电气化铁路牵引供电基本知识探讨

1、电气化铁路牵引供电基本知识,第一篇 电力牵引供变电系统,概述一,概述二,总体目录,一、电力系统 二、牵引变电所的一次供电方式 三、牵引变电所的引入方式 四、牵引变压器结线 五、牵引变电电气主接线 六、电气化铁路的供电方式 七、接触网的供电方式 八、牵引变电所防雷、回流及接地 九、负序的影响及对策 十、并联电容无功功率补偿 十一、谐波的影响及对策 十二、牵引变电所的电气设备 附件、武广、广深港、郑西客运专线牵引供变电主要技术标准（建议稿）,一、电力系统,（一）电力系统,说明1：电力系统概念 是由发电、输电、变电、配电及用电等设施构成的综合动力系统。 说明2：电力网概念 将电力系统中的输电、变电、

2、配电部分称为电力网。,一、电力系统,（二）我国电力网分级,（三）我国电力网电压,一、电力系统,（四）负荷等级,说明1：分级依据：根据重要性和中断供电对政治、经济造成的损失和影响程度。 说明2：电力牵引负荷为一级负荷 铁路是国民经济的大动脉、中断运输影响本线及相临各线、造成重大政治、经济损失 作为一级负荷，牵引变电所有两路电源供电，当其中一路发生故障时，另一路仍能正常工作。 说明3：所以要求牵引变电所两路电源一般来自电力系统不同的变电站（电厂）；确有困难时，可来自同一变电 站，但是不同回路的两段母线。,二、牵引变电所的一次供电方式,（一）一边供电方式 1概念：牵引变电所的电能是电力系统的一个方向

3、送来的。 2说明：构成了可靠的供电网络，任一电源故障，不会中断供电。,二、牵引变电所的一次供电方式,（二）两边供电方式 1概念：牵引变电所的电能是电力系统的两个方向送来的。 2说明：构成了可靠的供电网络，任一电源故障，不会中断供电。,二、牵引变电所的一次供电方式,（三）环形供电方式 1概念：若干发电厂、地区变电所、通过高压输电线构成环形电力 网，牵引变电所处于网中的一段环路中。 2优点：电力系统频率稳定、电压波动幅度小。 （四）三种供电方式比较 一边供电方式是可靠的、可以采用； 两边供电和环形供电比一边供电可靠性更高、供电质量更好，应尽量采用。 在一条很长的电气化铁道区段上，往往同时采用几种不

4、同的外部供电方式。,三、牵引变电所的引入方式,桥形接线方式：内桥、外桥 分支接线（双T接线）方式：有跨条、无跨条 单母线分段接线方式 （一）桥形接线方式 1概念：当牵引变电所接入的电力系统内有穿越功率时的引入方式。 内桥接线：桥位于牵引变压器侧；外桥接线：桥位于线路侧。,三、牵引变电所的引入方式,2说明：给牵引变电所供电时，两回进线和桥断路器均工作；并入接电 力网。 3内、外桥比较,4 说明： 桥形接线方式在我国采用较少。,三、牵引变电所的引入方式,（二）分支接线（双T接线）方式,1概念：当牵引变电所接入的电力系统内没有穿越功率时的引入方式。 进线间无跨条方式：两回进线间没有跨条； 进线间有跨

5、条方式：两回进线间有隔离开关相连。,三、牵引变电所的引入方式,2两种方式比较,3说明：分支接线方式在我国绝大多数牵引变电所采用。 （终端型变电所）,三、牵引变电所的引入方式,1概念：当牵引变电所除了两回电源引入线外，还需要引出线的中心 变电所采用的引入方式。 2优点：母线断路器既能通过穿越功率，又可在不要时将母线分段； 可靠性和灵活性好。,四、牵引变压器结线,1 说明：牵引变压器是连接牵引供电系统和电力系统的重要设备，起传递功 率和变压的作用。牵引负荷是单相负荷，引起电力系统的三相不平 衡，不同的牵引变压器结线型式引起的三相不平衡度不同。变压器 接线型式的选择，应综合考虑各种因素。 2牵引变压

6、器结线的九种结线型式 目前我国多采用单相结线（V，V型结线），三相结线，近年又采用了斯柯特 结线，由三相YN，d11和d1组成的十字交叉结线、YN，V阻抗匹配平衡结 线、三相V，V结线等变压器。九种结线型式为： 单相结线：简单单相结线 单相V，V结线或V，X结线 三相V，V结线 三相结线：YN，d11结线 YN，d11，d1十字交叉结线 三相两相平衡结线：SCOTTE（斯柯特）结线 WOOD-BRIDGE（伍德桥或变形伍德桥）结线 YN，V阻抗匹配平衡结线 YN，V非阻抗匹配平衡结线,四、牵引变压器结线,（一）单相结线 1简单单相结线 2单相V，V结线,四、牵引变压器结线,3三相V，V结线 4

7、三种单相变压器结线特点表,四、牵引变压器结线,（二）三相结线 1 YN，d11结线 2 YN，d11，d1十字交叉接线,说明：对电力系统影响和容量利用率：YN，d11，d1结线十字交 叉接线与YN，d11结线相同。,四、牵引变压器结线,3三种单相变压器结线特点表,四、牵引变压器结线,（三）三相两相平衡结线 1 SCOTTE结线(大秦、京秦、郑武采用),特征：SCOTTE结线变压器 是一种平衡变压器， 其结线可看作两个单 相变压器组成，一台 变压器原绕组w接两 相上，另一台变压器 的原绕组 w/2的一 端引出，接第三相 另一端接第一台变 压器的绕组中点。两 副边绕组相等。,四、牵引变压器结线,优

8、点：SCOTTE变压器把三相对称电压变换为两相对称电压（相位相差 900）；当两臂负荷电流相等（相位相差900）时，原边三相电流对 称不含负序电流。 每所设两台，一主一备。 SCOTTE变压器的两个输出电压可以根据需要取值：如适应AT供电方 式，取55kV，两个输出电压分别接两个自耦变压器的两端点，中间抽 头接地网和钢轨，获得2*27.5kV电压。 但55kV绕组无中间抽头，用于AT供电方式时，应另设2台AT变压器。 输出容量与额定容量接近相等，容量利用率接近1。 可采用逆SCOTTE变压器产生三相对称电压供牵引变电所的自用电。 缺点：绕组需全绝缘，变压器造价高。 主接线复杂，设备多，工程投资

9、大。 存在中性点不能引出问题：原边接点0随负荷变化而产生漂移，漂移 引起各绕组电压不平衡，加重绕组绝缘负担。故只能用于中性点不接 地系统。容量利用率接近100%。,四、牵引变压器结线,2 WOOD-BRIDGE结线,特征：与SCOTTE相同，实现三相-两相变 换，副边电压相差900。二次侧绕组具 有相同的负荷电流时，一次侧的三相电 流对称。 分析：一次侧很方便的引出中点（SCOTTE不 能），在单相接地情况下，变压器绝缘 较SCOTTE变压器低，只按相电压绝缘 即可。解决了中性点不能引出问题 优点：随运量增加和速度的提高，迫使电气化 使用AT方式，AT方式提高供电电 压，使变电所距离加长，则两

10、牵引的负 荷变得均匀，采用三相-两相变压器接线 方式，使三相系统的不对称得到改善。 缺点：变压器内部接线复杂。 对AT方式，需配备一台AT变压器。 造价提高。,四、牵引变压器结线,3 YN，V阻抗匹配平衡结线(成昆线采用),特征：在YN，d11的基础上，通过阻抗匹 配，实现三相-两相变换，副边电压 相差 900。即与SCOTTE相同。 分析：三相变压器，三相不对称和容量利 用率低的原因：副边存在轻负荷。 为此：采取增加轻负荷相绕组匝数办法， 适当改变轻负荷相阻抗值，使三相 磁势平衡，实现原边三相电流对称。 数学关系：非接地相O的阻抗： ZO=（ ）ZG 非接地相的两端增加了两个对称的外 移绕组

11、平衡绕组 W3：W3=（ ）/2W2 容量利用率接近100%。,四、牵引变压器结线,4 YN，V非阻抗匹配平衡结线,特征：与YN，V阻抗匹配平衡结线相同 分析：在YN，V阻抗匹配平衡结线的基 础上，不进行阻抗匹配，只设平 衡绕组，则非接地相的电流显然 回增大，为此，可在两个接地相 各增加一个匝数为W4的绕组，使 三相磁势仍保持平衡。 数学关系：根据磁势平衡原理可以推出 （ 平衡绕组W3、补偿绕组W4 ） 容量利用率为100%。,五、牵引变电电气主接线,牵引变电所主接线 分区所主接线 AT所主接线 开闭所主接线,五、牵引变电电气主接线,（一）牵引变电所主接线,五、牵引变电电气主接线,（二）分区所

12、主接线,五、牵引变电电气主接线,（三）AT所主接线,五、牵引变电电气主接线,（四）开闭所主接线,六、电气化铁路的供电方式,牵引供电系统的五种供电方式 TR（直接）供电方式 BT （吸流变压器）供电方式 TRNF（带回流线的直接）供电方式 AT（自耦变压器）供电方式 CC（同轴电力电缆）供电方式,六、电气化铁路的供电方式,（一）TR（直接）供电方式,说明1：一根馈线接在接触网（T）上， 另一根馈线接在钢轨（R）上； 机车电流经钢轨（钢轨与大地不 绝缘，一部分经大地）流回牵引 变电所。 2优点：供电方式结构最简单、检修方便 投资最省。 牵引网阻抗较小，能耗最低。 3供电距离：单线一般30km、复线

13、一般 25km。 4缺点：钢轨电位比其他高；无防护、对 临近通信线路干扰大。 5适应地点：铁路沿线无架空通信线路或 采用通信电缆的区段。,六、电气化铁路的供电方式,（二）BT （吸流变压器、吸流变压器-回流线、吸-回）供电方式,BT （吸流变压器）供电方式,交流牵引供电系统的不对称馈电方式是造成对通信线路产生感应影响的主要原因； 防护措施：加强OCS和 回流线路间 的互感耦合。如：AT、BT、DN。,六、电气化铁路的供电方式,1说明1：三个重要组成部分吸流变压器、吸上线、回流线吸流变压器的变比为1：1，一 个吸流变压器区段长1.54km； 回流线牵引电流流回牵引变电所；吸上线将钢轨与回流线连接

14、； 1说明2：一次绕组串接在接触网（T）上，二次绕组串接在回流线（NF）上；一次绕组流过 牵引电流时，二次绕组强制将回流流R入回流线； 机车电流由钢轨经吸上线、吸 流变压器和回流线流回牵引变电所。 2优点：（OCS与NF的电流大小相等、方向相反）对铁路临近通信线路的电磁感应绝大部分 被抵消（与AT相当，短路AT优于BT）。 3供电距离：较短单线一般25km、复线一般20km。 4缺点：供电方式复杂；投资比直接供电方式大；牵引网单位阻抗比直接供电方式增大约49% （电阻56%、电抗48%；牵引网当量阻抗增加51%），电压损失增大51%；能耗增加 56%。；牵引网短路时，BT铁心饱和，防护效果降低

15、。 高速和大功率不能用：机车在BT关节处瞬间将BT原边短路，绕组产生很高自感电 势，使受电弓和OCS间产生很强电弧，烧伤OCS和滑板。BT串联在牵引网中，可靠 性低。 5适应地点：对铁路沿线架空通信线路防护要求高的区段。 6BT剩余感应影响：即长回路感应影响=5%（无BT影响）：激磁电流、OCS-NF环路感应电 压、轨道二次感应影响； 半段效应：前半段OCS有电流-NF无电流；后半段OCS无电流-NF有电流。,六、电气化铁路的供电方式,（三）DN（带回流线的直接供电）方式,带回流线的直接供电方式,说明1：相当于TR方式，在接触网支柱上多一条与钢轨并联的回流线；相当于BT方式取消了吸流变压器，保

16、留回流线； 吸上线每3-5km设一处； 机车电流经钢轨（一部分利用OCS与NF的互感作用、使钢轨中的回流流入回流线NF中电流约占20-40%）流回牵引变电所。 2优缺点：OCS结构比较简单； 能部分抵消对临近通信线路的干扰（防护效果比TR好、比BT差） 屏蔽系数：回流线与OCS距离近，相当于对通信线路增加了屏蔽效果。单线区段0.7-0.8、复线区段0.4-0.5； 造价比BT方式低（比TR高）； 轨道电位比TR降低； 牵引网阻抗比直接供电方式和BT方式低，OCS电压水平高、电能损失小。 3供电距离：单线一般30km、复线一般25km。 4适应地点：对通信线路防干扰要求不高的区段。,六、电气化铁

17、路的供电方式,（四）AT（自耦变压器）供电方式,自耦变压器供电方式,六、电气化铁路的供电方式,说明1：两个重要组成部分AT变压器、AF线 吸流变压器并联在OCS（+27.5）与AF(-27.5)线之间、绕组中点与钢轨连接，约10公里一处 (故AT馈电电压为TR、BT的2倍)； AF线牵引电流流回牵引变电所（约1/2牵引电流）； CPW线在一个自耦变压器区段设1-3处； 机车电流由AT变压器和AF线流回牵引变电所（与OCS大小相等、方向相反，为1/2牵引电 流）。 2优点：（OCS与AF的电流大小相等、方向相反）对铁路临近通信线路的电磁感应绝大部分被抵 消； 牵引变电所数量少、电力系统投资小；

18、AT将牵引网供电电压提高了一倍、牵引网阻抗最小（约为TR方式的1/4）电压损失小、电能 损失低、供电能力大（与供电电压平方成正比）、供电距离长（阻抗1/4，则供电距离4 倍）、供电质量高。 AT容量大，OCS短路时铁心不饱和，防护效果好。 AT并联在牵引网中，AT处不分段，适应高速运行，可靠性高。 3供电距离：供电臂长度可达到40-50公里，所间距90-100km。 4缺点：牵引变电所和牵引网复杂、牵引供电系统投资大（大于BT）； 开闭所、AT所和分区所比较复杂。 5适应地点：对铁路沿线通信线路防护要求高的区段（与BT相当）； 高速铁路、重载线路、繁忙干线、电力系统电源点少区段。,六、电气化铁

19、路的供电方式,（五）CC（同轴电力电缆）供电方式,CC（同轴电力电缆）供电方式,六、电气化铁路的供电方式,说明1：同轴电力电缆沿铁路线路埋设，内部芯线作馈电线与接触网相连、外部导体作 为回流线与钢轨相连；每5-10km作一个分段； 牵引电流和回流几乎全部从同轴电力电缆流过馈电线与回流线间距很小、 且同轴布置，互感系数大，同轴电力电缆阻抗比接触网和钢轨的阻抗小得多。 2优点：对临近通信线路几乎无干扰-内部芯线和外部导体电流大小相等、方向相反； 结构简单、易于维护，可靠性高； 牵引网阻抗最小，供电距离长，能耗最低。 供电距离长。 3缺点：造价最高、投资最大。 4适应地点：特别在长大隧道中使用。,（

20、六）牵引供电方式的选用原则 1可采用TR供电方式、带回流线的直接供电方式、AT供电方式或BT供电方式。 2一般情况下宜采用带回流线的直接供电方式，在通信防护不满足要求的局部区段，可采用BT供电方式； 3繁忙干线、重载干线或沿线电力系统电源点较少区段，可采用AT供电方式。,七、接触网的供电方式,说明：接触网的供电方式是指牵引变电所向接触网供电的方式。 （一）牵引网的五种供电方式 单线供电方式： 单线单边供电方式 单线双边供电方式 复线供电方式： 复线单边末端并联供电方式 复线单边全并联供电方式 复线双边供电方式（我国未采用，不介绍）,七、接触网的供电方式,（二）单线供电方式,单线单边供电方式,单

21、线双边供电方式,七、接触网的供电方式,单线供电方式比较,八、牵引变电所防雷、回流及接地,（一）防雷 1概念 过电压：对电气设备的绝缘有击穿危险的电压（电气设备都有一定的绝缘强度，超过它所能承受的 强度，设备绝缘会被击穿）。 大气过电压（外部过电压）：自然雷电产生的过电压。 直击雷雷电直接对电气设备放电； 感应雷感应雷电荷放电； 雷电波入侵接触网受直击雷或感应雷后，雷电波顺线路进入TPS，形成巨大的前沿 很陡的电流。（高达2030万伏）。 内部过电压：（操作过电压切断电感、电容，系统共振等）电力系统内部产生的过电压。 电气化牵引网的过电压一般不超过工作电压的3倍，加之有避雷器保护，设备本身的 绝

22、缘强度能承受。 2防雷措施 避雷线（用于变压器的引出线和高压输电线引入线）：在变电所的1-2公里进线段架设避雷 线，防止雷电入侵变点所（牵引变电所的馈线电压低，一般不设）。 对接触网，由于难装避雷线； 变电所也可采用避雷线进行保护。保护角一般20300 接触网上设架空地线，保护接触网； 抗雷圈：采用抗雷圈代替相当于800m避雷线。 避雷针（防直击雷尖端放电原理）：变电所安装避雷针，防止直击累击中电气设备；一般采 用34支避雷针进行保护，避雷针安装高度一般情况下大于25米。 避雷器（在冲击高压下，电阻值变小；（在工频电压下，电阻值变大）：每组高压母线应装设避雷 器，防止雷电波从电源线路和OCS入

23、侵。,八、牵引变电所防雷、回流及接地,（二）回流,1地中电流：牵引电流经轨道和大地流回牵引变电所，在地中产生地中 电流。地中电流特点：先少后多最后少； 轨道电流：先多后少最后多； 沿轨道逐渐入地，又逐渐流回轨道；不是在机车处集中入 地，在所处集中流回。 2地中电流特点：接近轨道的地中电流密度大，远离轨道的地中电流密 度小。 3特点：地中电流不是返回轨道流回变电所，而是趋向接地网流回变电 所。原因：变电所的接地电阻0.5欧接地网外表面到无限远 的大地的电阻；地回路电阻地中电流在大地流动的电阻是 0.05欧/km，两值属同一等级。但轨道与地间的过度电阻相对较 大，故地电流由接地网流回。 4地中电流

24、对地下管道和电缆的影响 地中电流流过管道和电缆的金属表皮，使金属温度升高；产生电 压降出现对地电压。出现危险电压，危及人身安全。 5防护措施： AT方式：经AF线流回变压器，在所第一AT区段有机车时，部分 回流经N线流回变压器。正常接地网中没有电流。 BT方式：地中电流在吸上线附近回到钢轨，经吸上线流回吸上线， 全部电流经回流线（NF）流回变电所。正常接地网中没电流。 直接供电方式：地中电流一部分流回钢轨/一部分经所接地网流 回变压器。 TRNF（DN）方式：20-30%经所接地网流回变压器。 可见：AT、BT方式经轨道和变电所接地网流回的电流几乎为零。,八、牵引变电所防雷、回流及接地,（三）

25、接地 保护接地：保护人身及设备安全对电气设备的外壳可靠接地，电气设备绝缘受到破坏后，外壳 与大地接通，故障电流流入大地，人接触外壳但流经人体电流很小，保障了人身安全。 如： 电机、变压器、电器设备的外壳和底座； 互感器的二次绕组； 配电盘与控制屏框架； 室内外配电装置的金属构架等。 工作接地：电气设备需要正常工作而采取的接地措施。 如： 变压器中点接地、避雷针、避雷器的接地。 牵引侧回流的工作接地有两种方式： 直供方式、DN（TRNF）方式：牵引变压器低压侧绕组的一个出线端子与接地网直接连接；由于回 流通过接地网流回变压器，引起接地网电位升高。所以接地装置的 接地电阻越小越好。 AT、BT方式

26、：回流线或AT变的中点经放电装置与接地网相连。正常，回流线与接地网不连通，变 电所的接地网没有电流；变电所内接地或OCS故障，引起钢轨和回流线电位升高。 当回流线与接地网之间电压超过3kV，放电装置击穿接通，限制了钢轨和回流线 电位。故障切除后，恢复原状。 接地电阻规定：在故障时，接地电压不大于2000V；当流经接地装置的电流大于4000A时，接地装 置的接地电阻不得大于0.5欧。,九、负序的影响及对策,（一）负序的概念,说明：交流电气化铁路为不对称单相负荷，造成电力系统三相负荷不对称。一个 不对称的符合可以采用对称分量法分解为正序、负序和零序三个对称分量。正序分量：三个相量大小相等、相位差1

27、200 ，相序按顺时针排列； 负序分量：三个相量大小相等、相位差1200 ，相序按逆时针排列； 零序分量：三个相量大小相等、相位相同。（由于牵引变压器二次侧采用三角形 或不完全三角形结线，故零序电流无法流通）。 故： 不平衡负荷对电力系统的影响，实质是负序电流对电力系统的影响。 特点： 负序电流的有功功率为0； 三相电流的电能损失=正序电流电能损失+负序电流电能损失。,九、负序的影响及对策,（二）负序的影响 1概述：负序出现某一相电流最大，引起其他达不到额定值，影响额定容量或 额定功率。负序分量与电力系统正常运行的相序相反，对电力系统产 生不良影响。 2对发电机： 出力下降：某一相电流达到额定

28、值（其他相没达到）达到额定温升（其 他相没达到）。 产生附加振动：负序磁场旋转方向与发电机旋转方向相反，故负序以2倍转 速切割转子，产生负序力矩，产生附加振动。 发热：引起转子不均匀发热和转子表面发热。 3对电动机： 说明：负序电流在电力系统产生负序电压，使电动机端子三相电压不对称-正序分量减少，造成各相电流不平衡，降低运行效率。 4电力变压器：引起一相电流最大，使容量利用率下降。 5输电线路：负序不做功、造成电力损失，降低电力网的输送能力。 6对继电保护的影响：当负序值超过整定值时，继电保护会动作误动作。,九、负序的影响及对策,（三）对负序影响的对策 第一、采用不同结线型式 1、纯单相结线：

29、负序电流=正序电流；（两牵引负荷相等条件下）负序最 大、最简单。 2、单相V，V：负序电流=0.5正序电流（两牵引负荷相等条件下） 3、三相YN，d11结线：负序电流=0.5正序电流（两牵引负荷相等条件下） 4、三相YN，d11，d1结线：负序电流对电力系统的影响和变压器容量利用率与三相 YN，d11结线相同。 5、SCOTTE：无负序电流（两牵引负荷相等条件下）。负序最小、最复杂。 第二、采用轮换相序的接线方法 多个不同相位的负序电流相加，总负序电流会减少。接入多个不同相序的牵引 变电所，可以降低同一电力系统的总负序影响。 第三、电力系统可采取的措施 安装同期调相机：负序阻抗低、可吸收负序电

30、流； 调整允许方式：小容量发电机组不联网运行或增大接入阻抗、减少负序电流流入。 改变有负序特征的继电保护整定值，或采用其他方式，避免误动作。,十、并联电容无功功率补偿,（一）概念 1整流型电力机车的功率因数：我国电气化铁道采用整流型电力机 车，整流型电力机车的功率因数一般 为0.80.84；由于牵引网阻抗，变压 器低压侧要下降0.010.05)。 牵引变压器低压侧的功率因数：一般为0.8-0.82；由于牵引变压器阻 抗影响，牵引变压器高压侧的功率因 数下降约0.05,一般为0.8-0.82； 则牵引变压器高压侧的功率因数约为0.77-0.78。 2电力部门要求：电气化铁路执行0.9的标准。 3

31、当月电费=固定容量电费+电度费+功率因数调整电费。 当功率因数低于0.9，每低0.1，增加电费5%； 当功率因数大于0.9，每高0.01，减少电费15%。,十、并联电容无功功率补偿,（二）功率因数低的不良影响 1降低发电机的输出能力 S= 2降低输变电设备的的供电能力 3增加输电网络的电能损失 4增加输电网络的电压损失 要传输相同功率，cos小，则视在功率增加，电流增加。电 压损失与电流成正比。 （三）提高牵引负荷功率因数的措施 1提高用电自然功率因数：提高机车的功率因数、改善牵引网阻抗 2在牵引变电所牵引侧装设并联电容补偿装置。 既能减少牵引负荷谐波影响、又能提高功率因数。,十、并联电容无功

32、功率补偿,（四）并联电容补偿主接线 1接线图,十、并联电容无功功率补偿,2主要设备 并联电容器组：补偿无功，与电抗器串联，滤除部分谐波电流； 串联电抗器：与电容器串联，滤除部分谐波电流； 限制短路器合闸涌流和分闸重燃电流； 断路器：投切和保护补偿装置； 隔离开关：维修检查的明显断口； 压互：电容器组的继电保护； 流互：测量和补偿装置继电保护； 避雷器：过电压保护； 熔断器：单台电容器的过电流保护。,十一、谐波的影响及对策,电力机车降压换相后的电流波形（一）,电力机车降压换相后的电流波形（二）,十一、谐波的影响及对策,（一）谐波的概念 1基波：我国电力系统的频率为50Hz，每秒变化50次，正弦波

33、形，是 电路中的基波。 2谐波：是其他频率的电量，波形也是正弦波。频率100Hz电量，2次 谐波；1503次谐波。 3奇次谐波：1，3，5次谐波； 4偶次谐波：2，4，6次谐波。 5非正弦波=基波+各次谐波 即一个非正弦波的周期量，可以用傅立叶级数展开为各种 不同频率的正弦波分量。 6产生：我国采用整流器式电力机车。25kV工频单相交流电经降压变 压器、整流装置、平波电抗器、驱动直流电动机，经回流回路 返回变电所。在此过程中使机车原边电流波形发生畸变，产生 大量的高次谐波，列车电流含有大量的高次谐波，交流侧即出现大量 的高次谐波。,（二）谐波的影响 1高次谐波引起电力系统内部谐振； 2对发电机

34、：高次谐波产生旋转磁场、引起震动扭矩；引起发电机附 加能量损失。 负序电流在转子回路中感应出2倍基波频率的电流；当 负序与谐波同在时，在转子回路中感应出6倍或12倍基波频率的 电流。 3对变压器：高次谐波引起噪声、能量损耗。 4造成计量误差 5引起继电保护误动作。 （三）对谐波影响的对策 1安装并联电容补偿装置 一方面改善功率因数，一方面起滤波作用。 2在机车上安装并联电容补偿和滤波装置。 3电力系统改变运行方式或采用更高电压向电气化铁道供电。,十二、牵引变电所的电气设备,（一）一次设备 1变压器：主要分以下几种： 牵引变压器：俗称主变压器，为供牵引负荷而设，容量大，电压高。高压侧电压一般 为

35、110kv或220kv，低压侧电压为27.5kv。 自耦变压器：用在AT供电制式中，电压比为55kv/27.5kv。 动力变压器：是牵引变电所供给铁路其他负荷用的变压器，容量一般为12MVA，高 压侧电压为27.5kv或55kv，低压侧为10.5kv。 自用电变压器：是为所内自用电而设的变压器，一般容量较小，50-100KVA。高压侧 接到牵引母线上，27.5kv，低压侧为三相输出，0.4/0.23kv。 2互感器 互感器是电压、电流变换设备。高电压、大电流无法直接测量，供电设备的运行状态 也无法从回路上取得参数，因此需要将其转换为可以使用的低电压和小电流， 供继电保护和电气测量使用。牵引供电

36、系统中，有两大类，即电压互感器和电 流互感器。 电压互感器：电气化铁路大部分采用电磁式电压互感器，它并联在线路中。主变压器 的110kv侧、27.5kv侧均需安装。 电流互感器：它串联在主回路中。需要特别指出的是，电流互感器在使用时，二次回 路不能开路；当二次开路时，二次回路将产生高压。运行中，任何情况 下二次回路都不能开路，当有二次回路不使用时，应予以短接。,十二、牵引变电所的电气设备,十二、牵引变电所的电气设备,3电容器：牵引变电所安装电容器主要是为了改善功率因数。 4电抗器：主要是为了限制电容器投入时的合闸涌流。 5断路器：是变电所的重要设备，用于闭合和断开供电回路的电气设备。当供 电回

37、路发生故障时，在继电保护装置动作情况下，迅速切断短路 电流，将故障区段切除，防止事故扩大，保证运行安全。断路器 在断开时，触头间会产生电弧，根据不同的灭弧介质，可分为油 断路器、六氟化硫断路器和真空断路器等。 6负荷开关：用于需要经常带电进行分、合闸作业的地方，带有灭弧 装置。 7隔离开关：是没有灭弧装置的开关电器。需要特别指出，隔离开关在运行中 操作时须注意与断路器操作的先后次序。当合闸时，先合隔离开 关，后合断路器；分闸时，先分断路器，后分隔离开关。 8避雷器 9接地保护放电装置,十二、牵引变电所的电气设备,十二、牵引变电所的电气设备,（二）二次设备 主要包括：各种保护装置，故障探测装置，

38、控制、信号、测量装置以及自用电系统。 1保护装置：有线路保护、变压器保护、接触网馈电线保护、电容补偿装置保护等。 2故障探测装置：有电抗性型故障探测装置、吸上电流比型故障探测装置。 3控制、信号、测量装置：控制有调度所远方控制、所内控制、操作机构处当地控制三 种。信号是显示电气设备工作状态的装置，有灯光、音响等 显示方式。测量主要是对一些电量如高压侧电压、电流、功 率的测量，低压侧电压、电流、馈电线电流的测量。 4自用电系统：包括交流自用电和直流自用电。交流自用电设置自用电变压器。直流自 用电，是高压电气设备的控制、信号、保护、自动装置等的电源。直流 供电系统由蓄电池和交流整流装置组成。正常时

39、，交流整流供给直流负 荷，同时对蓄电池充电。 5电缆及各种盘柜 电缆用于连接一二次设备，各种盘柜用于安装各种仪表。电缆从盘柜内 连接到室外各种设备。,附件、武广、广深港、郑西客运专线牵引供变电主要技术标准（建议稿）,我国的高速列车采用单相工频25kV供电制，牵引供电的主要功能是从公用电网引入三相交流电变化为适合于电力机车运行要求的交流电。 一、牵引供电系统 1、牵引供电系统应满足列车设计运行速度350km/h、运行试验速度350km/h和商业运行速度300km/h、追踪运行间隔时分和列车编组数量满足运输组织需要。 2、牵引供电系统应确保安全可靠和运营方便，高速正线的牵引供电系统应优先采用225

40、kV（AT）供电方式，对于枢纽地区高中速联络线、动车组走行线和动车段（所）等可采用125kV带回流线的直接供电方式。 3、牵引供电系统应保证可靠性、独立性和完整性；在确保客运专线可靠供电的前提下，有条件时可兼顾枢纽地区相邻线的供电，供电设施可共用。 4、电力牵引负荷为一级负荷，牵引变电所接引电力系统两回独立可靠的电源供电，供电电源优先采用220kV及以上电压等级，并应互为热备用。 5、在保证供电质量的前提下，牵引变电所尽量设于客运专线车站所在地或交通方便处。,附件、武广、广深港、郑西客运专线牵引供变电主要技术标准（建议稿）,6、牵引变压器和自耦变压器均采用固定备用方式，正常时一台投入运行，另一台备用。 7、牵引变压器接线型式优先采用单相变压器。 8、牵引变电所中牵引变压器的一次侧额定电压优先采用220kV，二次侧额定电压为225kV；接触网额定电压为25kV，长期最高电压为27.5kV，短时最高电压为29kV，设计最低工作电压为20kV。 9、接触网采用上、下行同相单边供电，供电臂末端设分区所，在正常情况下实现上、下行接触网并联供电，在事故情况下实现越区供电；AT所处的上、下行接触网实行并联。 10、牵引供电设施按远期运输需要设置；变压器容量按交付运营后第五年运量确定，并按远期运量预留条件，其过负荷能力应满足高峰小时牵引负荷的需要；其它设备按满