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1、牵引供电系统简介（丁为民）一、 系统功能牵引供电系统的主要功能是：将地方电力系统的电源（交流电气化铁路：AC110 kV或 AC220kV,城市轨道交通：中心变电所AC220kV或ACllOkV-AC35 kV环网）引入牵引 供电系统的牵引变电所，通过牵引变压器变压为适合电力机车运行的电压制式（交流电气化 铁路：AC25kV 或 AC2 X 25kV，城市轨道交通：DC750V、DC1500V 或 DC3000V）,向电 力机车提供连续电能。电力牵引负荷为一级负荷，引入牵引变电所的外部电源应为两回独力可靠的电源，并互 为热备用，能够实现自动切换。交流电气化铁路及城市轨道交通牵引供电系统简图分别
2、如图1.1 和图1.2 所示。1.-L）丄能二讥心二图 1.1 交流电气化铁路牵引供电系统图 1.2 城市轨道交通牵引供电系统二、牵引网供电方式1. 交流电气化铁路交流电气化铁路牵引网供电方式大体上可分为三种：直接供电方式（包括带回流线的直 接供电方式）、BT供电方式和AT供电方式。（1）直接供电方式直接供电方式又可分为不带回流线直接供电方式（图 2.1）和带回流线的直接供电方式（图 2.2）两种。ManJexm图 2.1 不带回流线的直接供电方式 1r7 -j图 2.2 带回流线的直接供电方式不带回流线的直接供电方式在我国早期的电气化铁路中采用，机车电流完全通过钢轨和 大地流回牵引变电所，牵
3、引网本身不具备防干扰功能。在接地方面，每根支柱需单独接地（设 接地极或通过火花间隙），或者通过架空地线实现集中接地（架空地线不与信号扼流圈中性 点连接）。带回流线的直接供电方式，机车电流一部分通过钢轨和大地流回牵引变电所（约70%）， 其余通过回流线流回牵引变电所（约 30%）。由于流经接触网的电流和流经回流线的电流虽 然大小不等，单方向相反，且安装高度比较接近，两者对铁路沿线通讯设施的电磁干扰影响 趋于抵消，因此牵引网本身具备防干扰功能。在接地方面，接触网支柱通过回流线实现集中 接地，回流线每隔一个闭塞分区通过吸上线（铝芯或铜芯电缆，常用VLV-70和2xVLV-150） 与信号扼流圈中性点
4、连接（吸上线间距34km）。(2) BT供电方式BT (Boost Transformer)供电方式又称吸流变压器供电方式，也是在我国早期电气化 铁路中有采用，其主要目的是为了提高牵引网防干扰能力，但随着通讯线路电缆化和光缆化， 防干扰矛盾越来越不突出，其生命力也已大大降低，该种供电方式目前已经基本不采用。如 图2.3所示，吸流变压器为1:1的单卷变压器，其原边串入接触网中(在绝缘锚段关节处)， 次边串入回流线中，吸流变压器的间隔为34km，在两个吸流变压器的中间设有吸上线， 用于将钢轨中的牵引电流吸入回流线。机车所处的BT间隔内存在“半段效应”即在该BT 段内接触网与回流线中的电流并不相等，
5、防干扰效果并不明显，而在其余BT段内两者的电 流大小相等，方向相反，防干扰效果非常明显。但是，由于BT变压器自身存在较大的阻抗，且安装密度较大，其在牵引网中引起的电 压将也较大。因此，在同等条件下，BT供电方式变电所间距小于其它供电方式，且每34km 在接触网内存在断口，断口两端因BT自阻抗而存在一定的电压差，机车通过该断口时可能 会产生电火花，导致接触网的使用寿命缩短。叽：-I50A图2.3 BT供电方式(3) AT供电方式AT (Auto-Transformer)供电方式又称自藕变压器供电方式，相对于其它供电方式而言,AT 供电方式具有更好的防干扰效果和更大的供电潜力，特别适合于高速和重载
6、铁路。如图 2.4所示，牵引变电所主变压器二次侧土25KV端子分别接于接触网和正馈线，二次侧线圈中 点接于钢轨。每隔1015公里，将自藕变压器(ATI、AT2)并入接触网和正馈线之间, 自藕变压器中点与钢轨相连接。另外，上下行各架设有一根与钢轨并联(通过扼流圈)的保 护线，用于接触网或正馈线的闪络保护接地。自藕变压器实为单绕组变压器，该绕组设有中 心抽头。理论上讲，除了机车所在的AT段(该AT段存在“半段效应”以外，其余AT段内 流经接触网中和正馈线中的电流大小相等，方向相反，且电流大小仅为机车电流之半。在钢 轨和保护线之间每隔34km设有吸上线。图2.4 AT供电方式正赭2. 城市轨道交通城
7、市轨道交通接触网一般采用直流供电，接触网为正极，钢轨为负极，机车从相邻两变 电所取电，即采用双边供电方式（交流电气化铁路一般为单边供电）。如图2.5所示，机车所需的电流分别来自两相邻变电所。吏电忙变电浙图2.5 直流双边供电方式三、牵引供电设施功能及分布1. 交流电气化铁路交流电气化铁路牵引供电设施一般由以下几部分组成：带回流线的直接供电方式。如图3.1所示，牵引供电设施由变电所、分区所、开闭所（分区所兼开闭所）构成。变电所间距一般为4060km （视负荷大小而定），变电所至相 邻分区所之间的供电范围称为一个供电臂，每变电所有左右两个供电臂（终端变电所除外）。 正常运行时，一个供电臂的上下行接
8、触网在首端（变电所）和末端（分区所）均是并联的（上 下行供电线引自所内同一母线）。I I FH图3.1直接供电方式牵引供电设施分布示意图AT供电方式。如图3.2所示，牵引供电设施由变电所、分区所、AT所、开闭所（分区所兼开闭所、AT所兼开闭所）。变电所间距一般为5080km （视负荷大小而定），变电所 和分区所之间设有1个或2个AT所（视供电臂长度而定，AT间距一般为1015km）。一个 供电臂被AT分为若干个供电区段，从变电所往分区所方向，这些供电区段依次称为第1、 第2、第3AT段。各AT段中流经接触网和正馈线的电流大小与列车所在的位置有关，一般 来说，第1 AT段中接触网与正馈线中电流均
9、较其它AT段大（且接触网中电流大于正馈线中电流），因此，第1AT段有时需要设置加强线（同时正馈线截面也加大）。L十图3.2 AT供电方式牵引供电设施分布示意图各牵引供电设施的功能如下：（1）变电所。用于向接触网供电，所内设有牵引变压器AT方式非单相变压器供电时设 有自藕变压器），变电所出口附近接触网设有电分相，负荷电流经钢轨、回流线、大地最终 流回牵引变电所。如图3. 2所示，正常时一个变电所（如变电所2）仅对其左右A、B供电 臂供电，当相邻变电所（如变电所3）解列时，该变电所将通过分区所对故障变电所的C供 电臂进行越区供电（故障变电所的另一供电臂将由其另一相邻变电所进行越区过电）。（2）分区
10、所。分区所位于两相邻变电所的中部，出口附近接触网设有电分相。正常供电 情况下，分区所用于实现上下行接触网并联运行；越区供电情况下，分区所用于实现其左右 供电臂的串联运行（此时分区所处的上下行接触网一般不再并联）。直供方式的分区所内仅 设有一些断路器和开关设备等，AT方式的分区所内还设有自藕变压器。（3）AT所。用于将自藕变压器并入接触网和正馈线之间，降低接触网中的负荷电流，延 长变电所的供电距离。自藕变压器中点与钢轨（经N线）的连接是必须的，否则自藕变压器 起不到应有的作用。（4）开闭所。一般用于枢纽内的接触网分场、分束供电（有时也用于较长供电臂缩小故 障范围）。开闭所至少应有两回进线，一回应
11、来自相邻变电所，另一回可从接触网上T接。（5）分区所兼开闭所和AT所兼开闭所。一般用于大站或编组站，其本身除了具有分区所的功能外，还可从所内母线上引出单独馈线向其它需要单独电分段的区域供电。2. 城市轨道交通 城轨交通的牵引供电设施较为简单，仅有牵引变电所，正常时双边并联供电，故障情况下由相邻牵引变电所实现越区供电（大双边供电）。变电所间距一般为24km （视供电电压和负荷大小而定）。-4变电扛图3. 3城市轨道交通牵引供电设施分布示意图四、牵引供电设施出口处典型接线图图4.1直供变电所或分区所出口处典型接线图-F kI图4.2 AT变电所或分区所出口处典型接线图=1iar图4.3 AT所出口处典型接线图
