電氣化鐵道主要供電方式

1、接觸網(wǎng)的供電方式我國電氣化鐵路均采用單邊供電方式，即牽引變電所向接觸網(wǎng)供 電時(shí)，每一個(gè)供電臂的接觸網(wǎng)只從一端的牽引變電所獲得電能 （從兩 邊獲得電能則為雙邊供電，可提高接觸網(wǎng)末端網(wǎng)壓，但由于其故障范 圍大、繼電保護(hù)裝置復(fù)雜等原因尚未有采用）。復(fù)線區(qū)段可通過分區(qū) 亭將上下行接觸網(wǎng)聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)“并聯(lián)供電”，可適當(dāng)提高末端網(wǎng)壓。 當(dāng)牽引變電所發(fā)生故障時(shí)，相鄰變電所通過分區(qū)亭實(shí)現(xiàn)“越區(qū)供 電”，此時(shí)供電范圍擴(kuò)大，網(wǎng)壓降低，通常應(yīng)減少列車對(duì)數(shù)或牽引定 數(shù)，以維持運(yùn)行。1、直接供電方式如前所述，電氣化鐵路采用工頻單相交流電力牽引制，單相交流 負(fù)荷在接觸網(wǎng)周圍空間產(chǎn)生交變電磁場，從而對(duì)附近通信設(shè)施和無線 電裝

2、置產(chǎn)生一定的電磁干擾。我國早期電氣化鐵路（如寶成線、陽安 線）建設(shè)時(shí)，處于山區(qū)，地方通信技術(shù)不發(fā)達(dá)，鐵路通信采用高屏蔽 性能的同軸電纜，接觸網(wǎng)產(chǎn)生的電磁干擾影響極小， 不用采取特殊防 護(hù)措施，因此上述單邊供電方式亦稱為直接供電方式（簡稱TR供電方式）。隨著電氣化鐵路向平原和大城市發(fā)展， 電磁干擾矛盾日顯突 出，于是在接觸網(wǎng)供電方式上采取不同的防護(hù)措施， 便產(chǎn)生不同的供 電方式。目前有所謂的BT AT和D瞧電方式。從以下的介紹中可以 看出這些供電方式有一個(gè)共同特點(diǎn)， 即在接觸網(wǎng)支柱田野側(cè)，與接觸 懸掛同等高度處都掛有一條附加導(dǎo)線。 電力牽引時(shí)，附加導(dǎo)線中通過的電流與接觸網(wǎng)中通過的牽引電流，理論上

3、講（或理想中）大小相等、 方向相反，從而兩者產(chǎn)生的電磁干擾相互抵消。但實(shí)際上是做不到的， 所以不同的供電方式有不同的防護(hù)效果。直接供電方式1椅電線彳2牽引變電所：3微電線：4 觸網(wǎng)：5Hi力機(jī)車6 9*丸兩個(gè)牽引變電所之間將接觸網(wǎng)分成兩個(gè)供電分區(qū)（乂稱供電臂）直接供電方式夏線區(qū)段供電方式與上述基本相同，但每供電臂分 別向上、下行接觸網(wǎng)供電，因此牽引變電所饋出線有四條。 同一側(cè)供電臂上、下行線實(shí)行并聯(lián)供電，可提高供電臂末 端電壓，越區(qū)供電時(shí)，通過分區(qū)亭開關(guān)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。夏線 區(qū)段供電情況如下圖所示。上行下行圖復(fù)線區(qū)段供電示意圖2、吸流變壓器（BT）供電方式這種供電方式，在接觸網(wǎng)上每隔一段距離裝一臺(tái)

4、吸流變壓器 （變 比為1:1），其原邊串入接觸網(wǎng)，次邊串入回流線（簡稱NF線，架在接觸網(wǎng)支柱田野側(cè)，與接觸懸掛等局），每兩臺(tái)吸流變壓器之間有 一根吸上線，將回流線與鋼軌連接，其作用是將鋼軌中的回流“吸 上”去，經(jīng)回流線返回牽引變電所，起到防干擾效果。由于大地回流及所謂的“半段效應(yīng)”，BT供電方式的防護(hù)效果 并不理想，加之“吸回”裝置造成接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 機(jī)車受流條 件惡化，近年來已很少采用。I)BT供電方式原理結(jié)線圖"回流線；T接觸網(wǎng)；RL鋼軌；SS牽引變電所；BT-吸流 變壓器。牽引網(wǎng)阻抗與機(jī)車至牽引變電所的長度不是簡單的線性關(guān)系。隨 著流位置的不同，牽引網(wǎng)內(nèi)的電流分布可有很大不同

5、，例如圖中當(dāng)機(jī)車位于供電臂內(nèi)第一臺(tái) BT前方時(shí)，牽引負(fù)荷未通過吸流變壓 器一次繞組，其二次繞組沒有電流流通，因此牽引網(wǎng)按直接供電方式 運(yùn)行，到達(dá)BT處后，吸流變壓器一次繞組有牽引電流流過，牽引回 流被迫由鋼軌逆行至遠(yuǎn)離電源側(cè)的吸上線進(jìn)入回流線， 再經(jīng)吸流變壓 器二次繞組返回牽引變電所，使?fàn)恳W(wǎng)阻抗大增。圖的曲線是機(jī)車由 牽引變電所出發(fā)在不同位置時(shí)的牽引網(wǎng)總阻抗。 圖中曲線是供電方式 長回路牽引網(wǎng)阻抗，即牽引負(fù)荷全程流經(jīng)接觸網(wǎng)和回流線時(shí)的阻抗， 相當(dāng)于機(jī)車位于吸上線處的牽引網(wǎng)阻抗。 牽引網(wǎng)阻抗通常較直接供電 方式大。BT供電方式牽引網(wǎng)阻抗圖1一直接供電方式牽引網(wǎng)阻抗;2-BT供電方式長回路牽引網(wǎng)

6、阻抗;3一列車由牽引母線側(cè)運(yùn)行至末端牽引網(wǎng)阻抗變化3、 白耦變壓器（AT）供電方式采用AT供電方式時(shí)，牽引變電所主變輸出電壓為 55kV,經(jīng)AT （白耦變壓器，變比2:1 ）向接觸網(wǎng)供電，一端接接觸網(wǎng)，另一端接 正饋線（簡稱AF線，亦架在田野側(cè)，與接觸懸掛等高），其中點(diǎn)抽 頭則與鋼軌相連。AF線的作用同BT供電方式中的NF線一樣，起到 防干擾功能，但效果較前者為好。此外，在 AF線下方還架有一條保 護(hù)（PVY線，當(dāng)接觸網(wǎng)絕緣破壞時(shí)起到保護(hù)跳閘作用，同時(shí)亦兼有防 干擾及防雷效果。顯然，AT供電方式接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，田野側(cè)掛有兩組附 加導(dǎo)線，AF線電壓與接觸網(wǎng)電壓相等，PW線也有一定電位（約幾

7、百 伏），增加故障幾率。當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障，尤其是斷桿事故時(shí)，更是 麻煩，搶修恢復(fù)困難，對(duì)運(yùn)輸干擾極大。但由于牽引變電所饋出電壓 高，所間距可增加一倍，并可適當(dāng)提高末端網(wǎng)壓，在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)比 較薄弱的地區(qū)有其優(yōu)越性。4、直供+回流（DN供電方式這種供電方式實(shí)際上就是帶回流線的直接供電方式， NF線每隔 一定距離與鋼軌相連，既起到防干擾作用，又兼有 PW戰(zhàn)特性。由于 沒有吸流變壓器，改善了網(wǎng)壓，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡單可靠。近年來得到廣 泛應(yīng)用。綜上所述，早期電氣化鐵路均采用直接供電方式， 為避免和減少對(duì)外部環(huán)境的電磁干擾，研發(fā)了 BT AT和DN供電方式，就防護(hù)效果 來看，AT方式優(yōu)于BT和DN方式，就接

8、觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性能來講，DN方 式最為簡單可靠。隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纜的普遍應(yīng)用，通信 設(shè)施及無線電裝置白身的防干擾性能大為增強(qiáng)， 考慮到接觸網(wǎng)的運(yùn)行 可靠性對(duì)電氣化鐵路的安全運(yùn)行至關(guān)重要， 所以通常認(rèn)為，一般情況 下DN供電方式為首選，在電力系統(tǒng)比較薄弱的地區(qū)，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù) 比較，可采用AT供電方式，BT供電方式則盡量少采用或不采用。本 人認(rèn)為，這是近三十年來我國電氣化鐵路供電方式發(fā)展和應(yīng)用的實(shí)踐 過程中總結(jié)出來的普遍看法，同樣也要接受今后的實(shí)踐檢驗(yàn)，不斷總 結(jié)提高。1 一牽引變電所；2憤電線；3接觸網(wǎng)：J電力機(jī)車；J鋼執(zhí)；6回流線；8吸上線,AT供電方式的優(yōu)缺點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：它無需提高牽引網(wǎng)的絕

9、緣強(qiáng)度即可將供電電壓提高一倍。在相同的牽引負(fù)荷條件下，接觸懸掛和正饋線中的電流大致可減少一半。 AT 供電方式牽引網(wǎng)單位阻抗約為 BT供電方式牽引網(wǎng)單位阻抗的1/4左 右。從而提高了牽引網(wǎng)的供電能力，大大減小了牽引網(wǎng)的電壓損失和 電能損失。牽引變電所的間距可增大到 90-100KM不但變電所需要 數(shù)量可以減少，而且相應(yīng)的外部高壓輸電線數(shù)量也可以減少，還有利于選擇既便利運(yùn)營管理又縮短外部高壓輸電線長度的變電所位置。由于AT供電方式無需在AT處將接觸懸掛進(jìn)行電分段，故當(dāng)牽引重載列 車運(yùn)行的高速度、大電流電力機(jī)車通過 AT處時(shí)，受電弓上不會(huì)發(fā)生 強(qiáng)烈拉弧，能滿足高速、重載列車運(yùn)輸?shù)男枰?。同時(shí)，AT供

10、電方式對(duì)附近通信線路的綜合防護(hù)效果要優(yōu)于 BT供電方式。缺點(diǎn)：構(gòu)造比較復(fù)雜。在開閉所、分區(qū)所、AT所以及主變壓器副邊中性 點(diǎn)不接地的牽引變電所都設(shè)置白藕變壓器等。 牽引網(wǎng)中除了接觸懸掛 和正饋線之外，還有保護(hù)線 PW橫向聯(lián)接線、輔助聯(lián)接、放電器等， 所以，AT供電方式的工程投資要大于 BT。相應(yīng)的施工、維修和運(yùn)行 也比其他供電方式的工程投資要大。電氣化鐵道供電原理電氣化鐵道牽引供電裝置，又稱為牽引供電系統(tǒng)，其系統(tǒng)本身沒有發(fā) 電設(shè)備，而是從電力系統(tǒng)取得電能。目前我國一般由110kV以上的高 壓電力系統(tǒng)向牽引變電所供電。目前牽引供電系統(tǒng)的供電方式有直接供電方式、BT供電方式、AT供電方式、同軸電纜

11、和直供加回流線供電方式四種，京滬、滬杭、浙贛 都是采用的直供加回流線方式。一、直接供電方式直接供電方式（T R供電）是指牽引變電所通過接觸網(wǎng)直接向電力機(jī)車供電，及回流經(jīng)鋼軌及大地直接返回牽引變電所的供電方式。這種供電方式的電路構(gòu)成及結(jié)構(gòu)簡單， 設(shè)備少，施工及運(yùn)營維修都較 方便，因此造價(jià)也低。但由于接觸網(wǎng)在空中產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場得不到平 衡，對(duì)鄰近的廣播、通信干擾較大，所以一般不采用。我國現(xiàn)在多采 用加回流線的直接供電方式。二、BT供電方式所謂BT供電方式就是在牽引供電系統(tǒng)中加裝吸流變壓器 （約34km 安裝一臺(tái)）和回流線的供電方式。這種供電方式由于在接觸網(wǎng)同高度 的外側(cè)增設(shè)了一條回流線，回流線上的

12、電流與接觸網(wǎng)上的電流方向相 反，這樣大大減輕了接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線路的干擾。BT供電的電路是由牽引變電所、接觸懸掛、回流線、軌道以及吸上 線等組成。由圖可知，牽引變電所作為電源向接觸網(wǎng)供電；電力機(jī)車(EL)運(yùn)行于接觸網(wǎng)與軌道之間；吸流變壓器的原邊串接在接觸網(wǎng)中， 副邊串接在回流線中。吸流變壓器是變比為 1:1的特殊變壓器。它 使流過原、副邊線圈的電流相等，即接觸網(wǎng)上的電流和回流線上的電 流相等。因此可以說是吸流變壓器把經(jīng)鋼軌、 大地回路返回變電所的 電流吸引到回流線上，經(jīng)回流線返回牽引變電所。這樣，回流線上的 電流與接觸網(wǎng)上的電流大小基本相等， 方向卻相反，故能抵消接觸網(wǎng) 產(chǎn)生的電磁場，從而起到

13、防干擾作用。以上是從理論上分析的理想情況，但實(shí)際上由于吸流變壓器線圈中總 需要?jiǎng)?lì)磁電流，所以經(jīng)回流線的電流總小于接觸網(wǎng)上的電流，因此不能完全抵消接觸網(wǎng)對(duì)通信線路的電磁感應(yīng)影響。 另外，當(dāng)機(jī)車位于吸 流變壓器附近時(shí)回流還是從軌道中流過一段距離，至吸上線處才流向回流線，則該段回流線上的電流會(huì)小于接觸網(wǎng)上的電流， 這種情況稱 為“半段效應(yīng)”。此外，吸流變壓器的原邊線圈串接在接觸網(wǎng)中，所 以在每個(gè)吸流變壓器安裝處接觸網(wǎng)必須安裝電分段，這樣就增加了接觸網(wǎng)的維修工作量和事故率。當(dāng)高速大功率機(jī)車通過，該電分段時(shí)產(chǎn) 生很大電弧，極易燒損機(jī)車受電弓和接觸線。且BT供電方式的牽引網(wǎng)阻抗較大，造成較大的電壓和電能損

14、失，故已很小采用。三、AT供電方式隨著鐵路電氣化技術(shù)的發(fā)展，高速、大功率電力機(jī)車的投入運(yùn)行，吸一回裝置供電方式已不能適應(yīng)需要。各國開始采用 AT供電方式。所 謂AT供電方式就是在牽引供電系統(tǒng)中并聯(lián)白耦變壓器的供電方式。實(shí)踐證明，這種供電方式是一種既能有效地減弱接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線的感應(yīng)影響，又能適應(yīng)高速、大功率電力機(jī)車運(yùn)行的一種比較先進(jìn)的 供電方式。AT供電方式的電路包括牽引變電所 S、接觸懸掛T、軌道R白耦變 壓器AT正饋線AR電力機(jī)車EL等。牽引變電所作為電源向牽引網(wǎng) 輸送的電壓為25kV。而接觸懸掛與軌道之間的電壓仍為 25kV,正饋 線與軌道之間的電壓也是25kV。白耦變壓器是并聯(lián)在接觸

15、懸掛和正 饋線之間的，其中性點(diǎn)與鋼軌（保護(hù)線）相連接。彼此相隔一定距離（一 般間距為1016km）的白耦變壓器將整個(gè)供電區(qū)段分成若干個(gè)小的區(qū) 段，叫做AT區(qū)段。從而形成了一個(gè)多網(wǎng)孔的復(fù)雜供電網(wǎng)絡(luò)。接觸懸 掛是去路，正饋線是回路。接觸懸掛上的電流與正饋線上的電流大小 相等，方向相反，因此其電磁感應(yīng)影響可互相抵消，故對(duì)鄰近的通信 線有很好的防護(hù)作用。AT供電方式與BT供電方式相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：1、AT供電方式供電電壓高。AT供電方式無需提高牽引網(wǎng)的絕緣水平 即可將牽引網(wǎng)的電壓提高一倍。BT供電方式牽引變電所的輸出電壓 為27.5kV ,而AT供電方式牽引變電所的輸出電壓為 55kV,線路電流 為負(fù)

16、載電流的一半，所以線路上的電壓損失和電能損失大大減小。2、AT供電方式防護(hù)效果好。AT供電方式，接觸懸掛上的電流與正饋 線上的電流大小相等，方向相反，其電磁感應(yīng)相互抵消，所以防護(hù)效 果好。并且，由于AT供電的白耦變壓器是并聯(lián)在接觸懸掛和正饋線 間的，不象BT供電的吸流變壓器，串聯(lián)在接觸懸掛和回流線之間，因此沒有因勵(lì)磁電流的存在而使原副邊繞組電流不等，以及在短路時(shí) 吸流變壓器鐵芯飽和導(dǎo)致防護(hù)效果很差等問題。 另外也不存在“半段 效應(yīng)”問題。3、AT供電方式能適應(yīng)高速大功率電力機(jī)車運(yùn)行。因 AT供電方式的 供電電壓高、線路電流小、阻抗?。▋H為BT供電方式的1/4左右）、 輸出功率大，使接觸網(wǎng)有較好

17、的電壓水平，能適應(yīng)高速大功率電力機(jī) 車運(yùn)行的要求。另外，AT供電也不象BT供電那樣，在吸流變壓器處 對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行電分段，當(dāng)高速大功率電力機(jī)車通過時(shí)產(chǎn)生電弧， 燒壞 機(jī)車受電弓滑板和接觸線，對(duì)機(jī)車的高速運(yùn)行和接觸網(wǎng)和接觸網(wǎng)的運(yùn) 營維修極為不利。4、 AT供電牽引變電所間距大、數(shù)量少。由于 AT供電方式的輸送電 壓高、線路電流小、電壓損失和電能損失都小，輸送功率大，所以牽 引變電所的距離加大為80120km而BT供電方式牽引變電所的間 距為30 60km因此牽引變電所的距離大大減少，同時(shí)運(yùn)營管理人 員也相應(yīng)減少，那么，建設(shè)投資和運(yùn)營管理費(fèi)用都會(huì)減少。四、同軸電纜供電方式同軸電力電纜供電方式（簡稱C

18、C供電方式），是一種新型的供電方式， 它的同軸電力電纜沿鐵路線路埋設(shè)，內(nèi)部芯線作為供電線與接觸網(wǎng)連 接，外部導(dǎo)體作為回流線與鋼軌連接。每隔 510km作一個(gè)分段。由于供電線與回流線在同一電纜中，間隔很小，而且同軸布置，使互 感系數(shù)增大。由于同軸電力電纜的阻抗比接觸網(wǎng)和鋼軌的阻抗小得 多，因此牽引電流和回流幾乎全部經(jīng)由同軸電力電纜中流過。同時(shí)由于電纜芯線與外層導(dǎo)體電流大小相等， 方向相反，二者形成的磁場相 互抵消，對(duì)鄰近的通信線路幾乎無干擾。由于電路阻抗小，因而供電 距離長。但由于同軸電力電纜造價(jià)高、投資大，很少采用。五、直供加回流線供電方式直供加回流線供電方式結(jié)構(gòu)比較簡單。 這種供電方式由于在接觸網(wǎng)同 高度的外側(cè)增設(shè)了 一條回流線，回流線上的電流與接觸網(wǎng)上的電流方 向相反，這樣大大減輕了接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線路的干擾。與直供方式比較，能對(duì)沿線通信防干擾；比BT供電減少了 BT裝置，既減少了建 設(shè)投資，又便于維修。與AT供電方式比較，減少了 AT所和沿線架設(shè) 的正饋線，不僅減少了投資，還便于接觸網(wǎng)維修。所以白大秦線以后 的電氣化鐵道，