電氣化鐵道供電原理

電氣化鐵道供電原理第1頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一目錄電氣化鐵道的供電原理……………..3供電系統(tǒng)……………..4供電方式……………..5直接供電方式………..6BT供電方式………….8AT供電方式………..12同軸電纜供電方式…19直供加回流線供電方式……………22變電所向接觸網(wǎng)供電方式…………24第2頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一

電氣化鐵道牽引供電裝置，又稱為牽引供電系統(tǒng)，其系統(tǒng)本身沒(méi)有發(fā)電設(shè)備，而是從電力系統(tǒng)取得電能。目前我國(guó)一般由110kV及以上的高壓電力系統(tǒng)向牽引變電所供電。電氣化鐵道供電原理第3頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一供電系統(tǒng)示意圖～供電系統(tǒng)示意圖發(fā)電廠饋電線回流線鋼軌電力機(jī)車(chē)分區(qū)亭接觸線區(qū)域變電所第4頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一供電方式

目前牽引供電系統(tǒng)的供電方式有直接供電方式、BT供電方式、AT供電方式、同軸電纜和直供加回流線供電方式等五種，京滬、滬杭、浙贛都是采用的直供加回流線方式。第5頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一直接供電方式

直接供電方式(T—R供電)是指牽引變電所通過(guò)接觸網(wǎng)直接向電力機(jī)車(chē)供電，及回流經(jīng)鋼軌及大地直接返回牽引變電所的供電方式，供電原理如下頁(yè)圖示。這種供電方式的電路構(gòu)成及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備少，施工及運(yùn)營(yíng)維修都較方便，因此造價(jià)也低。但由于接觸網(wǎng)在空中產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場(chǎng)得不到平衡，對(duì)鄰近的廣播、通信干擾較大，所以一般不采用。

第6頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一直接供電方式供電原理圖接觸網(wǎng)鋼軌單線區(qū)段牽引供電原理圖牽引變電所饋電線分區(qū)亭電力機(jī)車(chē)回流線上行接觸網(wǎng)下行接觸網(wǎng)復(fù)線區(qū)段牽引供電原理圖牽引變電所分區(qū)亭第7頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一BT供電方式⑴

BT供電方式就是在牽引供電系統(tǒng)中加裝吸流變壓器(約3～4km安裝一臺(tái))和回流線的供電方式。這種供電方式由于在接觸網(wǎng)同高度的外側(cè)增設(shè)了一條回流線，回流線上的電流與接觸網(wǎng)上的電流方向相反，這樣大大減輕了接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線路的干擾。

第8頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一BT供電方式⑵

BT供電的電路是由牽引變電所、接觸懸掛、回流線、軌道以及吸上線等組成。由圖可知，牽引變電所作為電源向接觸網(wǎng)供電；電力機(jī)車(chē)(EL)運(yùn)行于接觸網(wǎng)與軌道之間；吸流變壓器的原邊串接在接觸網(wǎng)中，副邊串接在回流線中。吸流變壓器是變比為1：1的特殊變壓器。它使流過(guò)原、副邊線圈的電流相等，即接觸網(wǎng)上的電流和回流線上的電流相等。因此可以說(shuō)是吸流變壓器把經(jīng)鋼軌、大地回路返回變電所的電流吸引到回流線上，經(jīng)回流線返回牽引變電所。這樣，回流線上的電流與接觸網(wǎng)上的電流大小基本相等，方向卻相反，故能抵消接觸網(wǎng)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)，從而起到防干擾作用。第9頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一BT供電方式⑶

以上是從理論上分析的理想情況，但實(shí)際上由于吸流變壓器線圈中總需要?jiǎng)?lì)磁電流，所以經(jīng)回流線的電流總小于接觸網(wǎng)上的電流，因此不能完全抵消接觸網(wǎng)對(duì)通信線路的電磁感應(yīng)影響。另外，當(dāng)機(jī)車(chē)位于吸流變壓器附近時(shí)回流還是從軌道中流過(guò)一段距離，至吸上線處才流向回流線，則該段回流線上的電流會(huì)小于接觸網(wǎng)上的電流，這種情況稱為“半段效應(yīng)”。此外，吸流變壓器的原邊線圈串接在接觸網(wǎng)中，所以在每個(gè)吸流變壓器安裝處接觸網(wǎng)必須安裝電分段，這樣就增加了接觸網(wǎng)的維修工作量和事故率。當(dāng)高速大功率機(jī)車(chē)通過(guò)，該電分段時(shí)產(chǎn)生很大電弧，極易燒損機(jī)車(chē)受電弓和接觸線。且BT供電方式的牽引網(wǎng)阻抗較大，造成較大的電壓和電能損失，故已很少采用。第10頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一BT供電方式⑷NF線接觸導(dǎo)線鋼軌∽BT供電方式原理圖BT區(qū)間升壓線第11頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一AT供電方式⑴

隨著鐵路電氣化技術(shù)的發(fā)展，高速、大功率電力機(jī)車(chē)的投入運(yùn)行，吸—回裝置供電方式已不能適應(yīng)需要。各國(guó)開(kāi)始采用AT供電方式。所謂AT供電方式就是在牽引供電系統(tǒng)中并聯(lián)自耦變壓器的供電方式。實(shí)踐證明，這種供電方式是一種既能有效地減弱接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線的感應(yīng)影響，又能適應(yīng)高速、大功率電力機(jī)車(chē)運(yùn)行的一種比較先進(jìn)的供電方式。

第12頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一AT供電方式⑵

AT供電方式的電路包括牽引變電所、接觸懸掛、軌道、自耦變壓器、正饋線、電力機(jī)車(chē)等。牽引變電所向牽引網(wǎng)輸送的電壓為25kV。接觸懸掛與軌道之間的電壓仍為25kV，正饋線與軌道之間的電壓也是25kV。自耦變壓器是并聯(lián)在接觸懸掛和正饋線之間的，其中性點(diǎn)與鋼軌(保護(hù)線)相連接。彼此相隔一定距離(10～16km)的自耦變壓器將整個(gè)供電區(qū)段分成若干個(gè)AT區(qū)段。從而形成了一個(gè)多網(wǎng)孔的復(fù)雜供電網(wǎng)絡(luò)。接觸懸掛是去路，正饋線是回路。接觸懸掛上的電流與正饋線上的電流大小相等，方向相反，因此其電磁感應(yīng)影響可互相抵消，故對(duì)鄰近的通信線有很好的防護(hù)作用。第13頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一AT供電方式⑶∽2UCPW接觸導(dǎo)線鋼軌正饋線PWAT供電方式原理圖第14頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一AT供電方式的優(yōu)點(diǎn)⑴

AT供電方式供電電壓高。AT供電方式無(wú)需提高牽引網(wǎng)的絕緣水平即可將牽引網(wǎng)的電壓提高一倍。BT供電方式牽引變電所的輸出電壓為27.5kV，而AT供電方式牽引變電所的輸出電壓為55kV，線路電流為負(fù)載電流的一半，所以線路上的電壓損失和電能損失大大減小。第15頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一AT供電方式的優(yōu)點(diǎn)⑵

AT供電方式防護(hù)效果好。AT供電方式，接觸懸掛上的電流與正饋線上的電流大小相等，方向相反，其電磁感應(yīng)相互抵消，所以防護(hù)效果好。并且，由于AT供電的自耦變壓器是并聯(lián)在接觸懸掛和正饋線間的，不象BT供電的吸流變壓器，串聯(lián)在接觸懸掛和回流線之間，因此沒(méi)有因勵(lì)磁電流的存在而使原副邊繞組電流不等，以及在短路時(shí)吸流變壓器鐵芯飽和導(dǎo)致防護(hù)效果很差等問(wèn)題。另外也不存在“半段效應(yīng)”問(wèn)題。

第16頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一AT供電方式的優(yōu)點(diǎn)⑶AT供電方式能適應(yīng)高速大功率電力機(jī)車(chē)運(yùn)行。因AT供電方式的供電電壓高、線路電流小、阻抗小(僅為BT供電方式的1/4左右)、輸出功率大，使接觸網(wǎng)有較好的電壓水平，能適應(yīng)高速大功率電力機(jī)車(chē)運(yùn)行的要求。另外，AT供電也不象BT供電那樣，在吸流變壓器處對(duì)接觸網(wǎng)進(jìn)行電分段，當(dāng)高速大功率電力機(jī)車(chē)通過(guò)時(shí)產(chǎn)生電弧，燒壞機(jī)車(chē)受電弓滑板和接觸線，對(duì)機(jī)車(chē)的高速運(yùn)行和接觸網(wǎng)和接觸網(wǎng)的運(yùn)營(yíng)維修極為不利。第17頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一AT供電方式的優(yōu)點(diǎn)⑷

AT供電牽引變電所間距大、數(shù)量少。由于AT供電方式的輸送電壓高、線路電流小、電壓損失和電能損失都小，輸送功率大，所以牽引變電所的距離加大為80～120km，而B(niǎo)T供電方式牽引變電所的間距為30～60km，因此牽引變電所的距離大大減少，同時(shí)運(yùn)營(yíng)管理人員也相應(yīng)減少，那么，建設(shè)投資和運(yùn)營(yíng)管理費(fèi)用都會(huì)減少。

第18頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一同

軸

電纜供電方

式

⑴

同軸電力電纜供電方式(簡(jiǎn)稱CC供電方式)，是一種新型的供電方式，它的同軸電力電纜沿鐵路線路埋設(shè)，內(nèi)部芯線作為供電線與接觸網(wǎng)連接，外部導(dǎo)體作為回流線與鋼軌連接。每隔5～10km作一個(gè)分段。第19頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一同

軸

電纜供電方

式

⑵

由于供電線與回流線在同一電纜中，間隔很小，而且同軸布置，使互感系數(shù)增大。由于同軸電力電纜的阻抗比接觸網(wǎng)和鋼軌的阻抗小得多，因此牽引電流和回流幾乎全部經(jīng)由同軸電力電纜中流過(guò)。同時(shí)由于電纜芯線與外層導(dǎo)體電流大小相等，方向相反，二者形成的磁場(chǎng)相互抵消，對(duì)鄰近的通信線路幾乎無(wú)干擾。由于電路阻抗小，因而供電距離長(zhǎng)。但由于同軸電力電纜造價(jià)高、投資大，很少采用。第20頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一同軸電纜供電方式⑶接觸導(dǎo)線鋼軌同軸電纜供電方式原理圖牽引變電所同軸電纜第21頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一直供加回流線供電方式⑴

直供加回流線供電方式結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單。這種供電方式由于在接觸網(wǎng)同高度的外側(cè)增設(shè)了一條回流線，回流線上的電流與接觸網(wǎng)上的電流方向相反，這樣大大減輕了接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線路的干擾。與直供方式比較，能對(duì)沿線通信防干擾；比BT供電方式減少了BT裝置，既減少了建設(shè)投資，又便于維修。與AT供電方式比較，減少了AT所和沿線架設(shè)的正饋線，不僅減少了投資，還便于接觸網(wǎng)維修。所以自大秦線以后的電氣化鐵道，基本都采用這種方式。我段所管轄的京滬、滬昆都采用這種供電方式。

第22頁(yè)，共24頁(yè)，2023年，2月20日，星期一直供加回流線供電方式⑵∽U接觸導(dǎo)線鋼軌NF直供加回流線供電方式原理圖CNF第23頁(yè)，