牽引網(wǎng)供電方式電力牽引供電系統(tǒng)電力牽引供電系統(tǒng)〔powersupplysystemofelectrictraction〕 從高壓電力系統(tǒng)或?qū)Ｓ秒娫唇?jīng)變換供給鐵路電力機(jī)車及其關(guān)心設(shè)備用電的電力網(wǎng)絡(luò)按電流制把它分為交流制和直流制兩大類。20世紀(jì)50年月后，大多數(shù)都承受溝通制，中國(guó)均為溝通制。圖1是溝通電力牽引供電系統(tǒng)示意圖它取電于電力系統(tǒng)〔公用電網(wǎng)〕，由牽引變電所和牽引網(wǎng)組成。牽引網(wǎng)實(shí)行單相供電，由饋電線〔簡(jiǎn)稱饋線〕、接觸網(wǎng)、〔電力機(jī)車〕、軌道電路及回流線等組成。為使電能有效、牢靠地供給電力機(jī)車，牽引網(wǎng)上還安裝有分絕緣器、分段絕緣器等設(shè)備，供電系統(tǒng)中還設(shè)有分區(qū)所、開閉所等。中國(guó)規(guī)定牽引網(wǎng)額定電壓為25kV，額定頻率為50Hz。1電力牽引供電系統(tǒng)示意圖外部供電方式電力系統(tǒng)和牽引變電所的電氣聯(lián)結(jié)方式。它取決于牽引負(fù)荷的用電母線或母線分段，以保證一級(jí)負(fù)荷的供電牢靠性。外部供電方式主要有下述主要幾種。2一輸電線或電源故障時(shí)都不影響牽引變電所的正常供電開關(guān)多，繼電保護(hù)簡(jiǎn)單，會(huì)使本錢增加。2外部供電方式——環(huán)形供電雙側(cè)供電電源來(lái)自電力系統(tǒng)的兩個(gè)地區(qū)變電所，給鐵路供電的輸電線是聯(lián)絡(luò)這兩3的雙路輸電線和或一電源分別故障仍不會(huì)導(dǎo)致牽引變電所失電。3外部供電方式——雙側(cè)供電單側(cè)供電由一個(gè)地區(qū)變電所給數(shù)個(gè)牽引變電所供電，為保證供電牢靠性，應(yīng)承受式有二，見圖4。單側(cè)供電方式的牢靠性一般比雙側(cè)供電和環(huán)形供電方式要差些，投資比環(huán)擇適量位置的牽引變電所進(jìn)線處進(jìn)展分段，稱該處為支柱牽引變電所。4外部供電方式——單側(cè)供電放射式供電當(dāng)各牽引變電所離開電源差不多等距并且比單側(cè)供電更經(jīng)濟(jì)時(shí)，可承受放5。圖5 外部供電方式——放射式供電220kV110kV等方式，而多用單側(cè)供電方式或帶有備用開關(guān)的雙側(cè)供電方式和環(huán)形供電方式等。另外，實(shí)多種多樣。牽引供電系統(tǒng)主要組成局部和功用牽引變電所將電力系統(tǒng)供給的電能轉(zhuǎn)變?yōu)檫m于電力牽引及其供電方式的電能，其核狀況下用于供給牽引用電。牽引網(wǎng)參見牽引網(wǎng)。分相絕緣器又稱電分相。串在接觸網(wǎng)上，目的是把兩相不同的供電區(qū)分開，并使機(jī)車光滑過渡，主要用在牽引變電所出口處和分區(qū)所處。分段絕緣器又稱電分段。分為縱向電分段和橫向電分段，前者用于線路接觸網(wǎng)上，后者用于站場(chǎng)各條接觸網(wǎng)之間。通過其上的隔離開關(guān)將有關(guān)接觸網(wǎng)進(jìn)展電氣連通或斷開，以保證供電的牢靠性、敏捷性和縮小停電范圍等。電力機(jī)車通過牽引電機(jī)及其變換和掌握機(jī)構(gòu)，將電能轉(zhuǎn)化為可用機(jī)械能，牽引列車運(yùn)行。參見電力機(jī)車。供電分區(qū) 正常供電時(shí)，由牽引變電所饋線到接觸網(wǎng)末端的一段供電線路，也稱供電臂。牽引網(wǎng)供電方式牽引網(wǎng)供電方式〔powersupplyschemesoftractionnetwork〕 牽引網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造形式和供電電源連接方式的總稱電氣化鐵路牽引網(wǎng)是由分布在鐵路沿線各牽引變電所分區(qū)供電的圖1是一般牽引網(wǎng)分區(qū)供電示意圖整個(gè)牽引網(wǎng)被分割成假設(shè)干供電分區(qū)每個(gè)牽引變電所負(fù)責(zé)向該所兩側(cè)的供電分區(qū)供電當(dāng)相鄰兩供電分區(qū)的供電電壓相位一樣時(shí)可承受“電分段”分〔不帶中性嵌入段當(dāng)電壓相位不同時(shí)則需用帶中性嵌入段的“電分相”分段。圖1 牽引網(wǎng)分區(qū)供電示意圖T—接觸網(wǎng)；R—鋼軌；SS—牽引變電所；C—電分段；FC—電分相；O—回流線。括電壓損失、電能損失、變電所間距和電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)本錢等都有重要影響。牽引網(wǎng)供電方式網(wǎng)絡(luò)構(gòu)造形式可分為：直接供電方式、吸流變壓器〔BT〕供電方式、自耦變壓器〔AT〕供電方式和同軸電纜〔CC〕供電方式等。假設(shè)按牽引網(wǎng)供電電源分類，則有單邊供電，雙邊供電，復(fù)線上、下行環(huán)狀供電，上、下行全并聯(lián)供電，紐結(jié)供電和上下行不同相供電等方式。直接供電方式對(duì)牽引回流歸路不作特別掌握，任其自由流經(jīng)鋼軌和大地的一種牽〔參見直接供電方式〕。直接供電方式原理結(jié)線見圖2。加到接觸網(wǎng)上的電壓可以是牽引變電所牽引母線的一相，也可以是經(jīng)單一三相平衡轉(zhuǎn)換后的統(tǒng)一單相電壓〔參見同相供電方式〕。圖2 直接供電方式原理結(jié)線SS—牽引變電所；T—接觸網(wǎng)；R—鋼軌；IR—軌回流；I—牽引電流；Ie—地中回流。一般直接供電方式牽引網(wǎng)〔按觸懸掛當(dāng)量銅截面為100mm2〕0.6Ω/km右。由牽引母線至機(jī)車用電點(diǎn)牽引網(wǎng)總阻抗則為單位阻抗和機(jī)車至牽引變電所距離的乘積。吸流變壓器〔BT〕供電方式 一種可顯著降低溝通牽引網(wǎng)對(duì)平行接近架空通信線路危險(xiǎn)電壓和雜音干擾電動(dòng)勢(shì)的供電方式圖3為這種供電方式的原理結(jié)線在牽引網(wǎng)中串聯(lián)接入肯定數(shù)量變比為1:1的吸流變壓器其一次繞組串聯(lián)接入接觸網(wǎng)中二次繞組則串聯(lián)接在特地架設(shè)的“回流線”中在兩相鄰吸流變壓器間將回流線和鋼軌作一次并聯(lián)連接在回流線的首、未兩端也分別和鋼軌連通。借助吸流變壓器一、二次繞組間的互感作用，將直接供電方式時(shí)流經(jīng)鋼軌和大地的回流全部吸入回流線中使接觸網(wǎng)和回流線的電流到達(dá)完全平衡，減輕了對(duì)通信線的電磁感應(yīng)影響，參見吸流變壓器供電方式。圖3 BT供電方式原理結(jié)線圖H—回流線；T—接觸網(wǎng)；R—鋼軌；SS—牽引變電所；BT—吸流變壓器。BT牽引網(wǎng)阻抗和機(jī)車至牽引變電所的長(zhǎng)度不是簡(jiǎn)潔的線性關(guān)系4中當(dāng)機(jī)車位于供電臂內(nèi)第一臺(tái)BT〔A〕B大增。圖432是BT供電方式長(zhǎng)回路牽引網(wǎng)阻抗，即牽引負(fù)荷全程流經(jīng)接觸網(wǎng)和回流線時(shí)的阻抗，相當(dāng)于機(jī)車位于吸上線處的牽引網(wǎng)阻抗。圖4 BT供電方式牽引網(wǎng)阻抗圖1—直接供電方式牽引網(wǎng)阻抗；2—BT3—列車由牽引母線側(cè)運(yùn)行至末端牽引網(wǎng)阻抗變化。BT50%左右。自耦變壓器〔AT〕2×25kV25kV5AT25kV2×25kV壓器變比為2:1，其一次繞組接在接觸網(wǎng)和正饋線之間，而中性點(diǎn)則接至鋼軌。在接觸網(wǎng)和25kV水平的條件下將饋電電壓提高一倍，可成倍提高牽引網(wǎng)的供電力量，擴(kuò)展?fàn)恳冸娝g距，方式。圖5 AT供電方式原理圖T—接觸網(wǎng)；R—鋼軌；F—正饋線；SS—牽引變電所；AT—自耦變壓器。AT6是機(jī)車從ATSSSP61ATATATAT2。參見牽引網(wǎng)阻抗。圖6 AT牽引網(wǎng)阻抗1—長(zhǎng)回路阻抗；2—AT牽引網(wǎng)總阻抗。AT網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)回路單位阻抗約為0.2Ω/km。同軸電纜〔CC〕供電方式 將首一樣軸電力電纜和接觸網(wǎng)—鋼軌回路并聯(lián)，作為牽引電流主要載流導(dǎo)體以減輕對(duì)平行接近架空通信線電磁感應(yīng)影響的一種供電方式其結(jié)線原理見圖7。和接觸網(wǎng)同桿架設(shè)一條由內(nèi)、外兩層導(dǎo)體構(gòu)成的單一樣軸電力電纜〔圖8〕，電纜內(nèi)外層導(dǎo)體平均每5km～10km分別和接觸網(wǎng)和鋼軌作一次并聯(lián)連接形成假設(shè)干個(gè)環(huán)狀供電回路內(nèi)外導(dǎo)體間有耐壓為30kV的交聯(lián)聚乙烯絕緣層由于同軸電纜的單位阻抗較小，牽引電流將主要流經(jīng)同軸電纜此外，同軸電纜內(nèi)外導(dǎo)體電流接近平衡，對(duì)四周的電磁感應(yīng)影響很小。圖7 同軸電纜供電系統(tǒng)原理接線圖圖8 同軸電纜構(gòu)造示意圖而且造價(jià)很高。除了局部特別困難的地段外，很少用于整段電氣化鐵路。單邊供電方式 牽引變電所從一側(cè)單方向向牽引網(wǎng)供電的方式。圖9是牽引網(wǎng)單邊供電示意圖。復(fù)線時(shí)，上下行牽引網(wǎng)可以由同相牽引母線供電，也可以由不同相牽引母線供電。圖9 單邊供電示意圖SS—牽引變電所。單邊供電方式的技術(shù)特性 ①網(wǎng)內(nèi)電壓障。一列平均取流為I的電氣列車通過長(zhǎng)度為L(zhǎng)的供電臂時(shí)受電弓上最大電壓降為△U=I·Z·L (1)m式中，I〔A〕；Z〔Ω/km〕；L為供電臂長(zhǎng)度(km)。②列車通過供電臂時(shí)在網(wǎng)內(nèi)的電力損失為：(2)式中，r〔Ω/km〕；t時(shí)分。單邊供電方式的牽引網(wǎng)電壓降和電能損失較大，而繼電保護(hù)則相對(duì)較簡(jiǎn)潔。10供電方式示意圖。圖〔a〕是單線雙邊供電方式；〔b〕是雙線雙邊供電方式。在相鄰兩牽引故障時(shí)，分區(qū)所斷路器可自動(dòng)跳閘，使事故范圍限制在一個(gè)供電分區(qū)內(nèi)。圖10 雙邊供電示意圖SS—牽引變電所；a—a相母線；SP—分區(qū)所雙邊供電方式的技術(shù)特性①列車在牽引網(wǎng)內(nèi)的最大電壓降為：〔3〕式中，LL分別為并聯(lián)供電兩臂長(zhǎng)度(km)；當(dāng)L=L=L1 2 1 2ΔU＝I·Z·L，僅為單邊供電的。②列車通過供電臂Lm為：〔4〕式中，t25kV同電力系統(tǒng)供電時(shí)將形成短路等緣由，一般較少承受雙邊供電〔見電力牽引分區(qū)所〕。復(fù)線環(huán)狀供電方式 牽引變電所同側(cè)的上、下行牽引網(wǎng)由同相牽引母線供電，在供電臂末端將上、下行牽引網(wǎng)聯(lián)通，可構(gòu)成環(huán)狀供電方式〔圖11〕。圖11 復(fù)線牽引網(wǎng)環(huán)狀供電方式環(huán)狀供電方式的技術(shù)特性①?gòu)?fù)線牽引網(wǎng)在不同供電方式時(shí)由牽引母線至用電點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)12。當(dāng)機(jī)車位于距牽引變電所xkm〔5〕式中，Z〔Ω/km〕；L②列車通過供電臂的電能損失和雙邊供電方式一樣。圖12 復(fù)線牽引網(wǎng)阻抗1—單邊供電方式；2—環(huán)狀供電方式；3—全并聯(lián)供電方式。復(fù)線全并聯(lián)供電方式每隔數(shù)百米將上、下行接觸網(wǎng)進(jìn)展死連接，便于充分利用接觸網(wǎng)導(dǎo)線截面的供電方式〔圖13〕。這種方式的網(wǎng)內(nèi)電壓降和電能損失較小，但上、下行12之曲線3?？芍匦宰顑?yōu)。列車通過供電臂在網(wǎng)內(nèi)造成的電能損失則為： 〔6〕13復(fù)線全并聯(lián)供電方式SS—牽引變電所14上、下行牽引網(wǎng)異相供電方式a，b—不同相牽引母線。上、下行異相供電方式以牽引變電所不同相牽引母線供不同行車方向牽引網(wǎng)的一種供電方式〔圖14〕。這種方式對(duì)牽引變電所兩側(cè)的供電臂來(lái)說，根本上是單邊供電，其區(qū)段有利。復(fù)線紐結(jié)供電方式在供電臂中部設(shè)開閉所將上、下行四個(gè)方向的牽引網(wǎng)連接在一起，以降低牽引網(wǎng)電壓降和電能損失，縮小牽引網(wǎng)事故范圍的一種供電方式〔圖15〕。適圖15 復(fù)線牽引網(wǎng)紐結(jié)供電方式SS—牽引變電所；SSP—紐結(jié)開閉所；SP—分區(qū)所。 〔7〕式中，L，L分別為供電臂內(nèi)牽引變電所至紐結(jié)開閉所和分區(qū)所至紐結(jié)開閉所間的距離1 2〔km〕；t，t為相應(yīng)區(qū)段的帶電走行時(shí)分。當(dāng) ，1 21/8。直接供電方式直接供電方式〔simplepowersupplysystemforelectrictraction〕 以鋼軌作為主要牽引回流通路的一種牽引網(wǎng)供電方式。較常見的兩種形式 一種是以鋼軌作為回流導(dǎo)體稱簡(jiǎn)潔直接供電方〔T—R方式〕，另一種是在回流系統(tǒng)中增設(shè)一條回流線，并每隔3km～4km和鋼軌并聯(lián)連接，稱帶回流線直接供電方式〔T—R—NF方式〕〔見牽引網(wǎng)供電方式〕。特點(diǎn)①牽引網(wǎng)構(gòu)造簡(jiǎn)潔，造價(jià)廉價(jià)，施工和運(yùn)營(yíng)維護(hù)便利；②牽引網(wǎng)單位阻抗較BT式小〔見BT供電方式〕，牽引網(wǎng)電壓損失和電力損耗較?。虎弁ㄟ^軌—地間橫向過渡電阻安全。兩類直接供電方式比較①在防止對(duì)平行接近通信線干撈影響方面，T—R—NF略優(yōu)于T—R方式。干擾影響一般用牽引屏蔽系數(shù)來(lái)評(píng)價(jià)。所謂屏蔽系數(shù)，即牽引回流由地中返回重量占全部牽引電流比值。表達(dá)為：λ=1－μ 〔1〕R式中，λ 為牽引網(wǎng)屏蔽系數(shù)；μ為回流系統(tǒng)電流感應(yīng)系數(shù)對(duì)于T—R方式，μ=Z/Z；R TR R其中，Z為鋼軌和接觸網(wǎng)間單位互阻抗〔Ω/km〕；Z〔Ω/km〕；對(duì)TR R于抗和回流線自阻抗并聯(lián)組成，有：〔2〕ZΩ/kZΩ/kmT——NFH RH方式的屏蔽效果較好。一般T—R0.5左右，而T—R—NT0.3~0.4②T—R—NF較小；③T—R—NT方式泄漏電流較小，鋼軌電位較低；④T—R—NF方式需增設(shè)回流線，建設(shè)費(fèi)用和運(yùn)營(yíng)維護(hù)費(fèi)將有所增加。吸流變壓器〔BT〕供電方式吸流變壓器〔BT〕供電方式一種可顯著降低溝通牽引網(wǎng)對(duì)平行接近架空通信線路危急31:1的吸流變壓器，其一次繞組串聯(lián)接入接觸網(wǎng)中，二次繞組則串聯(lián)接接供電方式時(shí)流經(jīng)鋼軌和大地的回流全部吸人回流線中平衡，減輕了對(duì)通信線的電磁感應(yīng)影響，參見吸流變壓器供電方式。圖3 BT供電方式原理結(jié)線圖H—回流線；T—接觸網(wǎng)；R—鋼軌；SS—牽引變電所；BT—吸流變壓器。BT牽引網(wǎng)阻抗和機(jī)車至牽引變電所的長(zhǎng)度不是簡(jiǎn)潔的線性關(guān)系機(jī)車取流位置的不同4中當(dāng)機(jī)車位于供電臂內(nèi)第一臺(tái)BT〔A〕B大增。圖432是BT位于吸上線處的牽引網(wǎng)阻抗。圖4 BT供電方式牽引網(wǎng)阻抗圖1—直接供電方式牽引網(wǎng)阻抗；2—BT3—列車由牽引母線側(cè)運(yùn)行至末端牽引網(wǎng)阻抗變化。BT50%左右。自耦變壓器〔AT〕供電方式自耦變壓器〔AT〕供電方式牽引網(wǎng)以2×25kV25kV5AT25kV接觸網(wǎng)電壓反相的“正饋線”，構(gòu)成2×25kV器變比為2:1，其一次繞組接在接觸網(wǎng)和正饋線之間，而中性點(diǎn)則接至鋼軌。在接觸網(wǎng)和鋼25kV電壓可供電力牽引用電。這種方式可在不提高牽引網(wǎng)絕緣水式。圖5 AT供電方式原理圖T—接觸網(wǎng)；R—鋼軌；F—正饋線；SS—牽引變電所；AT—自耦變壓器。AT6是機(jī)車從ATSS端運(yùn)行至SP61ATATATAT2。參見牽引網(wǎng)阻抗。圖6 AT牽引網(wǎng)阻抗1—長(zhǎng)回路阻抗；2—AT牽引網(wǎng)總阻抗。AT網(wǎng)絡(luò)的長(zhǎng)回路單位阻抗約為0.2Ω/km。同相供電方式同相供電方式〔inphasePowersupplysystem〕在同一電力系統(tǒng)內(nèi)的一條電氣化高速和重載電力牽引。3根本構(gòu)成和要求 主要由牽引變電所中的牽引變壓器、〔由容性和感性無(wú)功元件組成的對(duì)無(wú)功和負(fù)序進(jìn)展綜合補(bǔ)償?shù)膶?duì)稱補(bǔ)償系統(tǒng)和牽引網(wǎng)組成經(jīng)各種接線變壓器和對(duì)稱補(bǔ)償系統(tǒng)組成的牽引變電所和單相牽引變電所一樣都可避開在牽引變電所出口承受電分相兩者最主要的區(qū)分在于對(duì)負(fù)序的抑制力量但即使在同一電力系統(tǒng)中不同進(jìn)線處的系統(tǒng)短路容量不同承受負(fù)序的力量也不同于是，為削減不必要的投資和設(shè)備鋪張可將同相供電系統(tǒng)中的牽引變電所分為3種，①全補(bǔ)償它要求實(shí)現(xiàn)對(duì)稱補(bǔ)償特別對(duì)負(fù)序有極好的抑制力量；②半補(bǔ)償，對(duì)補(bǔ)償負(fù)序有適度要求；③不補(bǔ)償，只設(shè)牽引變壓器。固然，三種牽引變電所中，無(wú)功補(bǔ)償〔提高功率因數(shù)可能都是必要的。同相供電系統(tǒng)的根本構(gòu)成見上圖實(shí)現(xiàn)方式實(shí)現(xiàn)同相供電的一個(gè)關(guān)鍵是牽引網(wǎng)的電壓相位，它由肯定接線方式下牽變電所接線方式最簡(jiǎn)練的是單相牽電壓型。線電壓型的同相供電，又可分為兩個(gè)分支，一是既有或相像接線，主要是三相一兩相接線平衡變壓器電，如Scott，Leblance，變型Wood-bridge。由于從等效觀點(diǎn)看、其余牽引端口或取之于三相系統(tǒng)的某一電壓，或取之于線電壓。二是特別接線，不管是全補(bǔ)償，還是半補(bǔ)償，它往往追求對(duì)稱補(bǔ)償裝置的容量為最小或盡可能小。機(jī)電壓型的主要代表是YN，dll接線的牽引變電所，它在中國(guó)國(guó)內(nèi)現(xiàn)行〔兩相〕供電方前景。還有一種可能，既不屬于相電壓型，也不屑于線電壓型，但可以自成體系，構(gòu)成同相供電系統(tǒng)，主要是Kübler接線。和其他三相一兩相平衡接線一樣，當(dāng)實(shí)現(xiàn)三相—單相對(duì)稱補(bǔ)償?shù)耐喙╇娤到y(tǒng)時(shí)，其補(bǔ)償容量較大。抱負(fù)的牽引供電系統(tǒng)應(yīng)承受同相供電，并且全線拉通，稱為貫穿式同相供電，它相當(dāng)于系統(tǒng)之間的相互影響應(yīng)進(jìn)一步爭(zhēng)論。牽引變電所主變壓器牽引變電所主變壓器〔maintransformerfortractionsubstation〕 通常指溝通牽引變電所中,將電力系統(tǒng)高壓電變換成適合電力牽引用電的大容量電力變壓器。是溝通牽引變電所的主要電氣設(shè)施。主變壓器接線方式分類按牽引變電所引入電源相數(shù)不司，可分為單相牽引變電電源還需由地方另行引入。三相牽引變電所由電力系統(tǒng)引入三相電源，經(jīng)變壓后以不同相電壓向兩側(cè)牽引網(wǎng)供電。三相牽引變電所主變壓器接線可分為兩類構(gòu)成，屬于這一類的有：YN，d11V引變電所次邊單相負(fù)荷和原邊三相平衡負(fù)荷的轉(zhuǎn)換。這類接線稱“三相—兩相平衡接線”。屬于這一類的有斯科特型〔Scott〕、伍德布里奇型(WoodBridge)、列不蘭型〔Leblame〕〔見三相—