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1、既有线施工供电安全防护基 本知识电气化铁道基本知识授课内容：电气化铁道概述 电气化铁道供电的电流制 牵引供电系统 供变电装置 牵引变电所对牵引网的供电方式 牵引供电系统的供电方式 接触网 人身安全触电知识一、电气化铁道概述 （一）电气化铁道的发展 世界上第一条电气化铁路 ：1879 年 5 月，西门子和哈 尔斯公司 ，德国贸易展览会。 据 1995 年有关资料统计，在世界铁路总营业里程 112 . 43 万 km 中，电气化铁路有 22 万 km ，平均电气化率为 19 . 5 。 我国第一条电气化铁路 ：1961 年 8 月宝成铁路（宝鸡 至成都）宝鸡至风州段 。1975 年 6 月宝成铁路
2、全线电气 化通车 。 据 2007 年的统计资料，我国铁路总里程 7.8 万km，其 中有电气化铁路 2.55万 km，电气化率32.7 %。 一、电气化铁道概述（二）电气化铁路运输的优越性 1 电力牵引可节约能源，综合利用能源 2 电力牵引可提高列车的牵引重量，提高列车的 运行速度 3 电力牵引制动功率大，运行时安全性强 4 电气化铁路运输的成本费用低 5 电力牵引易于实现自动化，利于采用先进科学 技术，利于改善劳动条件，利于环境保护。一、电气化铁道概述各型机车的轮周功率、计算速度、在不同限制坡度上的牵引重量一、电气化铁道概述（三）电气化铁道的组成 “三大元件”：牵引供电系统（牵引变电所和
3、接触网 ）、电力机车。 牵引变电所：沿铁路线建设的、专供电力 机车牵引电能的变电所。 接触网：一种悬挂在电气化铁道线路上方 ，并和铁路轨顶保持一定距离特殊形式的输 电网 。一、电气化铁道概述电气化铁道供电系统示意图二、电气化铁道供电的电流制 1 直流制 （1）优点：直流电机调速性能好，机车构造简单 ，接触网对铁路沿线通信线路造成的电磁干扰较小 。 （2）缺点：直流制的供电电压因受到牵引电机端 电压的限制而不能过高（最高6 . 6kV ）。接触网 导线的截面积大。变电所间距小，增加了变电所的 数目。另外，变电所的设备、结构较复杂（降压、 整流）。直流制的泄漏电流对沿线地下金属有腐蚀 作用较为严重
4、。 （3）应用：地铁、城市轨道交通、矿山运输等。 二、电气化铁道供电的电流制 2 三相交流制用两根接触网导线和一根钢轨形成三相电路。电力机车采 用三相异步电动机。优缺点：牵引变电所和机车设备简单，维修方便。异步电 动机调速困难，接触网结构复杂且不安全。 3 低频单相交流制采用低于工业频率（ 50Hz ）的单相交流电源供电。频率和电压：西欧国家： 16 2/3Hz、 15kV ；美国: 25Hz 、 11kV 。 （1）优点：接触网上的电压比直流制高，接触网导线的截面减 小，牵引变电所的距离有所增大。 （2）缺点：频率与工业频率不同。牵引变电所需设变频机，或 设置专用变频所，从经济效果方面比较，
5、这种制式反而不如直 流制。 （3）应用：西欧一些国家（如德国）采用较多。 二、电气化铁道供电的电流制 4、工频单相交流制采用工业频率（50Hz ）的单相交流电供电的制式。 供电电压般为 25kV 。1932 年，匈亚利首先使用这种电流制建成了世界上 第一条工频单相交流制的电气化铁道。1958新中国第一条电气化铁路宝成线宝鸡一凤州段 ，也采用该电流制，后来修建的每条电气化铁路都无例外 地采用了这种制式。 工频单相交流制的优越性： 牵引供电系统的结构比其它电流制的简单。 牵引变电所的间距增大，数目减少，接触网导线截面积 减小； 机车的牵引性能和调速性能良好。 三、牵引供电系统 1、供电原理 牵引电
6、流回路： 牵引变电所馈电线 接触网电力机车钢轨 回流线牵引变电所 2、牵引网馈电线、接触网、钢 轨和回流线。 三、牵引供电系统3、工频单相交流制电气化铁道存在的问题 单相牵引网对沿线的通信线路会造成电磁 干扰； 单相牵引负荷造成三相电力系统的不平衡 ，引起负序电流，对电力系统又造成一定的 影响。 牵引供电系统的功率因数较低，电压损失 较大。四、供变电装置 （一）牵引变电所 作用：将 110 kV（或220 kV）三相交流电变换 成 27 . 5 （ 55 ) kV 单相交流电，并供电给牵引 网和电力机车。此外，有少数牵引变电所还需担负 地区的 10 kV 动力负荷。 组成：由牵引变压器和相应的
7、配电装置构成。 分类：三相牵引变电所、单相牵引变电所及三相 一二相牵引变电所三种。其中单相牵引变电所又分 为纯单相接线和 V 形接线两种。 四、供变电装置指变电所中采用三相变压 器的牵引变电所。三相变压器都用 Y , d11 （Y/-11）接线 。两个角（a 、b）分别接入接触网的两个相 邻区段，一般c 角接地（钢轨）这两个区段的接触网对轨 道的电压相位不同，故在此区 段间必须安装分相绝缘装置。 三相牵引变电所四、供变电装置（二）分区亭 设在两相邻牵引变电所之间，起到开关作用的装置。 作用： 改变供电方式 （单边供电、双边供电） 实现“越区供电” 缩小事故范围四、供变电装置（三）开闭所 设置在
8、电气化铁道的枢纽站场，能送出多 路馈电线的装置。 开闭所相当于一个不变压的配电所。 五、牵引变电所对牵引网的供电方式 l 单边供电 分区亭的开关打开 ，每个供电分区的接触网只从一端的牵引变电所 获得电能 。 优点：事故影响范围小。 2 双边供电 分区亭的开关闭合，两个牵引变电所同时向它们之间的牵引网供电。 双边供电的条件：两个牵引变电所的电压相位相同 。 优点：负荷比较均匀，电压损失及电能损失比单边供电的小 。 缺点：分区亭保护装置较为复杂 。五、牵引变电所对牵引网的供电方式3、“越区供电” 当某个牵引变电所发生故障或需停电检修 时，此变电所承担的供电臂，通过分区亭开 关的闭合，由两侧相邻的牵
9、引变电所负责供 电，称为“越区供电”。 五、牵引变电所对牵引网的供电方式复线区段的越区供电六、牵引供电系统的供电方式 直供方式 “接触网-钢轨”供电方式 BT供电方式 吸流变压器一回流线供电方式 AT供电方式自耦变压器-正馈线方式 CC供电方式同轴电力电缆供电方式六、牵引供电系统的供电方式（一）工频单相交流牵引网对通信线路的干 扰影响 1、静电影响 ：静电感应电压计算公式六、牵引供电系统的供电方式 例如，b = 6m , c = 5m , Uj=27.5kV ， R = 6mm ，不考虑承力索的作用，可有K 0 . 263 ；如考虑承力索作用，则有 K =0.4( 单线);K = 0.6(复线
10、)。取 K= 0 . 4 ，可有 下表：六、牵引供电系统的供电方式2 电磁影响 电磁感应电压大小与接触网中的电流、电流的 频率以及接触网与通信线间的平行接近距离和接近 长度等均成正比例关系。3、干扰影响的危害 (1) 危险电压：在接触网正常工作状态下， 通信线中的感应电压不得超过 60V ，特别困难情 况下不得超过 150V ；短路故障下，感应电压不得 超过 430V 。（2）杂音干扰 ：高次谐波。主要是3次谐波（ 21%），5次谐波（10%）。六、牵引供电系统的供电方式（二）BT 供电防干扰原理 组成：主要由吸流变压器和回流线两部分组成 。吸流变压器：变比为 1 : 1 的电力变压器 回流线
11、与接触网同杆架设。六、牵引供电系统的供电方式 防护原理：在吸流变压器的作用下，强迫流经钢 轨的电流通过吸上线流回回流线中去。由于吸流变 压器的变比为 1 : 1 , 因而两线中的电流大小相等 ，方向相反。它们所产生的电磁场达到相互平衡， 消除了对邻近通信线的干扰。六、牵引供电系统的供电方式 “长回路影响”吸流变压器励磁电流的影响 由于接触网和回流线对通信线的相对位置不同 而产生的环路影响 钢轨的感应电流对通信线产生的二次感应影响 等。 “半段效应”当电力机车的运行位置和吸上线不相重合时， 整个馈电回路的一小部分仍按“接触网一钢轨”的不 对称方式供电，造成对通信线的一定影响，使“吸一 回装置”在
12、半段长度里失去防护效用 。六、牵引供电系统的供电方式“半段效应”说明 BT供电方式的缺点： 牵引网的单位阻抗加大，电压损失和电能损失增加； 当电力机车受电弓通过吸流变压器分段时，将产生电弧 ，会烧坏接触网导线和机车受电弓滑板 ，不适应高速大 功率机车取流。六、牵引供电系统的供电方式（三）AT 供电方式 组成：自耦变压器、正馈线 电压：正馈线和接触网对钢轨具有相同的电压（均为 27.5kV) ,总电压为55kV，为BT的2倍。 原理：通过正馈线和接触网之间的耦合，消除对外部线 路的干扰影响。六、牵引供电系统的供电方式 AT 供电方式的特点 供电安全可靠，有利于高速和大功率机车 的运行。 AT 供
13、电方式的供电电压高，供电能力大 ，电压损失小。 AT 供电方式的防干扰性能优越 。 AT 供电的主要缺点是接触网结构复杂。 七、接触网1.组成：接触悬挂、支持装置、定位装置支柱与基础组成 。支持装置接触悬挂支柱基础接触网的地线一端接钢轨一端接支柱火花间隙地线1 一承力索； 2 一吊弦； 3 一接触线 ； 4 一弹性吊弦 5 一定位管； 6 一 定位器； 7 一腕臂； 8 一棒式绝缘 子 9 一水平拉杆； 10 一悬式绝缘子 ； 11 一支柱 12 一地线； 13 一钢轨 。支持装置平腕臂斜腕臂棒式绝缘子承力索座定位管定位器接触悬挂分类简单悬挂：无承力 索，仅有接触线。 链型悬挂：又分为 简单链
14、型和弹性链型 悬挂两种。 七、接触网半补偿简单链型悬挂全补偿弹性链型悬挂简单链型悬挂弹性链型悬挂承力索接触线吊弦弹性吊索吊弦线夹七、接触网 2、软（硬）横跨 软 （硬）横跨都是站场接触网的横向支持设备 。 软横跨主要由横向承力索、上下部固定绳等组 成 。 硬横跨主要由硬横梁、吊柱等组成。 软横跨软横跨下部固定绳上部固定绳横向承力索吊柱硬横梁硬横跨硬横跨3线岔 电气化铁路的道岔上方，两支汇交接触线用限制管连接固 定的装置称为线岔。 作用：保证电力机车受电弓安全平滑地由一条接触线过渡 到另一条接触线，达到转换线路的目的。 七、接触网4、锚段和锚段关节 （1）锚段为满足接触网机械受力和电气分段的要求
15、，接触网通 常分成独立的分段，称为锚段。锚段的作用：缩小事故范围，便于接触网检修、机械 和电气分段等。锚段的长度一般在800 m2000m之间。 （2）锚段关节两个相邻锚段的衔接处构成锚段关节。锚段关节有“三 跨”和“四跨”两种。在提速区段还有“五跨”、“七跨”、“八跨”等锚段关节关 节。接触网锚段1单腕臂柱，中间柱 3、4 双腕臂柱，转换柱 5 中心锚结柱 6 中心锚结下锚柱 7 中心柱(图中未标出,四跨锚段关节时出现) 8 补偿下锚柱锚段锚段关节锚段关节中心锚结：两 锚段中间的死 固定中心锚结接触网下锚情况七、接触网 三跨锚段关节：一般为机械分段七、接触网 四跨锚段关节：一般为绝缘分段七、
16、接触网5、接触网的电分相和电分段 （1）电分相牵引变电所供给两侧相邻接触网的电是不同相位的，所以在这两 个不同相位的相邻接触网之间必须设置分相绝缘器，称为电分相。一般由三块相同的玻璃钢绝缘件组成。此处构成无电区，长度为 30m。 电分段式电分相(1)分相绝缘元件分相绝缘元件分相绝缘元件电分段式电分相(2)电连接玻璃钢绝缘件绝缘子串电连接线夹电分相标志 在接触网分相绝缘器两端，上行和下行方向均设 有“禁止双弓”和“断”、“合”标志牌，用以通知司机 ，当电力机车通过分相绝缘器时，必须单弓运行， 且必须断开电力机车主断路器。机车通过分相绝缘 器后，再重新合上主断路器。 电分相指示牌（2）电分段 为了提高接触网供电的可靠性和灵活性，缩小停电作业范 围，要求接触网的
