电气化铁道供电培训

电气化铁路牵引供电系统铁路建设的总目标

2004年1月国务院批准了

《中长期铁路网规划》

扩大建设规模，完善路网结构，扩充运输能力，提高装备水平到2020年：繁忙干线实现客货分流西部路网形成骨架人口密集地区发展城际客运系统2005年——2020年全国铁路营业里程达10万公里，

其中复线1.3万公里，电化5万公里2004年铁路网规划

四纵四横客运转线城际快速

客运系统

扩大西部路网规模完善东部路网结构四纵四横客运转线四纵：

京广线京沪线京哈达线杭宁福深线

四横：

徐兰线杭长线青太线宁蓉线“四纵”客运专线：

⑴北京—上海客运专线，贯通京津至长江三角洲东部沿海经济发达地区；

⑵北京—武汉—广州—深圳客运专线，连接华北和华南地区；

⑶北京—沈阳—哈尔滨（大连）客运专线，连接东北和关内地区；

⑷杭州—宁波—福州—深圳客运专线，连接长江、珠江三角洲和东南沿海地区。“四横”客运专线：

⑴徐州—郑州—兰州客运专线，连接西北和华北地区；

⑵杭州—南昌—长沙客运专线，连接华中和华东地区；

⑶青岛—石家庄—太原客运专线，连接华北和华东地区；

⑷南京—武汉—重庆—成都客运专线，连接西南和华东地区。电气化铁路的优越性运输能力大运输效力高机检车修使方用便与能源消耗少环境保护好司动乘条人件员改劳善繁忙运输高速运行高原沙漠长大隧道长大坡道长大交路世界电气化铁路的发展史

最早造出第一台标准轨距电力机车的是苏格兰人R·戴维森，时间是1842年。

1879年5月，德国人W·V·西门子设计制造了一台能拉乘坐18人的三辆敞开式“客车”的电力机车，这是电力机车首次成功的试验。线路全长300m、呈椭圆形；轨距为1m；电力机车954kg，车上装有2.2kW的串励式二极直流电动机,由150V的外部直流电源经铺设在轨道中间的第三轨供电、两条走行轨作为回路。牵引三节敞开式“客车”，每节车上可乘6名乘客.最高时速达13km１８８０年，美国的发明大王爱迪生在门罗帕克的研究院后院敷设双轨铁道试行电力机车获得成功。

1881年，法国巴黎展出了第一条由架空导线供电的电车线路，这就为提高电压，采用大功率牵引电动机创造了条件：1893年，瑞典在斯德哥尔摩，建成11Km、550V的直流电化铁路

1895年，美国在巴尔的摩—俄亥俄间5.6km长的隧道区段修建了直流电气化铁路。1903年德国的三相交流电力机车创造了每小时210km的高速记录。

１９０４年，瑞士塞在巴赫和雷根斯多夫之间架设了单相交流电压１.５万伏的高压电线。其他各国的铁路公司也开始采用高压，出现了大量１５００－３０００伏高压电气化铁路。

电力机车的发展取决于电气化铁道的发展。建设具有真正意义的电气化铁路首先要解决如何提供高压电，改变供电制式的问题。

接触网供给机车的电流制，分为直流制和交流制两种（交流制中又分单相交流、三相交流），这就叫供电制式。工频单相交流制推动了电气化铁道的发展交-直流电力机车采用交流制供电，目前世界上大多数国家都采用工频（50Hz）交流制，或25Hz低频交流制。在这种供电制下，牵引变电所将三相交流电改变成25kV工业频率单相交流电后送到接触网上。但是在电力机车上采用的仍然是直流串励电动机，把交流电变为直流电的任务在机车上完成。由于接触网电压比直流制时提高了很多，接触导线的直径可以相对减小，减少了有色金属的消耗和建没投资。因此，工频交流制得到了广泛采用，世界上绝大多数电力机车也是交-直流电力机车。三相交流制优点：三相对称负荷，不影响电力系统的三相对称性，牵引变电所和电力机车简化，三相异步电机运行可靠，维护方便。缺点：机车供电线路复杂，调速比较困难。因此，目前许多国家都在研究和生产变频电力机车，是一种交—直—交系统的机车。它是将接触网上的工频单相交流电，经机车上的变压器降压，整流滤波成直流，再经逆变器将直流变换成三相交流，并用三相异步电动机牵引。控制逆变器能够调节三相电压的幅值和频率，实现调速和调转矩的目的。这种机车的优点是：功率大，速度高，功率因素接近于1，并能将无功电流，通讯干扰减小到最小值。1964年，日本建成世界第一条210Km/h的东海道干线

1994年，德国在汉堡—柏林建成世界第一条长距离磁悬浮铁路，全长285Km，运行时速450Km/h公里。

目前，世界已有68个国家和地区修建了电气化铁路，电化铁路总长度已超过25万公里，承担世界铁路总运量的45%。

电气化铁道的供电问题解决之后，发展大功率、高速度的电力机车就成为各国追求的目标。这时候，半导体技术和微机控制技术的突破和发展推动了新型电力机车的问世。1979年，第一台E120型大功率交流传动电力机车在德国诞生，开创了电力机车发展的新纪元。

中国电气化铁路发展历史1958年6月15日，宝鸡至凤州段电气化铁路开工建设，由此揭开了中国铁路电气化建设的序幕。1960年6月建成了93公里的中国第一段电气化铁路宝凤段，实现了中国电气化铁路“零”的突破。由于直接采用当时国外最新的工频交流25KV供电制式，我国电气化铁路技术高起点起步。

从1958年到1978年的20年间，建成宝成线、阳安线、襄渝线电气化铁路1033公里，虽年均仅51公里，却为日后我国电气化铁路发展打下了基础。改革开放30年，我国建成开通电气化铁路总里程是前20年的25倍，实现了我国向世界电气化铁路强国的跨越，实现了我国电气化铁路从常速向高速的跨越。京秦线引进日本AT供电技术和远动控制技术，

大秦线引进多国技术设备，哈大线系统引进德国技术，通过引进、消化、吸收再创新，我国电气化铁路技术与发达国家的差距迅速缩小中国第一条复线电气化铁路——石太线

石太线是中国第一条复线电气化铁路，全长235公里，电气化改造总投资5．1亿元。第一期工程石家庄一阳泉段117公里于1975年开工，1980年9月通车。第二期工程阳泉一太原段118公里，1982年9月通车。该线的建成，提高晋煤外运量近2倍，上行牵引数由原来的2400吨提高到3300吨，年输送能力由2000多万吨提高到4000多万吨。该线建设全部采用国产设备，电气化采用单项工频25千伏交流制，并安装了吸流变压器--回流线防干扰装置，接触网采用上下行并联供电。全线通信线路为小同轴大综合电缆，信号集中闭塞改为电气集中和自动闭塞。2009年４月１日，兰（兰州）青（西宁）铁路增建第二线及电气化改造工程建成并正式通车，这不仅结束了青海省没有电气化铁路的历史，也是中国在青藏高原建成的第一条电气化铁路。

兰青铁路增建第二线及电气化改造工程东起甘肃省兰州市河口南站，向西沿黄河上游最大支流湟水河依次穿越青海省民和回族土族自治县、乐都县、平安县，最终抵达西宁市，全长１７０公里，为双线、电气化、国家Ⅰ级铁路。这一工程于２００６年４月动工，总投资２８．０５亿元。

中国电气化铁路现状目前，中国铁路电气化率已经达到27%，承担着全路43%的货运量，初步形成了布局合理、标准统一的电气化铁路运营网络，特别是胶济、大秦、京沪等线的电气化，是加快中国铁路现代化的重点工程项目，也是中国实施铁路跨越式发展的重点工程。胶济、大秦、京沪电气化改造工程都是实行施工总承包模式完成的，是中国铁路发展史上具有重要意义的大事，从而提高了中国电气化铁路的技术水平和管理水平，缓解了运输瓶颈制约。“九五”期间，中国电气化铁路运营里程突破一万公里，“十五”期间，电气化铁路运营里程突破两万公里。今年先后建成京沪、武嘉、郑徐、胶济、沪杭、浙赣等电气化铁路。截至9月底，中国共建成开通49条电气化铁路。2006年9月13日10时52分，由电力机车牵引的江西南昌开往玉山的旅客列车行驶在童家至贵溪区间，标志着浙赣电气化铁路进入试运行阶段。浙赣钱电气化改造工程的开通，标志着中国电气化铁路总里程已突破24000公里，成为继俄罗斯之后世界第二大电气化铁路国家(俄罗斯现有电气化铁路44526公里，位居世界第一位，德国现有电气化铁路21102公里，位居中国之后)。牵引供电系统组成供电系统远程监控系统电力系统接触网系统变电系统牵引供电系统电气化铁道的组成

采用电力牵引的铁道称为电气化铁道。由于电力机车本身不带有能源装置，靠外部电力系统经过牵引供电装置供给其电能，故电气化铁道是由电力机车和牵引供电装置组成的。牵引供电装置一般分成牵引变电所和接触网两部分，所以人们又称电力机车、牵引变电所和接触网为电气化铁道的“三大件”。电气化铁道供电系统1.发电厂；2.区域变电所3.传输线；4.分区所；5.牵引变电所6.接触线；7.轨道回路；8.回流线；9.电力机车；10馈电线牵引变电所外部电源牵引供电系统一般又由铁路以外的容量较大的电力系统供电。牵引供电系统负荷为一级负荷，各个供电系统应保证有两个独立的电源，同时保证不间断供电。

为了保证供电的可靠性，由电力系统送到牵引变电所高压输电线路无一例外地为双回线。两条双回线互为备用，平时均处于带电状态，一旦一条回路发生供电故障，另一条回自动投入，从而保证不间断供电。

牵引供电系统的电流制我国电气化铁路系统采用单相工频交流制优点：结构简单电压增高，变电所距离延长电力机车粘着性能和牵引性能良好对地下金属腐蚀性小缺点：单相牵引负荷会在电力系统中形成负序电流牵引负荷是感性负荷，功率因数低对通讯线路造成很大干扰牵引变电所一次供电方式一边供电两边供电环形供电牵引变电所牵引变电所的功能是将三相的110KV（或220KV）高压交流电变换为两个单相27.5KV的交流电，然后向铁路上、下行两个方向的接触网（额定电压为25KV）供电，牵引变电所每一侧的接触网都称做供电臂。该两臂的接触网电压相位是不同相的，一般是用耐磨的分相约缘器隔离开来。相邻牵引变电所间的接触网电压一般为同相的，其间除用分相绝缘器隔离外，还设置了分区亭，通过分区亭断路器（或负荷开关）的操作，实行末端上下行并网，在非正常情况下（变电所发生故障）进行越区供电。牵引变电所变压器及类型牵引变电所内的变压器，根据用途不同，分为主变压器（牵引变压器）、动力变压器、自耦变压器（AT）、所用变压器几种。根据接线方式不同，又有单相变压器、三相变压器，三相一二相变压器等。主变压器是牵引变电所内的核心设备，担负着将电力系统供给的110KV的三相电源变换成适合电力机车使用的27.50KV的单相电。由于牵引负荷具有极度不稳定、短路故障多、谐波含量大等特点，运行环境比一般电力负荷恶劣，因此要求牵引变压器过负荷和抗短路冲击的能力要强，这也是牵引变压器区别于一般电力变压器的特点。单相牵引变电所

接线图电压相量图三相牵引变电所

接线图电压相量图三相一二相牵引变电所

接线图电压相量图牵引变电所引入线方式（一次侧主接线）桥接线方式（内桥、外桥）双T接线方式单母线分段方式接触网供电方式单线区段

单边供电双边供电复线区段

单边末端并联供电单边全并联供电直接供电方式直接供电方式即不设置任何对通信线路防干扰设备，馈线回路设备简单，造价低，但对通信线路有干扰影响。

1.高压输电线2.牵引变电所3.馈电线

4.接触网5.电力机车6.钢轨7.分区亭123456~7

BT供电方式

在牵引供电系统中加装吸流变压器—回流线装置的供电方式，简称BT供电方式。这种供电方式用于电气化铁道穿越山谷地区或虽为平原地区，但铁路两侧通讯线路较多，且受干扰影响严重的线路上。

1.吸流变压器2.回流线3.吸上线

4.轨地回流线5.牵引变电所2131213145吸流变压器是变比为1：1的特殊变压器每隔2~4公里装设一台吸流变压器，并随之架设回流线。每两台吸流变压器之间的中点，经吸上线将回流线与钢轨连接起来。

AT供电方式

AT：单相自藕变压器PW：保护线AF：正馈线T：接触线R：钢轨CPW：横向连接线G：放电器RAFPWAT所AT所AT牵引变电所GGGCPWT国外电气化铁道实践证明，AT供电方式相比BT供电方式有较大的优越性运行速度高牵引重量大对通讯干扰影响小AT所的间隔距离一般按10-15km设置。自藕变压器并联于接触网上，不需增设电分段，能适应高速、大功率电力机车的运行。自藕变压器能有效的减弱对通讯线路的干扰。直供加回流线供电方式

IG6312415IHIJ1.回流线2.吸上线3.接触线4.钢轨

5.牵引变电所6.电力机车接触网主要包含以下几项内容:接触网是沿铁路线上空架设的向电力机车供电的特殊形式的输电线路。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又是随着电力机车的运行而沿接触线移动和变化的，对接触网提出以下要求:1、在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上具有稳定性和足够的弹性。2、接触网设备及零件要有互换性，应具有足够的耐磨性和抗腐蚀能力并尽量延长设备的使用年限。3、要求接触网对地绝缘好，安全可靠。

4、设备结构尽量简单，便于施工，有利于运营及维修。在事故情况下，便于抢修和迅速恢复送电。5、尽可能地降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。简单接触悬挂接触悬挂的类型链形接触悬挂简单接触悬挂半补偿链形悬挂全补偿链形悬挂。接触网电连接图道岔电连接

股道电连接

横向电连接

正定位形式接触网定位形式反定位形式软定位供电二次设备技术条件：系统结构

1）牵引供电系统控制方式采用远动控制、所内集中控制、设备本体控制三级控制方式。正常运行时采用远动控制，当设备检修时，采用所内集中控制或设备本体控制。三种控制方式相互闭锁

2）牵引变电所、分区所、开闭所和AT所均采用微机型综合自动化系统，系统采用分层分布式结构，采用集中组盘安装方式后台控制功能：

对所内开关、切换装置及其他可控设备可以在计算机上进行集中控制牵引变电所综合自动化系统

常规二次线部分主要由四大类装置组成:

继电保护

主设备监控与中央信号检测量度仪表

远动设备综合自动化系统基本组成:变电所监控主机人机联系设备电气主设备线路的数据采集控制与微机保护等子系统通过总线或局域网（LAN)互联通信构成的一体化分层分布式控制系统．并与远动调度中心联网，用以执行变电所全部控制、监视、中央信号、保护、远动和通信、管理等所有功能。

变电所综合自动化系统安装方式

采用控制室内集中组盘安装方式

盘面包括：

通信处理盘主变压器保护测控盘、电容器保护测控盘进、馈线保护测控盘量计盘大秦铁路DK3500电气化铁道牵引供电综合自动化系统

间隔层设备

通讯层设备后台监控设备主变保护测控单元并补保护测控单元馈线保护测控单元备自投单元AT测控单元电气化铁路新动态京沪高铁2010年基本建成

京沪高铁全程运行时间为5个小时。京沪高铁建设里程达1203公里投资破500亿4月18日，京沪高速铁路全线开工。京沪高速铁路是世界上一次建成规模最大的高速铁路铁道部具体围绕3个要求来制定主要的技术标准：一是速度、二是密度、三是安全，高速度——每小时350公里；高密度——达到最小追踪间隔时间3分钟；高可靠性——确保运营期间的安全。

哈大高铁

哈大铁路客运专线是国家“十一五”规划的重点建设工程项目之一哈大客运专线已于2007年8月23日正式开工建设，预计2013年完全竣工，部分路段可能于2010年左右完工并投入使用。哈大铁路客运专线全长902余公里哈大铁路客运专线是双线电气化铁路，区间运行列车均为动车组，开通平均时速200公里合武铁路电气化接触网即将全线通电

合武铁路是我国沪汉蓉快速铁路的组成部分，东起安徽合肥，西至湖北武汉，全线长350多公里，设计时速250公里。

石太客运专线

我国第一条开工建设的高速铁路

该客运专线的设计最高时速为250公里/小时，而计划在该客运专线上运行的动车组时速为200公里/小时。石太高速铁路客运专线全长１８９．９３公里新技术京津城际高铁京津城际铁路电气化工程引进德国高速铁路技术，采用镀锌H型钢住、无拉线锚柱、弹簧补偿器下锚、普拉塞恒张力放线车等先进施工工艺、设备。列车最高运营速度将达到每小时350公里，北京到天津直达运行时间在30分钟以内。列车最小间隔5分钟。京津客运专线的供电技术供电系统:优先采用电力系统两回独立可靠的220KV电源，互为热备用。高速正线采用2×25KVAT供电方式AT供电变电所间距可达60KM，直接供电方式为25KM。京津客运专线采用AT供电方式，115KM线路中间只有一个过分相。保证