1、電氣化鐵路牽引供電系統主講：劉實1.我國鐵路建設的總目標v 2004年國家制訂中長期中長期鐵路網規劃鐵路網規劃 擴大建設規模，完善路網結構，擴充運輸能力，提高裝備水平 到2020年：v 繁忙干線實現客貨分流繁忙干線實現客貨分流v 西部路網形成骨架西部路網形成骨架v 人口密集地區發展城際客運系統人口密集地區發展城際客運系統v四縱四縱v哈滬線：哈爾濱-沈陽-大連-青島-日照-連云港-上海。v京港線：北京-石家莊-鄭州-武漢-長沙南-廣州-深圳-九龍。v集昆線：集寧-大同-太原南-西安-漢中-廣元-成都-樂山-西昌-攀枝花-昆明。v西湛線：西安-安康-重慶-貴陽-南寧-欽州-北海-湛江。v七橫七橫v

2、沈蘭線：沈陽-唐山-北京-集寧-呼市-包頭-烏海-石嘴山-銀川-青銅峽-中衛-白銀-蘭州。v青銀線：青島-濟南西-衡水-石家莊-太原南-綏德-銀川。v鹽西線：鹽城-徐州西-商丘-開封東-鄭州-洛陽-三門峽-華陰-西安-寶雞-天水-定西-蘭州-紅古-西寧。v滬蓉線：（上海）-南京-合肥-六安-武漢-潛江-荊州-宜昌-恩施-涪陵西-重慶-成都。v滬昆線：上海-杭州-上饒-鷹潭-南昌南-長沙南-婁底-懷化-貴陽-安順-關嶺-昆明。v滬南線：上海-寧波-溫州-福州-廈門（同安）-漳州南-汕頭-惠州-廣州-梧州-桂平東-南寧。v杭廣線：杭州-龍泉-南平-永安-漳平-龍巖-永定-梅州-廣州v八連線八連線v

3、津唐線：天津-唐山。v開河線：開封東-菏澤-東平-濟南西-濱州-東營北-河口。v寧南線：南京-揚州-泰州-南通。v寧寧線：南京-溧陽-湖州-杭州-紹興-寧波。v金溫線：金華-麗水-溫州。v漢福線：武漢-黃石西-武穴（江南）-九江（縣）-德安-南昌南-撫州-邵武-南平-福州。v南廈線：南平-三明-大田-廈門（同安）。v衡南線：衡陽-祁東-永州-全州-桂林-柳州-來賓-賓陽-南寧。2.國外電氣化鐵路發展歷史v最早造出第一臺標準軌距電力機車的是蘇格蘭人R戴維森，時間是1842年。v1879年5月，德國人WV西門子設計,線路全長300m,軌距為1m,電力機車954kg，由150V的外部直流電源經鋪設在

4、軌道中間的第三軌供電、兩條走行軌作為回路。牽引三節敞開式“客車”，每節車上可乘6名乘客.最高時速達13km。v1964年，日本建成世界第一條運營速度210Km/h的東海道干線。之后，到1995年前后，歐洲基本形成高鐵網絡，代表性的有法國TGV，運營速度300Km/h，德國ICE，運營速度200-250-350Km/h。v目前，世界已有68個國家和地區修建了電氣化鐵路，電化鐵路總長度已超過25萬公里，承擔世界鐵路總運量的45%。 v直流制不便于長距離大功率輸送電能，目前電氣化鐵道多采用工頻單相交流制。v1979年，第一臺E120型大功率交流傳動電力機車在德國誕生，開創了電力機車發展的新紀元。 v

5、接觸網供給機車的電流制，分為直流制和交流制兩種（交流制中又分單相交流、三相交流），這就叫供電制式。 3 中國電氣化鐵路發展歷史v1958年6月15日，寶雞至鳳州段電氣化鐵路開工建設，由此揭開了中國鐵路電氣化建設的序幕。1960年6月建成了93公里的中國第一段電氣化鐵路寶鳳段，實現了中國電氣化鐵路“零”的突破。由于直接采用當時國外最新的工頻交流25KV供電制式，我國電氣化鐵路技術高起點起步。 我國電氣化鐵路系統采用單相工頻交流制優點：v結構簡單v電壓增高，變電所距離延長v電力機車粘著性能和牽引性能良好v對地下金屬腐蝕性小v缺點：v單相牽引負荷會在電力系統中形成負序電流v牽引負荷是感性負荷，功率因

6、數低v對通訊線路造成很大干擾v從1958年到1978年的20年間，建成寶成線、陽安線、襄渝線電氣化鐵路1033公里，年均僅51公里。改革開放30年，我國建成開通電氣化鐵路總里程是前20年的25倍，實現了向世界電氣化鐵路強國的跨越，實現了我國電氣化鐵路從常速向高速的跨越。京秦線引進日本AT供電技術和遠動控制技術，大秦線引進多國技術設備，哈大線系統引進德國技術，通過引進、消化、吸收再創新，我國電氣化鐵路技術與發達國家的差距迅速縮小。2006年后，高速鐵路建設，徹底走在世界前列。 4 4 電氣化電氣化鐵道的組成鐵道的組成 v采用電力牽引的鐵道稱為電氣化鐵道。由于電力機車本身不帶有能源裝置，靠外部電力

7、系統經過牽引供電裝置供給其電能，故電氣化鐵道是由電力機車和牽引供電裝置組成的。牽引供電裝置一般分成牽引變電所和接觸網兩部分，所以人們又稱電力機車、牽引變電所和接觸網為電氣化鐵道的“三大件”。電氣化鐵道供電系統1.發電廠；2.區域變電所3.傳輸線；4.分區所；5.牽引變電所6.接觸線； 7.軌道回路； 8.回流線； 9.電力機車； 10饋電線v牽引變電所的功能牽引變電所的功能是將三相的110KV（或220 KV）高壓交流電變換為兩個單相27.5 KV的交流電，然后向鐵路上、下行兩個方向的接觸網供電，牽引變電所每一側的接觸網都稱做供電臂。該兩臂的接觸網電壓相位是不同相的，一般是用耐磨的分相絕緣器隔

8、離開來。除用分相絕緣器隔離外，還設置了分區亭，通過分區亭斷路器（或負荷開關）的操作，實行末端上下行并網，在非正常情況下（變電所發生故障）進行越區供電。4.1牽引變電所4.1.1牽引變電所外部電源v牽引供電系統一般由鐵路以外的容量較大的電力系統供電。v牽引供電系統負荷為一級負荷，各個供電系統應保證有兩個獨立的電源，同時保證不間斷供電。 v為了保證供電的可靠性，由電力系統送到牽引變電所高壓輸電線路無一例外地為雙回線。兩條雙回線互為備用，平時均處于帶電狀態，一旦一條回路發生供電故障，另一條回自動投入，從而保證不間斷供電。 4.1.2牽引變電所接線方式（一次側高壓設備）v單母線接線方式：多路電源集中到

9、一條母線上，再分出供電。v雙T接線方式：多路電源集中到兩條母線上，其中一條主用，一條備用，兩路之間設置聯絡斷路器。v橋接線方式（內橋、外橋）：牽引變電所兩回進線之間的橫向連接，即橋接線，其上設置聯絡斷路器。單母線接線圖雙T接線方式橋接線方式（內橋、外橋）4.1.3牽引變電所變壓器及類型v牽引變電所內的變壓器，根據用途不同，分為主變壓器（牽引變壓器）、動力變壓器、自耦變壓器（AT）、所用變壓器幾種。v根據接線方式不同，又有單相變壓器、三相變壓器，三相一二相變壓器等。 v主變壓器是牽引變電所內的核心設備，擔負著將電力系統供給的110 KV的三相電源變換成適合電力機車使用的27.50 KV的單相電。

10、由于牽引負荷具有極度不穩定、短路故障多、諧波含量大等特點，運行環境比一般電力負荷惡劣，因此要求牽引變壓器過負荷和抗短路沖擊的能力要強，這也是牽引變壓器區別于一般電力變壓器的特點。單相牽引變電所接線圖 電壓相量圖三相牽引變電所接線圖 電壓相量圖三相一二相牽引變電所接線圖 電壓相量圖4.1.4牽引供電牽引供電二次二次設備設備1）牽引供電系統控制方式采用牽引供電系統控制方式采用遠動控制、所內集中遠動控制、所內集中控制、設備本體控制三級控制方式控制、設備本體控制三級控制方式。正常運行時采正常運行時采用遠動控制，當設備檢修時，采用所內集中控制或用遠動控制，當設備檢修時，采用所內集中控制或設備本體控制。三

11、種控制方式相互設備本體控制。三種控制方式相互閉鎖閉鎖。2）牽引變電所、分區所、開閉所和牽引變電所、分區所、開閉所和AT所均采用微機所均采用微機型綜合自動化系統，系統采用分層分布式結構，采型綜合自動化系統，系統采用分層分布式結構，采用集中組盤安裝用集中組盤安裝方式。方式。3）后臺控制功能：）后臺控制功能：對所內開關、切換裝置及其他可對所內開關、切換裝置及其他可控設備可以在計算機上進行集中控制。控設備可以在計算機上進行集中控制。牽引變電所綜合自動化系統常規二次線部分主要由四大類裝置組成 : 繼電保護 主設備監控與中央信號 檢測量度儀表 遠動設備 綜合自動化系統基本組成:變電所監控主機 人機聯系設備

12、 電氣主設備 線路的數據采集控制與微機保護等子系統 通過總線或局域網（LAN)互聯通信構成的一體化分層分布式控制系統并與遠動調度中心聯網，用以執行變電所全部控制、監視、中央信號、保護、遠動和通信、管理等所有功能。 變電所綜合自動化系統安裝方式變電所綜合自動化系統安裝方式采用采用控制室內集中組盤安裝控制室內集中組盤安裝方式。方式。 盤面包括：盤面包括： 通信處理盤通信處理盤 主變壓器保護測控盤、主變壓器保護測控盤、 電容器保護測控盤電容器保護測控盤 進、饋線保護測控盤進、饋線保護測控盤 量計盤量計盤4.2 接觸網v4.2.1 供電方式v單線區段 單邊供電 雙邊供電v復線區段 單邊末端并聯供電v

13、單邊全并聯供電4.2.1.1 直接供電方式v直接供電方式即不設置任何對通信線路防干擾設備，饋線回路設備簡單，造價低，但對通信線路有干擾影響。 1.高壓輸電線 2.牽引變電所 3.饋電線 4.接觸網 5.電力機車6.鋼軌 7.分區亭12345674.2.1.2 BT供電方式v在牽引供電系統中加裝吸流變壓器回流線裝置的供電方式，簡稱BT供電方式。v這種供電方式用于電氣化鐵道穿越山谷地區或雖為平原地區，但鐵路兩側通訊線路較多，且受干擾影響嚴重的線路上。 1.吸流變壓器 2.回流線 3.吸上線 4.軌地回流線 5.牽引變電所2131213145v吸流變壓器是變比為1：1的特殊變壓器v每隔24公里裝設一

14、臺吸流變壓器，并隨之架設回流線。v每兩臺吸流變壓器之間的中點，經吸上線將回流線與鋼軌連接起來。 4.2.1.3 AT供電方式供電方式 AT：單相自藕變壓器 PW：保護線 AF：正饋線 T：接觸線R：鋼軌 CPW：橫向連接線 G：放電器RAFPWAT所AT所AT牽引變電所GGGCPWT國外電氣化鐵道實踐證明，AT供電方式相比BT供電方式有較大的優越性v運行速度高v牽引重量大v對通訊干擾影響小vAT所的間隔距離一般按10-15km設置。v自藕變壓器并聯于接觸網上，不需增設電分段，能適應高速、大功率電力機車的運行。v自藕變壓器能有效的減弱對通訊線路的干擾。4.2.1.4 直供加回流線供電方式6312

15、4151.回流線 2.吸上線 3. 接觸線 4.鋼軌 5.牽引變電所 6.電力機車4.2.24.2.2 接觸網主要構成及分類接觸網主要構成及分類v接觸網是沿鐵路線上空架設的向電力機車供電的特殊形式的輸電線路。v其由接觸懸掛、支持裝置、定位裝置、支柱與基礎、開關及分段設備、回流與接地等部分組成。由于接觸網是露天設置，沒有備用，線路上的負荷又是隨著電力機車的運行而沿接觸線移動和變化的，對接觸網提出以下要求:v1、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具有穩定性和足夠的彈性。 v2、接觸網設備及零件要有互換性，應具有足夠的耐磨性和抗腐蝕能力并盡量延長設備的使用年

16、限。v3、要求接觸網對地絕緣好，安全可靠。 v4、設備結構盡量簡單，便于施工，有利于運營及維修。在事故情況下，便于搶修和迅速恢復送電。 v5、盡可能地降低成本，特別要注意節約有色金屬及鋼材。 簡單接觸懸掛簡單接觸懸掛接觸懸掛的類型接觸懸掛的類型鏈形接觸懸掛鏈形接觸懸掛簡單接觸懸掛簡單接觸懸掛半補償鏈形懸掛半補償鏈形懸掛全補償鏈形懸掛。全補償鏈形懸掛。 4.2.3 高速接觸網的主要參數v1）、接觸網的彈性v在受電弓抬升力的作用下，接觸網所具有的升高性能。用表示，單位為mm/N。它的數值和跨距成正比，和張力成反比，常用計算法和測量法來確定。v接觸網定位點有彈性吊索時，其懸掛點的彈性可以達到跨中彈性

17、的90%，無彈性吊索時，只能達到30-50%。彈性計算公式可參考以下內容：v2）、 接觸網彈性不均勻度v用u表示，u=（ max-min）/（max+min）vU值越小，說明接觸網各點處的彈性越均勻。大量經驗表明，低于10%時，適用高速接觸網，并且易于實現。3）、接觸線波動傳播速度和無量綱因數vV和Cp越接近，越大，接觸網抬升量就越大，弓網關系就會惡化。結合國內外經驗，小于等于0.7時，接觸網具有最佳受流效果。 4）、 接觸網導線的高度、坡度、接觸壓力、硬點v高度、坡度不符合標準，會導致弓網接觸壓力發生突變，產生硬點。高速接觸導線坡度應小于千分之一。v整個接觸網的重力荷載沿著導線應均勻分布，如

18、在某點出現集中荷載的情況，就會導致弓網接觸壓力發生突變，也產生硬點。v硬點會導致受電弓或導線磨耗加劇，縮短接觸網使用壽命，所以高速接觸網必須按照規定的流程，實施高精度的安裝。v接觸網硬點的指標常用受電弓的沖擊加速度來體現，即受電弓弓頭在單位時間內上升或下降的平均加速度。實際中把數據和重力加速度比較，以重力加速度的倍數來記錄，如50g,即500米/秒2。v高速接觸網檢測車檢測出某個里程點的沖擊加速度大于45g時，就需要處理。5）、高速接觸網的不降弓過電分相技術在線檢測電路（A)電源（B）電源中間斷電區輪軌開關斷路器(A)開關斷路器(B)（斷開）（閉合）自動過分相（三菱公司）5 高速電氣化鐵路新動

19、態v5.1 高速鐵路的總體要求v京滬高速鐵路是世界上一次建成規模最大的高速鐵路v鐵道部具體圍繞3個要求來制定主要的技術標準：一是速度、二是密度、三是安全，高速度每小時350公里；高密度達到最小追蹤間隔時間3分鐘；高可靠性確保運營期間的安全。v京津城際鐵路電氣化工程引進德國高速鐵路技術，采用鍍鋅H型鋼住、無拉線錨柱、彈簧補償器下錨、普拉塞恒張力放線車等先進施工工藝、設備。v列車最高運營速度將達到每小時列車最高運營速度將達到每小時350350公公里，北京到天津直達運行時間在里，北京到天津直達運行時間在3030分鐘分鐘以內。以內。v列車最小間隔列車最小間隔5 5分鐘。分鐘。供電系統供電系統:優先采用電力系統兩回獨立可靠的220KV電源，互為熱備用。高速正線采用225KV AT供電方式AT供電變電所間距可達60KM， 直接供電方式為25KM。京津客運專線采