高速鐵路牽引供電系統(tǒng)課件

高速牽引供電系統(tǒng)

主講：張麗

西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院

高速牽引供電系統(tǒng)

主講：張麗

西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系二、牽引供電系統(tǒng)供電方式

1、直接供電方式2、吸流變壓器（BT）供電方式3、帶回流線的直接供電方式4、自耦變壓器（AT）供電方式三、牽引變壓器接線一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系高壓輸電網(wǎng)：500/220/110kV低壓配電網(wǎng)：35/10/0.38kV電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系高壓輸電網(wǎng)：500/220/110kV電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、牽引供優(yōu)質(zhì)的供、用電應(yīng)具有以下特征：

(1)供電電壓具有穩(wěn)定的標(biāo)稱頻率、幅值和波形；

(2)保持三相電壓和電流的平衡，保證電網(wǎng)最大傳輸效率；

(3)持續(xù)穩(wěn)定和充足的電能供應(yīng)；

(4)低廉的電價(jià)；

(5)對(duì)環(huán)境的不良影響較小。電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的基本要求一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系優(yōu)質(zhì)的供、用電應(yīng)具有以下特征：電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的基本要求一、GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差GB/T15945-2008電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差GB/T15543-2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡度GB/T12326-2008電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T24337-2009電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波

GB/T18481-2001電能質(zhì)量暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差電能1、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引變電所牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)單相工頻交流25kV饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌牽引變壓器220kV或110kV發(fā)電機(jī)升壓變壓器高壓輸電線路降壓變壓器用電設(shè)備降壓變壓器三相工頻交流一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系1、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)單相工牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)25kV饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電力系統(tǒng)牽引變壓器電能質(zhì)量公共連接點(diǎn)（PCC）或供用電協(xié)議規(guī)定的電能計(jì)量點(diǎn)牽引供電系統(tǒng)與其電源，即三相電力系統(tǒng)（公用電網(wǎng)）之間通過PCC點(diǎn)的電能質(zhì)量相互約束。牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)25kV饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌一、牽引供電系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——電壓偏差GB/T12325—2008電能質(zhì)量供電電壓允許偏差交流50Hz電力系統(tǒng)供電電壓偏差定義為實(shí)測電壓與額定電壓之差，以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示。

35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過額定電壓的10%；一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——電壓偏差GB/T一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌25kV一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引牽引饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌電壓損失概念及計(jì)算方法壓降：壓損：矢量差算數(shù)差很小，近似工程上一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電壓損失概念及計(jì)算方法壓降：壓損：矢量差算數(shù)差很小，近似工程計(jì)算到負(fù)荷端口，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下式中，XS為負(fù)荷端口看出的電網(wǎng)等值相電抗，；

Q為該相線路傳輸?shù)臒o功功率，kvar；

UN為線路額定相電壓，kV；

為負(fù)荷功率因數(shù)角，感性負(fù)荷取正值。忽略電阻或一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系計(jì)算到負(fù)荷端口，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下忽略電阻或一、牽引供電按三相負(fù)荷，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下式中，UN為線路額定相電壓，kV；

Sk為負(fù)荷端口的系統(tǒng)三相短路容量，MVA；

ST為負(fù)荷三相容量，kVA；負(fù)荷功率因數(shù)角。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系按三相負(fù)荷，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下式中，UN為線路額定相電壓進(jìn)一步，計(jì)算電壓偏差式中，Sk為負(fù)荷端口的系統(tǒng)三相短路容量，MVA；

ST為負(fù)荷三相容量，kVA；

負(fù)荷功率因數(shù)角。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系進(jìn)一步，計(jì)算電壓偏差一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌負(fù)荷的變化使PCC點(diǎn)電壓幅值在額定值附近變化①減小系統(tǒng)等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV②減小無功功率在系統(tǒng)的傳輸，即提高功率因數(shù)：采用交-直-交型電力機(jī)車；無功就地補(bǔ)償一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——諧波牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌電源為工頻（基波）50Hz的正弦波機(jī)車為非線性負(fù)載，是諧波電流源25kV負(fù)載的非線性使得系統(tǒng)的電壓、電流波形發(fā)生畸變一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——諧波牽引供電系統(tǒng)一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系

根據(jù)GB/T14549-93，電網(wǎng)公共連接點(diǎn)第h次諧波電壓含有率HRUh按下式計(jì)算式中，Ih為注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的總h次諧波電流，A；

h為諧波次數(shù)；Sk為公共連接點(diǎn)的三相短路容量，MVA；

UN和UL分別為公共連接點(diǎn)的額定相電壓和線電壓，kV。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系根據(jù)GB/一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌①減小系統(tǒng)等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV②減小注入系統(tǒng)的諧波電流：采用交-直-交型電力機(jī)車；裝設(shè)濾波器一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——電壓不平衡度牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌三相對(duì)稱電源（正序）負(fù)載的不對(duì)稱使得系統(tǒng)電壓、電流不再對(duì)稱機(jī)車為單相負(fù)載25kV一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——電壓不平衡度牽引一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系

大功率單相負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)的沖擊，要求系統(tǒng)有足夠的承受能力。采用單相牽引變電所的負(fù)序功率等于牽引負(fù)荷功率。GB/T15543-2008三相電壓允許不平衡度電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)處的電壓不平衡度應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T15543-95）的要求，正常電壓不平衡度允許值為2％，短時(shí)不得超過4％。電壓不平衡度一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系大功率單相負(fù)荷對(duì)一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系式中，I2為注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的A相負(fù)序電流，A；

Sk為公共連接點(diǎn)的三相短路容量，MVA；

UN和UL分別為公共連接點(diǎn)的額定相電壓和線電壓，kV。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌三相對(duì)稱電源（正序）負(fù)載的不對(duì)稱使得系統(tǒng)電壓、電流不再對(duì)稱機(jī)車為單相負(fù)載①減小系統(tǒng)等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV②減小負(fù)載的不對(duì)稱性：各牽引變電所的循環(huán)換相；平衡變壓器；補(bǔ)償裝置。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系供用電雙方的共同努力來維持好的電能質(zhì)量牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌電力系統(tǒng)一方面：電力系統(tǒng)短路容量越大，電能質(zhì)量越好。另一方面，作為用戶，牽引供電系統(tǒng)本身要采取措施減小對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響。25kV一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系供用電雙方的共同努力來維持好

電力系統(tǒng)短路容量大小是反映該點(diǎn)短路時(shí)短路電流的大小，同時(shí)也就反映了該點(diǎn)至恒定電壓點(diǎn)之間總電抗的大小。短路容量值越大，說明該點(diǎn)與電源聯(lián)系越緊密，電氣量越穩(wěn)定。由電鐵負(fù)荷產(chǎn)生的諧波、負(fù)序以及電壓波動(dòng)等問題對(duì)電力系統(tǒng)的影響程度都與之密切相關(guān)。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一方面：電力系統(tǒng)短路容量越大，電能質(zhì)量越好。電力系統(tǒng)短路容量大小是反映該點(diǎn)短路時(shí)短路電流的大小，一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系世界主要高速鐵路國家電鐵供電電源電壓等級(jí)國名鐵路名稱最高速度(km/h)供電電壓(kV)附注日本東海道新干線300275個(gè)別站154kV山陽新干線300275個(gè)別站154kV北陸新干線300275東北新干線260275個(gè)別站154kV上越新干線275275法國巴黎－里昂3002251個(gè)站400kV巴黎－圖爾3002251個(gè)站400kV巴黎－加萊3002251個(gè)站400kV里昂－瓦朗斯300225瓦朗斯－馬賽350225巴黎－斯特拉斯堡3502251個(gè)站400kV一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系世界主要高速鐵路國家電鐵供電一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系世界主要高速鐵路國家電鐵供電電源電壓等級(jí)西班牙馬德里－塞維利亞2502203個(gè)站132kV，短路容量不小于2000MVA馬德里－巴塞羅那3504003個(gè)站220kV高速鐵路普遍采用高電壓、大容量電源供電。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系世界主要高速鐵路國家電鐵供電韓國電鐵接入系統(tǒng)的短路容量韓國電力變電所短路容量(MVA)高速鐵路變電所陵谷10,140高陽

一洞8,418安山

秋八4,003平澤

清原12,286新清州

沃川7,504沃川

金泉4,325金泉

凡川7,611釜山韓國電力系統(tǒng)最高電壓354kV，下一級(jí)是154kV，沒有220kV的電壓等級(jí)。由于354kV不能直接給用戶供電，所以電鐵的電力系統(tǒng)接入電壓等級(jí)為154kV，但其系統(tǒng)短路容量很大。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系韓國電鐵接入系統(tǒng)的短路容量韓國電力變電所短路容量(MVA)隨著電網(wǎng)發(fā)展，系統(tǒng)短路容量呈日益加大的趨勢，則系統(tǒng)的短路阻抗減小，對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響：①使得系統(tǒng)電壓損失降低，從而牽引變壓器出口電壓水平提高，牽引網(wǎng)電壓水平提高。②負(fù)序電壓、諧波電壓畸變對(duì)系統(tǒng)的影響相對(duì)減小；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得負(fù)序電流和諧波電流在系統(tǒng)中的滲透發(fā)生改變。③牽引變壓器進(jìn)線短路容量增大。牽引變電所高、低壓側(cè)的各種電氣設(shè)備、開關(guān)電器等將承受更大的短路電流。系統(tǒng)短路容量不可能無限制變大，目前部分地區(qū)已經(jīng)因?yàn)槎搪啡萘刻髮?dǎo)致開關(guān)選擇的困難。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系隨著電網(wǎng)發(fā)展，系統(tǒng)短路容量呈日益加大的趨勢，則系統(tǒng)的短路阻抗一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系主要有兩種方案：（一）源頭控制。在干擾負(fù)荷主電路上改進(jìn)，如改交直型機(jī)車為交直交機(jī)車或動(dòng)車組，可以從根本上解決諸如功率因數(shù)、諧波等問題。（二）綜合補(bǔ)償技術(shù)。綜合作用：提高功率因數(shù)、濾除諧波、減少負(fù)序電流。另一方面，作為用戶，牽引供電系統(tǒng)本身要采取措施減小對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系主要有兩種方案：另一方面牽引變電所換相連接

在減小負(fù)荷不對(duì)稱造成的負(fù)序電流方面，歐洲各國大都采用單相變壓器，為減小單相牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中的電流不平衡，各變電所采取按相序輪換方式接入系統(tǒng)，使全區(qū)達(dá)到平衡的措施。法國為改善不平衡狀態(tài)，最初采用Scott平衡變壓器，但沒能解決電壓不平衡對(duì)電力系統(tǒng)的影響。后來，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，全部以單相變壓器代替，并且使用輪換相序接入電力系統(tǒng)，使不同變電所產(chǎn)生的負(fù)序電流部分抵消，削弱了電鐵產(chǎn)生的負(fù)序電流。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引變電所換相連接一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系單相牽引變電所換相連接方案1：由3臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán)電分相上承受電壓為一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系單相牽引變電所換相連接電分相上承受電壓為一、牽引供電系統(tǒng)與電方案2：由6臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán)電分相上承受電壓為一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系方案2：由6臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán)電分相上承受電壓為一、牽引供Vv接線變壓器換相連接（1）按對(duì)稱要求規(guī)定供電分區(qū)電壓順序?yàn)?、、、等。兩相鄰變電所間分區(qū)所的供電分區(qū)的電壓相同。（2）所有變電所變壓器副邊以同名端接地。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系Vv接線變壓器換相連接（1）按對(duì)稱要求規(guī)定供電分區(qū)電壓順序?yàn)橐弧恳╇娤到y(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系采用平衡變壓器

與法國不同，日本采用Scott接線或變形WB接線的平衡變壓器，變壓器一次側(cè)不換相接入電源。當(dāng)兩個(gè)供電臂上的負(fù)荷完全相同時(shí)，一次側(cè)就不會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流，利用這種特殊接線方式的變壓器來消除電氣化鐵路負(fù)荷不對(duì)稱對(duì)電力系統(tǒng)所造成的影響。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系日本RPC平衡變次邊電流兩供電臂負(fù)載電流采用平衡變壓器一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系日本RPC平衡1、直接供電方式（TR）二、牽引供電系統(tǒng)供電方式結(jié)構(gòu)簡單，投資最少，維護(hù)費(fèi)用低。直接供電方式的鋼軌電位高；對(duì)弱電系統(tǒng)的電磁干擾較大。改進(jìn)供電方式目標(biāo)：①降低鋼軌電位；②減小對(duì)弱電系統(tǒng)的電磁干擾。③具有更強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），供電距離更長，變電所數(shù)量更少，減小分相數(shù)量。25kV1、直接供電方式（TR）二、牽引供電系統(tǒng)供電方式結(jié)構(gòu)簡單，投2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)中串接吸流變壓器，間隔約1.5km-4km。吸流變壓器變比：1：1；回流線與接觸網(wǎng)同桿架設(shè)牽引變電所回流線接觸網(wǎng)鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIIIBT供電方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：①長回路中鋼軌電位降為0；②長回路磁場完全平衡，電磁干擾降至最低。III25kV2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)串入吸流變壓器牽引網(wǎng)阻抗增大供電臂電壓損失增大供電臂末端電壓水平降低為了保證機(jī)車電壓水平，縮短供電臂的距離牽引變電所回流線接觸網(wǎng)鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIII25kVIII2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式供電臂距離縮短BT串入處接觸導(dǎo)線分段外部電源投資增大分相數(shù)量增多變電所的數(shù)量增多影響高速列車運(yùn)行的安全性及列車速度BT供電方式?jīng)]有實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：③具有更強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），供電距離更長，減小分相數(shù)量。BT供電方式不適合高速列車的運(yùn)行。牽引變電所回流線接觸網(wǎng)鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIII25kVIII2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式供電臂3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方式回流線與接觸網(wǎng)同桿架設(shè)，兩組導(dǎo)線之間有互感，鋼軌電流部分由回流線回流。帶回流線的直接供電方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：相對(duì)直接供電方式，①鋼軌電位一定程度上有所降低；②電磁干擾一定程度上有所減小。IIII25kV3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方式回流線與鋼軌并聯(lián)牽引網(wǎng)阻抗減小供電臂電壓損失減小供電臂末端電壓水平提高供電臂的距離增長約30%IIII25kV3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方式供電臂距離增長外部電源投資減小分相數(shù)量減小變電所的數(shù)量減少有利于列車高速運(yùn)行兼顧了直接供電方式的簡單可靠。帶回流線的直接供電方式實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：③具有更強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），變電所數(shù)量更少，減小分相數(shù)量。IIII25kV3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式nn自耦變壓器器兩端繞組匝數(shù)相等；理想變壓器正饋線與接觸線同桿架設(shè)。I/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式nn自4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式減少對(duì)通信線的干擾，降低通信線路遷改費(fèi)用；鋼軌電位降低。AT供電方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：①長回路中鋼軌電位降為0；②長回路磁場完全平衡，電磁干擾降至最低。nnI/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式減少對(duì)4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式電源電壓提高一倍輸電電壓提高一倍S=UI電流降為1/2阻抗降為1/4（實(shí)際略大）傳輸相同功率電壓損失降為1/4nnI/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式電源電4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式nnI/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kVAT供電方式實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：③具有最強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），供電距離更長，減小分相數(shù)量。AT供電方式適合于高速列車的運(yùn)行。4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式nnI世界主要高速鐵路國家電鐵供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式50Hz/60Hz、25kV牽引供電方式（300～350km/h）1996年日本山陽新干線300km/hAT1983年法國TGV東南線300km/hAT+直供1990年法國TGV大西洋線300km/hAT1994年法國TGV北方線300km/hAT2001年法國TGV地中海線350km/hAT2003年韓國漢城——釜山300km/hAT2004年西班牙馬德里——巴塞羅那350km/hAT2004年意大利都靈——佛羅倫薩300km/hAT2008年意大利羅馬——那不勒斯300km/hAT高速鐵路普遍采用AT供電方式世界主要高速鐵路國家電鐵供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式50三、牽引變壓器接線應(yīng)用于（帶回流線）直接供電方式的主要有：單相接線、Vv接線、YNd11接線、三相/兩相平衡接線(Scott接線、Wood-Bridge、阻抗匹配平衡接線接線等)應(yīng)用于AT供電方式的主要有：日本模式的AT：三相/兩相平衡接線(Scott接線、Wood-Bridge接線等)法國模式的AT：單相接線、Vx接線、十字交叉接線三、牽引變壓器接線應(yīng)用于（帶回流線）直接供電方式的主要有：(A)(B)CT單相變壓器(C)CTVv變壓器(A)(B)CTScott變壓器(C)(A)(B)直接供電方式的牽引變壓器接線(A)(B)CT單相變壓器(C)CTVv變壓器(A)(B)CCTYNd11變壓器(C)(A)(B)(c)(a)(b)直接供電方式的牽引變壓器接線CTYNd11變壓器(C)(A)(B)(c)(a)(b)直接AT55kV日本模式（京秦線采用）Scott變壓器饋線加ATCF(C)(A)(B)三、牽引變壓器接線AT55kV日本模式（京秦線采用）Scott變壓器CF(CAT2×27.5kV法國模式（京津線采用）CFT單相變壓器(A)(B)CTFVx變壓器(C)(A)(B)三、牽引變壓器接線AT2×27.5kV法國模式（京津線采用）CFT單相變壓器b2b1a1c1a2c2兩臺(tái)YNd11接入相別：(A1)(A2)//(B1)(C2)//(C1)(B2)CTFACB十字交叉變壓器(C1)(A1)(B1)(c1)(a1)(b1)(C2)(A2)(B2)(c2)(a2)(b2)三、牽引變壓器接線b2b1a1c1a2c2兩臺(tái)YNd11接入相別：CTFACB目前，國外高速鐵路牽引變壓器多采用三相-兩相平衡變壓器、單相變壓器。意大利、新西蘭采用單相接線牽引變壓器法國TGV采用單相和Vv接線變壓器日本東海道新干線采用Scott接線山陽新干線采用Modified-Woodbridge接線變壓器臺(tái)灣高速鐵路采用的是LeBlanc接線變壓器三、牽引變壓器接線目前，國外高速鐵路牽引變壓器多采用三相-兩相平衡變壓器、單相系統(tǒng)變換：從廣義的角度上講，牽引變壓器原次邊之間除了有電壓的變換外，還有電流和阻抗變換

通過系統(tǒng)變換，可以獲得一次側(cè)的牽引變壓器、牽引負(fù)荷的等值電路模型，或二次側(cè)的電力系統(tǒng)、牽引變壓器等值電路模型。這兩個(gè)等值電路模型對(duì)于牽引供電系統(tǒng)的電氣分析十分方便、有用，如用于電壓損失，故障分析，電能計(jì)量，負(fù)序含量，諧波水平等計(jì)算。三、牽引變壓器接線系統(tǒng)變換：從廣義的角度上講，牽引變壓器原次邊之間除了有電壓的以接入AB線電壓為例原邊繞組匝數(shù)次邊繞組匝數(shù)CAB1、純單相（Ii）牽引變壓器三、牽引變壓器接線以接入AB線電壓為例原邊繞組匝數(shù)次邊繞組匝數(shù)CAB1、純單相原次邊電流關(guān)系不對(duì)稱系數(shù)對(duì)稱分量法三、牽引變壓器接線原次邊電流關(guān)系不對(duì)稱系數(shù)對(duì)稱分量法三、牽引變壓器接線歸算到負(fù)荷端口的變電所等值電路Sk：電力系統(tǒng)（原邊）短路容量（MVA）ST

：牽引變壓器容量（MVA）Uk%：短路電壓三、牽引變壓器接線歸算到負(fù)荷端口的變電所等值電路Sk：電力系統(tǒng)（原邊）短路容歸算到負(fù)荷端口的變電所等值電路Sk：電力系統(tǒng)（原邊）短路容量（MVA）ST

：牽引變壓器容量（MVA）Uk%：短路電壓三、牽引變壓器接線歸算到負(fù)荷端口的變電所等值電路Sk：電力系統(tǒng)（原邊）短路容2、Vv牽引變電所CAB單相Vv接線即兩臺(tái)單相變壓器連接成開口三角形三、牽引變壓器接線2、Vv牽引變電所CAB單相Vv接線即兩臺(tái)單相變壓器連接成原邊繞組匝數(shù)次邊繞組匝數(shù)以接入AB和BC間線電壓為例CAB三、牽引變壓器接線原邊繞組匝數(shù)次邊繞組匝數(shù)以接入AB和BC間線電壓為例CAB三不對(duì)稱系數(shù)設(shè)則三、牽引變壓器接線不對(duì)稱系數(shù)設(shè)則三、牽引變壓器接線歸算到負(fù)荷端口的等值電路模型CAB三、牽引變壓器接線歸算到負(fù)荷端口的等值電路模型CAB三、牽引變壓器接線端口電壓方程式三、牽引變壓器接線端口電壓方程式三、牽引變壓器接線歸算到兩個(gè)負(fù)荷端口的變電所等值電路Sk：電力系統(tǒng)（原邊）短路容量（MVA）ST

：牽引變壓器容量（MVA）Uk%：短路電壓三、牽引變壓器接線歸算到兩個(gè)負(fù)荷端口的變電所等值電路Sk：電力系統(tǒng)（原邊）短3、三相-兩相平衡變壓器

平衡變壓器通常是指那種具有變壓和換相功能的三相——兩相變壓器，目的是消除或削弱負(fù)序。數(shù)學(xué)上是三相對(duì)稱系統(tǒng)與兩相對(duì)稱系統(tǒng)之間的變換。

三相對(duì)稱：三相電氣相量大小相等，相位互差120ο兩相對(duì)稱：兩相電氣相量大小相等，相位互差90ο三、牽引變壓器接線3、三相-兩相平衡變壓器平衡變壓器通常是指那種具

接線方式縮寫接線簡圖ScottSCTLeBlancLBLModifiedLeBlancMLBküblerKBLWood-BridgeWBRModifiedWood-BridgeMWBAutoWoodBridgeAWB三、牽引變壓器接線

接線方式縮寫接線簡圖ScottSCTLeBlancLBLM（1）Scott接線DABCScott接線變壓器底（M）座繞組原邊接入電力系統(tǒng)AB相（線電壓），高（T）座繞組原邊一端接底繞組的中點(diǎn)D，另一端接入C相。三、牽引變壓器接線（1）Scott接線DABCScott接線變（2）變比關(guān)系DABC底座原、次邊繞組匝數(shù)分別為、高座原、次邊匝數(shù)分別為、底座繞組的變比高座繞組的變比三、牽引變壓器接線（2）變比關(guān)系DABC底座原、次邊繞組匝數(shù)分別為、DABCScott接線電壓相量圖原邊電壓0D次邊電壓三、牽引變壓器接線DABCScott接線電壓相量圖原邊電壓0D次邊電壓三、牽引以原邊相電壓為參考則底（M）座電壓高（T）座原邊電壓0D三、牽引變壓器接線以原邊相電壓為參考則底（M）座電壓高（T）座原邊電壓0D三、底座繞組的變比高座繞組的變比DABC0D當(dāng)原邊線電壓為220kV次邊為55kV時(shí)三、牽引變壓器接線底座繞組的變比高座繞組的變比DABC0D當(dāng)原邊線電壓為220（3）電流變換關(guān)系及變換陣DABC電流平衡和磁勢平衡關(guān)系式三、牽引變壓器接線（3）電流變換關(guān)系及變換陣DABC電流平衡三、牽引變壓器接如果則三相對(duì)稱三、牽引變壓器接線如果則三相對(duì)稱三、牽引變壓器接線Scott變電所端口等值電路忽略電阻三、牽引變壓器接線Scott變電所端口等值電路忽略電阻三、牽引變壓器接線接線

特點(diǎn)YNd11接線簡單，技術(shù)成熟，價(jià)格較低原邊帶接地中性點(diǎn)，副邊可提供三相動(dòng)力電源；副邊三角形可提供三次諧波通道，諧波特性較好；容量利用率低對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)序影響較大單相接線最簡單，高壓側(cè)僅需引入兩路進(jìn)線，對(duì)于低壓母線側(cè)的載流能力要求最高;可取消所端分相，利于高速行車;原邊無接地中性點(diǎn)，繞組間為全絕緣;容量利用率最高，安裝容量最小;正常情況下，對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)序影響最大;Vv接線簡單，材料利用率高；原邊無接地中性點(diǎn)，繞組間全絕緣隔離；容量利用率較高；對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)序影響較大；接線特點(diǎn)YNd11接線簡單，接線

特點(diǎn)YN/d11接線簡單，技術(shù)成熟，價(jià)格較低原邊帶接地中性點(diǎn)，副邊可提供三相動(dòng)力電源；副邊三角形可提供三次諧波通道，諧波特性較好；容量利用率低對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)序影響較大Vx1.接線簡單，可取消饋線AT，對(duì)于低壓母線側(cè)的載流能力要求較高;2.原邊無接地中性點(diǎn)，繞組間為全絕緣，次邊可提供三相動(dòng)力電源;3.容量利用率高，安裝容量小;4.對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)序影響同十字交叉接線相當(dāng);三相/兩相平衡變接線較復(fù)雜，制造及工藝要求較高；Wood-Bridge接線原邊有接地中性點(diǎn)，副邊有三角形接線，可提供三次諧波通道，有效降低諧波影響；Scott原邊無中性點(diǎn)，中性點(diǎn)電位易發(fā)生偏移；容量利用率較高；能有效降低負(fù)序?qū)﹄娏ο到y(tǒng)的影響。接線特點(diǎn)YN/d11接線簡單高速牽引供電系統(tǒng)

主講：張麗

西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院

高速牽引供電系統(tǒng)

主講：張麗

西南交通大學(xué)電氣工程學(xué)院一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系二、牽引供電系統(tǒng)供電方式

1、直接供電方式2、吸流變壓器（BT）供電方式3、帶回流線的直接供電方式4、自耦變壓器（AT）供電方式三、牽引變壓器接線一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系高壓輸電網(wǎng)：500/220/110kV低壓配電網(wǎng)：35/10/0.38kV電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系高壓輸電網(wǎng)：500/220/110kV電力系統(tǒng)結(jié)構(gòu)一、牽引供優(yōu)質(zhì)的供、用電應(yīng)具有以下特征：

(1)供電電壓具有穩(wěn)定的標(biāo)稱頻率、幅值和波形；

(2)保持三相電壓和電流的平衡，保證電網(wǎng)最大傳輸效率；

(3)持續(xù)穩(wěn)定和充足的電能供應(yīng)；

(4)低廉的電價(jià)；

(5)對(duì)環(huán)境的不良影響較小。電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的基本要求一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系優(yōu)質(zhì)的供、用電應(yīng)具有以下特征：電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的基本要求一、GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差GB/T15945-2008電能質(zhì)量電力系統(tǒng)頻率偏差GB/T15543-2008電能質(zhì)量三相電壓不平衡度GB/T12326-2008電能質(zhì)量電壓波動(dòng)和閃變GB/T14549-1993電能質(zhì)量公用電網(wǎng)諧波GB/T24337-2009電能質(zhì)量公用電網(wǎng)間諧波

GB/T18481-2001電能質(zhì)量暫時(shí)過電壓和瞬態(tài)過電壓電能質(zhì)量國家標(biāo)準(zhǔn)一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系GB/T12325-2008電能質(zhì)量供電電壓偏差電能1、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引變電所牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)單相工頻交流25kV饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌牽引變壓器220kV或110kV發(fā)電機(jī)升壓變壓器高壓輸電線路降壓變壓器用電設(shè)備降壓變壓器三相工頻交流一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系1、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)單相工牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)25kV饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電力系統(tǒng)牽引變壓器電能質(zhì)量公共連接點(diǎn)（PCC）或供用電協(xié)議規(guī)定的電能計(jì)量點(diǎn)牽引供電系統(tǒng)與其電源，即三相電力系統(tǒng)（公用電網(wǎng)）之間通過PCC點(diǎn)的電能質(zhì)量相互約束。牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)25kV饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌一、牽引供電系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——電壓偏差GB/T12325—2008電能質(zhì)量供電電壓允許偏差交流50Hz電力系統(tǒng)供電電壓偏差定義為實(shí)測電壓與額定電壓之差，以額定電壓的百分?jǐn)?shù)表示。

35kV及以上供電電壓正、負(fù)偏差的絕對(duì)值之和不超過額定電壓的10%；一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——電壓偏差GB/T一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌25kV一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引牽引饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌電壓損失概念及計(jì)算方法壓降：壓損：矢量差算數(shù)差很小，近似工程上一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電壓損失概念及計(jì)算方法壓降：壓損：矢量差算數(shù)差很小，近似工程計(jì)算到負(fù)荷端口，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下式中，XS為負(fù)荷端口看出的電網(wǎng)等值相電抗，；

Q為該相線路傳輸?shù)臒o功功率，kvar；

UN為線路額定相電壓，kV；

為負(fù)荷功率因數(shù)角，感性負(fù)荷取正值。忽略電阻或一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系計(jì)算到負(fù)荷端口，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下忽略電阻或一、牽引供電按三相負(fù)荷，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下式中，UN為線路額定相電壓，kV；

Sk為負(fù)荷端口的系統(tǒng)三相短路容量，MVA；

ST為負(fù)荷三相容量，kVA；負(fù)荷功率因數(shù)角。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系按三相負(fù)荷，系統(tǒng)電壓損失表達(dá)式如下式中，UN為線路額定相電壓進(jìn)一步，計(jì)算電壓偏差式中，Sk為負(fù)荷端口的系統(tǒng)三相短路容量，MVA；

ST為負(fù)荷三相容量，kVA；

負(fù)荷功率因數(shù)角。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系進(jìn)一步，計(jì)算電壓偏差一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌負(fù)荷的變化使PCC點(diǎn)電壓幅值在額定值附近變化①減小系統(tǒng)等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV②減小無功功率在系統(tǒng)的傳輸，即提高功率因數(shù)：采用交-直-交型電力機(jī)車；無功就地補(bǔ)償一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——諧波牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌電源為工頻（基波）50Hz的正弦波機(jī)車為非線性負(fù)載，是諧波電流源25kV負(fù)載的非線性使得系統(tǒng)的電壓、電流波形發(fā)生畸變一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——諧波牽引供電系統(tǒng)一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系

根據(jù)GB/T14549-93，電網(wǎng)公共連接點(diǎn)第h次諧波電壓含有率HRUh按下式計(jì)算式中，Ih為注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的總h次諧波電流，A；

h為諧波次數(shù)；Sk為公共連接點(diǎn)的三相短路容量，MVA；

UN和UL分別為公共連接點(diǎn)的額定相電壓和線電壓，kV。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系根據(jù)GB/一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌①減小系統(tǒng)等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV②減小注入系統(tǒng)的諧波電流：采用交-直-交型電力機(jī)車；裝設(shè)濾波器一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——電壓不平衡度牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌三相對(duì)稱電源（正序）負(fù)載的不對(duì)稱使得系統(tǒng)電壓、電流不再對(duì)稱機(jī)車為單相負(fù)載25kV一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系電能質(zhì)量——電壓不平衡度牽引一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系

大功率單相負(fù)荷對(duì)系統(tǒng)的沖擊，要求系統(tǒng)有足夠的承受能力。采用單相牽引變電所的負(fù)序功率等于牽引負(fù)荷功率。GB/T15543-2008三相電壓允許不平衡度電力系統(tǒng)公共連接點(diǎn)處的電壓不平衡度應(yīng)滿足國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T15543-95）的要求，正常電壓不平衡度允許值為2％，短時(shí)不得超過4％。電壓不平衡度一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系大功率單相負(fù)荷對(duì)一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系式中，I2為注入電網(wǎng)公共連接點(diǎn)的A相負(fù)序電流，A；

Sk為公共連接點(diǎn)的三相短路容量，MVA；

UN和UL分別為公共連接點(diǎn)的額定相電壓和線電壓，kV。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌三相對(duì)稱電源（正序）負(fù)載的不對(duì)稱使得系統(tǒng)電壓、電流不再對(duì)稱機(jī)車為單相負(fù)載①減小系統(tǒng)等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV②減小負(fù)載的不對(duì)稱性：各牽引變電所的循環(huán)換相；平衡變壓器；補(bǔ)償裝置。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引牽引饋一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系供用電雙方的共同努力來維持好的電能質(zhì)量牽引供電系統(tǒng)牽引網(wǎng)牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網(wǎng)鋼軌電力系統(tǒng)一方面：電力系統(tǒng)短路容量越大，電能質(zhì)量越好。另一方面，作為用戶，牽引供電系統(tǒng)本身要采取措施減小對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響。25kV一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系供用電雙方的共同努力來維持好

電力系統(tǒng)短路容量大小是反映該點(diǎn)短路時(shí)短路電流的大小，同時(shí)也就反映了該點(diǎn)至恒定電壓點(diǎn)之間總電抗的大小。短路容量值越大，說明該點(diǎn)與電源聯(lián)系越緊密，電氣量越穩(wěn)定。由電鐵負(fù)荷產(chǎn)生的諧波、負(fù)序以及電壓波動(dòng)等問題對(duì)電力系統(tǒng)的影響程度都與之密切相關(guān)。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一方面：電力系統(tǒng)短路容量越大，電能質(zhì)量越好。電力系統(tǒng)短路容量大小是反映該點(diǎn)短路時(shí)短路電流的大小，一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系世界主要高速鐵路國家電鐵供電電源電壓等級(jí)國名鐵路名稱最高速度(km/h)供電電壓(kV)附注日本東海道新干線300275個(gè)別站154kV山陽新干線300275個(gè)別站154kV北陸新干線300275東北新干線260275個(gè)別站154kV上越新干線275275法國巴黎－里昂3002251個(gè)站400kV巴黎－圖爾3002251個(gè)站400kV巴黎－加萊3002251個(gè)站400kV里昂－瓦朗斯300225瓦朗斯－馬賽350225巴黎－斯特拉斯堡3502251個(gè)站400kV一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系世界主要高速鐵路國家電鐵供電一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系世界主要高速鐵路國家電鐵供電電源電壓等級(jí)西班牙馬德里－塞維利亞2502203個(gè)站132kV，短路容量不小于2000MVA馬德里－巴塞羅那3504003個(gè)站220kV高速鐵路普遍采用高電壓、大容量電源供電。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系世界主要高速鐵路國家電鐵供電韓國電鐵接入系統(tǒng)的短路容量韓國電力變電所短路容量(MVA)高速鐵路變電所陵谷10,140高陽

一洞8,418安山

秋八4,003平澤

清原12,286新清州

沃川7,504沃川

金泉4,325金泉

凡川7,611釜山韓國電力系統(tǒng)最高電壓354kV，下一級(jí)是154kV，沒有220kV的電壓等級(jí)。由于354kV不能直接給用戶供電，所以電鐵的電力系統(tǒng)接入電壓等級(jí)為154kV，但其系統(tǒng)短路容量很大。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系韓國電鐵接入系統(tǒng)的短路容量韓國電力變電所短路容量(MVA)隨著電網(wǎng)發(fā)展，系統(tǒng)短路容量呈日益加大的趨勢，則系統(tǒng)的短路阻抗減小，對(duì)牽引供電系統(tǒng)的影響：①使得系統(tǒng)電壓損失降低，從而牽引變壓器出口電壓水平提高，牽引網(wǎng)電壓水平提高。②負(fù)序電壓、諧波電壓畸變對(duì)系統(tǒng)的影響相對(duì)減小；系統(tǒng)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，使得負(fù)序電流和諧波電流在系統(tǒng)中的滲透發(fā)生改變。③牽引變壓器進(jìn)線短路容量增大。牽引變電所高、低壓側(cè)的各種電氣設(shè)備、開關(guān)電器等將承受更大的短路電流。系統(tǒng)短路容量不可能無限制變大，目前部分地區(qū)已經(jīng)因?yàn)槎搪啡萘刻髮?dǎo)致開關(guān)選擇的困難。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系隨著電網(wǎng)發(fā)展，系統(tǒng)短路容量呈日益加大的趨勢，則系統(tǒng)的短路阻抗一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系主要有兩種方案：（一）源頭控制。在干擾負(fù)荷主電路上改進(jìn)，如改交直型機(jī)車為交直交機(jī)車或動(dòng)車組，可以從根本上解決諸如功率因數(shù)、諧波等問題。（二）綜合補(bǔ)償技術(shù)。綜合作用：提高功率因數(shù)、濾除諧波、減少負(fù)序電流。另一方面，作為用戶，牽引供電系統(tǒng)本身要采取措施減小對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量的影響。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系主要有兩種方案：另一方面牽引變電所換相連接

在減小負(fù)荷不對(duì)稱造成的負(fù)序電流方面，歐洲各國大都采用單相變壓器，為減小單相牽引負(fù)荷在電力系統(tǒng)中的電流不平衡，各變電所采取按相序輪換方式接入系統(tǒng)，使全區(qū)達(dá)到平衡的措施。法國為改善不平衡狀態(tài)，最初采用Scott平衡變壓器，但沒能解決電壓不平衡對(duì)電力系統(tǒng)的影響。后來，隨著電網(wǎng)的發(fā)展，全部以單相變壓器代替，并且使用輪換相序接入電力系統(tǒng)，使不同變電所產(chǎn)生的負(fù)序電流部分抵消，削弱了電鐵產(chǎn)生的負(fù)序電流。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系牽引變電所換相連接一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系單相牽引變電所換相連接方案1：由3臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán)電分相上承受電壓為一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系單相牽引變電所換相連接電分相上承受電壓為一、牽引供電系統(tǒng)與電方案2：由6臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán)電分相上承受電壓為一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系方案2：由6臺(tái)單相變構(gòu)成相別循環(huán)電分相上承受電壓為一、牽引供Vv接線變壓器換相連接（1）按對(duì)稱要求規(guī)定供電分區(qū)電壓順序?yàn)椤?、、等。兩相鄰變電所間分區(qū)所的供電分區(qū)的電壓相同。（2）所有變電所變壓器副邊以同名端接地。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系Vv接線變壓器換相連接（1）按對(duì)稱要求規(guī)定供電分區(qū)電壓順序?yàn)橐?、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系采用平衡變壓器

與法國不同，日本采用Scott接線或變形WB接線的平衡變壓器，變壓器一次側(cè)不換相接入電源。當(dāng)兩個(gè)供電臂上的負(fù)荷完全相同時(shí)，一次側(cè)就不會(huì)產(chǎn)生負(fù)序電流，利用這種特殊接線方式的變壓器來消除電氣化鐵路負(fù)荷不對(duì)稱對(duì)電力系統(tǒng)所造成的影響。一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系日本RPC平衡變次邊電流兩供電臂負(fù)載電流采用平衡變壓器一、牽引供電系統(tǒng)與電力系統(tǒng)的關(guān)系日本RPC平衡1、直接供電方式（TR）二、牽引供電系統(tǒng)供電方式結(jié)構(gòu)簡單，投資最少，維護(hù)費(fèi)用低。直接供電方式的鋼軌電位高；對(duì)弱電系統(tǒng)的電磁干擾較大。改進(jìn)供電方式目標(biāo)：①降低鋼軌電位；②減小對(duì)弱電系統(tǒng)的電磁干擾。③具有更強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），供電距離更長，變電所數(shù)量更少，減小分相數(shù)量。25kV1、直接供電方式（TR）二、牽引供電系統(tǒng)供電方式結(jié)構(gòu)簡單，投2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)中串接吸流變壓器，間隔約1.5km-4km。吸流變壓器變比：1：1；回流線與接觸網(wǎng)同桿架設(shè)牽引變電所回流線接觸網(wǎng)鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIIIBT供電方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：①長回路中鋼軌電位降為0；②長回路磁場完全平衡，電磁干擾降至最低。III25kV2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)串入吸流變壓器牽引網(wǎng)阻抗增大供電臂電壓損失增大供電臂末端電壓水平降低為了保證機(jī)車電壓水平，縮短供電臂的距離牽引變電所回流線接觸網(wǎng)鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIII25kVIII2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式接觸網(wǎng)2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式供電臂距離縮短BT串入處接觸導(dǎo)線分段外部電源投資增大分相數(shù)量增多變電所的數(shù)量增多影響高速列車運(yùn)行的安全性及列車速度BT供電方式?jīng)]有實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：③具有更強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），供電距離更長，減小分相數(shù)量。BT供電方式不適合高速列車的運(yùn)行。牽引變電所回流線接觸網(wǎng)鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIII25kVIII2、BT(吸流變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式供電臂3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方式回流線與接觸網(wǎng)同桿架設(shè)，兩組導(dǎo)線之間有互感，鋼軌電流部分由回流線回流。帶回流線的直接供電方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：相對(duì)直接供電方式，①鋼軌電位一定程度上有所降低；②電磁干擾一定程度上有所減小。IIII25kV3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方式回流線與鋼軌并聯(lián)牽引網(wǎng)阻抗減小供電臂電壓損失減小供電臂末端電壓水平提高供電臂的距離增長約30%IIII25kV3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方式供電臂距離增長外部電源投資減小分相數(shù)量減小變電所的數(shù)量減少有利于列車高速運(yùn)行兼顧了直接供電方式的簡單可靠。帶回流線的直接供電方式實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：③具有更強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），變電所數(shù)量更少，減小分相數(shù)量。IIII25kV3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)二、牽引供電系統(tǒng)供電方4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式nn自耦變壓器器兩端繞組匝數(shù)相等；理想變壓器正饋線與接觸線同桿架設(shè)。I/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式nn自4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式減少對(duì)通信線的干擾，降低通信線路遷改費(fèi)用；鋼軌電位降低。AT供電方式實(shí)現(xiàn)目標(biāo)：①長回路中鋼軌電位降為0；②長回路磁場完全平衡，電磁干擾降至最低。nnI/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式減少對(duì)4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式電源電壓提高一倍輸電電壓提高一倍S=UI電流降為1/2阻抗降為1/4（實(shí)際略大）傳輸相同功率電壓損失降為1/4nnI/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式電源電4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式nnI/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kVAT供電方式實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)：③具有最強(qiáng)的供電能力（更小的牽引網(wǎng)電壓損失和電能損失），供電距離更長，減小分相數(shù)量。AT供電方式適合于高速列車的運(yùn)行。4、AT(自耦變壓器)供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式nnI世界主要高速鐵路國家電鐵供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式50Hz/60Hz、25kV牽引供電方式（300～350km/h）1996年日本山陽新干線300km/hAT1983年法國TGV東南線300km/hAT+直供1990年法國TGV大西洋線300km/hAT1994年法國TGV北方線300km/hAT2001年法國TGV地中海線350km/hAT2003年韓國漢城——釜山300km/hAT2004年西班牙馬德里——巴塞羅那350km/hAT2004年意大利都靈——佛羅倫薩300km/hAT2008年意大利羅馬——那不勒斯300km/hAT高速鐵路普遍采用AT供電方式世界主要高速鐵路國家電鐵供電方式二、牽引供電系統(tǒng)供電方式50三、牽引變壓器接線應(yīng)用于（帶回流線）直接供電方式的主要有：單相接線、Vv接線、YNd11接線、三相/兩相平衡接線(Scott接線、Wood-Bridge、阻抗匹配平衡接線接線等)應(yīng)用于AT供電方式的主要有：日本模式的AT：三相/兩相平衡接線(Scott接線、Wood-Bridge接線等)法國模式的AT：單相接線、Vx接線、十字交叉接線三、牽引變壓器接線應(yīng)用于（帶回流線）直接供電方式的主要有：(A)(B)CT單相變壓器(C)CTVv變壓器(A)(B)CTScott變壓器(C)(A)(B)直接供電方式的牽引變壓器接線(A)(B)CT單相變壓器(C)CTVv變壓器(A)(B)CCTYNd11變壓器(C)(A)(B)(c)(a)(b)直接供電方式的牽引變壓器接線CTYNd11變壓器(C)(A)(B)(c)(a)(b)直接AT55kV日本模式（京秦線采用）Scott變壓器饋線加ATCF(C)(A)(B)三、牽引變壓器接線AT55kV日本模式（京秦線采用）Scott變壓器CF(CAT2×27.5kV法國模式（京津線采用）CFT單相變壓器(A)(B)CTFVx變壓器(C)(A)(B)三、牽引變壓器接線AT2×27.5kV法國模式（京津線采用）CFT單相變壓器b2b1a1c1a2c2兩臺(tái)YNd11接入相別：(A1)(A2)//(B1)(C2)//(C1)(B2)CTFACB十字交叉變壓器(C1)(A1)(B1)(c1)(a1)(b1)(C2)(A2)(B2)(c2)(a2)(b2)三、牽引變壓器接線b2b1a1c1a2c2兩臺(tái)YNd11接入相別：CTFACB目前，國外高速鐵路牽引變壓器多采用三相-兩相平衡變壓器、單相變壓器。意大利、新西蘭采用單相接線牽引變壓器法國TGV采用單相和Vv接線變壓器日本東海道新干線采用Scott接線山陽新干線采用Modified-Woodbridge接線變壓器臺(tái)灣高速鐵路采用的是LeBlanc接線變壓器三、牽引變壓器接線目前，國外高速鐵路牽引變壓器多采用三相-兩相平衡變壓器、單相系統(tǒng)變換：從廣義的角度上講，牽引變壓器原次邊之間除了有電壓的變換外，還有電流和阻抗變換

通過系統(tǒng)變換，可以獲得一次側(cè)的牽引變壓器、牽引負(fù)荷的等值電路模型，或二次側(cè)的電力系統(tǒng)、牽引變壓器等值電路模型。這兩個(gè)等值電路模型對(duì)于牽引供電系統(tǒng)的電氣分析十分方便、有用，如用于電壓損失，故障分析，電能計(jì)量，負(fù)序含量，諧波水平等計(jì)算。三、牽引變壓器接線系統(tǒng)變換：從廣義的角度上講，牽引變壓器原次邊之間除了有電壓的以接入AB線電壓為例原邊繞組匝數(shù)次邊繞組匝數(shù)CAB1、純單相（Ii）牽引變壓器三、牽引變壓器接線以接入AB線電壓為例原邊繞組匝數(shù)次邊繞組匝數(shù)CAB1、純單相原