直供加回流线供电方式结构比较简单。这 种
11、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 U 接触导线 钢轨 NF 直供加回流线供电方式原理图 CNF 变电所向接触网供电方式 u 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
12、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。 变电所向接触网供电方式 u 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。 变电所向接触网供电方式 u 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。 u 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相连接，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。 祝大家一帆风顺！
