電氣化鐵道供電培訓(xùn)

電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)鐵路建設(shè)的總目標(biāo)

2004年1月國務(wù)院批準(zhǔn)了

《中長期鐵路網(wǎng)規(guī)劃》

擴(kuò)大建設(shè)規(guī)模，完善路網(wǎng)結(jié)構(gòu)，擴(kuò)充運(yùn)輸能力，提高裝備水平到2020年：繁忙干線實(shí)現(xiàn)客貨分流西部路網(wǎng)形成骨架人口密集地區(qū)發(fā)展城際客運(yùn)系統(tǒng)2005年——2020年全國鐵路營業(yè)里程達(dá)10萬公里，

其中復(fù)線1.3萬公里，電化5萬公里2004年鐵路網(wǎng)規(guī)劃

四縱四橫客運(yùn)轉(zhuǎn)線城際快速

客運(yùn)系統(tǒng)

擴(kuò)大西部路網(wǎng)規(guī)模完善東部路網(wǎng)結(jié)構(gòu)四縱四橫客運(yùn)轉(zhuǎn)線四縱：

京廣線京滬線京哈達(dá)線杭寧福深線

四橫：

徐蘭線杭長線青太線寧蓉線“四縱”客運(yùn)專線：

⑴北京—上海客運(yùn)專線，貫通京津至長江三角洲東部沿海經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)；

⑵北京—武漢—廣州—深圳客運(yùn)專線，連接華北和華南地區(qū)；

⑶北京—沈陽—哈爾濱（大連）客運(yùn)專線，連接?xùn)|北和關(guān)內(nèi)地區(qū)；

⑷杭州—寧波—福州—深圳客運(yùn)專線，連接長江、珠江三角洲和東南沿海地區(qū)?！八臋M”客運(yùn)專線：

⑴徐州—鄭州—蘭州客運(yùn)專線，連接西北和華北地區(qū)；

⑵杭州—南昌—長沙客運(yùn)專線，連接華中和華東地區(qū)；

⑶青島—石家莊—太原客運(yùn)專線，連接華北和華東地區(qū)；

⑷南京—武漢—重慶—成都客運(yùn)專線，連接西南和華東地區(qū)。電氣化鐵路的優(yōu)越性運(yùn)輸能力大運(yùn)輸效力高機(jī)檢車修使方用便與能源消耗少環(huán)境保護(hù)好司動乘條人件員改勞善繁忙運(yùn)輸高速運(yùn)行高原沙漠長大隧道長大坡道長大交路世界電氣化鐵路的發(fā)展史

最早造出第一臺標(biāo)準(zhǔn)軌距電力機(jī)車的是蘇格蘭人R·戴維森，時(shí)間是1842年。

1879年5月，德國人W·V·西門子設(shè)計(jì)制造了一臺能拉乘坐18人的三輛敞開式“客車”的電力機(jī)車，這是電力機(jī)車首次成功的試驗(yàn)。線路全長300m、呈橢圓形；軌距為1m；電力機(jī)車954kg，車上裝有2.2kW的串勵式二極直流電動機(jī),由150V的外部直流電源經(jīng)鋪設(shè)在軌道中間的第三軌供電、兩條走行軌作為回路。牽引三節(jié)敞開式“客車”，每節(jié)車上可乘6名乘客.最高時(shí)速達(dá)13km１８８０年，美國的發(fā)明大王愛迪生在門羅帕克的研究院后院敷設(shè)雙軌鐵道試行電力機(jī)車獲得成功。

1881年，法國巴黎展出了第一條由架空導(dǎo)線供電的電車線路，這就為提高電壓，采用大功率牽引電動機(jī)創(chuàng)造了條件：1893年，瑞典在斯德哥爾摩，建成11Km、550V的直流電化鐵路

1895年，美國在巴爾的摩—俄亥俄間5.6km長的隧道區(qū)段修建了直流電氣化鐵路。1903年德國的三相交流電力機(jī)車創(chuàng)造了每小時(shí)210km的高速記錄。

１９０４年，瑞士塞在巴赫和雷根斯多夫之間架設(shè)了單相交流電壓１.５萬伏的高壓電線。其他各國的鐵路公司也開始采用高壓，出現(xiàn)了大量１５００－３０００伏高壓電氣化鐵路。

電力機(jī)車的發(fā)展取決于電氣化鐵道的發(fā)展。建設(shè)具有真正意義的電氣化鐵路首先要解決如何提供高壓電，改變供電制式的問題。

接觸網(wǎng)供給機(jī)車的電流制，分為直流制和交流制兩種（交流制中又分單相交流、三相交流），這就叫供電制式。工頻單相交流制推動了電氣化鐵道的發(fā)展交-直流電力機(jī)車采用交流制供電，目前世界上大多數(shù)國家都采用工頻（50Hz）交流制，或25Hz低頻交流制。在這種供電制下，牽引變電所將三相交流電改變成25kV工業(yè)頻率單相交流電后送到接觸網(wǎng)上。但是在電力機(jī)車上采用的仍然是直流串勵電動機(jī)，把交流電變?yōu)橹绷麟姷娜蝿?wù)在機(jī)車上完成。由于接觸網(wǎng)電壓比直流制時(shí)提高了很多，接觸導(dǎo)線的直徑可以相對減小，減少了有色金屬的消耗和建沒投資。因此，工頻交流制得到了廣泛采用，世界上絕大多數(shù)電力機(jī)車也是交-直流電力機(jī)車。三相交流制優(yōu)點(diǎn)：三相對稱負(fù)荷，不影響電力系統(tǒng)的三相對稱性，牽引變電所和電力機(jī)車簡化，三相異步電機(jī)運(yùn)行可靠，維護(hù)方便。缺點(diǎn)：機(jī)車供電線路復(fù)雜，調(diào)速比較困難。因此，目前許多國家都在研究和生產(chǎn)變頻電力機(jī)車，是一種交—直—交系統(tǒng)的機(jī)車。它是將接觸網(wǎng)上的工頻單相交流電，經(jīng)機(jī)車上的變壓器降壓，整流濾波成直流，再經(jīng)逆變器將直流變換成三相交流，并用三相異步電動機(jī)牽引?？刂颇孀兤髂軌蛘{(diào)節(jié)三相電壓的幅值和頻率，實(shí)現(xiàn)調(diào)速和調(diào)轉(zhuǎn)矩的目的。這種機(jī)車的優(yōu)點(diǎn)是：功率大，速度高，功率因素接近于1，并能將無功電流，通訊干擾減小到最小值。1964年，日本建成世界第一條210Km/h的東海道干線

1994年，德國在漢堡—柏林建成世界第一條長距離磁懸浮鐵路，全長285Km，運(yùn)行時(shí)速450Km/h公里。

目前，世界已有68個(gè)國家和地區(qū)修建了電氣化鐵路，電化鐵路總長度已超過25萬公里，承擔(dān)世界鐵路總運(yùn)量的45%。

電氣化鐵道的供電問題解決之后，發(fā)展大功率、高速度的電力機(jī)車就成為各國追求的目標(biāo)。這時(shí)候，半導(dǎo)體技術(shù)和微機(jī)控制技術(shù)的突破和發(fā)展推動了新型電力機(jī)車的問世。1979年，第一臺E120型大功率交流傳動電力機(jī)車在德國誕生，開創(chuàng)了電力機(jī)車發(fā)展的新紀(jì)元。

中國電氣化鐵路發(fā)展歷史1958年6月15日，寶雞至鳳州段電氣化鐵路開工建設(shè)，由此揭開了中國鐵路電氣化建設(shè)的序幕。1960年6月建成了93公里的中國第一段電氣化鐵路寶鳳段，實(shí)現(xiàn)了中國電氣化鐵路“零”的突破。由于直接采用當(dāng)時(shí)國外最新的工頻交流25KV供電制式，我國電氣化鐵路技術(shù)高起點(diǎn)起步。

從1958年到1978年的20年間，建成寶成線、陽安線、襄渝線電氣化鐵路1033公里，雖年均僅51公里，卻為日后我國電氣化鐵路發(fā)展打下了基礎(chǔ)。改革開放30年，我國建成開通電氣化鐵路總里程是前20年的25倍，實(shí)現(xiàn)了我國向世界電氣化鐵路強(qiáng)國的跨越，實(shí)現(xiàn)了我國電氣化鐵路從常速向高速的跨越。京秦線引進(jìn)日本AT供電技術(shù)和遠(yuǎn)動控制技術(shù)，

大秦線引進(jìn)多國技術(shù)設(shè)備，哈大線系統(tǒng)引進(jìn)德國技術(shù)，通過引進(jìn)、消化、吸收再創(chuàng)新，我國電氣化鐵路技術(shù)與發(fā)達(dá)國家的差距迅速縮小中國第一條復(fù)線電氣化鐵路——石太線

石太線是中國第一條復(fù)線電氣化鐵路，全長235公里，電氣化改造總投資5．1億元。第一期工程石家莊一陽泉段117公里于1975年開工，1980年9月通車。第二期工程陽泉一太原段118公里，1982年9月通車。該線的建成，提高晉煤外運(yùn)量近2倍，上行牽引數(shù)由原來的2400噸提高到3300噸，年輸送能力由2000多萬噸提高到4000多萬噸。該線建設(shè)全部采用國產(chǎn)設(shè)備，電氣化采用單項(xiàng)工頻25千伏交流制，并安裝了吸流變壓器--回流線防干擾裝置，接觸網(wǎng)采用上下行并聯(lián)供電。全線通信線路為小同軸大綜合電纜，信號集中閉塞改為電氣集中和自動閉塞。2009年４月１日，蘭（蘭州）青（西寧）鐵路增建第二線及電氣化改造工程建成并正式通車，這不僅結(jié)束了青海省沒有電氣化鐵路的歷史，也是中國在青藏高原建成的第一條電氣化鐵路。

蘭青鐵路增建第二線及電氣化改造工程東起甘肅省蘭州市河口南站，向西沿黃河上游最大支流湟水河依次穿越青海省民和回族土族自治縣、樂都縣、平安縣，最終抵達(dá)西寧市，全長１７０公里，為雙線、電氣化、國家Ⅰ級鐵路。這一工程于２００６年４月動工，總投資２８．０５億元。

中國電氣化鐵路現(xiàn)狀目前，中國鐵路電氣化率已經(jīng)達(dá)到27%，承擔(dān)著全路43%的貨運(yùn)量，初步形成了布局合理、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的電氣化鐵路運(yùn)營網(wǎng)絡(luò)，特別是膠濟(jì)、大秦、京滬等線的電氣化，是加快中國鐵路現(xiàn)代化的重點(diǎn)工程項(xiàng)目，也是中國實(shí)施鐵路跨越式發(fā)展的重點(diǎn)工程。膠濟(jì)、大秦、京滬電氣化改造工程都是實(shí)行施工總承包模式完成的，是中國鐵路發(fā)展史上具有重要意義的大事，從而提高了中國電氣化鐵路的技術(shù)水平和管理水平，緩解了運(yùn)輸瓶頸制約?！熬盼濉逼陂g，中國電氣化鐵路運(yùn)營里程突破一萬公里，“十五”期間，電氣化鐵路運(yùn)營里程突破兩萬公里。今年先后建成京滬、武嘉、鄭徐、膠濟(jì)、滬杭、浙贛等電氣化鐵路。截至9月底，中國共建成開通49條電氣化鐵路。2006年9月13日10時(shí)52分，由電力機(jī)車牽引的江西南昌開往玉山的旅客列車行駛在童家至貴溪區(qū)間，標(biāo)志著浙贛電氣化鐵路進(jìn)入試運(yùn)行階段。浙贛錢電氣化改造工程的開通，標(biāo)志著中國電氣化鐵路總里程已突破24000公里，成為繼俄羅斯之后世界第二大電氣化鐵路國家(俄羅斯現(xiàn)有電氣化鐵路44526公里，位居世界第一位，德國現(xiàn)有電氣化鐵路21102公里，位居中國之后)。牽引供電系統(tǒng)組成供電系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)電力系統(tǒng)接觸網(wǎng)系統(tǒng)變電系統(tǒng)牽引供電系統(tǒng)電氣化鐵道的組成

采用電力牽引的鐵道稱為電氣化鐵道。由于電力機(jī)車本身不帶有能源裝置，靠外部電力系統(tǒng)經(jīng)過牽引供電裝置供給其電能，故電氣化鐵道是由電力機(jī)車和牽引供電裝置組成的。牽引供電裝置一般分成牽引變電所和接觸網(wǎng)兩部分，所以人們又稱電力機(jī)車、牽引變電所和接觸網(wǎng)為電氣化鐵道的“三大件”。電氣化鐵道供電系統(tǒng)1.發(fā)電廠；2.區(qū)域變電所3.傳輸線；4.分區(qū)所；5.牽引變電所6.接觸線；7.軌道回路；8.回流線；9.電力機(jī)車；10饋電線牽引變電所外部電源牽引供電系統(tǒng)一般又由鐵路以外的容量較大的電力系統(tǒng)供電。牽引供電系統(tǒng)負(fù)荷為一級負(fù)荷，各個(gè)供電系統(tǒng)應(yīng)保證有兩個(gè)獨(dú)立的電源，同時(shí)保證不間斷供電。

為了保證供電的可靠性，由電力系統(tǒng)送到牽引變電所高壓輸電線路無一例外地為雙回線。兩條雙回線互為備用，平時(shí)均處于帶電狀態(tài)，一旦一條回路發(fā)生供電故障，另一條回自動投入，從而保證不間斷供電。

牽引供電系統(tǒng)的電流制我國電氣化鐵路系統(tǒng)采用單相工頻交流制優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡單電壓增高，變電所距離延長電力機(jī)車粘著性能和牽引性能良好對地下金屬腐蝕性小缺點(diǎn)：單相牽引負(fù)荷會在電力系統(tǒng)中形成負(fù)序電流牽引負(fù)荷是感性負(fù)荷，功率因數(shù)低對通訊線路造成很大干擾牽引變電所一次供電方式一邊供電兩邊供電環(huán)形供電牽引變電所牽引變電所的功能是將三相的110KV（或220KV）高壓交流電變換為兩個(gè)單相27.5KV的交流電，然后向鐵路上、下行兩個(gè)方向的接觸網(wǎng)（額定電壓為25KV）供電，牽引變電所每一側(cè)的接觸網(wǎng)都稱做供電臂。該兩臂的接觸網(wǎng)電壓相位是不同相的，一般是用耐磨的分相約緣器隔離開來。相鄰牽引變電所間的接觸網(wǎng)電壓一般為同相的，其間除用分相絕緣器隔離外，還設(shè)置了分區(qū)亭，通過分區(qū)亭斷路器（或負(fù)荷開關(guān)）的操作，實(shí)行末端上下行并網(wǎng)，在非正常情況下（變電所發(fā)生故障）進(jìn)行越區(qū)供電。牽引變電所變壓器及類型牽引變電所內(nèi)的變壓器，根據(jù)用途不同，分為主變壓器（牽引變壓器）、動力變壓器、自耦變壓器（AT）、所用變壓器幾種。根據(jù)接線方式不同，又有單相變壓器、三相變壓器，三相一二相變壓器等。主變壓器是牽引變電所內(nèi)的核心設(shè)備，擔(dān)負(fù)著將電力系統(tǒng)供給的110KV的三相電源變換成適合電力機(jī)車使用的27.50KV的單相電。由于牽引負(fù)荷具有極度不穩(wěn)定、短路故障多、諧波含量大等特點(diǎn)，運(yùn)行環(huán)境比一般電力負(fù)荷惡劣，因此要求牽引變壓器過負(fù)荷和抗短路沖擊的能力要強(qiáng)，這也是牽引變壓器區(qū)別于一般電力變壓器的特點(diǎn)。單相牽引變電所

接線圖電壓相量圖三相牽引變電所

接線圖電壓相量圖三相一二相牽引變電所

接線圖電壓相量圖牽引變電所引入線方式（一次側(cè)主接線）橋接線方式（內(nèi)橋、外橋）雙T接線方式單母線分段方式接觸網(wǎng)供電方式單線區(qū)段

單邊供電雙邊供電復(fù)線區(qū)段

單邊末端并聯(lián)供電單邊全并聯(lián)供電直接供電方式直接供電方式即不設(shè)置任何對通信線路防干擾設(shè)備，饋線回路設(shè)備簡單，造價(jià)低，但對通信線路有干擾影響。

1.高壓輸電線2.牽引變電所3.饋電線

4.接觸網(wǎng)5.電力機(jī)車6.鋼軌7.分區(qū)亭123456~7

BT供電方式

在牽引供電系統(tǒng)中加裝吸流變壓器—回流線裝置的供電方式，簡稱BT供電方式。這種供電方式用于電氣化鐵道穿越山谷地區(qū)或雖為平原地區(qū)，但鐵路兩側(cè)通訊線路較多，且受干擾影響嚴(yán)重的線路上。

1.吸流變壓器2.回流線3.吸上線

4.軌地回流線5.牽引變電所2131213145吸流變壓器是變比為1：1的特殊變壓器每隔2~4公里裝設(shè)一臺吸流變壓器，并隨之架設(shè)回流線。每兩臺吸流變壓器之間的中點(diǎn)，經(jīng)吸上線將回流線與鋼軌連接起來。

AT供電方式

AT：單相自藕變壓器PW：保護(hù)線AF：正饋線T：接觸線R：鋼軌CPW：橫向連接線G：放電器RAFPWAT所AT所AT牽引變電所GGGCPWT國外電氣化鐵道實(shí)踐證明，AT供電方式相比BT供電方式有較大的優(yōu)越性運(yùn)行速度高牽引重量大對通訊干擾影響小AT所的間隔距離一般按10-15km設(shè)置。自藕變壓器并聯(lián)于接觸網(wǎng)上，不需增設(shè)電分段，能適應(yīng)高速、大功率電力機(jī)車的運(yùn)行。自藕變壓器能有效的減弱對通訊線路的干擾。直供加回流線供電方式

IG6312415IHIJ1.回流線2.吸上線3.接觸線4.鋼軌

5.牽引變電所6.電力機(jī)車接觸網(wǎng)主要包含以下幾項(xiàng)內(nèi)容:接觸網(wǎng)是沿鐵路線上空架設(shè)的向電力機(jī)車供電的特殊形式的輸電線路。其由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱與基礎(chǔ)幾部分組成。由于接觸網(wǎng)是露天設(shè)置，沒有備用，線路上的負(fù)荷又是隨著電力機(jī)車的運(yùn)行而沿接觸線移動和變化的，對接觸網(wǎng)提出以下要求:1、在高速運(yùn)行和惡劣的氣候條件下，能保證電力機(jī)車正常取流，要求接觸網(wǎng)在機(jī)械結(jié)構(gòu)上具有穩(wěn)定性和足夠的彈性。2、接觸網(wǎng)設(shè)備及零件要有互換性，應(yīng)具有足夠的耐磨性和抗腐蝕能力并盡量延長設(shè)備的使用年限。3、要求接觸網(wǎng)對地絕緣好，安全可靠。

4、設(shè)備結(jié)構(gòu)盡量簡單，便于施工，有利于運(yùn)營及維修。在事故情況下，便于搶修和迅速恢復(fù)送電。5、盡可能地降低成本，特別要注意節(jié)約有色金屬及鋼材。簡單接觸懸掛接觸懸掛的類型鏈形接觸懸掛簡單接觸懸掛半補(bǔ)償鏈形懸掛全補(bǔ)償鏈形懸掛。接觸網(wǎng)電連接圖道岔電連接

股道電連接

橫向電連接

正定位形式接觸網(wǎng)定位形式反定位形式軟定位供電二次設(shè)備技術(shù)條件：系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

1）牽引供電系統(tǒng)控制方式采用遠(yuǎn)動控制、所內(nèi)集中控制、設(shè)備本體控制三級控制方式。正常運(yùn)行時(shí)采用遠(yuǎn)動控制，當(dāng)設(shè)備檢修時(shí)，采用所內(nèi)集中控制或設(shè)備本體控制。三種控制方式相互閉鎖

2）牽引變電所、分區(qū)所、開閉所和AT所均采用微機(jī)型綜合自動化系統(tǒng)，系統(tǒng)采用分層分布式結(jié)構(gòu)，采用集中組盤安裝方式后臺控制功能：

對所內(nèi)開關(guān)、切換裝置及其他可控設(shè)備可以在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行集中控制牽引變電所綜合自動化系統(tǒng)

常規(guī)二次線部分主要由四大類裝置組成:

繼電保護(hù)

主設(shè)備監(jiān)控與中央信號檢測量度儀表

遠(yuǎn)動設(shè)備綜合自動化系統(tǒng)基本組成:變電所監(jiān)控主機(jī)人機(jī)聯(lián)系設(shè)備電氣主設(shè)備線路的數(shù)據(jù)采集控制與微機(jī)保護(hù)等子系統(tǒng)通過總線或局域網(wǎng)（LAN)互聯(lián)通信構(gòu)成的一體化分層分布式控制系統(tǒng)．并與遠(yuǎn)動調(diào)度中心聯(lián)網(wǎng)，用以執(zhí)行變電所全部控制、監(jiān)視、中央信號、保護(hù)、遠(yuǎn)動和通信、管理等所有功能。

變電所綜合自動化系統(tǒng)安裝方式

采用控制室內(nèi)集中組盤安裝方式

盤面包括：

通信處理盤主變壓器保護(hù)測控盤、電容器保護(hù)測控盤進(jìn)、饋線保護(hù)測控盤量計(jì)盤大秦鐵路DK3500電氣化鐵道牽引供電綜合自動化系統(tǒng)

間隔層設(shè)備

通訊層設(shè)備后臺監(jiān)控設(shè)備主變保護(hù)測控單元并補(bǔ)保護(hù)測控單元饋線保護(hù)測控單元備自投單元AT測控單元電氣化鐵路新動態(tài)京滬高鐵2010年基本建成

京滬高鐵全程運(yùn)行時(shí)間為5個(gè)小時(shí)。京滬高鐵建設(shè)里程達(dá)1203公里投資破500億4月18日，京滬高速鐵路全線開工。京滬高速鐵路是世界上一次建成規(guī)模最大的高速鐵路鐵道部具體圍繞3個(gè)要求來制定主要的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：一是速度、二是密度、三是安全，高速度——每小時(shí)350公里；高密度——達(dá)到最小追蹤間隔時(shí)間3分鐘；高可靠性——確保運(yùn)營期間的安全。

哈大高鐵

哈大鐵路客運(yùn)專線是國家“十一五”規(guī)劃的重點(diǎn)建設(shè)工程項(xiàng)目之一哈大客運(yùn)專線已于2007年8月23日正式開工建設(shè)，預(yù)計(jì)2013年完全竣工，部分路段可能于2010年左右完工并投入使用。哈大鐵路客運(yùn)專線全長902余公里哈大鐵路客運(yùn)專線是雙線電氣化鐵路，區(qū)間運(yùn)行列車均為動車組，開通平均時(shí)速200公里合武鐵路電氣化接觸網(wǎng)即將全線通電

合武鐵路是我國滬漢蓉快速鐵路的組成部分，東起安徽合肥，西至湖北武漢，全線長350多公里，設(shè)計(jì)時(shí)速250公里。

石太客運(yùn)專線

我國第一條開工建設(shè)的高速鐵路

該客運(yùn)專線的設(shè)計(jì)最高時(shí)速為250公里/小時(shí)，而計(jì)劃在該客運(yùn)專線上運(yùn)行的動車組時(shí)速為200公里/小時(shí)。石太高速鐵路客運(yùn)專線全長１８９．９３公里新技術(shù)京津城際高鐵京津城際鐵路電氣化工程引進(jìn)德國高速鐵路技術(shù)，采用鍍鋅H型鋼住、無拉線錨柱、彈簧補(bǔ)償器下錨、普拉塞恒張力放線車等先進(jìn)施工工藝、設(shè)備。列車最高運(yùn)營速度將達(dá)到每小時(shí)350公里，北京到天津直達(dá)運(yùn)行時(shí)間在30分鐘以內(nèi)。列車最小間隔5分鐘。京津客運(yùn)專線的供電技術(shù)供電系統(tǒng):優(yōu)先采用電力系統(tǒng)兩回獨(dú)立可靠的220KV電源，互為熱備用。高速正線采用2×25KVAT供電方式AT供電變電所間距可達(dá)60KM，直接供電方式為25KM。京津客運(yùn)專線采用AT供電方式，115KM線路中間只有一個(gè)過分相。保證