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1、直接供电方式直接供电方式1输电线；输电线；2牵引变电所；牵引变电所；3馈电线；馈电线；4接触网；接触网；5电力机车；电力机车；6钢轨钢轨 两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区（又称供电臂）两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区（又称供电臂） 直接供电方式直接供电方式 两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区（又称供电臂），正常情况两相邻供电臂之间在接（又称供电臂），正常情况两相邻供电臂之间在接触网上是绝缘的，每个供电臂只从一端牵引变电所触网上是绝缘的，每个供电臂只从一端牵引变电所获得电能的供电方式称为获得电能的供电方式称为单边供电单边供电。
2、若两个供电臂。若两个供电臂通过开关设备，在电路上连通，两个供电臂可同时通过开关设备，在电路上连通，两个供电臂可同时从两个牵引变电所获得电能，这种供电方式称为从两个牵引变电所获得电能，这种供电方式称为双双边供电边供电。双边供电可提高接触网电压水平，减少电。双边供电可提高接触网电压水平，减少电能损耗。但馈线及分区亭的保护及开关设备都较复能损耗。但馈线及分区亭的保护及开关设备都较复杂，因此，目前采用较少。杂，因此，目前采用较少。直接供电方式直接供电方式单边和双和双边供供电为正常的供正常的供电方式，方式，还有一种非有一种非正常供正常供电方式（也称事故供方式（也称事故供电方式）叫越区供方式）叫越区供电，
3、如下如下图所示。所示。1故障故障牵引引变电所；所；2越区供越区供电分区。分区。直接供电方式直接供电方式 越区供电是当某一牵引变电所因故障不能正常越区供电是当某一牵引变电所因故障不能正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经开关设备与供电时，故障变电所担负的供电臂，经开关设备与相邻供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供电。相邻供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供电。这种供电方式称越区供电。因越区供电增大了该变这种供电方式称越区供电。因越区供电增大了该变电所主变压器的负荷，对电器设备安全和供电质量电所主变压器的负荷，对电器设备安全和供电质量影响较大，因此，只能在较短时间内实行越区供电，影响较大，因此
4、，只能在较短时间内实行越区供电，是避免中断运输的临时性措施。是避免中断运输的临时性措施。直接供电方式直接供电方式 复复线区段供区段供电方式与上述基本相同，但每一供方式与上述基本相同，但每一供电臂分臂分别向上、下行接触网供向上、下行接触网供电，因此，因此牵引引变电所所馈出出线有四条。有四条。同一同一侧供供电臂上、下行臂上、下行线实行并行并联供供电，可提高供，可提高供电臂末臂末端端电压。越区供。越区供电时，通，通过分区亭开关分区亭开关设备来来实现。复。复线区段供区段供电情况如下情况如下图所示。所示。图 复复线区段供区段供电示意示意图 吸流变压器吸流变压器回流线装置回流线装置BT 在牵引网中，每相距
5、在牵引网中，每相距1.5km4km间隔，设置间隔，设置一台变比为一台变比为1:1的吸流变压器的吸流变压器。吸流变压器设在分。吸流变压器设在分段中央，段中央，其原边串入接触网其原边串入接触网，副边串入沿铁路架设副边串入沿铁路架设的回流线的回流线。回流线通常就悬挂在铁路沿线的接触网。回流线通常就悬挂在铁路沿线的接触网支柱外侧的横担上。支柱外侧的横担上。1牵引变电所；牵引变电所；2馈电线；馈电线；3接触网；接触网；4电力机车；电力机车；5钢轨；钢轨；6回流线；回流线；7吸流变压器；吸流变压器；8吸上线。吸上线。1接触网接触网；2为为轨道轨道；3为为回流线回流线；4为为吸流变压器吸流变压器，变比，变比
6、1:1，一次线圈，一次线圈串接串接入接触网，二入接触网，二次线圈串接入回流；次线圈串接入回流；5为为吸上线吸上线，一端接回流线，另一端与轨道或吸流变压，一端接回流线，另一端与轨道或吸流变压器线圈中点连接，以提供从电力机车到轨道的返回电流流器线圈中点连接，以提供从电力机车到轨道的返回电流流到回流线中去的通路。到回流线中去的通路。 这种装置的这种装置的防护作用防护作用在于：把本来是尺寸很大的接触在于：把本来是尺寸很大的接触网网轨道大地回路改变成尺寸相对很小的接触网轨道大地回路改变成尺寸相对很小的接触网回流线回流线回路。回路。 当牵引电流流经吸流变压器原边时，副边在回流线中当牵引电流流经吸流变压器原
7、边时，副边在回流线中产生很大的互感电势。吸流变压器的作用也就是在接触网产生很大的互感电势。吸流变压器的作用也就是在接触网和回流线之间集中地和回流线之间集中地加大互感加大互感。即：。即： 设吸流变压器原边电流为设吸流变压器原边电流为I1，匝数为，匝数为1 1；副边电流；副边电流I I2 2，匝数为，匝数为2 2。根据磁势平衡关系：。根据磁势平衡关系： I I2 2 2 2 I1 1 1又因为变比为又因为变比为1:11:1，则，则1 1= =2 2，所以，所以 I I2 2II1 1 说明：说明：采用吸流变后，只有变压器原边的激磁电流仍采用吸流变后，只有变压器原边的激磁电流仍流经轨道和大地，且电流
8、数量很小。流经轨道和大地，且电流数量很小。 如果不设吸流变，单凭接触网和回流线之间的分布互如果不设吸流变，单凭接触网和回流线之间的分布互感，仅约感，仅约10-20%10-20%牵引电流经回流线流回牵引电流经回流线流回。 同时回流线和接触网中的电流基本上同时回流线和接触网中的电流基本上大小相等，方向大小相等，方向相反相反。两者的交变磁场基本上可互相平衡。两者的交变磁场基本上可互相平衡(抵消抵消)。显著地。显著地减弱了接触网和回流线周围空间的交变磁场，使牵引电流减弱了接触网和回流线周围空间的交变磁场，使牵引电流在邻近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。在邻近的通信线路中的电磁感应影响大大地减小。
9、 缺点：缺点：1. 电力机车处于吸流变压器附近时防护效果差。电力机车处于吸流变压器附近时防护效果差。机车电流经轨道与大地，然后经回流线流回，接触网在机车电流经轨道与大地，然后经回流线流回，接触网在a、b段中没有电流，而回流线中有电流，则在段中没有电流，而回流线中有电流，则在ab段的长度内段的长度内等于没有防护。等于没有防护。回流线回流线cd 中无电流，在中无电流，在接触网接触网cd 段的长度内等于段的长度内等于没有防护。没有防护。 两种情形都使吸流变压器两种情形都使吸流变压器回流线在半段长度里失去回流线在半段长度里失去效用，这种现象叫做效用，这种现象叫做半段效应，失效区相当于分段长度之半段效应
10、，失效区相当于分段长度之半半。 所以实际装置是在供电臂内设置长度不大的许多所以实际装置是在供电臂内设置长度不大的许多吸上吸上分段分段，每个分段仅长，每个分段仅长24km，每个分段中央设置一台吸，每个分段中央设置一台吸流变压器。分段以吸上线为界，吸上线一端接回流线，另流变压器。分段以吸上线为界，吸上线一端接回流线，另一端焊入钢轨。一端焊入钢轨。 按照这种安排，按照这种安排，半段效应长度大大缩小半段效应长度大大缩小，且只有处在一个分段，且只有处在一个分段中的机车的电流而不是牵引网总电流在该分段产生半段效应影响。中的机车的电流而不是牵引网总电流在该分段产生半段效应影响。2.使使牵引网阻抗显著增大牵引
11、网阻抗显著增大。接触网。接触网回流线回路比通常牵引网阻抗回流线回路比通常牵引网阻抗要高。应用这种装置的牵引网，其阻抗等于接触网要高。应用这种装置的牵引网，其阻抗等于接触网回流线回路阻回流线回路阻抗与吸流变压器短路阻抗之和。抗与吸流变压器短路阻抗之和。 由于牵引网阻抗增高，有时可能必要由于牵引网阻抗增高，有时可能必要缩短牵引变电所间的距离，缩短牵引变电所间的距离，或增设串联电容补偿，来保证牵引网电压水平或增设串联电容补偿，来保证牵引网电压水平。 日本铁路为防止通讯干扰，在实行交流电气化日本铁路为防止通讯干扰，在实行交流电气化的的前期前期，在牵引网中普遍应用了，在牵引网中普遍应用了BT供电方式供电
12、方式。 但当高速、大功率机车在这种电路中通过吸流但当高速、大功率机车在这种电路中通过吸流变压器分段时，在受电弓上会产生强烈电弧，为了变压器分段时，在受电弓上会产生强烈电弧，为了克服此缺点，克服此缺点，后来后来发展了一种新的牵引网供电方式发展了一种新的牵引网供电方式自耦变压器供电方式自耦变压器供电方式。自耦变压器供电方式自耦变压器供电方式(AT)T接触网；接触网；R轨道；轨道；F正馈线；正馈线；AT自耦变压器自耦变压器AT供电方式：供电方式：由接触网由接触网T、正馈线、正馈线F、轨道大地系统、轨道大地系统R以以及每隔一定距离的自耦变压器及每隔一定距离的自耦变压器(AT)构成。构成。AT并联于接触
13、导线与正馈线之间，并联于接触导线与正馈线之间，AT中点与钢轨相连。中点与钢轨相连。 结构上：结构上：AT方式是用方式是用自耦变压器代替了吸流变压器自耦变压器代替了吸流变压器，正馈线代替了回流线正馈线代替了回流线。自耦变压器是。自耦变压器是并入并入电路，这一改变，电路，这一改变，首先是消除了接触网中的吸流变压器分段。大部分回流流首先是消除了接触网中的吸流变压器分段。大部分回流流经正馈线，从而降低对邻近通信线的干扰。经正馈线，从而降低对邻近通信线的干扰。自耦变压器的工作原理：自耦变压器的工作原理： 一次和二次回路共用部分绕组一次和二次回路共用部分绕组(n2部分部分)， 而而n1只有一次电流通过。只
14、有一次电流通过。 输入电压为输出电压的输入电压为输出电压的2倍倍，也就是说，通过，也就是说，通过自耦变压器可以输入较高的电压而得到机车所需的自耦变压器可以输入较高的电压而得到机车所需的低电压。电流则相反，输入电流为输出电流的一半。低电压。电流则相反，输入电流为输出电流的一半。从牵引变电所看，以两倍接触网电压沿线输送从牵引变电所看，以两倍接触网电压沿线输送1/2I。 送电电压加倍，送电电流减半，送电电路中的送电电压加倍，送电电流减半，送电电路中的电压损失将降低为电压损失将降低为1/4。 利用利用AT这个特点，可增大变电所间的距离和这个特点，可增大变电所间的距离和增大传输功率，增大传输功率，减少牵
15、引网损耗减少牵引网损耗。 缺点：缺点：必须在沿线安设电压较高、容量较大的自必须在沿线安设电压较高、容量较大的自耦变压器，牵引网设备的投资相应增加。耦变压器，牵引网设备的投资相应增加。带回流线的直接供电方式带回流线的直接供电方式(DN) 由于由于AT方式设备复杂，一次投资高、运营费用高、维方式设备复杂，一次投资高、运营费用高、维护困难，特别在多隧道区段应用更为困难。护困难，特别在多隧道区段应用更为困难。BT方式由于方式由于其半段效应、接触网分段及牵引网阻抗大等弱点，对高速其半段效应、接触网分段及牵引网阻抗大等弱点，对高速和重载行车的适应能力差。因此，和重载行车的适应能力差。因此，常采用直接供电加
16、回流常采用直接供电加回流线线(负馈线负馈线)。DN供电方式：供电方式：由接触网、钢轨、沿全线架设的负馈线由接触网、钢轨、沿全线架设的负馈线NF(每隔几公里用每隔几公里用P金属线和钢轨相连金属线和钢轨相连)组成。组成。 由于由于NF和钢轨并联连接，使得正常运行时钢轨中负荷和钢轨并联连接，使得正常运行时钢轨中负荷电流的一部分分流到电流的一部分分流到NF中去，因此，可以减少流入大地中去，因此，可以减少流入大地的电流，减轻对通讯的干扰危害，降低钢轨电位，减小馈的电流，减轻对通讯的干扰危害，降低钢轨电位，减小馈电回路的阻抗。电回路的阻抗。 DN方式与方式与AT、BT相比相比，其馈电回路和设备简单、投，其
17、馈电回路和设备简单、投资省、运营维护方便。资省、运营维护方便。 为了能取得最好的防干扰效果，需研究回流线的空间为了能取得最好的防干扰效果，需研究回流线的空间1牵引变电所；牵引变电所；2馈电线；馈电线；3接触网；接触网；4电力机车；电力机车；5钢轨；钢轨；6回流线；回流线；8吸上线。吸上线。布置布置(与接触网的磁耦合关系与接触网的磁耦合关系)和设法降低回流线和设法降低回流线地、钢地、钢轨轨地回路的阻抗，以地回路的阻抗，以提高回流率提高回流率。 回流率与各导线回流率与各导线地回路自阻抗以及各导线地回路自阻抗以及各导线地回路地回路间的互阻抗有关，当间的互阻抗有关，当回流率回流率=1时，则接触网电流时，则接触网电流完全由回完全由回流网吸上，地中电流为零流网吸上，地中电流为零。
