1、直流供電與交流供電的比較概述1、供電制式的發展歷史關于電能的輸送方式，是采用直流輸電還是交流輸電，在歷史上曾引起 過很大的爭論。美國發明家愛迪生、英國物理學家開爾文都極力主張采用直 流輸電，而美國發明家威斯汀豪斯和英國物理學家費朗蒂則主張采用交流輸 電。在早期，工程師們主要致力于研究直流電，發電站的供電范圍也很有限， 而且主要用于照明，還未用作工業動力。例如，1882年愛迪生電氣照明公司 （創建于1878年）在倫敦建立了第一座發電站，安裝了三臺110伏“巨漢” 號直流發電機，這是愛迪生于1880年研制的，這種發電機可以為1500個16 瓦的白熾燈供電。但是隨著科學技術和工業生產發展的需要，社會

2、對電力的需求也急劇增 大。由于用戶的電壓不能太高，因此要輸送一定的功率，就要加大電流（P = IU）。而電流愈大，輸電線路發熱就愈厲害，損失的功率就愈多；而且電流大， 損失在輸電導線上的電壓也大，使用戶得到的電壓降低，離發電站愈遠的用 戶，得到的電壓也就愈低。直流輸電的弊端，限制了電力的應用，促使人們 探討用交流輸電的問題。愛迪生雖然是一個偉大的發明家，但是他沒有受過 正規教育，缺乏理論知識，難以解決交流電涉及到的數學運算，阻礙了他對 交流電的理解，所以在交、直流輸電的爭論中，成了保守勢力的代表。在他 的反對下，交流電遇到了很大的阻礙。但是為了減少輸電線路中電能的損失，只能提高電壓。在發電站將

3、電壓 升高，到用戶地區再把電壓降下來，這樣就能在低損耗的情況下，達到遠距 離送電的目的。而要改變電壓，只有采用交流輸電才行。1888年，由費朗蒂 設計的倫敦泰晤士河畔的大型交流電站開始輸電。他用鋼皮銅心電纜將1萬 伏的交流電送往相距10公里外的市區變電站，在這里降為2500伏，再分送 到各街區的二級變壓器，降為100伏供用戶照明。以后，俄國的多利沃一 多布羅沃斯基又于1889年最先制出了功率為100瓦的三相交流發電機，并被 德國、美國推廣應用。事實成功地證實了高壓交流輸電的優越性。并在全世 界范圍內迅速推廣。20世紀50年代后，電力需求日益增長，遠距離大容量輸電線路不斷增加， 電網擴大，交流輸

4、電受到同步運行穩定性的限制，在一定條件下的技術經濟 比較結果表明，采用直流輸電更為合理，且比交流輸電有較好的經濟效益和 優越的運行特性，因而直流輸電重新被人們所重視。18世紀以來，奧斯物發現了電流的磁效應，法拉第發現了電磁感應原理。 這就為電動機和發電機的制造奠定了理論和實驗基礎。就在法拉第發現電磁 感應原理的第二年，受法拉第發現的啟示，法國人皮克希應用電磁感應原理 制成了最初的發電機。法拉第向英國皇家學會報告了他的實驗及其發現，從而使法拉第被公認 為電磁感應現象的發現者，他也順理成章地成為變壓器的發明人。但實際上 最早發明變壓器的是美國著名科學家亨利。實際上，亨利這個實驗是電磁感 應現象的非

5、常直觀的關鍵性實驗，亨利這個實驗裝置也實際上是一臺變壓器 的雛形。但是，亨利做事謹慎，他沒有急于發表他的實驗成果，他還想再做 一些實驗。然而假期已過，他只得將這件事擱置一旁。后來他又進行了多次 實驗，直到1832年才將實驗論文發表在美國科學和藝術雜志第7期上。 但是，在此以前，法拉第首先公布了他的電磁感應實驗，介紹了他的實驗裝 置，因此電磁感應現象的發明權只能歸法拉弟，變壓器的發明權也非法拉弟 莫屬了。亨利雖然非常遺憾地與電磁感應現象的發現權和變壓器的發明權擦 肩而過，但他在電學上的貢獻、對變壓器發明的貢獻則是有目共睹的。特別 值得一提的是，亨利實驗裝置比法拉弟感應線圈更接近于現代通用的變壓器

6、2、交流電與直流電傳輸比較直流電，是指大小和方向都不隨時間而變化的電流。許多用電器，如收 音機，揚聲器等許多不含電感元件的電器都用直流電驅動。交流電是指大小 和方向都隨時間做周期性變化的電流，通常的交流是按正弦規律或余弦規律 變化的，電流先由零變到最大，再由最大變到零。然后反方向由零變到最大， 再由最大變為零，完成一個周期，以后是下一個周期，如此反復變化。交流 電有很有優點，除可用于一些特殊的用電器，如電動機等外，它對于電的傳 輸，特別是遠距離傳輸有著特別的意義。交流電：電流的方向、大小會隨時間改變。發電廠的發電機是利用動力 使發電機中的線圈運轉，每轉180發電機輸出電流的方向就會變換一次，因

7、 此電流的大小也會隨時間做規律性的變化，此種電源就稱為交流電源。簡記 為ac直流電和交流電的區別？高壓直流輸電方式與高壓交流輸電方式相比，有明顯的優越性.歷史上 僅僅由于技術的原因，才使得交流輸電代替了直流輸電.下面先就交流電和 直流電的主要優缺點作出比較，從而說明它們各自在應用中的價值.交流電的優點主要表現在發電和配電方面：利用建立在電磁感應原理基 礎上的交流發電機可以很經濟方便地把機械能（水流能、風能）、化學 能（石油、天然氣）等其他形式的能轉化為電能；交流電源和交流變電 站與同功率的直流電源和直流換流站相比，造價大為低廉；交流電可以方便 地通過變壓器升壓和降壓，這給配送電能帶來極大的方便

8、.這是交流電與直 流電相比所具有的獨特優勢.直流電的優點主要在輸電方面：輸送相同功率時，直流輸電所用線材僅為交流輸電的2 / 3l / 2直流輸電采用兩線制，以大地或海水作回線，與采用三線制三相交流輸 電相比，在輸電線載面積相同和電流密度相同的條件下，即使不考慮趨膚效 應，也可以輸送相同的電功率，而輸電線和絕緣材料可節約1/3.如果考慮到趨膚效應和各種損耗（絕緣材料的介質損耗、磁感應的渦流 損耗、架空線的電暈損耗等），輸送同樣功率交流電所用導線截面積大于或 等于直流輸電所用導線的截面積的1.33倍.因此，直流輸電所用的線材幾乎 只有交流輸電的一半.同時，直流輸電桿塔結構也比同容量的三相交流輸電

9、 簡單，線路走廊占地面積也少.在電纜輸電線路中，直流輸電沒有電容電流產生，而交流輸電線路存 在電容電流，引起損耗.在一些特殊場合，必須用電纜輸電.例如高壓輸電線經過大城市時，采 用地下電纜；輸電線經過海峽時，要用海底電纜.由于電纜芯線與大地之間 構成同軸電容器，在交流高壓輸線路中，空載電容電流極為可觀.一條200kV 的電纜，每千米的電容約為0.2 UF，每千米需供給充電功率約3X103kw，在每千米輸 電線路上，每年就要耗電2.6X107kwh.而在直流輸電中，由于電壓波動很 小，基本上沒有電容電流加在電纜上.直流輸電時，其兩側交流系統不需同步運行，而交流輸電必須同步運 行.交流遠距離輸電時

10、，電流的相位在交流輸電系統的兩端會產生顯著的相 位差；并網的各系統交流電的頻率雖然規定統一為50HZ，但實際上常產生波 動.這兩種因素引起交流系統不能同步運行，需要用復雜龐大的補償系統和 綜合性很強的技術加以調整，否則就可能在設備中形成強大的循環電流損壞 設備，或造成不同步運行的停電事故.在技術不發達的國家里，交流輸電距 離一般不超過300km而直流輸電線路互連時，它兩端的交流電網可以用各自 的頻率和相位運行，不需進行同步調整.直流輸電發生故障的損失比交流輸電小.兩個交流系統若用交流線路 互連，則當一側系統發生短路時，另一側要向故障一側輸送短路電流.因此 使兩側系統原有開關切斷短路電流的能力受

11、到威脅，需要更換開關.而直流 輸電中，由于采用可控硅裝置，電路功率能迅速、方便地進行調節，直流輸 電線路上基本上不向發生短路的交流系統輸送短路電流，故障側交流系統的 短路電流與沒有互連時一樣.因此不必更換兩側原有開關及載流設備.在直流輸電線路中，各級是獨立調節和工作的，彼此沒有影響.所以， 當一極發生故障時，只需停運故障極，另一極仍可輸送不少于一半功率的電 能.但在交流輸電線路中，任一相發生永久性故障，必須全線停電.在物理學中電學發展史上，曾經有過一場關于使用“交流電”還是使用 “直流電”的激烈的爭論。提倡使用“直流電”的代表人物則是大名鼎鼎的 發明家愛迪生；主張改用“交流電”的代表人物則是比

12、愛迪生小9歲的后起 之秀特斯拉。發電機發明以后，電能就在工農業生產和日常生活的各個方面得到了廣 泛的應用。起初是采用“直流電”的方式輸電和供電，由于輸電的電壓較低， 所以在輸電線路上的熱損失就較大，因此每一平方英里的地區就需要一個單 獨的直流發電機供電，而且還要用大量較粗的銅線。為了解決上述的缺點， 特斯拉發明了以交流發電機供電的“交流多相電力傳輸系統”，由于使用變 壓器以高電壓、低電流的方式輸電，就大大地降低了輸電線路上的熱損失， 實現了遠距離輸電，從而不需要大量分散的單機供電，輸電導線的載面也大 大地減小了。從科學和實用的角度來看，使用“交流電”顯然比使用“直流電”優越， 可以大幅度地降低

13、供電的成本。因此，特斯拉的發明得到了一位富有的發明 家兼金融家威斯丁豪斯的支持，付給了特斯拉100萬美元的專利費，為研制 開發提供了資金，開設了 “特斯拉電氣公司”。但是多年來愛迪生的公司一 直是投資開發直流供電系統的，不甘心就此讓位給交流供電系統，于是與特 斯拉展開了一場激烈的競爭。但是，愛迪生所采用的競爭方式是不科學的， 他和他的支持者們誣蔑說：“使用交流電比直流電危險得多”。為了證明使 用交流電的安全性，特斯拉專門舉行了記者招待會，他讓交流電從“特斯拉 線圈”通過他的身體點亮了燈，記者們看得入了迷。紛紛承認了交流供電的 優越性。最終這場競爭以特斯拉的勝利而結束。從此“交流供電系統”廣為

14、社會采用。二、直流供電直流供電系統由整流器、蓄電池、直流變換器和直流配電屏等部分組成， 當市電中斷時，蓄電池單獨給通信設備供電。由于蓄電池通常處于充足電狀態，所以市電短期中斷時，由蓄電池保證不間斷供電。若市電中斷期過長，整流器應由油機發電機組供電O1、主要優點電壓低，一般其電壓恰好是交流傳動的母線電壓，直接可以被車輛主回路 利用。電壓低也意味著安全。不論交流車還是直流車，都很容易能實現高品質再生制動。（注意此時直 流傳動車再生品質更高）沒有分相問題，可靠性相對高。直流電比交流電更小輻射干擾，電壓低也沒有放電等附帶干擾，絕緣防護 要求等級低。可以直接靠近居民住宅鋪設）直流電本身導線利用效率高（趨

15、膚效應沒有）2、主要缺點 電壓（相對）低，電流大，損耗大，變電所多成本高，大功率送電困難。單一變電所供電范圍相對小，如果行車密度不高，再生制動節能效果差。 再生制動電能不能倒送大電網。電極化腐蝕相對嚴重。架空線必須有很粗的截面積，消耗更多金屬。同時，大電流受電，需要多 弓，高速下受流品質差噪音大。供電臂短導致分段多，列車惰行點多。三、交流供電1、主要優點供電電壓高，供電距離長，變電所個數少。送電損耗小，容易確保大功率送電，再生制動可以倒送大電網。架線截面積小節約材料。 受電電流小，不用多弓就能滿足大功率受電，提高受流品質。電極化腐蝕很小。2、主要缺點供電帶電壓高，危險性大考慮到安全不可以直接靠

16、近居民住宅敷設，放電和電 磁干擾大，絕緣要求高。交流成分諧波干擾問題和功率因數問題。直流傳動機車不易實現高品質再生制動。必須設置分相，這里可靠性相對薄弱。不能被列車直接利用，車輛構造相對復雜化四、交流供電和直流供電的比較以城軌為例城市軌道交通的供電電壓大都在DC 6001500V之間。IEC（國際電工委員會） 擬訂的電壓標準為：600V、750 V和1500V三種。我國標準規定為DC 750V和DC 1500V兩種。目前我國許多大城市都在考慮建設快速軌道交通，首先面臨的就是采 取哪一種供電制式。這涉及到供電系統的技術經濟指標、城市交通線網的規劃站 距、供電半徑、供電質量、運輸規模、旅行速度和車

17、輛形式等。必須根據各城市 的具體條件和要求，綜合分析論證。以下分別從不同的運營要求、特點、規模和 條件來做一分析比較。1、城市軌道交通供電接觸網的類型牽引供電系統是由電網輸入線路、牽引變電站、饋電線、牽引接觸網和回流 線等構成的供電網絡。接觸網分為架空式接觸網和第三軌（接觸軌，以下簡稱三軌） 式接觸網。三軌式接觸網僅用于地鐵與封閉的城市鐵路和輕軌，架空式接觸網除 此還可用于鐵路干線、城市地面和工礦電機車電力牽引線路。為了保證對電動車 組良好的供電，接觸網應順直平滑，高度一致，在高速行車中能始終保持正常穩 定的接觸授流；接觸網應具有足夠的耐磨性與良好的導電性，壽命盡量長，并力 求結構簡單，易于施

18、工、維修。2、同接觸方式的特點比較2.1安全性無論架空式接觸網還是三軌接觸網，其安全性都是無容置疑的。從發生觸電 事故的情況看，兩種方式都有且主要發生在車輛運用維修與電網維護人員。從地 面交通的角度來看，在市區平交運行的有軌電車或輕軌車宜采用架空接觸網；牽 引網壓等級較高時，為了安全和保證一定的絕緣距離，也宜采用架空網。而封閉 運行的城市鐵路或輕軌采用架空線或第三軌都完全能保證安全；在發生事故疏散 乘客時架空式接觸網將給人們更多的安全感。2.2經濟性從技術發展歷史來看，由于電工材料和輸變電技術的進步，直流牽引輸電電 壓呈增高趨勢。1863年開通的倫敦地鐵和1904年開通的紐約地鐵分別采用了 D

19、C 630V和DC 625V直流供電，三軌授流方式；1935年開通的莫斯科地鐵采用的是 DC 825 V（相當DC 750V），第三軌授電。1955年開通的羅馬地鐵首先采用了 1500 V 直流架空線輸電。1960年以后，日本的地鐵與電氣鐵路一致，基本上都采用了 DC 1500V架空接觸網的制式。從建設費用來看，1500V直流架空網輸電比750V三軌授流經濟。提高輸電電 壓，可以相應地減少電能損耗，減少變電站的數量，降低電力設備費用。電壓提 高一倍，同樣功率的電能輸送距離可以提高近一倍。750V供電系統變電站間距較 短，一般為1.52km，而1500V供電系統變電站間距可達3.54km。因此同

20、一條 線路采用1500V輸電，如果電站配置得當，比750V可以少建近一半變電站，供電 設施大約只相當750V三軌授流的70%左右。而且采用1500V制式后，同功率電動 車輛由于電流的降低，電器設備也可以相應地減小體積與重量。電站直流開關等 設備也如此。但是對于地鐵，橫斷面相同的車輛，采用架空線的其隧道半徑（或矩 形隧道高度）要比采用三軌授電的大，施工土方量增加，土建費用增加約14%。從維修的角度來看，架空式接觸網要定期進行檢查維護，洞內維修作業需要 專用的接觸網檢查車，維修周期短、費用高、備品備件需要量大。而接觸軌維護 簡單。從北京地鐵運營30年的實踐來看，因為三軌與受電靴接觸面大，第三軌的

21、磨耗極小。據粗略地調查，運行30年，第三軌的上端面磨耗只有約45mm，基 本上可以做到無維修或少維修化，因而也就相應減少了維修費用。此外，受流器 結構簡單，維修方便。受流器滑靴各國基本上都采用黑色金屬，成本低。由于歷 史原因，北京地鐵受流器滑靴是采用銅基材料，現正在試驗鐵質滑靴，推廣后會 進一步降低耗材成本。從輸電效率講，因為線路損耗是與電流平方成正比的，盡管可以設輔助饋電 線來減少線路阻抗，但DC 1500V輸電顯然比DC 750V損耗小、效率高。1500 V電 壓變化率較小，電能質量較好，且由于雜散電流要小一半，有利于減少對地下金 屬建筑物的腐蝕。2.3城市環境的適應性架空式接觸網需要架設

22、支柱，支持懸掛接觸網要安裝腕臂或橫跨，橫跨由金 屬桁架或橫向承力索、上下定位繩組成。在城市中間密布支架和電線網，影響市 容，有礙觀瞻。當然通過巧妙的規劃設計可以減少不利影響。而三軌授電，接觸 軌位置低，沒有明顯的高大部件（如立柱、橫向承力索、金屬桁架等），城市景觀好， 對電磁污染較易采取防護措施。這也是國內外某些城市軌道交通采用三軌受電方 式的原因之一。從兩大類接觸網的應用比例來看，目前地鐵采用三軌授電的城市 仍比采用架空接觸網的多。但是隨著城市規模的擴大及技術的發展，采用1500V 架空接觸網的呈上升趨勢，且已有DC3000V系統出現。2.4傳輸功率與速度水平較高的電壓在同等條件下能夠傳輸較

23、大的功率。DC 1500V比DC 750V顯然能 夠適應更大功率的電動車輛，也能達到更高的速度水平，在粘著允許的情況下加 速度也能相應提高。對于單向最大斷面客流量在每小時5萬人次及以下，宜采用 DC 750V接觸軌；每小時5萬人次以上，則宜采用DC 1500V架空接觸網。在適應 速度上，架空接觸網簡單鏈形懸掛可實現200km/h的高速運行，彈性簡單懸掛適 應速度達120km/h；剛性懸掛已實現了 160 km/h的試驗速度。750V三軌授電一般 只用于速度在100 km/h以下的線路。只有美國舊金山的BART（海灣區快軌）最高速 度達128km/h，供電電壓為DC 1000V。3、擇接觸網形式

24、時應注意的幾個關系城市軌道交通選擇哪一種供電制式的問題，其關鍵是必須與城市的既有現狀 和發展規劃相結合，統籌兼顧，堅持經濟上合理，技術上先進，適應本城市歷史 現狀特點與發展規劃前景。3.1適應城市歷史現狀與發展前景的關系每個城市都有自己的歷史特征。在城市發展的同時，如何保持文化遺產和歷 史風貌，已日益受到人們的重視。因此，象北京這樣的古都，城市圈內應盡量修 建地鐵。城市鐵路采用三軌，一方面為避免軌道上空紛紜的線網，與保持整個城 市的歷史風貌相協調，另一方面可與原地鐵系統相協調。一個城市在建設地鐵或 輕軌時采用何種接觸網制式，往往受到已建線路形式的影響。如歐洲、北美地鐵 發展較早的城市倫敦、巴黎、紐約等都采用了三軌授電系統，其后基本沿用了該 方式。北京地鐵也是如此。而上海、廣州地鐵都采用了架空接觸網，后續線路也 就延續了 DC 1500V架空接觸網的形式。這不僅在系統的一致性、擴展性、運營維 護方面有實際意義，也易于備品備件的替換。當然，隨著城市規模的擴大，因線 路不同而采用兩種接觸網制式的情況也不少。如天津地鐵雖然采用三軌授流的DC 750V制式，但建設濱海快速軌道交通時，因站距大（最長達6 km）、線路長、車速 較高，就采用了 DC 1500V架空接觸網制