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1、目录引言211国内外研究现状312铁路供配电系统研究现状32从牵引变压器形式选择电气化铁路供电方案43从牵引变电所至牵引网的供电方式选择电气化铁路供电方案53.1直接供电方式(TR)53.2直供+回流（DN）供电方式（TRNF）63.3同轴电力电缆供电方式64从牵引变电所供电电压等级选择电气化铁路供电方案64.1牵引变电所运行方式64.2 变电等级75 结论7参考文献8致谢9电气化铁路供电方案选择摘要：现代电气化铁路供电系统的方案选择对电力机车和地区电网的安全稳定运行都至关重要.从牵引变压器、牵引变电站至牵引网的供电方式、牵引变电站供电电压等级的选择这3方面,对电气化铁路可选的各种方案进行分析
2、比较,并考虑实际应用,选取了目前的最优方案.引言电气化铁路是大众化交通工具，是我国重要的基础设施，与经济发展息息相关近年来，我国电气化铁路发展迅猛，截止到2016年底全国铁路营业里程达到124万公里，居世界第二位。其中，中国高铁的运营里程已经达到了22万公里，占到了全世界高铁运营里程的6成以上。中国是世界上高铁发展速度最快、运营里程最长、列车开行数量最多、在建规模最大的国家。高铁的发展大大缩短了列车的运行时间，给人民的生活带来了极大的便利，同时高铁还促进了经济发展，高铁的便捷性，也促进了城市之间的联系，促进了各大经济圈的发展。随着引进、消化、创新的技术路径取得重大成就，以及高速铁路网建设给我国
3、区域经济发展、城市化进程加快、产业结构升级带来的革命性影响，高速铁路成为了国家战略型新兴产业。随着中国高铁在国际舞台上崭露头角，中国高铁受到了越来越多的关注。中国通过承接来自国外的订单，承建工程、输出整车和输出高铁系统成为目前发展趋势。中国高铁正积极展开在世界范围内的布局，逐渐开始走出国门。原来的经济发展模式已经改变，“一带一路”战略成为了新的经济发展战略思维。高铁产业的输出，不仅可以提高我国的经济实力，还将加大我国高铁产业的发展，由此带动几十个相关产业的发展，促进我国产业结构的调整，提高中国的国际影响力。因此高铁的输出对各方面影响深远，中国高铁“走出去”战略已成为中国的国家战略，意义重大。随
4、着铁路的不断发展，电气化铁路与电力系统的联系也越来越紧密。长期以来现场对非牵引负荷用电需求迫切。电气化铁道沿线分布着通信系统、信号系统照明和给排水系统等不同类型的非牵引负荷，其用电需要直接关系到电气化铁道建设、运行和发展。目前电气化铁路电力负荷的电源主要由地方电网接引，根据负荷需求和地方电网的分布情况，可接引10kV、35kV、20kV、10kV等不同电压等级的电源，一般以10kV等级居多；铁路沿线负荷通过设置10kV一级负荷电力贯通线路和10kV综合负荷电力贯通线路供电。但是受地方电网分布、供电质量、工程投资等诸多因素影响，使得在设计中取得2路相对独立的电源，确定出合理的供电方案比较困难。可
5、是电力负荷用电的问题缺乏深入的研究，并未引起足够的重视，这样就使电力负荷用电困难或者得不到经济合理的解决。电气化铁路电力供电方案直接关系到行车安全、运营费用和建设投资。电气化铁路的快速发展，为合理利用牵引供电系统作为电力供电系统的电源提供了技术平台。电力供电技术的进步可有效降低高铁建设成本，提高高铁性价比，加大我国高铁的优势，推动中国高铁又快又好地“走出去”，在服务“一带一路”战略中发挥更大的作用。面对技术全球化的趋势，我国高铁要积极参与国际的竞争与合作，提高核心创新研发能力。并且要认真借鉴、吸纳国外先进技术标准，加强研究高铁产业技术标准，促进科技成果向标准转化，强化标准国际化工作，形成健全完
6、善的高速铁路技术标准体系，积极推进高铁产业标准上升为国家标准。因此借鉴国外电气化铁路成功的经验，分析不同电力供电方案的特点，利用电气化铁路牵引供电系统为沿线电力负荷提供电源，实现资源共享，提出多种适用于高速铁路的由牵引供电系统取电的电力供电方案，来优化和完善铁路的电力供电系统，不论是对铁路系统还是电力系统都有着重大深远的现实意义，需要进行系统的研究。11国内外研究现状铁路的供电系统根据功能可以分为两种：牵引供电系统，对牵引机车提供动力电源；供配电系统，向铁路车站以及铁路沿线非牵引负荷供电。铁路电力负荷分布特点总结为：车站负荷容量较大且集中；区间负荷容量小，点多分散。车站、段负荷主要包括：通信、
7、信号及信息设备；接触网电动隔离开关操作电源；动车检修设备，综合维修设备；采暖、空调、通风、给排水设备；建筑物火灾自动报警系统、消防设备及照明。区间负荷主要包括：信号中继站；GSMR基站、光纤直放站；接触网电动隔离开关操作电源；隧道照明、防灾、通风排烟设备及守护；桥隧警卫设施。或可根据对供电可靠性的要求负荷主要分三级。一级负荷主要包括：通信、信号及信息设备；接触网上电动隔离开关操作电源；电力及电气化各所用电；动车组检修设备中与运用密切的设施；车站及有关大型建筑应急照明和大型、特大型站房公共区照明、消防设备；隧道疏散照明、隧道防灾报警、通风及排烟等安全设备。二级负荷主要包括：为通信、信号主要设备配
8、置的专用空调和人员密集处的车站候车室空调；综合维修段(工区)；给排水设施；中间站公共区照明供电负荷。其他负荷划分为三级负荷。一级负荷由2路相互独立的电源供电至用电设备末端经切换后供电，当一路发生故障时，另一路不应同时受到损坏。一级负荷中特别重要的负荷，除由2路电源供电外，还应增加应急电源。二级负荷有条件时由2路电源供电，负荷较小或取电困难时，由一路10kV及以上专用电力线路供剖61。三级负荷提供一路电源供电。12铁路供配电系统研究现状为保证铁路沿线电力负荷的用电需要，电力供电方案般是从地方电网接引电源。文献总结出国内的三种铁路供电方案：“双贯通”方案、“单贯通”方案、环网供电方案。对于新建高速
9、铁路、客运专线、客货共建铁路、普速复线铁路，采用较多的全线供电方案是“双贯通”方案，即：全线设一条10kV综合负荷贯通线和一条10kV一级负荷贯通线的方案，在沿线各车站或规模较大的车站设lOkV配电所(或1 10、3510kV变电所)，各配电所或车站从地方电网接引两路或一路高压电源供电。对于部分普速铁路、货运铁路及支线铁路等一级负荷较少的线路，可采用“单贯通”方案，即：全线设一条10kV综合负荷贯通线的方案，在沿线规模较大的车站设10kV配电所(或110、3510kV变电所)，各配电所或车站从地方电网接引两路或一路高压电源供电。对于车站密度较大的城市及城际铁路，可采用环网供电方案，即：全线设两
10、条10kV综合负荷贯通线，沿线在规模较大的车站或地下站设置10kV配电所(或110、3510kV变电所)，由主母线向铁路两方向各引出两路lOkV综合负荷贯通线和车站馈线。目前国内外铁路也有采用由牵引供电系统接引电源的电力供电方案。对于一些地区电源匮乏的铁路，即：铁路沿线只具备一路贯通电源的条件，第二路电源由接触网越级取电，采用交直交设备或直接采用单相变压器供电，作为沿线区问和车站负荷的备用电源。法国高速铁路的车站及区间备用电源取自接触网，局部区间设有电力贯通线。德国铁路道岔除雪设备采用从接触网取电方式，重要负荷除可靠供电外，尚需要配置柴油发电机及用户自各UPS等蓄电池类，实现电源备用。墨西哥铁
11、路区间和中间车站通信、信号、消防风机等重要负荷的主用电源取自沿线一条单相电力供电线，备用电源取自接触网馈线。单相电力供电线采用环网供电方式，从相邻两座牵引变电所275kV馈线回路接引。单相负荷供电采用单相变压器降压后供电；三相负荷供电采用单相变压器及交直交电源设备变换为三相交流电源供电。供电安全、可靠性、电能质量等几方面综合比较“双贯通”方案、“单贯通”方案及接触网越级供电方案。文献从技术、经济方面对我国客运专线设备供电的几种方案进行了比较，认为一般情况下，供电方案应结合当地电源条件、负荷性质、负荷密度等综合确定，宜采用两条贯通线或一条贯通线加接触网越级供电的供电方式 “双贯通”方案、“单贯通
12、”方案、“无贯通”方案进行分析研究，得出适合铁路客运专线的最佳供电方式。分析了一路贯通线的交直交电源分布式供电、一路贯通线的交直交电源集中供电、风光互补分布式供电、柴油发电机组分布式供电的优、缺点，并综合经济、技术条件，提出了不同情况下的供电方案。文献论述了客运专线“双贯通”方案、“单贯通”方案、分散供电方案的各自特点和改进意见，分析了上述供电方案的发展趋势并阐述越级降压交直交电源装置在客运专线供电中的作用和使用特点。文献32提出应用交直交技术利用接触网向非牵引负荷供电的方式，分析其适用场合。介绍了交直交单相变三相电源装置的技术方案，论述了交直交电源装置通过整流回路将接触网交流电源变为直流电源
13、，再通过逆变回路将直流变为交流，实现交直交电源单相变三相电源的转换。指出了通过模块化交直交电源结合电气化铁路牵引供电系统的供电方案及其使用效果。2从牵引变压器形式选择电气化铁路供电方案1、铁道电气化牵引供电方式有、AT方式（自耦变供电）；、BT方式（吸流变）；、直供方式。不同的供电方式，需要的变压器是不同的。2、常用的有：、在一些老的支线上采用Dy11接线，此种变压器制造简单，运行中会产生严重的负序分量，容量利用率也低，大约在70%多。后来经过云南变压器厂的改进，虽然提高了容量利用率，但负序问题没有解决；、为了解决负序问题，就出现了平衡变压器，国外有斯科特和李伯来斯等接线方式。国内有阻抗匹配平
14、衡变压器，后者不仅解决了负序问题，还提高了容量利用率（达100%），高压侧可有中性点引出。但设计和制造复杂，由云南变压器厂制造；、目前高铁常用的是220kV比27.5kV的单相变压器。其制造简单、运行可靠。AT是Auto Transformer（自耦变压器）的英文缩写。它是将单相自耦变压器的原理移植到电气化铁路供电系统的供电方式，从自辐变压器绕组的中点抽出一个端子直接接到钢轨，就能把单相变压器的输出端分成两个电压相等的电源。电力机车受电的工作电压是自耦变压器输入端电压的一半，这时牵引变电所牵引变压器的供电电压可达到50千伏，大大提高了供电能力。电力机车从接触网受电后，牵引电流一般由钢轨流回，但
15、由于自耦变压器的作用经钢轨流回的电流经自耦变压器的另一段绕组和正馈线流回牵引变电所。当电力机车取用电流时，由于自祸变压器的作用，流经接触网和正馈线的电流仅为机车负荷电流的一半。另外，这种供电方式可在不提高牵引网绝缘水平的条件下将馈电电压提高一倍，可成倍提高牵引网的供电能力，加上牵引网的阻抗小，电压损失小，电能损耗低，供电距离长，牵引供电的各项技术指标十分优越，在高速、重载等负荷大的电气化铁路，是一种首选的供电方式，目前已得到广泛应用。BT是英文的Booster Transformer的缩写，即“吸流变压器”。吸流变压器并非名符其实的变压器，它既不升压也不降压，仅是一个原边和次边线圈匝数相等的电
16、磁耦合器。它的作用就是通过电磁耦合使牵引电流从钢轨吸引到回流线。由于接触网与回流线中流过的电流大致相等、方向相反，因此对邻近的架空通信线路和广播线路的电磁感应绝大部分被抵消。吸流变压器使牵引网阻抗约增大50%，能耗增加，应用就受到限制。3从牵引变电所至牵引网的供电方式选择电气化铁路供电方案牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电方式。牵引供电系统是指铁路从地方引入220（110）KV电源，通过牵引变电所降压到27.5KV送至电力机车的整个供电系统。例如城市电车，地铁等，我们主要研究的内容是电气化铁道牵引供电系统。在我们这里简称牵引供电系统。牵引供电方式：3.1直接供电方式(TR)直接供电方式较为
17、简单，是将牵引变电所输出的电能直接供给电力机车的一种供电方式，主要设备有牵引变压器、断路器、隔离开关、所用变、电压互感器、电流互感器、母线、接地系统、交流盘、直流盘、硅整流盘、控制盘、保护盘等设备。直供方式的优点：结构简单、投资省缺点：由于牵引供电系统为单相负荷，该供电方式的牵引回流为钢轨，是不平衡的供电方式，对通信线路产生感应影响大。回路电阻大，供电距离短（十几公里） 。3.2直供+回流（DN）供电方式（TRNF）带回流线的直接供电方式取消BT供电方式中的吸流变压器，保留了回流线，利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所，因而部分抵消接触网对临近通信线路
18、的干扰，其防干扰效果不如BT供电方式，通常在对通信线防干扰要求不高的区段采用。这种供电方式设备简单，因此供电设备的可靠性得到了提高；由于取消了吸流变压器，只保留了回流线，因此牵引网阻抗比直供方式低一些，供电性能好一些，造价也不太高，所以这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用。这种供电方式实际上就是带回流线的直接供电方式，NF线每隔一定距离与钢轨相连，既起到防干扰作用，又兼有PW线特性。由于没有吸流变压器，改善了网压，接触网结构简单可靠。近年来得到广泛应用。3.3同轴电力电缆供电方式同轴电力电缆供电方式是在牵引网中沿铁路埋设同轴电力电缆,其内部导体作为馈电线与接触网并联,外部导体作为回流线
19、与钢轨并联的供电方式，这种供电方式由于投资大，一般不采用。4从牵引变电所供电电压等级选择电气化铁路供电方案4.1牵引变电所运行方式牵引变电所的功能是将三相的110KV(或220KV)高压交流电变换为两个单相的27.5KV的交流电，然后向铁路上、下行两个方向的接触网(额定电压为27.5KV)供电，牵引变电所每一侧的接触网都被称做供电臂。该两臂的接触网电压相位是不同的，一般是用分相绝缘器隔离开来。相邻变电所间的接触网电压一般是同相的BFQ，期间除也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隔离开关的操作，实行双边(或单边)供电。电力牵引的专用变电所。牵引变电所把区域电力系统送来的电能，
20、根据电力牵引对电流和电压的不同要求，转变为适用于电力牵引的电能，然后分别送到沿铁路线上空架设的接触网，为电力机车供电，或者送到地下铁道等城市交通所需的供电系统，为地铁电动车辆或电车供电。一条电气化铁路沿线设有多个牵引变电所，相邻变电所间的距离约为4050公里。在长的电气化铁路中，为了把高压输电线分段以缩小故障范围,一般每隔200250公里还设有支柱牵引变电所,它除了完成一般变电所的功能外，还把高压电网送来的电能，通过它的母线和输电线分配给其他中间变电所。分区亭：刚才提到，设置于两个牵引变电所的中间，可使两相邻的接触网供电区段(同一供电臂的上、下行或两相邻变电所的两供电臂)实现并联或单独工作。如
21、果分区厅两侧的某一区段接触网发生短路故障，可由供电的牵引变电所馈电线断路器及分区亭断路器，在继电保护的作用下自动跳闸，将故障段接触网切除，而非故障段的接触网仍照常工作，从而使事故范围缩小一半。位置：设在两个牵引变电所中间，增加供电的灵活性、可靠性。作用：分相；越区供电；缩小事故的范围。牵引变电所的任务是将电力系统三相电压降低，同时以单相方式馈出。降低电压是由牵引变压器来实现的，将三相变为单相是通过变电所的电气接线来达到的。牵引变压器（主变）是一种特殊电压等级的电力变压器，应满足牵引负荷变化剧烈、外部短路频繁的要求，是牵引变电所的“心脏”。我国牵引变压器采用三相、三相二相和单相三种类型，因而牵引
22、变电所也分为三相、三相二相和单相三类。随着技术水平的提高，我国干线电气化铁路已推广使用集中监视及控制的远动系统，牵引变电所将逐步实现无人值班，直接由供电调度实行遥控运行将电能从电力系统传送给电力机车的电力装置的总称叫电气化铁路的供电系统，又称牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到27.5kV，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。牵引变电所所在地的接触网设有分相绝缘装置，两相邻牵引变电所之间设有分区亭，接触网在此也相应设有分相绝缘装置。牵引变电所至分区亭之间的接
23、触网（含馈电线）称供电臂。4.2 变电等级国内现有地铁和城市轨道交通的中压供电网络有35KV、33KV、10KV电压等级。北京和天津的地铁和城市轨道交通的中压供电网络采用了10KV电压等级；上海地铁1号线的中压供电网络中牵引供电网络采用33KV电压等级、动力照明供电网络采用10KV电压等级；广州地铁1号线的中压供电网络采用了33KV电压等级；深圳地铁1、4号线和南京地铁南北线的中压供电网络均采用35KV电压等级。我国电力系统并未推荐过使用33KV电压等级，上海、广州地铁采用此电压等级有其特殊历史原因。其他城市很少采用。地铁的供电电源要求安全可靠，通常由城市电网供给。目前，国内各城市对地铁及城市
24、轨道交通的供电一般有三种方式，即分散供电方式、集中供电方式、分散与集中相结合的混合供电方式。分散供电方式是指沿地铁线路的城市电网（通常是10KV电压等级）分别向各沿线的地铁牵引变电所和降压变电所供电。其前提条件是城市电网在地铁沿线有足够的变电站和备用容量，并能满足地铁牵引供电的可靠性要求。如早期的北京地铁采取的就是这种供电方式。集中供电方式是指城市电网（通常是110KV或66KV电压等级）向地铁的专用主变电所供电，主变电所再向地铁的牵引变电所和降压变电所供电，地铁自身组成完整的供电网络系统。近几年新建的地铁系统多采用集中供电方式，如上海、广州、深圳地铁等。分散与集中相结合的供电方式是上述两种供
25、电方式的结合，可充分利用城市电网的资源，节约投资，但供电可靠性不如集中供电方式，管理亦不够方便。5 结论 现代化铁路供电方案供电系统只有选择合适的牵引变压器接线形式、牵引变电站至牵引网的供电方式、牵引变电站供电电压等级这3个方面，优化供电结构，才能保障电气化铁路的可靠运行。本文通过分析比较，认为现阶段电气化铁路的供电方案选择如下。（1） 牵引变压器选择V/v接线形式。（2） 牵引变电站至牵引网采用AT供电方式。（3） 牵引变电站供电电压等级和接入系统方式选择220KV双回线介入。电气化铁路选择合适的供电方案，可以减少投资成本，优化供电结构，降低负序电压、高次谐波对电网的影响，提高电气化铁路的供
26、电质量，使电气化铁路能更加安全、经济的运行。参考文献1鞠浩. 牵引变电站的电能质量评估研究D.西安理工大学,2018.2刘双玲. 重载铁路牵引供电系统贯通式同相改造方案研究D.西南交通大学,2018.3马骏. 防偏磨防跳槽滑轮补偿装置改进研制D.西南交通大学,2018.4吕高奎.探究电气化铁道供电系统新技术的发展J.建设科技,2017(13):125.5吴丽然. 基于27.5kV直挂式级联型APF的电气化铁路电能质量治理技术研究D.北京交通大学,2017.6刘全景. 电气化铁路同相供电系统研究D.中国矿业大学,2017.7赵法人. 高速电气化铁路对地区电网电能质量影响研究D.沈阳工程学院,20
27、17.8肖志强.轨道交通牵引网电源备用方式研究J.铁道经济研究,2016(06):30-33.9肖国栋. 准池电气化铁路牵引供电与MCR新技术应用研究D.兰州交通大学,2016.10罗浩元. 电气化铁路电能质量综合补偿系统控制策略研究D.湘潭大学,2016.11沈文韬. 单三相组合式同相供电试验与改造方案研究D.西南交通大学,2016.12王卓. 牵引变电所同相补偿装置运行与备用方式分析D.西南交通大学,2016.13朱毅. 牵引供电系统与外电源适配性研究D.西南交通大学,2016.14宁玉宝. 大型冲击性负载对电网影响及治理关键技术研究D.东南大学,2016.15周强. 电气化铁路新型电缆供
28、电技术经济性研究D.西南交通大学,2015.16赵燕. 基于模块化多电平结构的同相供电装置研究D.东南大学,2015.17丁峰. 电气化铁路牵引供电计算方法适应性研究D.西南交通大学,2014.18曾鹏. 电气化铁路用新型同相供电拓扑及控制策略研究D.北方工业大学,2014.19张宝. 机车电能综合计量系统研究D.湖南工业大学,2014.20王卫安. 基于MMC的牵引网谐波和负序综合治理技术研究D.中南大学,2014.致谢在本次论文设计过程中，感谢我的学校，给了我学习的机会，在学习中，老师从选题指导、论文框架到细节修改，都给予了细致的指导，提出了很多宝贵的意见与推荐，老师以其严谨求实的治学态度、高度的敬业精神、兢兢业业、孜孜以求的工作作风和大胆创新的进取精神对我产生重要影响。他渊博的知识、开阔的视野和敏锐的思维给了我深深的启迪。这篇论文是在老师的精心指导和大力支持下才完成的感谢所有授我以业的老师，没有这些年知识的积淀，我没有这么大的动力和信心完成这篇论文。感恩之余，诚恳地请各位老师对我的论文多加批评指正，使我及时完善论文的不足之处。谨以此致谢最后，我要向百忙之中抽时间对本文进行审阅的各位老师表示衷心的感谢。10