牽引供電

我國鐵路電氣化事業起始於1956年。1961年8月寶成鐵路（寶雞至成都）寶雞至鳳州段電氣化通車；1975年6月寶成鐵路全線電氣化通車，成為我國第一條電氣化鐵路。寶成鐵路電氣化後，該鐵路的運能、運量大幅度的增長，推動了我國鐵路電氣化事業的發展。目前，電氣化鐵路已經佔據了我國鐵路發展的絕對主導地位。我國的電氣化鐵路正逐步向高速鐵路發展，以2007年動車組的運行為標誌，我國的電氣化鐵路將邁入世界先進行列。

自1961年8月15日，我國第一條電氣化鐵路－寶成鐵路鐵路建成通車，到1980年底，共建成電氣化鐵路1679.6km，平均每年修建電氣化鐵路還不到100km，十一屆三中全會確定了以經濟建設為中心的基本路線。隨着我國改革開放的不斷向前推進，我國的電氣化鐵路建設有了較快的發展，在“六五”、“七五”期間共修建了電氣化鐵路5294.63km，平均每年修建已超過500km，

到2005年，中國電氣化鐵路總里程達20000公里，截至到2008年10月，中國電氣化鐵路總里程已達26000公里。

牽引供電是指拖動車輛運輸所需電能的供電方式。牽引供電系統是指鐵路從地方引入220（110）KV電源，通過牽引變電所降壓到27.5KV送至電力機車的整個供電系統。

例如城市電車，地鐵等，我們主要研究的內容是電氣化鐵道牽引供電系統。在我們這裏簡稱牽引供電系統。

電氣化鐵路運輸電力牽引的優越性主要體現在如下幾個方面：

1、電力牽引可節約能源，綜合利用能源

2、電力牽引可提高列車的牽引重量，提高列車的運行速度

3、電力牽引制動功率大，運行時安全性高強

4、電氣化鐵路運輸的成本費用低

5、電力牽引易於實現自動化，利用採用先進科學技術，利於改善勞動條件，利於環境保護

電氣化鐵路運輸電力牽引的缺點主要體現在如下幾個方面：

1、基本建設投資較大。

2、對電力系統存在某些不利因素。

因為牽引供電用電是單相負荷，將會在電力系統中產生較大的負序電流和負序電壓，而且電力機車的功率因數較低，高次諧波含量較大等都會給電力系統造成不良影響。

3、對鐵路沿線附近的通訊線路造成一定的電磁干擾。

4、接觸網需要停電檢修，要求在列車運行中留有一定的天窗時間，在此時間內列車要停止運行。

電力牽引採用的電流、電壓制式。根據各國的國情不同，主要有如下幾種形式：

世界上最早採用的電流制。截至目前，世界上仍佔43%左右。這種電氣化鐵路採用600V、1500V、3000V或6000V的直流電，向直流電力機車供電。

其主要優點是：可以簡化機車設備。

其主要缺點是：

1、供電電壓低（通常只有1500v）；

2、線路損耗大，供電距離短（≤20-30km）。

主要運用於礦山1500v；城市電車650-800v；地鐵600-1500v。

20世紀初，西歐一些國家採用，發展很好。這種電氣化鐵路採用11KV、25Hz；15KV、50/3Hz的單相交流電向電力機車供電。

低頻單相交流制頻率：16又2/3，電壓11-15kv。

低頻單相交流制採用原因及優點：

1、有低頻的工業電力；

2、整流簡單；電抗較小；

3、和直流制相比，導線截面小送電距離長（50~70km）。

缺點：供電頻率與工業供電頻率不同，故須有變頻裝置或由鐵路專用的低頻發電廠供電。

個別國家，如瑞士、法國等採用3.6kv的三相交流制，電力機車採用三相交流異步電動機，部分膠輪軌道交通系統也使用三相交流供電。

其主要優點是：

1、三相對稱，不影響電力系統穩定性；

2、牽引變電所和電力機車結構相對簡化；

3、三相異步電動機運行可靠、維護方便；機車功率大、速度高、功率因數高（接近於1）；

4、能將無功功率、通訊干擾減到最小。

缺點：機車供電線路複雜，異步電動機調速比較困難。

是電氣化鐵道發展中的一項先進供電制，最早出現在匈牙利，電壓16kv，1950年法國試建了一條25kv的單相工頻交流電氣化鐵道，隨後日本、前蘇聯等相繼採用（20kv）目前該種電流制已佔到40%以上。這種電氣化鐵路採用25KV工頻單相交流電向電力機車供電。這是一種比較先進的電流、電壓制，它引起了世界各國的重視。我國的電氣化鐵路從開始就採用了這種工頻單相交流牽引制，為我國電氣化鐵路的發展奠定了良好的基礎。

其主要優點是：

1、供電系統結構簡單。牽引變電所從電力系統獲得電能，經過電壓變換後直接供給牽引網；

2、供電電壓增高，既可保證大功率機車的供電，提高機車牽引定數和運行速度，又可使變電所之間的距離延長，導線面積減小，建設投資和運營費用顯著降低；

3、交流電力機車的粘着性和牽引性能良好，牽引電動機可在全並聯狀態下運行，防止輪對空轉的惡性發展。從而提高了運用粘着係數；

4、和直流制比，減小了地中電流對地下金屬的腐蝕作用，一般可不設專門的防護裝置。

直接供電方式較為簡單，是將牽引變電所輸出的電能直接供給電力機車的一種供電方式，主要設備有牽引變壓器、斷路器、隔離開關、所用變、電壓互感器、電流互感器、母線、接地系統、交流盤、直流盤、硅整流盤、控制盤、保護盤等設備。

直供方式的優點：結構簡單、投資省

缺點：由於牽引供電系統為單相負荷，該供電方式的牽引迴流為鋼軌，是不平衡的供電方式，對通信線路產生感應影響大。

迴路電阻大，供電距離短（十幾公里） 。

這種供電方式，在接觸網上每隔一段距離裝一台吸流變壓器（變比為1:1），其原邊串入接觸網，次邊串入迴流線（簡稱NF線，架在接觸網支柱田野側，與接觸懸掛等高），每兩台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迴流“吸上”去，經迴流線返回牽引變電所，起到防干擾效果。

由於大地迴流及所謂的“半段效應”，BT供電方式的防護效果並不理想，加之“吸——回”裝置造成接觸網結構複雜，機車受流條件惡化，近年來已很少採用。

採用AT供電方式時，牽引變電所主變輸出電壓為55kV，經AT（自耦變壓器，變比2:1）向接觸網供電，一端接接觸網，另一端接正饋線（簡稱AF線，亦架在田野側，與接觸懸掛等高），其中點抽頭則與鋼軌相連。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（PW）線，當接觸網絕緣破壞時起到保護跳閘作用，同時亦兼有防干擾及防雷效果。

顯然，AT供電方式接觸網結構也比較複雜，田野側掛有兩組附加導線，AF線電壓與接觸網電壓相等，PW線也有一定電位（約幾百伏），增加故障幾率。當接觸網發生故障，尤其是斷杆事故時，更是麻煩，搶修恢復困難，對運輸干擾極大。但由於牽引變電所饋出電壓高，所間距可增加一倍，並可適當提高末端網壓，在電力系統網絡比較薄弱的地區有其優越性。

帶回流線的直接供電方式取消BT供電方式中的吸流變壓器，保留了迴流線，利用接觸網與迴流線之間的互感作用，使鋼軌中的迴流儘可能地由迴流線流回牽引變電所，因而部分抵消接觸網對臨近通信線路的干擾，其防干擾效果不如BT供電方式，通常在對通信線防干擾要求不高的區段採用。這種供電方式設備簡單，因此供電設備的可靠性得到了提高；由於取消了吸流變壓器，只保留了迴流線，因此牽引網阻抗比直供方式低一些，供電性能好一些，造價也不太高，所以這種供電方式在我國電氣化鐵路上得到了廣泛應用。

這種供電方式實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。由於沒有吸流變壓器，改善了網壓，接觸網結構簡單可靠。近年來得到廣泛應用。

同軸電力電纜供電方式是在牽引網中沿鐵路埋設同軸電力電纜,其內部導體作為饋電線與接觸網並聯,外部導體作為迴流線與鋼軌並聯的供電方式。

這種供電方式由於投資大，一般不採用。

主要由牽引變電所和牽引網兩部分組成。主要作用是從電力系統取得電能，並送給沿鐵路線運行的機車。牽引變電系統組成部分：

一、高壓架空輸電線路

二、牽引變電所

三、接觸網

四、饋電線

五、軌道

六、迴流線

七、分區所（亭）

指直接向牽引變電所供電的地區變電所（或發電廠）及高壓輸電線路。

以牽引變電所進線門型架為分界點。

牽引變電所的功能是將三相的110KV(或220KV)高壓交流電變換為兩個單相的27.5KV的交流電，然後向鐵路上、下行兩個方向的接觸網(額定電壓為25KV)供電。

牽引變電所的作用：

1、變換電壓。

2、集中、分配電能。

3、調整電壓。

由饋電線、接觸網、鋼軌、迴流線組成的雙導線供電系統。

饋電線是連接變電所和接觸網之間的架空鋁導線。

接觸網直接把從牽引變電所獲得的電能供給電力機車，其質量和工作狀態直接影響着電氣化鐵路運輸能力。由於接觸網是露天設置，沒有備用，線路上的負荷又隨電力機車的運行而沿接觸線移動和變化，對接觸網提出以下要求：

1、 在高速運行和惡劣的氣候條件下，能保證電力機車正常取流，要求接觸網在機械結構上有良好的穩定性和彈性。

2 、接觸網設備對地絕緣要符合技術要求，安全可靠。

3 、要求接觸網的設備.零件具有足夠的耐磨性和抗腐濁能力，以期延長使用年限。

4 、要求接觸網結構.設備儘量簡單，零件互換性好，便於施工，維修。在事故情況下便於搶修和迅速恢復送電。

5、 儘可能降低成本，特別要注意節約有色金屬及鋼材。

為了增加供電的靈活性，提高運行可靠性，在相鄰變電所供電的接觸網區段通常加設分區所。

分區所的作用：

1、使同一供電分區的上、下行接觸網並聯工作或單獨工作。當並聯工作時，分區所（亭）內的斷路器閉合以提高接觸網的末端電壓；單獨工作時，斷路器打開。

2、單邊供電的同一供電分區上、下行接觸網（並聯工作）內發生短路事故時，由牽引變電所中的饋線斷路器和分區所（亭）中的斷路器配合動作，切除事故區段，縮小事故範圍。非事故區段仍可照常工作。

3、當某牽引變電所全所停電時，可閉合分區所（亭）中與分相絕緣器並聯的隔離開關（或斷路器），由相鄰牽引變電所向停電牽引變電所的供電分區臨時越區供電。

樞紐站場（如編組場、客場、機車整備線等），為提高供電可靠性和靈活性，通常將其分組獨立供電，為此增設了開閉所。如果是複線區段，通過開閉所的斷路器可將接觸網上下行並聯起來，兼分區所運行。

開閉所的作用：

1、開閉所不進行電壓變換，只起擴大饋線迴路數的作用，相當於配電所；

2、將供電臂分段，事故時縮小事故範圍，提高供電可靠性；

3、保證樞紐站，場裝卸作業和接觸網分組檢修的靈活性，安全性；

4、降低牽引變電所的複雜程度。

又稱一次側或外部供電方式，具體分為以下三種：

一邊供電

變電所兩路電源由電力系統的一個方向送來。

兩邊供電

變電所兩路電源由電力系統的兩個方向送來。

環形供電

是指若干個發電廠、地區變電所通過高壓輸電線路連接成環形電力網，而牽引變電所處於環形電力網系統中的一段環路之中。

兩邊供電和環形供電比一邊供電具有更高的可靠性和更好的供電質量。兩邊供電的優點是任一發電廠故障，電氣化鐵道的供電不會中斷，環形供電則更為穩定，因此牽引變電所一次供電方式應儘可能採用兩邊供電或環形供電。

牽引變電所的電源通常採用幾種不同的供電方式。

又稱牽引變電所一次側主接線，目前採用的主接線有三種：

1、橋接線：分外橋接線和內橋接線。

2、雙T接線，又稱分支接線，即兩路輸電線路分別引出兩條支線到牽引變電所，構成雙T，其應用最廣。

3、單母線分段接線：當牽引變電所除了兩回電源引入線外，還需引出線的中心變電所，通常採用這種方式。分段斷路器既能經常通過穿越功率，又可在必要時將母線分為兩段，以提高供電的可靠性和靈活性。