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1、电气化铁路牵引供电系统主讲：刘实1.我国铁路建设的总目标v 2004年国家制订中长期铁路网规划扩大建设规模，完善路网结构，扩充运输能力，提高装备 水平到2020年：v 繁忙干线实现客货分流v 西部路网形成骨架v 人口密集地区发展城际客运系统v四纵v哈沪线：哈尔滨-沈阳-大连-青岛-日照-连 云港-上海。v京港线：北京-石家庄-郑州-武汉-长沙南- 广州-深圳-九龙。v集昆线：集宁-大同-太原南-西安-汉中-广 元-成都-乐山-西昌-攀枝花-昆明。v西湛线：西安-安康-重庆-贵阳-南宁-钦州 -北海-湛江。v七横v沈兰线：沈阳-唐山-北京-集宁-呼市-包头-乌海-石嘴山-银 川-青铜峡-中卫-白
2、银-兰州。v青银线：青岛-济南西-衡水-石家庄-太原南-绥德-银川。v盐西线：盐城-徐州西-商丘-开封东-郑州-洛阳-三门峡-华 阴-西安-宝鸡-天水-定西-兰州-红古-西宁。v沪蓉线：（上海）-南京-合肥-六安-武汉-潜江-荆州-宜昌- 恩施-涪陵西-重庆-成都。v沪昆线：上海-杭州-上饶-鹰潭-南昌南-长沙南-娄底-怀化 -贵阳-安顺-关岭-昆明。v沪南线：上海-宁波-温州-福州-厦门（同安）-漳州南-汕 头-惠州-广州-梧州-桂平东-南宁。v杭广线：杭州-龙泉-南平-永安-漳平-龙岩-永定- 梅州-广州v八连线v津唐线：天津-唐山。v开河线：开封东-菏-东平-济南西-滨州-东营北- 河口
3、。v宁南线：南京-扬州-泰州-南通。v宁宁线：南京-溧阳-湖州-杭州-绍兴-宁波。v金温线：金华-丽水-温州。v汉福线：武汉-黄石西-武穴（江南）-九江（县）- 德安-南昌南-抚州-邵武-南平-福州。v南厦线：南平-三明-大田-厦门（同安）。v衡南线：衡阳-祁东-永州-全州-桂林-柳州-来宾-宾 阳-南宁。2.国外电气化铁路发展历史v最早造出第一台标准轨距电力机车的是苏格 兰人R戴维森，时间是1842年。v1879年5月，德国人WV西门子设计,线路全 长300m,轨距为1m,电力机车954kg，由150V 的外部直流电源经铺设在轨道中间的第三轨 供电、两条走行轨作为回路。牵引三节敞开 式“客车
4、”，每节车上可乘6名乘客.最高时速达 13km。v1964年，日本建成世界第一条运营速度 210Km/h的东海道干线。之后，到1995年 前后，欧洲基本形成高铁网络，代表性 的有法国TGV，运营速度300Km/h，德国 ICE，运营速度200-250-350Km/h。v目前，世界已有68个国家和地区修建了电气 化铁路，电化铁路总长度已超过25万公里， 承担世界铁路总运量的45%。 v直流制不便于长距离大功率输送电能， 目前电气化铁道多采用工频单相交流 制。v1979年，第一台E120型大功率交流传动 电力机车在德国诞生，开创了电力机车 发展的新纪元。 v接触网供给机车的电流制，分为直流制 和交
5、流制两种（交流制中又分单相交 流、三相交流），这就叫供电制式。 3 中国电气化铁路发展历史v1958年6月15日，宝鸡至凤州段电气化铁路开 工建设，由此揭开了中国铁路电气化建设的 序幕。1960年6月建成了93公里的中国第一段 电气化铁路宝凤段，实现了中国电气化铁路“ 零”的突破。由于直接采用当时国外最新的工 频交流25KV供电制式，我国电气化铁路技术 高起点起步。 我国电气化铁路系统采用单相工频交流制 优点：v结构简单v电压增高，变电所距离延长v电力机车粘着性能和牵引性能良好v对地下金属腐蚀性小v缺点：v单相牵引负荷会在电力系统中形成负序电流v牵引负荷是感性负荷，功率因数低v对通讯线路造成很
6、大干扰v从1958年到1978年的20年间，建成宝成线、 阳安线、襄渝线电气化铁路1033公里，年均 仅51公里。改革开放30年，我国建成开通电 气化铁路总里程是前20年的25倍，实现了向 世界电气化铁路强国的跨越，实现了我国电 气化铁路从常速向高速的跨越。京秦线引进 日本AT供电技术和远动控制技术，大秦线引 进多国技术设备，哈大线系统引进德国技术 ，通过引进、消化、吸收再创新，我国电气 化铁路技术与发达国家的差距迅速缩小。 2006年后，高速铁路建设，彻底走在世界前 列。 4 电气化铁道的组成 v采用电力牵引的铁道称为电气化铁道。由于 电力机车本身不带有能源装置，靠外部电力 系统经过牵引供电
7、装置供给其电能，故电气 化铁道是由电力机车和牵引供电装置组成 的。牵引供电装置一般分成牵引变电所和接 触网两部分，所以人们又称电力机车、牵引 变电所和接触网为电气化铁道的“三大件”。电气化铁道供电系统 1.发电厂；2.区域变电所3.传输线；4.分区所；5.牵引变电所 6.接触线； 7.轨道回路； 8.回流线； 9.电力机车； 10馈电线v牵引变电所的功能是将三相的110KV（或220 KV） 高压交流电变换为两个单相27.5 KV的交流电，然 后向铁路上、下行两个方向的接触网供电，牵引变 电所每一侧的接触网都称做供电臂。该两臂的接触 网电压相位是不同相的，一般是用耐磨的分相绝缘 器隔离开来。除
8、用分相绝缘器隔离外，还设置了分 区亭，通过分区亭断路器（或负荷开关）的操作， 实行末端上下行并网，在非正常情况下（变电所发 生故障）进行越区供电。4.1牵引变电所4.1.1牵引变电所外部电源v牵引供电系统一般由铁路以外的容量较大的电力系 统供电。v牵引供电系统负荷为一级负荷，各个供电系统应保 证有两个独立的电源，同时保证不间断供电。 v为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电 所高压输电线路无一例外地为双回线。两条双回线 互为备用，平时均处于带电状态，一旦一条回路发 生供电故障，另一条回自动投入，从而保证不间断 供电。 4.1.2牵引变电所接线方式 （一次侧高压设备）v单母线接线方式：多路
9、电源集中到一条母线 上，再分出供电。v双T接线方式：多路电源集中到两条母线上， 其中一条主用，一条备用，两路之间设置联 络断路器。v桥接线方式（内桥、外桥）：牵引变电所两 回进线之间的横向连接，即桥接线，其上设 置联络断路器。单母线接线图双T接线方式桥接线方式（内桥、外桥）4.1.3牵引变电所变压器及类型v牵引变电所内的变压器，根据用途不同，分 为主变压器（牵引变压器）、动力变压器、 自耦变压器（AT）、所用变压器几种。v根据接线方式不同，又有单相变压器、三相 变压器，三相一二相变压器等。 v主变压器是牵引变电所内的核心设备，担负 着将电力系统供给的110 KV的三相电源变换 成适合电力机车使
10、用的27.50 KV的单相电。 由于牵引负荷具有极度不稳定、短路故障 多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电 力负荷恶劣，因此要求牵引变压器过负荷和 抗短路冲击的能力要强，这也是牵引变压器 区别于一般电力变压器的特点。单相牵引变电所 接线图 电压相量图三相牵引变电所 接线图 电压相量图三相一二相牵引变电所 接线图 电压相量图4.1.4牵引供电二次设备1）牵引供电系统控制方式采用远动控制、所内集中 控制、设备本体控制三级控制方式。正常运行时采 用远动控制，当设备检修时，采用所内集中控制或 设备本体控制。三种控制方式相互闭锁。 2）牵引变电所、分区所、开闭所和AT所均采用微机 型综合自动化系统，系
11、统采用分层分布式结构，采 用集中组盘安装方式。 3）后台控制功能：对所内开关、切换装置及其他可 控设备可以在计算机上进行集中控制。牵引变电所综合自动化系统常规二次线部分主要由四大类装置组成 :继电保护 主设备监控与中央信号 检测量度仪表 远动设备 综合自动化系统基本组成:变电所监控主机 人机联系设备 电气主设备 线路的数据采集控制与微机保护等子系统 通过总线或局域网（LAN)互联通信构成的一体 化分层分布式控制系统并与远动调度中心联 网，用以执行变电所全部控制、监视、中央信 号、保护、远动和通信、管理等所有功能。 变电所综合自动化系统安装方式采用控制室内集中组盘安装方式。盘面包括：通信处理盘主
12、变压器保护测控盘、电容器保护测控盘进、馈线保护测控盘量计盘4.2 接触网v4.2.1 供电方式v单线区段 单边供电 双边供电v复线区段 单边末端并联供电v 单边全并联供电4.2.1.1 直接供电方式v直接供电方式即不设置任何对通信线路防干 扰设备，馈线回路设备简单，造价低，但对 通信线路有干扰影响。 1.高压输电线 2.牵引变电所 3.馈电线4.接触网 5.电力机车6.钢轨 7.分区亭12345674.2.1.2 BT供电方式v在牵引供电系统中加装吸流变压器回流线装置的 供电方式，简称BT供电方式。v这种供电方式用于电气化铁道穿越山谷地区或虽为 平原地区，但铁路两侧通讯线路较多，且受干扰影 响
13、严重的线路上。 1.吸流变压器 2.回流线 3.吸上线 4.轨地回流线 5.牵引变电所2131213145v吸流变压器是变比为1：1的特殊变压器v每隔24公里装设一台吸流变压器，并随 之架设回流线。 v每两台吸流变压器之间的中点，经吸上线 将回流线与钢轨连接起来。 4.2.1.3 AT供电方式 AT：单相自藕变压器 PW：保护线 AF：正馈线 T：接触线R：钢轨 CPW：横向连接线 G：放电器RAFPWAT所AT所AT牵引变电所GGGCPW T国外电气化铁道实践证明，AT供电方式相比BT 供电方式有较大的优越性v运行速度高v牵引重量大v对通讯干扰影响小vAT所的间隔距离一般按10-15km设置
14、。v自藕变压器并联于接触网上，不需增设电分 段，能适应高速、大功率电力机车的运行。v自藕变压器能有效的减弱对通讯线路的干 扰。4.2.1.4 直供加回流线供电方式63124151.回流线 2.吸上线 3. 接触线 4.钢轨 5.牵引变电所 6.电力机车4.2.2 接触网主要构成及分类v接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供 电的特殊形式的输电线路。v其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱 与基础、开关及分段设备、回流与接地等部 分组成。由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又 是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对 接触网提出以下要求:v1、在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电
15、力 机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定 性和足够的弹性。 v2、接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的 耐磨性和抗腐蚀能力并尽量延长设备的使用年限。v3、要求接触网对地绝缘好，安全可靠。 v4、设备结构尽量简单，便于施工，有利于运 营及维修。在事故情况下，便于抢修和迅速 恢复送电。 v5、尽可能地降低成本，特别要注意节约有色 金属及钢材。 简单接触悬挂接触悬挂的类型链形接触悬挂简单接触悬挂半补偿链形悬挂全补偿链形悬 挂。 4.2.3 高速接触网的主要参数v1）、接触网的弹性v在受电弓抬升力的作用下，接触网所具有的 升高性能。用表示，单位为mm/N。它的数 值和跨距成正比，和张力成反
16、比，常用计算 法和测量法来确定。v接触网定位点有弹性吊索时，其悬挂点的弹 性可以达到跨中弹性的90%，无弹性吊索时 ，只能达到30-50%。弹性计算公式可参考以下内容：v2）、 接触网弹性不均匀度v用u表示，u=（ max-min）/（max+min）vU值越小，说明接触网各点处的弹性越均匀。 大量经验表明，低于10%时，适用高速接触网 ，并且易于实现。3）、接触线波动传播速度和无量纲因数vV和Cp越接近，越大，接触网抬升量就越大 ，弓网关系就会恶化。结合国内外经验，小 于等于0.7时，接触网具有最佳受流效果。4）、 接触网导线的高度、坡度、接触压力、硬点v高度、坡度不符合标准，会导致弓网接触压 力发生突变，产生硬点。高速接触导线坡度 应小于千分之一。v整个接触网的重力荷载沿着导线应均匀分布
