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1、第一章 绪论牵引供电系统简介1.1 电气化铁道与牵引供电系统1.2 电力系统向电气化铁道的供电1.3 牵引变电所向牵引网的供电1.4 牵引网向电力机车的供电1.5 牵引供电系统的特点及主要问题1.1 电气化铁道与牵引供电系统 电气化铁道（Electric Railways） 使用外部输入的电力能源（electric power）来驱动列车行驶的铁道运输方式。 （1）注意与电传动内燃机车的区别； （2）电能具有不能大量储存的特点。 电气化铁道包括：电力机车（含电动车组） 沿线的供电设施 牵引供电系统（Traction Power Supply Systems） 向电力机车提供电能的沿线供电设施从
2、电能的传输、分配角度构成牵引供电系统。 牵引供电系统主要包括：牵引变电所 牵引网 专用高压供电线路牵引供电系统示意图 额定电压25kV，正常工作范围2029kV。牵牵引引变变电电所所电电力力系系统统牵牵引引网网钢钢轨轨接接触触网网 YNd11接线 单相Ii接线 单相Vv接线 YN 接线 YN 接线 Scott接线 YNd11d1接线 直接供电方式 带回流线的直接供电方式 吸流变压器(BT)供电方式 自耦变压器(AT)供电方式牵引变电所（Traction Substation, SS） 从公用电力系统（Public Electric Power Systems）接受电能，通过变压器将电能从三相1
3、10kV或220kV变换成单相27.5kV（对AT系统为55kV或227.5kV），并向铁路上、下行两个方向的牵引网供电。 变电所两侧的牵引网区段被称作供电臂。 变电所的主要设备 牵引变压器（有多种接线方式） 断路器（SF6、真空、少油、油断路器），隔离开关 避雷器、避雷针 电压互感器、电流互感器 二次设备（控制、保护、测量、计量、监视和电源设备） 无功补偿装置、调压装置牵引网（Traction Network） 由馈电线、接触网、轨道、回流线等设施构成的输电网络 馈电线（Feeder，引出线:Lead Wire） 连接牵引变电所和接触网的导线 接触网 沿线路露天敷设，通过和受电弓的滑动接触把
4、电能输送给电力机车的供电设施。由接触线、承力索以及支持、悬挂和定位等装置组成。从牵引网角度关注的是接触线、承力索和加强线等载流导线。 轨道 牵引电流的回流导线；支撑与导向；信号专业轨道电路 回流线 指连接轨道和牵引变电所的导线 其他设施 负馈线（回流线），吸上线，BT，AT，正馈线，保护线，地线，供电线牵引供电系统的其他设施 分区所（Section Post, SP） 设于两变电所之间，把电气化铁道牵引网分成不同供电区段，设有开关设备，根据运行需要可以连接同一供电臂的上、下行接触网，或连接不同的供电臂以实现越区供电。 开闭所（Sub-feeder Switching Post, SFSP） 实
5、际上是开关站，多设于铁路枢纽，一般两路进线、多路馈线，以实现对站场各股道群的分别供电控制。 （1）进线和馈线都经过断路器，可灵活地对各分区接触网停、供电 （2）在断路器上可实现短路故障保护，从而缩小事故停电范围 （3）对AT牵引网，往往同ATP合建，增强对供电臂供电的灵活性 AT所（AT Post, ATP） AT供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上放置自耦变压器的场所。1.2 电力系统向电气化铁道的供电 电气化铁道属一级负荷，对供电可靠性要求高 牵引变电所一般设置两台变压器，要求有两回独立电源 独立电源：一回电源的故障停电，应不影响另一回电源的工作。 （1）引自不同的变电所（甚至
6、不同地域的变电所） （2）引自同一变电所的不同母线（分别运行） 在布置变电所位置时，就要考虑外部电源条件，“外电调查”，同电力部门协商供电方案。 （1）系统中110kV和220kV变电站、发电厂的位置、容量、负荷情况等； （2）电网的近、远期发展规划集中式供电中心SS中间SS（桥接）中心SS中间SS（T接）中心SS中间SS（T接）目前多采用分散式供电内桥接线外桥接线双T接线单母线分段1.3 牵引变电所向牵引网的供电 单线SS1SS2SP电分相单边供电SS1SS2双边供电复线SS1SP单边分开供电SS1SP单边并联供电SS1SP单边全并联供电SS1SS2双边纽结供电1.4 牵引网向电力机车的供电
7、（1）直接供电方式（T-R方式, Trolley-Rail）结构简单，投资少，维护费用低；一部分电流从大地回流，对邻近通信线干扰大。TR（2）吸流变压器供电方式（BT方式） 防干扰效果好； 牵引网阻抗偏大； 电力机车过BT时，易产生电弧； 由于是串联系统，可靠性较低。UsFTRI吸流变压器 Booster Transformer（3）带负馈线的直接供电方式 防干扰效果不如BT供电方式； 牵引网阻抗界于直接供电方式和BT供电方式之间； 目前应用比较广泛。UsFTRI（4）自耦变压器供电方式（AT方式） 防干扰效果与BT方式相当 牵引网阻抗小，输送容量大，供电臂长（可达4050km） 结构复杂，投
8、资大，维护费用高UsFTR自耦变压器 Auto-transformer（5）同轴电缆供电方式（CC方式） 防干扰效果好，占用空间小； 牵引网阻抗小； 投资大UsCCTR同轴电缆 Coaxial Cable1.5 牵引供电系统的特点及主要问题 负荷特点 移动性，变化剧烈，非线性，单相； 电流回路不可靠，存在薄弱环节（弓网受流） 网络特点 牵引网为单相含地的不平衡网络； 接触网结构复杂，无备用，运行环境恶劣，故障率高； 导线特殊：接触线，钢轨 牵引网结构比一般电力线路复杂。 牵引变电所 拓扑结构三相不对称； 变压器接线特殊。牵引供电系统主要技术问题 电压水平 无功功率 负序电流 谐波 通信干扰电气化铁道的供电要求 安全可靠供电 保证供电质量 降低投资和运营费用 提高电磁兼容水平