高鐵供電系統(tǒng)供電方式

1、高鐵供電系統(tǒng)供電方式一、高速鐵路供電系統(tǒng)的構(gòu)成高速鐵路供電系統(tǒng)的構(gòu)成由一次供電系統(tǒng)和牽引供電系統(tǒng)組成。1、一次供電系統(tǒng)一次供電系統(tǒng)是指電力系統(tǒng)向電氣化鐵道的供電部分，通常以220KV或330KV的電壓等級(jí)向高鐵供電。2、牽引供電系統(tǒng)完成對(duì)電力機(jī)車(chē)供電的屬于鐵路部門(mén)管轄的裝置稱(chēng)為牽引供電系統(tǒng)。它由牽引變電所、正饋線、AT所、接觸網(wǎng)、饋電線、軌道、分區(qū)所組成。1）牽引變電所牽引變電所的作用就是將電力系統(tǒng)220KV（330KV）三相交流高壓電變換成55KV電壓等級(jí)向牽引網(wǎng)供電。2)正饋線正饋線就是將變電所送出的55KV的電壓，輸送到AT所。3)饋電線饋電線是連接AT所和接觸網(wǎng)的導(dǎo)線，將AT所變換的2

2、7.5KV的電壓送到接觸網(wǎng)。4)鋼軌在非電力牽引情形下，鋼軌只作為列車(chē)的導(dǎo)軌。在電氣化鐵道，軌道除具有上述功能外，還有導(dǎo)通回流的任務(wù)。5)分區(qū)所為了提高運(yùn)行的可靠性，增強(qiáng)供電工作的靈活性，在相鄰變電所供電分區(qū)處，設(shè)分區(qū)所。作用：通過(guò)分區(qū)所，可實(shí)現(xiàn)上下行接觸網(wǎng)并聯(lián)或單獨(dú)工作，也可實(shí)現(xiàn)變電所的越區(qū)供電。6)AT所(自耦變壓器站)為了消除對(duì)電氣化鐵路沿線通信的干擾，在電氣化鐵路沿線每隔1012KM設(shè)AT所，同時(shí)，將變電所供給的55KV的電壓變換成27.5KV的電壓，向接觸網(wǎng)供電。一般分區(qū)所和AT所合并一所。二、牽引變電所向接觸網(wǎng)的供電方式1、單線區(qū)段單邊供電所謂單邊供電，就是兩相鄰牽引變電所間毗連的

3、供電分區(qū)的接觸網(wǎng)互相絕緣，每個(gè)牽引變電所僅向自身所轄的接觸網(wǎng)供電。單線區(qū)段單邊供電時(shí)，在相鄰兩牽引變電所之間的毗連供電分區(qū)分界點(diǎn)，只設(shè)分相絕緣器和一臺(tái)開(kāi)關(guān)，必要時(shí)，合上開(kāi)關(guān)進(jìn)行越區(qū)供電。 優(yōu)點(diǎn)：當(dāng)一個(gè)供電分區(qū)發(fā)生故障，只影響本供電分區(qū)，非故障供電分區(qū)仍可正常供電，因而它的事故影響范圍小。2、單線區(qū)段雙邊供電雙邊供電就是兩相鄰牽引變電所的接觸網(wǎng)相互連接，兩變電所同時(shí)向他們之間的接觸網(wǎng)供電，為了實(shí)現(xiàn)雙邊供電，在相鄰兩牽引變電所之間毗連的供電分區(qū)分界點(diǎn)，必須設(shè)置分區(qū)所。優(yōu)點(diǎn)：在牽引負(fù)荷相同的條件下，由于機(jī)車(chē)從兩邊流向電力機(jī)車(chē)，所以其數(shù)值較小，方向相反，從而可以減少牽引網(wǎng)中的電壓損失和電能損失，改善供

4、電臂的電壓水平，降低電氣化鐵路的運(yùn)營(yíng)成本。如果負(fù)載較均勻，還可減輕對(duì)鄰近線路的電磁感應(yīng)干擾影響。缺點(diǎn)：由于分區(qū)所增加了斷路器、繼電保護(hù)設(shè)備，倒閘操作比較復(fù)雜，牽引網(wǎng)中可能出現(xiàn)穿越電流或平衡電流（雖然很小），從而產(chǎn)生附加的電能損失。 向同一供電臂供電必須是同相。3、復(fù)線區(qū)段單邊分開(kāi)供電復(fù)線區(qū)段單邊供電，就是上下行接觸網(wǎng)分別有牽引變電所實(shí)施單邊供電。優(yōu)點(diǎn)：不設(shè)分區(qū)亭，獨(dú)立性強(qiáng)，操作簡(jiǎn)單，事故影響范圍小。缺點(diǎn)：4、復(fù)線區(qū)段單邊并聯(lián)供電復(fù)線區(qū)段單邊并聯(lián)供電就是牽引變電所向上下行接觸網(wǎng)實(shí)施并聯(lián)供電，同時(shí)在若干點(diǎn)或僅在供電分區(qū)末端將上下行接觸網(wǎng)并聯(lián)起來(lái)。在各供電臂分界點(diǎn)需設(shè)分區(qū)所，將上下行接觸網(wǎng)聯(lián)通。上下

5、行同相優(yōu)點(diǎn)：上下行分別向機(jī)車(chē)供電，減少牽引網(wǎng)中的電壓損失和電能損失。缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)設(shè)備、繼電保護(hù)、倒閘操作比較復(fù)雜，但比雙邊供電方式簡(jiǎn)單。5、復(fù)線區(qū)段雙邊紐結(jié)供電復(fù)線區(qū)段雙邊紐結(jié)供電方式與復(fù)線區(qū)段單邊并聯(lián)供電方式相比，注要不同點(diǎn)在于雙邊紐結(jié)供電方式下，分區(qū)所的主接線由4臺(tái)工作斷路器接成四邊形構(gòu)成，其中兩臺(tái)斷路器分別將兩相鄰牽引變電所之間毗連的兩個(gè)供電臂上下行接觸網(wǎng)末端橫向聯(lián)通，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)上下行線路的并聯(lián)供電；另外兩臺(tái)斷路器分別將兩相鄰牽引牽引變電所之間的上下行接觸網(wǎng)縱向聯(lián)通，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)兩相鄰牽引變電所之間的雙邊供電。優(yōu)點(diǎn)：一臺(tái)機(jī)車(chē)四條饋線供電，分配到每只上的電流較小，顯著的減少牽引網(wǎng)中的電壓損失和電能

6、損失，更好地改善了牽引網(wǎng)的電壓水平。缺點(diǎn)：開(kāi)關(guān)設(shè)備、繼電保護(hù)、倒閘操作更復(fù)雜，事故情況下影響范圍廣。三、牽引網(wǎng)向電力機(jī)車(chē)的供電方式牽引網(wǎng)向電力機(jī)車(chē)的供電方式主要有4種：直接供電方式，BT（吸流變壓器）供電方式，AT（自耦變壓器）供電方式和CC（同軸電纜）供電方式。交流電氣化鐵道對(duì)鄰近通信線路的干擾主要是由接觸網(wǎng)與地回路對(duì)通信線的不對(duì)稱(chēng)引起的。如果能實(shí)現(xiàn)由對(duì)稱(chēng)回路向電力機(jī)車(chē)供電，就可以大大減輕對(duì)通信回路的干擾。采用BT、AT、CC等供電方式就是為了提高供電回路的對(duì)稱(chēng)性，其中CC供電方式效率最高，但投資過(guò)大。目前，電氣化鐵路對(duì)采用BT、AT供電方式。下面逐一介紹。1、直接供電方式這是一種最簡(jiǎn)單的供

7、電方式。在線路上，機(jī)車(chē)供電由接觸網(wǎng)（1）和軌（2）-地直接構(gòu)成回路，對(duì)通信干擾不加特殊防護(hù)措施，如圖2-1所示。電氣化鐵路最早大都采用這種供電方式。這種供電方式最簡(jiǎn)單，投資最省，牽引網(wǎng)阻抗較小，能損也較低，供電距離一般為3040km。電氣化鐵路的單項(xiàng)負(fù)荷電流由接觸網(wǎng)經(jīng)鋼軌流回牽引變電所。由于鋼軌和大地不是絕緣的，一部分回流由鋼軌流入大地，因此對(duì)通信線路產(chǎn)生感應(yīng)影響，這是直接供電方式的缺點(diǎn)。它一般用在鐵路沿線無(wú)架空通信線路或通信線路已改用地下屏蔽電纜區(qū)段，必要時(shí)也將通信線遷到更遠(yuǎn)處。圖2-1帶回流線的直接供電方式是在接觸網(wǎng)支柱上架設(shè)一條與鋼軌并聯(lián)的回流線，稱(chēng)為負(fù)饋線（NF），如圖22所示。利用接

8、觸網(wǎng)與回流線之間的互感作用，使鋼軌中的回流盡可能地由回流線流回牽引變電所，減少了電氣空間，因而能部分抵消接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線路的干擾，但其防干擾效果不及BT供電方式。這種供電方式可在對(duì)通信線路防干擾要求不高的區(qū)段采用，能進(jìn)一步降低牽引網(wǎng)阻抗，供電性能要好一些，但造價(jià)稍高。目前我國(guó)京廣線、石太線均采用此種供電方式。圖222、BT供電方式BT供電方式是在牽引網(wǎng)中架設(shè)有吸流變壓器回流線裝置的一種供電方式，目前在我國(guó)電氣化鐵路中應(yīng)用較廣。吸流變壓器的變比是1：1.它的一次繞組串接在接觸網(wǎng)中（1）中，二次繞組串接在專(zhuān)為牽引電流流回牽引變電所而特設(shè)的回流線（NF）中，故稱(chēng)之為吸流變壓器回流線供電方式，如圖2

9、3所示。在兩個(gè)吸流變壓器中間用吸上線將鋼軌和回流線連接起來(lái)，構(gòu)成電力機(jī)車(chē)負(fù)荷電流由鋼軌流向回流線的回路。兩個(gè)吸流變壓器之間的距離稱(chēng)為BT段，一般BT段長(zhǎng)為24km。BT供電方式的工作原理是：由于吸流變壓器的變比為1：1，當(dāng)吸流變壓器的一次繞組流過(guò)牽引電流時(shí)，在其二次側(cè)繞組中強(qiáng)制回流通過(guò)吸上線流入回流線。由于接觸網(wǎng)與回流線電氣空間距離很近，流過(guò)的電流大致相等，方向相反，因此對(duì)鄰近通信線路的電磁感應(yīng)絕大部分被抵消，從而降低了對(duì)通訊線路的干擾。這種供電方式由于在牽引網(wǎng)中串聯(lián)了吸流變壓器，致使?fàn)恳W(wǎng)的阻抗比直接供電方式約大50%，能耗也較大，供電距離也較短（單線一般為25km左右，雙線一般為20km左

10、右），投資也比直接供電方式大。圖233、AT供電方式AT供電方式是20世紀(jì)70年代才發(fā)展起來(lái)的，它既能有效的減輕牽引網(wǎng)對(duì)通信線路的干擾，又能適應(yīng)高速、大功率電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行，故很多國(guó)家都有應(yīng)用。這種供電方式每隔10km左右在接觸網(wǎng)與正饋線之間并入1臺(tái)自耦變壓器，其中性點(diǎn)與鋼軌相連。自耦變壓器將牽引網(wǎng)的供電電壓提高1倍，而供給電力機(jī)車(chē)的電壓仍為25KV，其工作原理如圖24所示。電力機(jī)車(chē)由接觸網(wǎng)（1）受電后，牽引電流一般由鋼軌（2）流回，由于自耦變壓器的作用，從鋼軌流回的電流，經(jīng)自耦變壓器繞組和正饋線（AF）流回變電所。當(dāng)自耦變壓器的一個(gè)繞組流過(guò)機(jī)車(chē)電流時(shí)，其另一個(gè)繞組感應(yīng)出電流供給電力機(jī)車(chē)，自耦變

11、壓器供電方式的牽引網(wǎng)阻抗很小，約為直接供電方式的1/4，因此電壓損失小，電能損耗低，供電能力大，供電距離長(zhǎng)，可達(dá)4050km。由于牽引變電所間的距離加大，從而減少了牽引變電所數(shù)量，也減少了電力系統(tǒng)對(duì)電氣化鐵路供電的工程投資。由于牽引變電所和牽引網(wǎng)比較復(fù)雜，因此加大了電氣化鐵路自身的投資。這種供電方式一般用在重載、高速等負(fù)荷大的電氣化鐵路上。由于牽引負(fù)荷電流在接觸網(wǎng)和正饋線中方向相反，因而對(duì)鄰近的通信線路干擾很小，其防干擾效果與吸流變壓器回流線供電方式相當(dāng)。圖AT所供電原理圖4、CC供電方式CC供電方式是一種新型的供電方式。它的同軸電力電纜（CC）沿鐵路線路埋設(shè)，內(nèi)部芯線作為供電線與接觸網(wǎng)（1）

12、連接，外部導(dǎo)體作為回流線與鋼軌（2）相接，每隔510 km做一個(gè)分段，如圖25所示。CC供電方式的優(yōu)點(diǎn)是：饋電線與回流線在同一電纜中，間隔很小，而且同軸布置，使得互感系數(shù)增大；同軸電力電纜的阻抗比接觸網(wǎng)和鋼軌小得多，因此牽引電流和回流幾乎全部從同軸電力電纜中流過(guò)；電纜芯線與外層導(dǎo)體電流相等，方向相反，二者形成的磁場(chǎng)互相抵消，對(duì)鄰近的通信線路幾乎無(wú)干擾；阻抗小，供電距離長(zhǎng)。但是同軸電力電纜造價(jià)高，投資大，現(xiàn)僅在一些特別困難的地段采用。25四、高速鐵路供電方式的選擇1、各種供電方式優(yōu)劣由于高速電力牽引的速度快、電流大，因此要求供電系統(tǒng)的供電質(zhì)量要高，并應(yīng)盡量減少電分相、電分段的數(shù)量。BT供電方式雖

13、然在通信線路防干擾方面性能較好，但是由于它在接觸導(dǎo)線中串入了吸流變壓器，伴隨一個(gè)火花間隙，使一個(gè)供電臂的接觸導(dǎo)線分成很多段，因此不適合高速牽引電力牽引。與BT供電方式相比，AT供電方式和直接供電方式（包括加負(fù)饋線的供電方式）的很多特點(diǎn)，都能滿足高速電力牽引的要求。AT供電方式變電所間距大，一是可以大大減少電分相數(shù)量，并且牽引網(wǎng)阻抗小，能顯著減少牽引網(wǎng)電壓損失，改善供電質(zhì)量，保證列車(chē)高速運(yùn)行；二是可以密切配合電力系統(tǒng)向電氣化鐵道供電的電源選擇，以降低工程造價(jià)。另外，AT供電方式對(duì)通信線路的影響小，與BT供電方式相當(dāng)。由于以上種種原因，世界各國(guó)的高速鐵路均廣泛推廣AT供電方式，日本已將AT供電方式

14、作為電氣化鐵道的標(biāo)準(zhǔn)制式加以推廣。直接供電方式牽引網(wǎng)阻抗大，變電所間距小，相應(yīng)地電分相數(shù)量多，對(duì)通信線路的防護(hù)不如BT、AT供電方式。但直接供電方式牽引網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，可用在對(duì)電磁干擾要求不高的地區(qū)。直接供電方式的一些技術(shù)指標(biāo)介于BT和AT供電方式之間，也是高速電氣化鐵路可選擇的方式。2、我國(guó)高速鐵路供電方式在我國(guó)TB106212009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中已經(jīng)明確規(guī)定高速鐵路正線牽引網(wǎng)應(yīng)采用225KV的AT供電方式；樞紐地區(qū)跨線列車(chē)聯(lián)絡(luò)線、動(dòng)車(chē)走行線和動(dòng)車(chē)段（所、場(chǎng)）等可采用125KV的供電方式。這是因?yàn)槲覈?guó)高速鐵路的目標(biāo)值在250350km/h的鐵路，具有高密度、長(zhǎng)編組等特點(diǎn)，采用225KV的AT供電方式有利于高電能的傳輸和接觸懸掛的輕型化和系統(tǒng)匹配設(shè)計(jì)，有利于減少外部電源的投資和減少電分相數(shù)量。因此，規(guī)定正線牽引網(wǎng)應(yīng)采用225KV的AT供電方式。我國(guó)目前已經(jīng)實(shí)施的武廣、鄭西、石太、京石、石武、京津、京滬、合武等客運(yùn)專(zhuān)線、高速鐵路均采用225KV的AT供電方式。另TB106212009高速鐵路設(shè)計(jì)規(guī)范中還規(guī)定采用225KV的AT供