地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)對(duì)比分析

鄭州鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院2012／2013學(xué)年第一學(xué)期《城市軌道交通電氣化》課程期末考試答題紙（考查課用）班級(jí)鐵道供電10D1學(xué)號(hào)100223246姓名王浩總分2，，裝訂線第頁(yè)地鐵和電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)有很大區(qū)別下面就通過(guò)對(duì)電氣化鐵道與城軌交通供電方式比較分析來(lái)進(jìn)一步說(shuō)明兩者供電方式的異同。以幫助人們進(jìn)一步了解。1鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式1.1直接供電方式電氣化鐵路采用工頻單相交流電力牽引制，單相交流負(fù)荷在接觸網(wǎng)周圍空間產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，從而對(duì)附近通信設(shè)施和無(wú)線電裝置產(chǎn)生一定的電磁干擾。我國(guó)早期電氣化鐵路（如寶成線、陽(yáng)安線）建設(shè)時(shí)，處于山區(qū)，地方通信技術(shù)不發(fā)達(dá)，鐵路通信采用高屏蔽性能的同軸電纜，接觸網(wǎng)產(chǎn)生的電磁干擾影響極小，不用采取特殊防護(hù)措施，因此上述單邊供電方式亦稱為直接供電方式（簡(jiǎn)稱TR供電方式）。隨著電氣化鐵路向平原和大城市發(fā)展，電磁干擾矛盾日顯突出，于是在接觸網(wǎng)供電方式上采取不同的防護(hù)措施，便產(chǎn)生不同的供電方式。目前有所謂的BT、AT和DN供電方式。從以下的介紹中可以看出這些供電方式有一個(gè)共同特點(diǎn)，即在接觸網(wǎng)支柱田野側(cè)，與接觸懸掛同等高度處都掛有一條附加導(dǎo)線。電力牽引時(shí)，附加導(dǎo)線中通過(guò)的電流與接觸網(wǎng)中通過(guò)的牽引電流，理論上講（或理想中）大小相等、方向相反，從而兩者產(chǎn)生的電磁干擾相互抵消。但實(shí)際上是做不到的，所以不同的供電方式有不同的防護(hù)效果。如圖所示；直接供電方式1.2吸流變壓器（BT）供電方式這種供電方式，在接觸網(wǎng)上每隔一段距離裝一臺(tái)吸流變壓器（變比為1:1），其原邊串入接觸網(wǎng)，次邊串入回流線（簡(jiǎn)稱NF線，架在接觸網(wǎng)支柱田野側(cè)，與接觸懸掛等高），每?jī)膳_(tái)吸流變壓器之間有一根吸上線，將回流線與鋼軌連接，其作用是將鋼軌中的回流“吸上”去，經(jīng)回流線返回牽引變電所，起到防干擾效果。由于大地回流及所謂的“半段效應(yīng)”，BT供電方式的防護(hù)效果并不理想，加之“吸——回”裝置造成接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)車受流條件惡化，近年來(lái)已很少采用。如圖所示 吸流變壓器（BT）供電方式1.3自耦變壓器（AT）供電方式采用AT供電方式時(shí)，牽引變電所主輸出電壓為55kV，經(jīng)AT（自耦變壓器，變比2:1）向接觸網(wǎng)供電，一端接接觸網(wǎng)，另一端接正饋線（簡(jiǎn)稱AF線，亦架在田野側(cè)，與接觸懸掛等高），其中點(diǎn)抽頭則與鋼軌相連。AF線的作用同BT供電方式中的NF線一樣，起到防干擾功能，但效果較前者為好。此外，在AF線下方還架有一條保護(hù)（PW）線，當(dāng)接觸網(wǎng)絕緣破壞時(shí)起到保護(hù)跳閘作用，同時(shí)亦兼有防干擾及防雷效果。顯然，AT供電方式接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，田野側(cè)掛有兩組附加導(dǎo)線，AF線電壓與接觸網(wǎng)電壓相等，PW線也有一定電位（約幾百伏），增加故障幾率。當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障，尤其是斷桿事故時(shí)，更是麻煩，搶修恢復(fù)困難，對(duì)運(yùn)輸干擾極大。但由于牽引變電所饋出電壓高，所間距可增加一倍，并可適當(dāng)提高末端網(wǎng)壓，在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)比較薄弱的地區(qū)有其優(yōu)越性。如圖所示： 自耦變壓器（AT）供電方式1.4直供+回流（DN）供電方式這種供電方式實(shí)際上就是帶回流線的直接供電方式，NF線每隔一定距離與鋼軌相連，既起到防干擾作用，又兼有PW線特性。由于沒(méi)有吸流變壓器，改善了網(wǎng)壓，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。近年來(lái)得到廣泛應(yīng)用。綜上所述，早期電氣化鐵路均采用直接供電方式，為避免和減少對(duì)外部環(huán)境的電磁干擾，研發(fā)了BT、AT和DN供電方式，就防護(hù)效果來(lái)看，AT方式優(yōu)于BT和DN方式，就接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性能來(lái)講，DN方式最為簡(jiǎn)單可靠。隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纜的普遍應(yīng)用，通信設(shè)施及無(wú)線電裝置自身的防干擾性能大為增強(qiáng)，考慮到接觸網(wǎng)的運(yùn)行可靠性對(duì)電氣化鐵路的安全運(yùn)行至關(guān)重要，所以通常認(rèn)為，一般情況下DN供電方式為首選，在電力系統(tǒng)比較薄弱的地區(qū)，經(jīng)過(guò)經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，可采用AT供電方式，BT供電方式則盡量少采用或不采用。本人認(rèn)為，這是近三十年來(lái)我國(guó)電氣化鐵路供電方式發(fā)展和應(yīng)用的實(shí)踐過(guò)程中總結(jié)出來(lái)的普遍看法，同樣也要接受今后的實(shí)踐檢驗(yàn)，不斷總結(jié)提高。如圖所示 上下行并聯(lián)供電3.3雙邊供電雙邊供電時(shí)由相鄰兩個(gè)牽引變電所同時(shí)向其間的接觸網(wǎng)供電，在供電臂的末端由分區(qū)所連接起來(lái)，其優(yōu)點(diǎn)是由兩個(gè)牽引變電所供電均衡了負(fù)荷，降低了接觸網(wǎng)損耗，提高了接觸網(wǎng)水平。不太容易產(chǎn)生繼電器設(shè)置困難。4城軌牽引網(wǎng)的供電方式4.1第三軌在原有兩軌路線側(cè)邊新增軌道帶電，車輛則利用集電靴獲得電力；電流經(jīng)車輪和運(yùn)行軌道回到發(fā)電廠。顧名思義，軌道供電的概念就是在列車行走的兩條路軌以外，再加上帶電的鐵軌。這條帶電鐵軌通常設(shè)于兩軌之間或其中一軌的外側(cè)。電動(dòng)列車的集電裝置在帶電路軌上接觸并滑行，把電力傳到列車上。這種集電裝置在英語(yǔ)稱為shoe，中譯為集電靴。軌道供電系統(tǒng)的電壓較高架電纜系統(tǒng)為小。高架電纜一般能提供25000伏特或以上的交流電，但第三軌系統(tǒng)最多只能提供約1200伏特的直流電。一般而言，采用軌道供電系統(tǒng)的鐵路只設(shè)一條帶電路軌。這條帶電路軌稱為第三軌。如圖所示 4.2第四軌從第三軌取得的電力一般都會(huì)經(jīng)列車的車輪及路軌傳回發(fā)電廠。但一些使用橡膠車輪的列車(如巴黎地鐵的部份列車)并不能讓電力經(jīng)路軌傳回發(fā)電廠，因此在這些列車行走的路段一般都會(huì)再增加一條額外的帶電軌道(亦即第四軌)以作回傳電力之用。有趣的是，基于第四軌的另外一些優(yōu)點(diǎn)(例如較高的可靠性以及減低信號(hào)系統(tǒng)的復(fù)雜性)，一些使用普通金屬車輪列車的鐵路系統(tǒng)也會(huì)裝設(shè)第四軌，使供電用和行走用的路軌完全分開(kāi)。倫敦地鐵是最大的第四軌鐵路系統(tǒng)。4.3架空電纜電力由架空的電纜提供，車輛則利用集電弓獲得電力，有時(shí)亦會(huì)以車輪經(jīng)過(guò)軌道將電流帶回發(fā)電廠。就與鐵路接觸網(wǎng)供基本一樣。如圖所示：總結(jié)最后我介紹一下電氣化鐵道與成規(guī)交通供電的區(qū)別；電力牽引在我國(guó)是一種新型有軌運(yùn)輸牽引動(dòng)力形式。電力牽引按其牽引供電電流制式不同，分為工頻單相交流制低頻單相交流制和直流制。我國(guó)電氣化鐵路采用工頻單相交流制電力牽引，直流制式電力牽引僅用于城市軌道交通系統(tǒng)和工礦運(yùn)輸系統(tǒng)。采用電力牽引有一系列的優(yōu)點(diǎn)例如機(jī)車功率大，啟動(dòng)加速快，過(guò)載能力強(qiáng)，運(yùn)輸能力大能滿足各種現(xiàn)在交通隊(duì)快速，大運(yùn)輸能力的需要，不造成歡迎污染，電力牽引總效率高并且安全性高。并且都屬于一級(jí)負(fù)荷。牽引網(wǎng)供電方式無(wú)論從哪方面看鐵路主