高速铁路牵引供电系统(组成)复习课程

高速铁路牵引供电系统（构成）高速铁路牵引供电系统电气化铁路的构成因为电力机车自己不带原动机，需要靠外面电力系统经过牵引供电装置供给其电能，故电气化铁路是由电力机车和牵引供电系统构成的。牵引供电系统主要由牵引变电所和接触网两部分构成，因此人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的三大元件。一、电力机车（一）工作原理电力机车靠其顶部升起的受电弓和接触网接触获得电能。电力机车顶部都有受电弓，由司机控制其起落。受电弓升起时，紧贴接触网线摩擦滑行，将电能引入机车，经机车主断路器到机车主变压器，主变压器降压后，经供电装置供应牵引电动机，牵引电动机经过传动机构使电力机车运转。（二）构成部分电力机车由机械部分（包含车体和转向架）、电气部分和空气管路系统构成。车体是电力机车的骨架，是由钢板和压型梁组焊成的复杂的空间构造，电力机车大部分机械及电气设备都安装在车体内，它也是机车乘务员的工作场所。转向架是由牵引电机把电能转变为机械能，便电力机车沿轨道走行的机械装置。它的上部支持着车体，它的下部轮对与铁路轨道接触。电气部分包含机车主电路、协助电路和控制电路形成的所有电气设备，在机车上占的比重最大，除安装在转向架中的牵引电机以外，其他均安装在车顶、车内、车下和司机室内。空气管路系统主要履行机车空气制动功能，由空气压缩机、气阀柜、制动机和管路等构成（三）分类干线电力牵引中，依据供电电流制分为：直流制电力机车和沟通制电力机车和多流制电力机车。沟通机车又分为单相低频电力机车（25Hz或162/3Hz）和单相工频50Hz）电力机车。单相工频电力机车，又可分为交--直传动电力机车和交向来一交传动电力机车。二、牵引变电所牵引变电所的主要任务是将电力系统输送来的110kV三相沟通电变换为27.5（或55）kV单相电，此后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，电压变化由牵引变压器达成。电力系统的三相沟通电改变为单相，是经过牵引变压器

的电气接线来实现的。牵引变电所平常设置两台变压器，采纳双电源供电。以提升供电的靠谱性。变压器的接线方式当前采纳的有三相Yd11接线，单相V/V接线，单相接线以及三相-两相斯科特变压器。牵引变电所还设置有串联和并联的电容补偿装置，用以改良供电系统的电能质量，减少牵引负荷对电力系统和通讯线路的影响。三、牵引供电回路电力牵引供变电系统是指从电力系统接受电能，经过变压，变相后，向电力机车供电的系统。牵引供电回路是由牵引变电所、馈电线、接触网、电力机车、钢轨、地或回流线构成。其他还有分区亭、开闭所、自耦变压器站等。电力牵引系统中的开闭所，其实是起配电作用的开关站开闭所就是高压开关站，实质上从严格意义上讲是高压配电”占，可是起配电作用，实现环网供电、双路互投等功能。当枢纽地域的供电，分为“由里向外供”和“由外向里供”两种方式，前者在枢纽内设置牵引变电所。后者在枢纽内不设牵引变电所，为了增添枢纽地域供电的靠谱性和缩小事故的影响范围，一般设开闭所。AT供电方式时，供电臂较长，在供电臂中部也设开闭所。开闭所应有来自不一样样牵引变电所的（单线区段）或同一牵引变电所的不一样样馈线段（复线区段）的两回进线。开闭所应尽量设置在枢纽地域的负荷中心处，以减少馈线的长度和馈线与接触网的交错搅乱。（二）分区亭（SP为了增添供电的灵巧性，提升运转的靠谱性，在两个牵引变电所的供电区间常加设分区亭。分区亭常用于牵引网为双边供电，或复线区段牵引网为单边供电，但上下行接触网在尾端并联时。这时，分区亭起到平常将两个供电臂或上下行接触网联系起来的作用，这样，当事故发生时，可减小停电范围和实现越区供电。（三）自耦变压器站电力牵引供电系统如采纳自耦变压器供电方式时，在沿线每隔10-15公里设置一台自耦变压器。设置时尽量将自耦变压器设于沿铁路的各站场上。同时，尽量与分区亭、开闭所归并，以便于运转管理。（四）牵引网牵引网是由馈线、钢轨回流线、接触网构成的双导线供电系统，达成对电力机车的送电任务。BT供电方式时，还要有回流线。AT供电供电方式时，还有正馈线和保护线。馈线：接在牵引变电所牵引母线和接触网之间的导线，马上电能由牵引变电所引向电气化铁路。接触网：一种特其他输电线，架设在铁路上方，机车受电弓与其磨擦受电。回流线：牵引变电所处的横向回流线，它将轨或与轨平行的其他导线与牵引变压器指定端子相联。分相绝缘器（电分相）：串在接触网上，目的是把两相不一样样的供电区分开，并使机车圆滑过渡，主要用在牵引变电所出口处和分区处。分段绝缘器（电分段）：分为纵向电分段和横向电分段，前者用线路接触网上，后者用于站场各条接触网之间。经过其上的隔走开关将有关接触网进行电气连通或断开，以保证供电的靠谱性、灵巧性和减小停电范围等。供电分区：正常供电时，由牵引变电所馈线到接触网尾端的一段供电线路，也称为供电区。电气化铁路的供电方式一、电力系统对牵引变电所的供电方式电力系统向牵引变电所供电的方式可分为单电源供电，双电源供电和混淆供电。当同一电气化区段有不一样样那个的电力系统功能供电时，在牵引网的分界处，应设置分相电分段而不该并联。牵引变电所设置两台变压器，它要求

双电源供电1.牵引变电所一、牵引变电所高压进线的主接线方案（一）牵引变电所主接线的要求1、牵引变压器的接线方式不一样样，对主接线的影响较大。2、在知足靠谱性的情况下，应尽量采纳简单的接线形式，一般一双T接线为主。3、双T接线固然要求双回路进线，但可依据电气化铁路的重要程度和运量大小而采纳手动投入或自动投入备用回路。当变电所的双回路进线中，主回路发生故障时，备用回路应投入。当采纳手动投入时，将有一段停电时间（几数分钟到几十分钟），但可使主接线简化，考虑到110kV线路故障率较低，而且220kV及更高系统逐渐形成之情况下，这类接线方式获得了广泛应用。4、对于重要电气化区段，可采纳自动投入或双回路主供。5、接触网的故障率较高，要求27.5kV侧馈线断路器能承受较高的跳闸次数或有足够的备用。（二）单母线分段接线1、单母线分段接线当牵引变电所除了110kV两回电源引入线外，还有其他引出线的时候，平常采纳此种方式。正常运转时，分段断路器闭合，两母线并列运转，电源回路和同一负荷的馈线应交错连结在不一样样的分段母线上，分段断路器既能经过穿越功率，又可在必需的时候将母线分红两段，这样，当母线检修时，停电范围可减小一半；母线故障时，分段断路器自动跳闸，将故障段母线断开，非故障段母线及其线路仍照旧工作，仅使故障段母线连结的线路停电。单母线分段的接线，广泛用于城市电牵引变电所和较少的电牵引供电系统。2、单母线带旁路母线接线

110KV电源进线回路单母线分段的接线固然有上述长处，可是，仍是存在断路器检修或故障时将使有关回路停电的缺点，为此，增设一组旁路母线，构成带旁路母线的单母线接线即可解决这一矛盾。（三）桥型接线当110KV侧有两回进线且需要穿越功率时，采纳桥型接线1、内桥接线内桥接线中带有隔走开关构成的外跨条，作为检修桥断路器时旁路用。该接线的特点是线路中有一回故障，不影响供电。但变压器故障时，造成线路中止。考虑到变压器故障率比进线故障少，因此这类接线可增强牵引负荷供电的靠谱性而对电力系统不会带来多大影响，当前采纳好多。因为解裂变压器也会造成线路中止，因此如需常常操作主变压器的场合，不宜采纳内桥接线。2、外桥接线该接线的特点是变压器故障不影响线路，变压器的投入和切除方便，线路穿越功率只经过桥断路器，但线路故障时影响一台变压器的供电，这类接线往（四）双T接线双T接线是当前采纳比较广泛的一种接线方式，它在变电所要求两回进线时采纳。一般情况下，此中一回引自电源点的专用间隔，另一回进线可从电力系统的各供电线路上连结。双T接线比上述两种接线形式都简单，双回进线都在供电要求不高的场合，采纳一回助攻，另一回备用。若两回进线都能作主供回路，并能作为互为备用，则可消去外跨条，使接线更加简单。在供电要求高的场合，应优先采纳两回进线都能作为主供的方案。第五节高速铁路牵引供电系统介绍因为电力机车功率大，拉的多，跑的快，世界各国的高速铁路几乎都采纳电力机车牵引。电力机车与蒸汽机车和内燃机车不一样样，它自己不带能源，必然由外面供应电能。为了给电力机车供应电能，需要在铁路沿线架设一套牵引供电系统。高速铁路的牵引供电系统，与常速铁路的牵引供电系统不一样样，它的供电能力和供电靠谱性必然知足高速列车运转的要求。自1964年10月1日，日本建成世界上第一条高速铁路以来，经过几十年的实践和发展，各国高速铁路的牵引供电系统都有了很大的改良，达到了很高的水平，并且都各具特点。最拥有代表性的是日本、法国和德国高速铁路的牵引供电系统。高速铁路的牵引供电系统主要包含牵引供电和接触网两大多数。面就其采纳的主要技术标准做一简单的介绍。?牵引供电部分（1）牵引供电方式：高速铁路要求接触网受流质过高，分段和分相点数目少。目前各国大多采纳自耦变压器（AT）供电方式和带回线的直接（RT）供电方式。自耦变压器（AT）供电方式是每隔10km左右在接触网与正馈线之间并联接入一台自耦变压器，此中性点与钢轨相连。自耦变压器将牵引网的供电电压提升一倍，而供应电力机车的电压仍为25kV，以以下图。带回线的直接（RT）供电方式是在接触网支柱上架设一条与钢轨并联的回流线，以以下图，利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的电流尽可能地由回流线流回牵引变电所，因此能部分抵消接触网对周边通讯线路的搅乱。1/2/1/2/自耦变压器(AT供电方式rr:<00带回线的直接(RD供电方式

1INF)日本、法国采纳AT供电方式；德国、意大利和西班牙采纳RT供电方式。AT供电方式的长处是：供电质量高，变电所数目少，便于牵引变电所选址和电力部门的配合，牵引变电所间距大、分相点少。因此，便于高速列车运转，防搅乱见效也好。我国京沪高速铁路牵引供电优先采纳2X25kV(AT)供电方式。(2)电源电压等级：高速铁路负荷电流大，对电力系统的不均衡影响也大。为了减少对电力系统的影响，高速铁路一般都采纳较高的电源电压。日本采纳154kV、220kV和275kV三种电压等级，法国采纳225kV电压等级，德国采纳110kV电压等级，意大利采纳130kV电压等级，西班牙采纳132kV和220kV两种电压等级。(3)接触网电压：接触网的电压对电力机车功率发挥及机车运转速度有很大影响，并且直接关系到牵引供电设备技术参数的选定和供电系统的工程投资，各国都特别重视这一技术标准。日本接触网的标准电压为25kV，最高电压为30kV，最低电压为22.5kV。法国分别为25kV、27.5kV和18kV。德国分别为15kV、17kV和12kV。西班牙分别为25kV、27.5kV和19kV。意大利采纳直流供电，分别为3kV、3.6kV和2kV。我国京沪高速铁路接触网的标称电压为25kV，长久最高电压拟定为27.5kV，短时（5min）最高电压为29kV，设计最低工作电压为20kV。（4）牵引变压器接线形式：牵引变压器是牵引供电系统中最重要的设备。它对牵引供电系统和工程投资起决定性的影响，不一样样种类的牵引变压器对电力系统产生不一样样的不均衡影响。日本采纳斯科特接线和变形伍德桥接线三相变压器。法国、德国、意大利和西班牙采纳单相变位器。单相变压器的长处是变压器容量大、利用率高、经济见效好，最合适在高速铁路上应用。我国京沪高速铁路应优先采纳单相变压器。（5）牵引变电所继电保护和自动控制装置：日本、法国、德国及西班牙高速铁路的牵引变电所均按无人值班设计，采纳运动装置在电力调动中心监控。牵引变电所的继电保护和自动控制系统仍采纳传统的控制保护盘方式，微机控制保护和所有自动化等技术都还没有采纳。但在保护系统的配置、继电器的特性、控制回路的联动等方面比较先进，系统的安全性和靠谱性也比较高。（6）电力调动和运动系统：日本列车运转指挥中心集列车、车辆、信号、牵引供电、防灾报警、游客服务等多种业务调动为一体，构成一个综合调动处理系统。电力调度及运动是此中的一个子系统。法国高速铁路的综合调动系统由行车调动和电力调动组成。德国和西班牙高速铁路的牵引供电调动及运动系统则是一个设在调动中心的独立系统。由调动所对高速线上所有开关设备和接触网柱上开关进行遥控。为了便于列车调动指挥，电力调动和运动系统集中设专家车调动室内。为2X27.5kV或27.5kV;接触网额定电压为25kV，长久最高电压为。27.5kV，短时（5min）最高电压为29kV，设计最低工作电压为20kV9.接触网采纳上、下行同相单边供电，供电臂尾端设分区所，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，赞成所有列车在减速条件下通过。当采纳AT供电方式时，AT所处的上、下行接触网也实行并联。10.供电设备的容量一般按近期客运量的顶峰小时牵引负荷进行选择；接触网上行或下行独自供电时，应知足最低工作电压要求。负序友好波对电力系统的影响应符合有关标准的规定。二、牵引网供电方式京沪高速铁路是由不一样样速度等级的动车组混跑的客运专线（在近、远期逐渐加大及以上动车组数目和运转范围），最高速度为350?380km/h的高速动车组采纳大功率流线型交

-直-

交动车组。AT供电方式拥有适应高电能传输的能力，同时能够降低对接触悬挂载流量

的要乞降减少牵引网电流密度，并有益于大运量客运专线接触网的轻型化和系统般配设计。牵引网供电方式采纳AT供电方式后在供电能力、减少电分相、改良电磁环境和降低外面电源投资等方面的优势均比较显然，对于京沪高速铁路长距离、高速度、高密度和重担荷的情况特别合适；因此高速正线的牵引供电系统应采纳2疋5kVAT供电方式，枢纽地域高中速联系线、动车组走行线和动车段（所）等采纳1^25kV带回流线的直接供电方式。三、牵引变电所、开闭所、分区所和

AT所散布在京沪高速铁路的电气化工程中，牵引变电所（SS）、开闭所（SSP）、分区所（SP）和AT所（ATP）的散布方案除依据上述主要设计原则及技术条件外，还应试虑负荷特点、变电设备规模和牵引网构造等。因为京沪高速铁路的高、中速列车均采纳交-直-交动车组，列车在各样工况下的功率因数较高，牵引网尾端电压水平不再是限制牵引变电所间距的主要要素；而牵引网各导体的载流量和电力系统的负序承受能力成为限制牵引变电所间距的主要要素。依据先期牵引计算及方案论证的结论，京沪高速铁路全线分别在李营（北京动车段）、魏善庄、豆张庄、华苑、唐官屯、沧州、东光、德州、禹城、济南、泰山、王庄、东郭、周营、徐州、桃沟、固镇、蚌埠、桑涧、滁州、南京南、下蜀、丹阳、郑陆、无锡、昆山和虹桥设27座牵引变电所，在每座牵引变电所内均不设自耦变压器。在AT供电区段的分区所内设置上、下行自耦变压器，且自耦变压器互为备用；在AT供电区段内，各牵引变电所的左右供电臂中间周边共设50处AT所，AT所内设置上、下行自耦变压器，且自耦变压器互为备用。在北京南站和天津西站周边各设1处罚区所兼开闭所。在京沪高速铁路的电气化工程中，除新建李营牵引变电所为直接供电方式的变电所外，其他均为AT供电方式的牵引变电所。高速正线接触网除北京南?魏善庄牵引变电所和在本线早期虹桥牵引变电所?虹桥段采纳带回流线的直接供电方式外，其他均采纳AT供电方式；各枢纽和地域内的高中速联系线、动车组走行线及动车段（动车运用所）车场线均采纳带回流线的直接供电方式。在正线贯穿方案上，牵引变电所的均匀间距为48.6km，最大间距为58.6km，供电臂最大长度为29.9km。四、牵引变压器种类与容量牵引变压器是牵引变电所中的重点设备，它的结线型式好多，如单相牵引变压器、三相V结线牵引变压器、均衡型牵引变压器和三相丫/△牵引变压器等。牵引变压器种类的选择应综合考虑电力系统容量、牵引负荷对电力系统的负序影响、安装容量与基本电价和容量利用率等要素。因为高速铁路的牵引负荷拥有颠簸性、幅值变化大、采纳重生制动后牵引变电所左右两供电臂更不易均衡等特点，京沪高速铁路所采纳牵引变压器的结线型式必然适应这些特点。对于单相牵引变压器：它的容量利用率高，牵引变压器安装容量小，有益于动车组重生能量的利用，但对电力系统的负序影响大，故应在电力系统兴盛的地方优先采纳；单相结线拥有负荷安稳、电能耗资小、有效利用列车重生电能、营运开销低、构造简单、可靠性高、设备数目少、营运保护方便和工程投资低等长处；其他采纳单相牵引变压器可减少正常运转条件下的接触网电分相数目，这是其他结线型式的牵引变压器所不及的。对于三相V结线牵引变压器：在两臂牵引负荷相等的前提下，三相V结线牵引变压器的负序功率等于牵引负荷功率的50%;它构造也较简单，牵引变电所的每个供电臂可独自采纳所需要的容量，容量利用率较高；但正因为该种类牵引变压器的每相负荷以供电臂为单元，供电范围小，该种类牵引变压器的安装容量比单相牵引变压器大。从减少接触网电分相数目、有益于高速动车组运转和降低工程投资及营运开销的角度来看，京沪高速铁路采纳单相牵引变压器是合适的，因此牵引变压器在电力系统条件允许时优先采纳单相结线。从外面条件来看，固然京沪高速铁路沿线的输配电网络较发达，牵引变电所的外面电源能够很方便地就近获得220kV电源；初步检查结果表示：到2015年时，沿线电力系统的短路容量一般在3000~7000MVA之间。因为京沪高速铁路牵引变电所的牵引负荷较大，而系统短路容量增添有限和受系统负序承受能力的限制，牵引变压器所有采纳单相结线型式的难度较大。在上阶段与电力部门磋商各牵引变电所的外面电源供电方案时，仍按单相牵引变压器考虑；但沿线电力部门考虑到自己电网的发展情况以及纯单相牵引负荷对发电厂、微电子、精巧仪器等高科技加工公司的负序友好波等影响，激烈建议牵引变电所采纳三相接入方式。按国家电网公司和铁道部对于《京沪高速铁路等供电工作协调会议纪要》的精神，除昆山牵引变电所拟与沪宁城际变电所合建、牵引变压器暂采纳单相结线型式外，其他变电所中的牵引变压器需采纳220kV外面电源供电和三相接入方式，因此在本阶段牵引变压器按采纳三相V结线型式配置，这样就保证了牵引变电所主接线在近、远期的一致性、可扩展性和可实行性。五、接触网悬挂种类和牵引网导线的电流分派及各样导线的选择京沪高速接触网的悬挂种类采纳全赔偿弹性链型悬挂。牵引网导线型号的选择应知足机械强度和牵引网负荷电流等要求，牵引网各导线的截面应保证牵引供电系统载流的要求。在本次京沪高速铁路牵引供电系统的设计中，正线接触线采纳合金含量为0.5%的镁铜接触导线；正线承力索采纳高导电率（80%）铜合金绞线；正馈线、保护线、供电线和回流线等均采用铝包钢芯铝绞线。六、枢纽供电与京沪高速铁路有关的既有牵引供电设备按沿线枢纽地域区分分别包含：在北京枢纽设双桥和丰台牵引变电所，北京和北京西开闭所；在天津枢纽设南仓、豆张庄、杨柳青、军粮城和山岭子牵引变电所，南仓、天津北和天津西分区所兼开闭因此及天津开闭所；在济南枢纽设济南西、晏城北和郭店牵引变电所；在徐州枢纽设徐州北和夹河寨牵引变电所，徐州北和徐州开闭因此及徐州西、周宅子和高家营分区所；在