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牵引变电专业基本知识一、牵引供电制式分类（一）前言：我国电气化铁路采用单相50HZ，25KV牵引供电系统。牵引供电系统由牵引变电所（包括分区亭、开闭所、AT所）、馈电线、接触网、钢轨和回流线等组成。由于从电力部门供电系统的高压线路供给电气化铁路的电力参数为三相50HZ，110（或220）KV，故需在电气化铁路沿线布设牵引变电所，以完成供电参数的转换。牵引变电所的功用是：从电力系统引入电源后，经变电所牵引变压器将引入的三相电或两相电转换为27.5（或2*27.5，即55）KV单相电，馈送至牵引网。下面是电力牵引的输、供电系统示意图：~发电厂或变电站（电力系统）输电线（电力系统）牵引变电所电力机车接触网钢轨馈电线钢轨回流线牵引供电系统（二）供电方式：随着交流电气化铁路的飞速发展和科学技术的不断进步,世界各国铁路研究采用了很多种新的牵引供电技术。目前,广泛采用和正在研究的有:直接供电方式、BT（吸流变压器）供电方式、AT（自耦变压器）供电方式和CC（同轴电力电缆）供电方式。交流电气化铁道对邻近通信线路的干扰主要是由接触网与地回路对通信线的不对称引起的。如果能实现由对称回路向电力机车供电，就可以大大减轻对通信线路的干扰。采用BT、AT、CC等供电方式就是为了提高供电回路的电气对称性，其中，CC供电方式效率最高，但投资过大。目前，电气化铁路多采用BT、AT供电方式。下面，对常用供电方式做一简单介绍。1、直接供电方式这是一种最简单的供电方式。在线路上，机车供电由接触网—轨—地直接构成回路，对通信干扰不加特殊防护措施，如下图所示。电气化铁路最早大都采用这种供电方式。这种供电方式最简单，投资最省，牵引网阻抗较小，能损也较低，供电距离一般为30—40Km。电气化铁路的单相负荷电流由接触网经钢轨流回牵引变电所。由于钢轨与大地是不绝缘的，一部分回流由钢轨流入大地，因此对通信线路产生感应影响，这是直接供电方式的缺点，它一般用在铁路沿线无架空通信线路或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段，必要时，也常将通信线迁到更远处。直接供电方式接触网牵引变电所电力机车钢轨直接供电方式（基本型）还有一种直接供电方式称为带回流线的直接供电方式，它是在接触网支柱上架设一条与钢轨并联的回流线，称为负馈线（NF），如下图。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，减少了电气空间，因而能部分抵消接触网对邻近通信线路的干扰，但其防干扰效果不及BT供电方式。这种供电方式可在对通信线路防干扰要求不高的区段采用，能进一步降低牵引网阻抗，供电性能要好一些，但造价稍高。带负馈线的直接供电方式接触网牵引变电所电力机车钢轨直接供电方式（带负馈线）NF2、BT供电方式BT供电方式是在牵引网中架设有吸流变压器—回流线装置的一种供电方式，目前在我国电气化铁路中应用较广。吸流变压器的变比为1：1，它的一次绕组串接在接触网（1）中，二次绕组串接在专为牵引电流流回变电所而设的回流线（NF）中，故称之为吸流变压器—回流线供电方式，如下图所示。在两个吸流变压器中间用吸上线将钢轨与回流线连接起来，构成电力机车负荷电流由钢轨流向回流线的回路。两个吸流变压器之间的距离称为BT段，一般BT段长2—4Km。BT供电方式的工作原理是：由于吸流变压器的变比为1：1，当吸流变压器的一次绕组流过牵引电流时，在其二次绕组中强制回流通过吸上线流入回流线。由于接触网与回流线电气空间距离较近，流过的电流大致相等，方向相反，因此对邻近通信线路的电磁感应绝大部分被抵消，从而降低了对通信线的干扰。这种供电方式由于在牵引网中串联了吸流变压器，致使牵引网的阻抗比直接供电方式约大50%，能耗也较大，供电距离也较短（单线一般为25Km左右，双线一般为20Km左右），投资也比直接供电方式大。BT供电方式（BT—回流线方式）接触网牵引变电所电力机车钢轨BT供电方式（BT-回流线方式）NFBTBT在没有设置回流线的区段，也可以使用BT—钢轨方式，如下图，以减少对通讯的干扰。接触网牵引变电所电力机车钢轨BT供电方式（BT-钢轨方式）BTBT3、AT供电方式AT供电方式既能有效地减轻牵引网对通信线路的干扰，又能适应高速、大功率电力机车的运行。这种供电方式每隔10Km左右在接触网与正馈线之间并联接入1台自藕变压器，其中性点与钢轨相接。自藕变压器将牵引网的供电电压提高1倍，而供给电力机车的电压仍为25KV，其工作原理如下图所示。AT供电方式接触网牵引变电所电力机车钢轨AT供电方式AFATATAT电力机车由接触网受电后，牵引电流一般由钢轨流回，由于自藕变压器的作用，从钢轨流回的电流，经自藕变压器绕组和正馈线（AF）流回变电所。当自藕变压器的一个绕组流过机车电流时，其另一个绕组感应出电流供给电力机车。自藕变压器供电方式的牵引网阻抗很小，约为直接供电方式的1/4，因此电压损失小，电能损耗低，供电能力大，供电距离长，可达40—50Km。由于牵引变电所间的距离加大，从而减少了牵引变电所的数量，也减少了电力系统对电气化铁路供电的工程投资。但由于牵引变电所和牵引网比较复杂，因此加大了电气化铁路自身的投资。这种供电方式一般用在重载、高速等负荷大的电气化铁路上。在电力系统较薄弱的地区，为了减少电源部分投资，经技术经济比较也可采用这种供电方式。由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中方向相反，因而对邻近的通信线路干扰很小，其防干扰效果与吸流变压器—回流线供电方式相当。4、各种供电方式比较由于高速电力牵引的速度快、电流大，因此要求供电系统的供电质量要高，并应尽量减少电分相、电分段的数量。BT供电方式虽然在通信线路防干扰方面性能较好，但由于它在接触导线中串入了吸流变压器，伴随一个火花间隙，使一个供电臂的接触导线分成很多段，因此会大大影响高速列车运行的安全性及列车速度；同时牵引网的阻抗大，变电所间距小，电分相数量多，因此不适合高速电力牵引。二、开闭所、分区所、AT所（一）开闭所：开闭所实际上是不降压而仅用于开关设备开、闭电路的配电所，多设于枢纽站，其功用是：1）将长供电臂分段，以便发生事故时缩小停电范围；2）复线区段，供电臂中间设开闭所，可实行上、下行牵引网并联供电；3）增多馈线回数（二）分区所：分区所的功用主要是实施上、下行并联供电，以及在必要时实施越区供电。（三）AT所：AT所的功用是用于AT区段供电及防通信干扰。三、牵引变电所（一）进线侧主接线：1、单母线分段接线：在2回以上进线时采用，特点是运行方式灵活，设备检修方便，线路或主变压器故障时互不影响。2、桥型接线：当有2回以上进线且需要穿越功率时采用桥型接线。分内桥接线和外桥接线。（1）内桥接线：如下图所示。内桥接线中带有隔离开关构成的外跨条，作为检修桥断路器时旁路用。该接线的特点是线路中有一回故障时，不影响供电，但变压器故障时，造成线路中断。考虑到变压器故障率比进线线路少，因此这种接线可加强牵引负荷供电的可靠性而对电力系统不会带来多大影响，目前采用较多。由于解列变压器时也会造成线路中断，所以如经常需要操作主变压器时，则不宜采用内桥接线。必须注意，采用该接线时应与电力系统研究好断路器检修时的运行方式。（2）外桥接线：如下图所示。该接线的特点是变压器故障不影响线路，变压器的投入和切除方便，线路穿越功率只经过桥断路器，但线路故障时影响一台变压器的供电。这种接线往往用于电力系统中比较重要的系统联络线上。3、双T接线：双T进线是目前采用较普遍的一种接线方式，它在变电所要求有两回进线时采用。一般情况下，其中一回引自电源点的专用间隔，另一路进线可从电力系统的各供电线路上T接。双T接线比上述两种接线型式都简单，双回进线在供电要求不高的场合，采用一回主供，另一回备用。若两回进线均能作为主供回路，并能作为互为备用，可取消外跨条，在供电要求高的场合，应优先采用两回进线均能作为主供的方案。牵引变电所中的受电设备、牵引变压器和馈电设备等的配置，连接方式形成牵引变电所的主接线，并以主接线图表示。牵引变电所的类型直接决定变电所牵引侧的馈线形式，而牵引变压器的接线方式对牵引侧的接线形式都有直接影响。我国现有牵引变电所采用的主接线，根据牵引变电所的类型和牵引变压器的接线方式，可分为四种，（1）三相YN/D11接线（Y/△接线）（2）单相V/V接线（3）单相并联接线（4）三相/两相斯科特接线（二）牵引变压器接线方式简要说明：下面列表简要说明变压器各种接线方式的比较（三）牵引变电所分类及典型接线牵引变电所，按照电压等级分，有110KV、220KV和330KV三种，下面列出四种变电所典型接线：（1）V/V变（2）平衡变（上海局）（3）全三相（霸州所）（4）AT所（1）V/V接线示意（2）平衡变主接线示意（3）全三相变主接线示意（4）AT变电所主接线示意现状及发展——客专供电系统概述目录1．客运专线列车负荷特点2．牵引供电方式3．牵引变电所及接触网4．设计暂行规定5．国际咨询成果1．客运专线列车负荷特点牵引功率和列车速度关系曲线10016020025030035001002003004002.84.67.413.318.624.8单位重量牵引功率（kW/t)列车速度(km/h)1．客运专线列车负荷特点负荷大各国代表性高速列车特性（300km/h以上）参数车型国名载重（t）电机(kW)额定功率(kW）吨功率（kW/t）营业速度(km/h）JR-500日本700285×641824026.1300TGV-A法国4791100×8880018.4300TGV-R法国4161100×8880021.2300Eurostar法国8161020×121220015.0300AVE西班牙4211100×8880020.9300ETR500意大利6351100×8880013.5300TGV-Korea法韩7741100×121320017.1300AGV法国359600×12720020.1350ICE3德国400500×16800020330ICE3-350E德国400550×16880022350设计用车型中国800330×481584019.8300100501001502002503003502003004005006007008009001000A(kN)km/h300km/h350km/h300km/h350km/h电流牵引力高速列车牵引和供电特性曲线速度高密度大功率因数高谐波含量低动力集中型和动力分散1．客运专线列车负荷特点2．牵引供电方式2.1国外供电方式东海道、东北、上越、山阳、北陆、盛冈-秋田、盛岗～八户等所有新干线总长2154km，全部采用AT供电方式，运营速度为260～300km/h。日本东南线（426km，270km/h）为AT与直供混合供电方式，而大西洋线、北方线、地中海线总长918km，全部采用AT供电方式，运营速度为300～350km/h。法国德国曼海姆～斯图加特、汉诺威～维尔茨堡、汉诺威～柏林、法兰克福～科隆、纽伦堡～英格尔斯塔特等所有高速线路全长880km，均采用直接供电方式，运营速度为250～330km/h。汉城～釜山全长412km，采用AT供电方式，运营速度为300km/h。韩国马德里～塞维利亚（471km，250km/h）采用直接供电方式，马德里～巴塞罗那（730km，350km/h）采用AT供电方式。西班牙都灵～佛罗伦萨，罗马～那不勒斯（620km，300km/h）采用AT供电方式。意大利另外，中国台湾的台北～高雄高速铁路也采用AT供电方式。2.1国外供电方式1996年日本山阳线新干线300km/hAT方式1983年法国TGV东南线300km/hAT和直供混供1990年法国TGV大西洋线300km/hAT方式1994年法国TGV北欧线300km/hAT方式2001年法国TGV地中海线350km/hAT方式2003年韩国汉城～釜山300km/hAT方式2004年西班牙马德里～巴塞罗那350km/hAT方式2004年意大利都灵～米兰～博罗尼亚～佛罗伦萨300km/hAT方式2008年意大