铁路电气化概论课件：铁路牵引供电系统

铁路电气化工程

铁路牵引供电系统

2.1铁路牵引供电外部电源

2.2铁路牵引供电系统原理及组成2.3铁路牵引网的供电方式2.4相关接口知识

2电气化铁路牵引供电系统是指供给电力机车牵引用电的供电系统。主要由牵引变电所和接触网组成。本章先对铁路牵引供电系统作概述，介绍铁路牵引供电系统的外部电源、铁路牵引供电系统原理及组成、铁路牵引网的供电方式。牵引变电所一次系统、牵引变电所二次系统、铁路电力、铁路供电调度控制系统、接触网在后续章节介绍。3铁路牵引供电系统按向机车供电的电流制式分为直流与交流。根据接触网上的电压和电流性质，分为不同的电流制式和额定电压，先介绍电流制式。电流制式主要有直流制、低频单相交流制、工频单相交流制三种。4（1）直流制:我国只在厂矿企业内部、城市轨道交通和城市电车中采用，额定电压有1500V和750V、3000V或6000V。（2）交流制

工频(50HZ)单相交流制:主要用于大运量、重载的铁路运输，额定电压为25kV，最高是27.5kV，最低是19kV，是我国电气化铁路唯一采用的电流制形式，也是世界电气化铁路较多采用的电流制形式。根据电流形式：接触网和电力机车受电弓之间的电压是一种波动电压，电压大小与电力机车和牵引变电所的距离有关。我国《铁路技术管理规程》对电气化铁路接触网电压的规定为：接触网标称电压值为25kV，最高工作电压为27.5kV，短时（5min）最高工作电压为29kV，最低工作电压，普速铁路为19kV，高速铁路、城际铁路为20kV。62.1铁路牵引供电外部电源铁路牵引供电系统作为电力系统的电能用户，用电量较大、安全性要求较高。相对牵引变电所而言，通常把为其供电的电力系统称为外部电源。外部电源应达到如下要求：（1）牵引变电所属于一级负荷，必须具备双电源、双回路受电，地方电力系统应可靠地向牵引变电所供电。（2）相邻牵引变电所的进线电源尽可能来自不同的电源点。（3）为保证不间断供电，牵引变电所两路进线宜分塔架设。（4）电力系统提供的电能质量符合国家标准。7

一、电力系统的组成电力系统：由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统称为电力系统，如图2-1所示。发电厂的发电机将一次能源转换成电能，再由升压变压器把低压电能转换为高压电能，经过输电线路进行远距离输送，在变电站内进行电压升级，送至负荷所在区域的配电系统，再有配电所和配电线路把电能分配给电力负荷（用户）。8

一、电力系统的组成电力系统：由发电、变电、输电、配电和用电等环节组成的电能生产、传输、分配和消费的系统称为电力系统，如图2-1所示。发电厂的发电机将一次能源转换成电能，再由升压变压器把低压电能转换为高压电能，经过输电线路进行远距离输送，在变电站内进行电压升级，送至负荷所在区域的配电系统，再有配电所和配电线路把电能分配给电力负荷（用户）。9

一、电力系统的组成10图2-1电力系统构成示意图

一、电力系统的组成电力网：是电力系统的一个组成部分，是由各种电压等级的输电、配电线路以及它们所连接起来的各类变电所所组成的网络。输电线路：由电源向电力负荷输送电能的线路，称为输电线路，包含输电线路的电力网称为输电网；配电线路：担负分配电能任务的线路称为配电线路，包含配电线路的电力网称为配电网。电力网按其本身结构可以分为开式电力网和闭式电力网。凡是用户只能从单个方向获得电能的网络，称为开式电力网；凡用户可以从两个或两个以上方向获得电能的电力网，称为闭式电力网。11

一、电力系统的组成电力网：是电力系统的一个组成部分，是由各种电压等级的输电、配电线路以及它们所连接起来的各类变电所所组成的网络。输电线路：由电源向电力负荷输送电能的线路，称为输电线路，包含输电线路的电力网称为输电网；配电线路：担负分配电能任务的线路称为配电线路，包含配电线路的电力网称为配电网。电力网按其本身结构可以分为开式电力网和闭式电力网。开式电力网：凡是用户只能从单个方向获得电能的网络，称为开式电力网；闭式电力网：凡用户可以从两个或两个以上方向获得电能的电力网，称为闭式电力网。12

一、电力系统的组成13

一、电力系统的组成电能用户（又称电力用户或电力负荷）是指一切消耗电能的用电设备。动力部分：火电站的锅炉、汽轮机；水电站的水库、水轮机；核电厂的核反应堆等。动力系统（DynamicSystem）：电力系统和“动力部分”的总和14

一、电力系统的组成电力一次设备：发电、变电、输电、配电、用电等设备称为电力一次设备，主要有发电机、变压器、架空线路、电缆、断路器、母线、电动机、照明设备、电热设备等。电气一次系统：由一次设备按照一定要求连接成的系统称为电气一次系统（又称为电气主接线）。电力二次设备：为保证主系统安全、稳定、正常运行，对一次设备进行操作、测量、监视、控制、保护、通信和实现自动化的设备称为二次设备。电气二次系统：由二次设备构成的系统称为电气二次系统，又称为二次回路。15

二、电力系统运行的特点电能不能大量存储电力系统暂态过程非常迅速与国民经济的发展密切相关16

三、对电力系统的基本要求保证供电可靠性保证良好的电能质量保证系统运行的经济性电力优先发展环保和生态要求17按负荷对供电可靠性的要求可以将负荷分为三级（或三类）。（1）一级负荷。对这一级负荷中断供电，将造成政治或经济上造成重大损失，人身事故、设备损坏，产品报废，使生产秩序长期不能恢复，人民生活发生混乱。牵引变电所属于一级负荷。（2）二级负荷。对这类负荷中断供电，将造成大量减产，将使人民生活受到影响。（3）三级负荷。所有不属于一、二级的负荷，如非连续生产的车间及辅助车间和小城镇用电等。对一级负荷由两个独立电源供电，要保证不间断供电；对二级负荷，应尽量做到事故时不中断供电，允许手动切换电源；三级负荷在系统出现供电不足时首先被断电，以保证一、二级负荷供电。18

三、对电力系统的基本要求电气化铁路供电系统的外部电源来自公用电力系统的电力网，而限制电力网送电能力的因素有4个方面：①导线发热；②电压损失；③功率和能量损耗；④稳定破坏。这4个方面都是由电流引起的。解决的方法：就是提高供电电压，减小电流。因为三相功率和线电压、线电流的关系为

，当输送功率一定时，电压越高，电流就越小。所以，提高电压是提高电网输送能力、降低网损、提高电能质量的有效措施。但是电压提高会导致电气设备的投资增大。因此，选择一个合适的电压等级是牵引变电所设计中的一项重要工作。19

四、外部电源的电压选择电力网的额定电压等级一般根据输送功率和输电距离来选择，其应用的大致范围可参考表2-1。20

四、外部电源的电压选择表2-1电力网额定电压与输送功率、输电距离的关系我国普速铁路牵引变电系统的电源电压等级一直采用110kV，高速铁路牵引变电系统的电源电压等级大部分地区采用220kV，西北电网少数区域采用330kV。由于牵引负荷电流大，波动比较剧烈，谐波含量丰富，并且属于单相负荷，为了增大电网对谐波、负序的承受力，减小对其他负荷的谐波、负序影响，减小牵引变电所母线电压的波动，降低输电线路损耗，保证输电线路的动态、静态稳定，应尽可能选用更高的电压等级。21

四、外部电源的电压选择外部电源容量一般用短路容量来衡量。短路容量是指三相短路时系统等效电源供给短路点处的容量。电力系统的短路容量，是选择牵引变电所牵引变压器与开关等电力设备所必需的重要参数，同时也是估计电力系统负荷能力的重要依据。电力系统的短路容量同电力系统的发电容量有关，还同负载点所在地点有关。一般电力系统的发电容量越大，短路容量就越大；负载点距离电力系统电源越近，短路容量也越大。22

五、外部电源的容量和可靠性为了保证对电气化铁路的不间断供电，在设计外部供电方式时：首先要考虑牵引变电的可靠性，即尽可能设置备用电源或实现环形供电；其次要使电功率的损耗小，并尽可能减少投资。从供电的可靠性出发，牵引变电所应尽量采用环形供电或两侧供电。如果牵引变电所不能从两侧取得电源时，也可以采用一侧供电方式，但必须设双回路输电线以保证供电的可靠性。当这两回输电线路连接到同一地区变电站时，这两回输电线路必须接至不同的分段母线上。23

五、外部电源的容量和可靠性2.2铁路牵引供电系统原理及组成电气化铁路牵引供电系统构成如图2-2所示。24

一、牵引供电系统组成图2-2牵引供电系统原理外部电源：图中发电机、升压变压器、输电线路是国家电力系统的组成部分，相对牵引变电系统而言，称为外部电源。它由国家电力部门负责建造与管理，其功能是发电、变电和输电，为牵引变电所提供电源。牵引供电系统：牵引供电系统主要包括牵引变电所和接触网两部分。牵引变电系统由国家电力系统或发电厂用专门的高压输电线路供电，并把三相高压电能变为适合电力机车牵引需要的额定电压27.5kV、频率50Hz的单相电，用馈电线馈送给接触网，通过电力机车的受电弓与接触网的接触导线滑动接触，将单相电引入电力机车主变压器的高压绕组。牵引供电回路是由牵引变电所-馈电线-接触网-电力机车-钢轨回路-回流线-接地网等组成的闭合回路。25

一、牵引供电系统组成图中虚线部分统称电气化铁路的牵引供电系统，由铁路部门修建和管理。其中：牵引变电所，是把一次供电系统送来的三相交流高压电变换成较低电压的适合电力机车（动车组）使用要求的电能；馈电线是把牵引变电所变换后的电能送到接触网；接触网是把电能送到电力机车（动车组）；轨道是地回路，作为牵引电流回归通路；回流线是把轨道、地回路中的牵引回归电流导入牵引变电所；电力机车（动车组）是牵引供电系统的负载。26

一、牵引供电系统组成由图可知馈电线、接触网、钢轨和回流线构成一个双导线馈电系统，并经由电力机车形成一个电回路。牵引网：接触网、轨道、馈电线和回流线组成牵引网，其中接触网和轨道为主体。牵引电流：在上述牵引供电回路中流通的电流称为牵引电流。因轨道与大地之间有导电的联系，因此牵引电流在流经电力机车（动车组）后，有部分电流通过轨道进入大地，这部分电流以大地作为导体然后经过牵引变电所的接地网流回牵引变电所的母线。地回流：通常，由大地流回牵引变电所的电流称漏泄电流或叫地中电流，简称地回流。27

一、牵引供电系统组成1．牵引变电所牵引变电所的作用是将110kV、220kV（或330kV）三相交流电变换成27.5（或2×27.5）kV单相50Hz交流电，并供电给电牵引网和电力机车，此外，有少数牵引变电所还需担负地区的10kV动力负荷。所以，牵引变电所是接受与分配电能并改变电能电压的枢纽，是发电厂到电力机车之间的重要环节之一。它主要由牵引变压器和相应的配电装置构成。目前，我国采用的27.5kV（或2×27.5kV）工频单相交流牵引变电所，根据牵引变压器类型的不同，主要有如下几种类型：单相牵引变电所，三相牵引变电所，三相-两相牵引变电所。28一、牵引供电系统组成2．馈电线馈电线是牵引变电所与接触网之间的连接导线。它把牵引变电所变换完成的牵引用电能输送给接触网。馈电线一般采用大截面的钢芯铝绞线。3．接触网接触网是一种悬挂在电气化铁道钢轨上方并和轨顶保持一定距离的链型或单导线的输电网。电力机车（动车组）的受电弓和接触网滑动接触取得电能。交流电气化铁道接触网额定电压为25kV。29一、牵引供电系统组成4．钢轨在非电牵引的情况下，轨道作为列车的导轨和行车信号之用。在电牵引的情况下，轨道还起导通牵引回归电流的作用，是电路的组成部分。因此，电气化铁道的钢轨应具有通畅的导电性能。5．回流线回流线又称为负馈线，是与接触网同杆并列架设的、将轨道中的牵引负荷电流回输到牵引变电所的架空输电线。30一、牵引供电系统组成4．钢轨在非电牵引的情况下，轨道作为列车的导轨和行车信号之用。在电牵引的情况下，轨道还起导通牵引回归电流的作用，是电路的组成部分。因此，电气化铁道的钢轨应具有通畅的导电性能。5．回流线回流线又称为负馈线，是与接触网同杆并列架设的、将轨道中的牵引负荷电流回输到牵引变电所的架空输电线。31一、牵引供电系统组成6．分区所在电气化铁路上，为了保证安全供电和灵活运用，接触网在结构上设有供电分段。在牵引变电所和分区所所在地的接触网设置的分相绝缘装置为分相电分段；若在断开处设置开关设备和相应的配电装置，则组成分区所。分区所的结构型式有多种，它与铁路运量、单线和复线、向牵引网供电方式、采用设备的类型等因素有关。在同一供电臂内设置的电分段为同相电分段，如区间和站场之间（纵向），站场内的货物线、装卸线、段管线，枢纽内场与场之间等（横向）。32一、牵引供电系统组成图2-3局部供电分段示意6．分区所7.开闭所开闭所，实际上是起配电作用的开关站，一般用于以下两种情况。一是在离牵引变电所较远的铁路枢纽地区，另一种情况是在AT供电方式的复线牵引网供电臂中间设置开闭所。开闭所应尽量设置在枢纽地区的负荷中心处，以减少馈线的长度和馈线与接触网的交叉干扰。34一、牵引供电系统组成7.开闭所开闭所，实际上是起配电作用的开关站，一般用于以下两种情况。一是在离牵引变电所较远的铁路枢纽地区，另一种情况是在AT供电方式的复线牵引网供电臂中间设置开闭所。开闭所应尽量设置在枢纽地区的负荷中心处，以减少馈线的长度和馈线与接触网的交叉干扰。8.AT（自耦变压器）所（Auto-TransformerPost，ATP）AT供电系统，除变电所、分区所和开闭所外，在牵引网上还需设置放置自耦变压器的场所，用于将自耦变压器并入接触网和正馈线之间，降低接触网中的负荷电流，延长变电所的供电距离。35一、牵引供电系统组成牵引供电系统的主要功能是：将电力系统通过输电线送来的高压电能110kV(或220kV)降到27.5或2×27.5kV，经馈电线送至接触网，接触网沿铁路上空架设，电力机车（动车组）升弓后便可通过其取得电能，牵引列车不间断地、快速地、可靠地和安全运行。其工作过程示意图如图2-4所示。36二、牵引供电系统的功能37二、牵引供电系统的功能图2-4牵引供电系统的工作过程电力牵引负荷为一级负荷，对供电可靠性要求高，牵引变电所一般设置两台变压器，引入牵引变电所的外部电源应为两路独立可靠的电源，并互为热备用，能够实现自动切换。牵引负荷具有以下特点：（1）负荷大。（2）采用25kV工频单相交流供电。（3）对电力系统产生负序、谐波等影响。（4）对通信线路产生危险影响和杂音干扰。38二、牵引供电系统的功能对牵引供电系统的基本要求：（1）保证向电气化铁路安全、可靠、不间断的供电；（2）提高供电质量，保证必须的电压水平；（3）提高功率因数，减少电能损失，降低工程投资和运营费用；（4）尽量减少单相牵引负荷在电力系统中引起的负序电流和高次谐波的影响；（5）尽量减少对邻近的通信线路的干扰。39二、牵引供电系统的功能外部电源（电力系统）与牵引变电所的电气联结方式。它取决于牵引负荷的用电等级和电力系统的分布情况。牵引变电所与电力系统的产权分界点在牵引变电所一次侧进线的门形构架处，我国规定电力牵引为一级负荷，牵引变电所应有两路电源供电；当任一路电源故障时，另一路电源应能正常供电，其中两路电源可来自不同的变电所或同一变电所的不同母线或母线分段，以保证一级负荷的供电可靠性。40三、外部电源供电方式外部电源（电力系统）对牵引变电所的供电方式，即牵引变电所一次侧(电源侧)的供电方式，可分为单侧供电、双侧供电、环形供电放射式供电。41三、外部电源供电方式单侧供电由一个电力系统变电所给数个牵引变电所供电，为保证供电可靠性，应采用双回路或同杆双回输电线，并由电力系统变电所的不同母线或不同母线分段上引入牵引变电所。如图2-5所示。42三、外部电源供电方式1．单侧供电图2-5外部电源对牵引变电所的单侧供电方式单侧供电方式投资比环形供电方式和双侧供电方式少些，当一路输电线发生故障或检修时，还有另一路输电线送电，保证牵引变电所不致长时间中断供电。单侧供电方式的可靠性一般比双侧供电和环形供电方式要差些。43三、外部电源供电方式1．单侧供电双侧供电电源来自电力系统的两个地区变电所，给铁路供电的输电线是联络这两个地区变电所的线路。如图2-5所示。44三、外部电源供电方式2．双侧供电图2-6外部电源对牵引变电所的双侧供电方式根据可靠性的要求及实际情况，双侧供电可分为双回路输电线和单回路输电线两种类型。但不论哪种类型，各路输电线的容量应不小于相关牵引变电所容量之和。图2-6所示为单回路输电线方式，一次侧进出开关少，投资也少，是比较经济的供电方式，虽供电可靠性不及双回路方式，但任一回路输电线或一侧电源分别故障仍不会导致牵引变电所失电，可以满足供电可靠性要求。45三、外部电源供电方式2．双侧供电根据可靠性的要求及实际情况，双侧供电可分为双回路输电线和单回路输电线两种类型。但不论哪种类型，各路输电线的容量应不小于相关牵引变电所容量之和。图2-6所示为单回路输电线方式，一次侧进出开关少，投资也少，是比较经济的供电方式，虽供电可靠性不及双回路方式，但任一回路输电线或一侧电源分别故障仍不会导致牵引变电所失电，可以满足供电可靠性要求。46三、外部电源供电方式2．双侧供电环形供电为电力系统将牵引变电所联成环形网，优点是供电可靠性好，当任一回输电线或电源故障时都不影响牵引变电所的正常供电。但因牵引变电所一次侧进出线多及开关多，继电保护复杂，会使成本增加。如图2-7所示。47三、外部电源供电方式3．环形供电图2-7外部电源对牵引变电所的双侧供电方式当各牵引变电所离电源差不多等距并且比单侧供电更经济时，可采用放射供电方式。应采用双路或同杆双回输电线。如图2-8所示。48三、外部电源供电方式4．放射式供电图2-8放射式供电外部电源对牵引变电所的供电方式，究竟选用那种供电方式，取决于电气化铁路所经过的地区电力系统和牵引变电所的具体情况。国内现行电网模式中，有更高一级电网时，往往不再使低一级电网结环运行。因此，在目前220kV及更高电压等级广泛形成的情况下，当采用110kV或220kV系统给铁路牵引供电时，就较少采用环形供电方式，而多用单侧供电方式或带有备用开关的双侧供电方式及放射供电方式。49三、外部电源供电方式4．放射式供电牵引变电所向接触网供电有以下三种方式：并联供电、全并联AT供电越区供电。50四、牵引变电所对牵引网的供电方式51四、牵引变电所对牵引网的供电方式1．并联供电图2-9双线区段上、下行并联供电对于双线电气化区段采用图2-9所示的上、下行同相接触网末端连接，实现并联供电方式。目前我国新建高速铁路和重载铁路普遍采用AT供电方式，接触网在分区所、AT所处均并联，即为全并联AT供电方式。52四、牵引变电所对牵引网的供电方式2．全并联AT供电图2-10全并联AT供电方式示意图正常运行时接触网在相邻两个牵引变电所的中央分区所处断开，分成两个供电臀。每一个供电臂只能从一端的牵引变电所获得电流，实现单边供电。当一座引变电所发生严重故障或由于某种原因不能对供电臂正常供电，撤出运行时，相邻变电所可以通过分区所实现越区供电。此时牵引变电所供电范围扩大，网压降低。采取限速、减少列车对数或牵引定数的方式降低负荷，可以维持列车运行。以单线区段为例，牵引变电所越区供电示意如图2-11所示。53四、牵引变电所对牵引网的供电方式3．越区供电54四、牵引变电所对牵引网的供电方式3．越区供电图2-11单线区段牵引变电所越区供电示意图1-牵引变电所；2-分区所；3-撤出运行的牵引变电所的一个供电臂；4-撤出运行的牵引变电所的另一个供电臂55四、牵引变电所对牵引网的供电方式3．越区供电越区供电方式：一座牵引变电所撤出运行时，由两侧相邻的牵引变电所供电，这种供电方式称为越区供电方式。越区供电时，相邻变电所的供电范围扩大，严重影响供电质量，一般不允许长时间运行，只是在保证客运和重点列车正点运行等情况下采用，可以避免一座引变电所撤出运行时中断行车。2.3铁路牵引网供电方式铁路牵引网可采用的基本供电方式主要有直接供电方式、带回流线的直接供电方式、BT（吸流变压器）供电方式、AT（自耦变压器）供电方式和CC（同轴电缆）供电方式、同相供电六种。针对牵引网的结构，采取不同的技术措施和装备，以减少电气不对称牵引网对邻近通信线产生的干扰，降低牵引网电压损失和电能损失，提高电气化铁路效益，采用BT、AT或CC等供电方式就是为了提高供电回来的电气对称性。目前我国电气化铁路大多采用带回流线的直接供电方式和AT供电方式。562.3铁路牵引网供电方式直接供电方式是在牵引网中不采取电磁干扰防护措施的一种供电方式。它一根馈线接在接触网(T)上，另一根馈线接在钢轨(R)上，简称TR供电方式。如图2-12所示。57

一、直接供电方式图2-12直接供电方式2.3铁路牵引网供电方式电气化铁路是单相负荷，电力机车由接触网取得的电流经钢轨流回牵引变电所。由于钢轨与大地是不绝缘的，一部分回流电流由钢轨流入大地，造成钢轨电位相对较高，同时对通信线路产生电磁感应大，只适用在铁路沿线对防电磁干扰影响要求不高的地区，例如无架空通信线路或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段。电气化铁路早期大都采用这种供电方式，目前一般很少采用。58

一、直接供电方式2.3铁路牵引网供电方式直接供电方式的特点：牵引网结构最简单，投资最省，牵引网阻抗较小，能耗也较低，施工维护工作量相对较少。供电距离单线一般为30~40km，双线一般为25km左右。需要改进的是：降低钢轨电位；减小对弱电系统的电磁干扰；提高供电能力（更小的牵引网电压损失和电能损失），使供电距离更长，减小分相数量。59

一、直接供电方式2.3铁路牵引网供电方式带回流线的直接供电方式是在接触导线平行位置(支柱另侧)增加金属回流导线（简称NF线），并隔一定距离设置连接导线将回流导线与钢轨并联，从而构成回流导线和钢轨—地回路的回流设施，简称TRNF供电方式。如图2-13所示。60

二、带回流线的直接供电方式图2-13带回流线的直接供电方式2.3铁路牵引网供电方式从图2-13可知，由于回流线和钢轨并联连接，牵引网阻抗减小，使供电臂电压损失减小，供电臂末端电压水平提高，供电臂的距离增长约30%。另一方面使正常运行时钢轨中负荷电流的一部分分流到回流线中去，从而可降低钢轨对地电位，减少流入地中的电流。同时回流线与接触导线距离较小(按25kV绝缘距离要求)，增强了对接触网负荷电流磁场的去磁效应。61

二、带回流线的直接供电方式2.3铁路牵引网供电方式带回流线的直接供电方式的特点：相对于直接供电方式具有更低的钢轨电位，可减轻对通信线路的干扰影响，并使牵引网单位阻抗降低，有利于减小电压损失和功率损失。若对回流线网(回流线与连接导线)结构布置和参数选择进行优化，可以有效提高抗干扰的效果。带回流线的直接供电方式相对于BT和AT供电方式，其牵引网结构较简单，节约投资和运营成本，因而在我国新建和改建普速电气化铁路得到广泛应用。62

二、带回流线的直接供电方式2.3铁路牵引网供电方式

每隔2~4km在牵引网的绝缘锚段关节中串入一个变比为1:1的吸流变压器(BoostTransformer，BT)，即构成BT（吸流变压器)供电方式，其原理如图2-14所示。63

三、BT（吸流变压器)供电方式图2-14BT（吸流变压器）供电方式2.3铁路牵引网供电方式BT（吸流变压器)供电方式的优点：当牵引负荷电流经吸流变压器原边时，其副边产生大小基本相等，方向相反的互感电流，迫使负荷电流沿回流线流回牵引变电所而不经由轨道和大地(仅BT原边的激磁电流仍流经轨道和大地返回)。从而能有效减少牵引电流对附近金属线路和电子设备的干扰，有效降低钢轨对地电位。64

三、BT（吸流变压器)供电方式2.3铁路牵引网供电方式BT供电方式的明显缺点是：牵引网阻抗较大，供电臂末端电压偏低，并增大功率损失，牵引网的绝缘锚段关节中串入BT原边绕组，对列车运行速度会产生不利影响，并在机车通过断口时，受电弓可能产生大电弧而受到烧损。此外，吸流变压器一回流线装置的设备增多(含BT的保护避雷器等)，馈电回路结构复杂，工程造价增高。与带回流线的直接供电方式相比，其运营维护复杂，因而限制了它的应用范围，一般仅在靠近城市通信线路密集的电气化区段中采用。65

三、BT（吸流变压器)供电方式2.3铁路牵引网供电方式自耦变压器供电方式如图2-15所示。66

四、AT(自耦变压器)供电方式图2-15AT（自耦变压器）供电方式2.3铁路牵引网供电方式AT供电方式接触网结构较其他供电方式复杂。田野侧架设有AF线，AF线电压与接触网电压相等，方向相反，起到防干扰效果。AT（自耦变压器）原边并联接入于接触网和正馈线AF上，中点接入轨道R，电力机车运行于AT副边的接触网和轨道之间。在结构上，AT供电方式用自耦变压器取代了BT，正馈线的作用及其布置与回流线相同，但两个AT之间距离可增大至10~20km(称为AT段)，并消除了接触导线由于串入BT而存在断口的问题。由于牵引变电所馈出电压高，所间距可增加一倍，接触网负荷电流均衡。67

四、AT(自耦变压器)供电方式2.3铁路牵引网供电方式实际上由于自耦变压器存在阻抗且容量是有限的，因而远离机车的AT也提供部分牵引电流，致使全部供电区的轨道一地回路中都有电流流通，并相应地存在地中电流，导致对邻近通信线路产生电磁感应影响。但由于AT阻抗很小〔一般为0.45Ω)，因而机车所处AT段以外的每台AT向机车供给的牵引电流较小，可有效降低全线的感应影响，其防护效果与BT供电方式相当。目前AT供电方式已成为我国高速铁路和重载铁路首选供电方式。68

四、AT(自耦变压器)供电方式2.3铁路牵引网供电方式CC(同轴电缆)供电方式是一种新型的供电方式。每隔5~10km作一个分段，如图2-16所示。69

五、CC(同轴电缆)供电方式图2-16同轴电力电缆供电方式2.3铁路牵引网供电方式CC供电方式的优点：由于馈电线与回流线在同一电缆中，间隔很小，而且同轴布置，使互感系数增大；同轴电力电缆的阻抗比接触网和钢轨的阻抗小得多，牵引电流和回流几乎全部经由同轴电力电缆中流过；电缆芯线与外部导体电流相等，方向相反，二者形成的磁场相互抵消，对邻近的通信线路几乎无干扰；阻抗小，因而供电距离长。但由于同轴电力电缆造价高，投资大，现仅在一些特别困难的区段采用。70

五、CC(同轴电缆)供电方式2.3铁路牵引网供电方式与BT供电方式相比，AT供电方式和直接供电方式（包括加负馈线供电方式）的很多特点，都能满足高速电力牵引的要求。AT供电方式变电所间距大，一是可以大大减少电分相数量，并且牵引网阻抗小，能显著减小牵引网电压损失，改善供电质量，保证列车高速运行；二是可以密切配合电力系统向电气化铁路供电的电源选择，以降低工程造价。另外，AT供电方式对通信线路的影响较小，与BT供电方式相当。71

五、CC(同轴电缆)供电方式2.3铁路牵引网供电方式前面五种供电方式，从整个供电系统上说，都属于异相供电方式，即是说，或者在牵引变电所馈线出口，或者在分区所，为达到尽可能减少负序影响的目的，都采用换相措施。自动过分相装置虽然是解决问题的方法之一，但因电压高、转换动作频繁，使其准确性和可靠度在应用中受到严峻挑战，地面自动过分相装置出现故障时，列车会硬闯分相环节，容易造成短路故障，而车上自动过分相装置故障时会影响机车运行。电分相环节对高速、重载行车有极大制约作用。72

六、同相供电方式2.3铁路牵引网供电方式同相供电方式：同相供电方式是指线路上不同变电所供电的区段接触网电压相位相同，线路上无电分相环节的牵引供电方式。理论上，全线各牵引变电所采用单相变压器就可实现同相供电，但由于单相负荷在电力系统引起负序电流，当电力系统薄弱时，会导致严重的三相不平衡，不能满足国家标准要求而不被允许。同相供电的技术关键是在牵引变电所中实现三相／单相对称变换，抑制负序电流和三相电压不平衡。理论证明最节省对称补偿容量的技术方案是采用平衡变压器和潮流控制器（RailwayStaticPowerConditioner，PPC)。73

六、同相供电方式2.3铁路牵引网供电方式随着大功率电力电子技术的发展，功率半导体器件容量不断增大，集成水平不断提高，价格不断下降，为解决牵引供电系统与电力系统在电能质量上存在的矛盾提供了新思路。实现同相供电并最终全面解决牵引网电能质量问题的方案应该是实现“独立”供电，利用直流环节的隔离作用，在PFC的基础上构建交－直－交全变换的牵引变电所并将牵引网互连，形成独立于上一级电网的环形牵引供电网络。由于采用交一直一交全变换，电力系统与牵引网只交换有功，且三相负荷平衡，不存在负序问题，由此不需要采用平衡变压器方案或换相接线来抑制负序，变压器的容量利用率和负荷率都得到极大提高。同相贯通供电系统结构原理图如图2-17所示。74

六、同相供电方式2.3铁路牵引网供电方式同相贯通供电系统结构原理图如图2-17所示。全线用同一相位的单相供电。同相供电不仅能使电能质量得以根本改善，还能从本质上避免牵引变电所出口处的电分相环节。75

六、同相供电方式图2-17同相供电方式2.4相关接口知识接口是指铁路各子系统之间、系统与外部环境之间在包括系统设计、装备制造、施工、运行维护等在内的工作界面上的搭接关系和为实现系统既定性能指标而在不同子系统的设施、设备之间的参数、结构和功能配合关系。为确保技术体系的完整性和各子系统之间紧密衔接，必须依据系统工程理论加强系统设计，强化系统集成，统一协调监管。牵引供电系统的主要接口见表2-2（见课本P22表2-2牵引供电系统的主要接口）。76

一、接口概述2.4相关接口知识牵引供电系统应向外部电源系统（电力系统）提供牵引负荷、牵引变压器安装容量、年用电量等资料，以便电力部门完成牵引变电所接入系统方案。电力系统应向牵引供电系统提供电力系统短路容量等接口资料，完成保护整定计算。1.考虑要素主要包括牵引负荷特性，电力系统与牵引供电系统的相互影响以及降低相互影响的措施、方法和标准。2.对电力系统供电能力要求电气化铁路的行车密度大，机车运行功率大，电力系统供电能力应与牵引负荷匹配。77

二、与电气化铁路外部系统的接口2.4相关接口知识