[修者之寻]牵引供电小知识

孤独的一修

也许先前已有过此类学习帖，但学而时习之，不亦乐乎嘛:)

[ 本帖最后由 孤独的一修 于 2006-7-28 09:04 编辑 ]

孤独的一修

先从车子说起：


电力机车本身不带原动机，靠接受接触网送来的电流作为能源，由牵引电动机驱动机车的车轮。

电力机车的工作原理:接触网上的交流电，经受电弓进入机车后经过主断路器再进入主变压器，从主变压器的牵引绕组经过硅机组整流后，向牵引电动机集中供应直流电，使牵引电动机产生转矩，将电能转变为机械能，经过齿轮的传递驱动机车动轮转动。

电力机车是从接触网上获取电能的，接触网供给电力机车的电流有直流和交流两种。由于电流制不同，所用的电力机车也不一样，基本上可以分为直-直流电力机车、交-直流电力机车、交-直-交流电力机车三类。
直-直流电力机车采用直流制供电，牵引变电所内设有整流装置，它将三相交流电变成直流电后，再送到接触网上。因此，电力机车可直接从接触网上取得直流电供给直流串励牵引电动机使用，简化了机车上的设备。直流制的缺点是接触网的电压低，一般为1500V或3000V，接触导线要求很粗，要消耗大量的有色金属，加大了建设投资。较早期的电力机车和现代城市轨道交通采用了该种传动方式。

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（这种电动机最大优点是调速简单，只要改变电动机的端电压，就能很方便地在较大范围内实现对机车的调速。但是这种电机由于带有整流子，使制造和维修都很复杂，体积也较大），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。

交-直-交流电力机车采用交流无整流子牵引电动机（即三相异步电动机），这种电动机在制造、性能、功能，体积、重量、成本、维护及可靠性等方面远比整流子电机优越得多。它之所以迟迟不能在电力机车上应用，主要原因是调速比较困难。这种机车具有优良的牵引能力，很有发展前途。德国制造的E120型电力机车就是这种机车。

我国目前较新型的电力机车一般都是交-直流传动的电力机车。

孤独的一修

牵引供电系统

牵引供电系统的构成：
1 电源部分
2 牵引变电所、分区所、开闭所、
    自藕变压器所
3 牵引网

牵引网的构成：
1 馈电线
2 接触网
3 轨道回路和回流系统
     



（一）牵引变电所（见图1-2）

牵引变电所是电气化铁路的心脏，它的功能是将电力系统输送来的110kV或220kV等级的工频交流高压电，通过一定接线形式的牵引变压器变成适合电力机车使用的27.5kV等级的单相工频交流电，再通过不同的馈电线将电能送到相应方向的电气化铁路（接触网）上，满足来自不同方向电力机车的供电需要。牵引变电所一般设在车站的一端，在车站和区间分界处与另一端不同相位的供电臂通过分相绝缘器或电分段锚段关节相连。同一方向馈出回路的高压开关具备一旁路备用开关，可满足不间断可靠供电要求和检修的需要。
（二）分区所（见图1-2）

分区所是将电气化铁路上下行接触网通过分区所并联起来，以提高供电臂末端接触网上的电压水平，均衡了上下行供电臂的电流，降低电能损失；在较重车方向和线路有较大坡道的情况下效果更为明显；在牵引变电所故障情况下，通过分区所可由相邻牵引变电所实行越区供电。

(三)开闭所（见图1-2）

开闭所的主要作用是在大的编组站和客运站实现分束、分段供电，提高供电的可靠性，缩小停电范围，减少事故对铁路运行的影响。如果开闭所在供电臂末端，通常将其与分区所合建。同样，不同馈出回路的高压开关具备共用旁路备用开关，可满足不间断可靠供电要求和检修的需要。

（四）馈电线

馈电线是牵引变电所与接触网之间的连接线，它的功能是从牵引变电所向接触网供电。它由馈出开关引出，在电分相装置的两侧连接到接触网上，使之获得27.5kV电源。

（五）接触网

接触网是电气化铁路上的主要供电装置，它通过钢筋混凝土方柱或等径圆支柱及软横跨、硬横梁，以一定的悬挂形式将接触线直接架设在铁路线路的上方。它的功能是通过与电力机车顶部受电弓的滑动接触将电能供给电力机车（或电动车组）。

从结构形式上看，接触网由接触悬挂部分、支持装置、定位装置、支柱和基础组成，如图1-3所示。

1．接触悬挂部分

接触悬挂包括承力索、整体吊弦、接触线、中心锚结绳及各种线夹、全补偿下锚装置等。承力索承受接触线的重力，并将整个接触悬挂的重力和拉力（或压力）传给支持装置，并通过吊弦悬挂使接触线保持在规定的高度，电力机车受电弓滑板同接触线相接触取得机车所需电能。

2．支持装置

支持装置包括腕臂、棒式绝缘子、固定底座、腕臂支撑、斜拉线、承力索座等。用于支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱。

2．定位装置

定位装置包括定位管、定位器、定位线夹、定位支撑等，用于固定接触线的水平位置。定位器处于受拉状态，使接触线沿铁路线路均匀分布在机车受电弓中心运行轨迹两侧，保证受电弓不脱离接触线而发生弓网事故，并将接触线的水平负荷传给支持装置。

4．支柱和基础

支柱和基础包括钢筋混凝土方支柱和等径圆支柱、钢柱，软横跨、硬横梁、杯形基础、拉线基础、横卧板和底板等。它用于承受接触网的全部负荷，包括上部结构的重力、垂直线路方向的拉力（或压力）、顺线路方向的拉力。其施工质量的好坏直接影响到接触网能否长期稳定运行。

（六）钢轨和吸上线

在电气化铁路上，电力机车是利用走行轨作为牵引电流回路的，大部分电流经过与之相连的吸上线（绝缘电缆）直接回到变电所。由于轨道与大地之间是不绝缘的，所以牵引电流的一部分要流经大地，从埋设在牵引变电所下面的接地网回到变压器。同时钢轨和吸上线不直接相连，而是在轨道电路绝缘节处增设扼流变压器，二者分别与变压器的接线柱和中性点牢固连接，从而使牵引电流回路和轨道信号回路各自形成导通回路，互不干扰。

（七）回流线

回流线是轨道回路与牵引变电所之间的连接线，它的作用是将流经吸上线的牵引电流直接回送变电所内的牵引变压器，一方面减少电能损失，另一方面降低了对电气化铁路沿线通信、信号线路和装置的电磁谐波干扰。通常回流线与接触网线路同杆架设，每隔一定的区段通过吸上线与钢轨相连。

[ 本帖最后由 孤独的一修 于 2006-7-28 09:03 编辑 ]

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（一）供电方式

交流电气化铁路是以接触网—钢轨—大地为回路的单相不对称供电系统，因此牵引供电所产生的电场和磁场会对通信线路产生电磁干扰。为了减少电气化铁路对通信线的电磁干扰，在电气化铁路改造中必需采取防干扰措施。

经过多年的努力我国已有了直接供电、自耦变压供电（简称AT供电）、吸流变压器供电（简称BT供电）和带回流线的直接供电等供电方式。

直供方式，在牵引网中不加特殊防护措施，一般只在通信线路少的山区采用，AT和BT供电方式比较复杂，因此在沪杭、浙赣和京沪线电气化改造中均采用带回流线的直接供电方式。

带回流线的直接供电方式取消BT供电方式中的吸流变压器，保留了回流线，利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所，因而部分抵消接触网对临近通信线路的干扰，其防干扰效果不如BT供电方式，通常在对通信线防干扰要求不高的区段采用。这种供电方式设备简单，因此供电设备的可靠性得到了提高；由于取消了吸流变压器，只保留了回流线，因此牵引网阻抗比直供方式低一些，供电性能好一些，造价也不太高，所以这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用。

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直接供电方式  
优点：
      简单、投资省
缺点：
          由于牵引供电系统为单相负荷，该供
          电方式的牵引回流为钢轨，是不平衡
           的供电方式 I ≠ I ?），对通信线路产
            生感应影响。

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自耦变压器供电方式（AT供电方式）
由于自耦变压器的作用，接触网和正馈线的电流均为I/2，方向相反，有效地减少牵引网对通信线的干扰。
由于自耦变压器的中性点与钢轨相连，牵引网的供电电压为2 x 25 kV，电压提高了一倍，因此牵引变电所的间距理论上提高了一倍。例如直供+回流线供电方式牵引变电所间距为20-30km，则AT供电方式为40-60km。AT供电方式用于重载、高速需大电流的牵引供电系统。
馈线电流只有直供方式的一半。
牵引网阻抗 — AT：0.09Ω/km; BT:0.85Ω/km; 直供：0.33Ω/km; 直供+回流：0.31Ω/km

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（二）牵引变压器接线形式

电力牵引为一级负荷，牵引变电所应由二路电源供电，当任一路故障时，另一路应正常供电。牵引变电所从电力系统引入二路电源，在牵引变电所内装有牵引变压器，将电力系统的高电压（110kV或220kV）降低为27.5kV以单相电馈送给接触网，再由接触网供给电力机车。由于电气化铁路的单相牵引负荷是一个不对称的负荷，对三相电力系统产生负序电流和负序电压，为了减少负序电流和电压对三相电力系统的影响，通常采用不同接线型式的变压器来降低这种影响，电气化铁路的牵引变压器接线型式有单相、V，v、三相和平衡变压器等。

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牵引变电所主要设备：
牵引变压器
电容器
断路器
隔离开关
互感器
避雷器
综合自动化
安全监控装置
交直流装置

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2、控制及监视设备

上海铁路局牵引变电所的设计是按照无人值班有人值守考虑，可实现“远动”和“当地”两种监控方式。主变压器、馈线、并联电容补偿装置二次设备均采用集中组屏微机综合自动化装置来保护一次设备安全运行，同时配有视频监控系统，来对牵引变电所、开闭所和分区所的运行状况进行监视。

3、继电保护装置

（1）主变压器设有差动、瓦斯、过负荷、过热、低电压启动过电流等保护。

（2）变电所馈线设距离保护，电流速断，并设一次自动重合闸装置。

（3）27.5kV并联电容补偿装置设速断、过流、差压、失压等保护。

4、自用电系统

（1）交流系统：变电所设二段三相380V交流母线，分别由接至27.5kV母线和10kV线路的二台自用变压器供电，二路电源互为热备用，设有自动投入装置。

（2)直流系统：采用智能高频开关直流系统，直流操作电压为110V，正常时由整流电源供給直流负荷，整流电源对蓄电池进行浮充电和均衡充电，当交流失压后，由蓄电池供给直流负荷。

（四）分区所一、二次设备

上海铁路局管内的沪杭、浙赣和京沪是双线区段，在二个牵引变电所中间设有分区所，它将上、下行接触网通过断路器实行并联供电。上海铁路局管内的分区所按无人值守设计，高、低压设备采用室内布置，27.5kV断路器采用真空户内型式，继电保护采用集中组屏式微机综合自动化系统，馈线设二段具有四边形特性的距离保护和过流保护及一次自动重合闸装置，自用电系统和牵引变电所内的设备相同。

（五）开闭所一、二次设备

开闭所内设有开关，是能进行电分段或变更馈线数目的开关站。上海铁路局管内的开闭所引入二路电源，正常情况下一主一备，二回进线间设有备用电源自投装置，其设备除进线隔离开关、避雷器外，其余均采用室内网栅间隔布置。开闭所按无人值班有人值守设计，27.5kV断路器采用户内真空断路器，继电保护采用集中组屏式微机综合自动化系统，它的进线设置过流保护、馈线设置电流速断保护及一次自动重合闸，自用电系统和牵引变电所内的设备相同。

（六）接触网设备

接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备，它的功能是向走行在铁路线上的电力机车不间断地供应电能，由于接触网是露天设置，受到各种恶劣气象条件的影响，其工作状况是随电力机车的运行而变化，而且没有备用，因而使得接触网的工作条件非常复杂。

为了满足各种情况下接触网可靠取流的要求，接触网的接触悬挂部分可分为简单悬挂链型悬挂两类。由于接触线、承力索下锚的形式不同，链形悬挂又有半补偿链形悬挂与全补偿链形悬挂之分。上海铁路局的接触网采用全补偿简单链型悬挂（见图2-1），结构高度1400mm。

1、接触线、承力索、附加导线类型

正线接触线采用120mm2铜合金线（CTHA-120），承力索采用95mm2铜合金绞线（THJ-95）；站线接触线采用85mm2铜合金线，承力索采用70mm2铜合金绞线；附加导线采用钢芯铝绞线，其中回流线采用185mm2钢芯铝绞线，架空线采用70mm2钢芯铝绞线。
2、接触网支持装置的悬挂类型

接触网沿铁路纵向架设，随着不同的线路情况，支持接触悬挂的结构也有不同类型，在区间主要为支柱腕臂结构，在站场支持装置有支柱腕臂、软横跨或硬横跨结构，在上海铁路局管内这些结构形式都有。在京沪、沪杭和浙赣线的站场主要采用硬横跨结构形式，部分站场如股道较多的编组站采用软横跨形式，在软横跨横向承力索中使用了张力自动补偿装置，减少温度的影响。

硬横跨由二个立柱和一组钢横梁组成，钢横梁及所有接触悬挂的荷载均竖直传给立柱，所以立柱受弯矩较软横跨小，因而立柱的容量较小，从安装形式看，立柱高度要求相对低，硬横跨上各支接触悬挂相互干扰小，调整较方便，稳定性较好，有利于高速行驶。硬横跨的缺点是：施工要求较严格，有一定难度，造价高于软横跨。

京沪、沪杭和浙赣线上的正线定位器选用限位定位器，限制定位点处的导线抬升高度，避免在该处发生弓网故障。接触网的吊弦全部采用了整体吊弦，减少了运营后的维修工作量。道岔处接触网布置采用交叉线岔方式。接触网高度按满足开行双层集装箱的条件设计。支柱侧面限界需考虑大型养路机械作业要求。

3、支柱和基础类型

支柱是用来承受接触悬挂的负荷，根据材质，支柱有钢柱和预应力混凝土柱，形式有横腹杆、等径圆杆混凝土支柱、等径圆钢柱、角钢桁架。在沪杭、浙赣和京沪线的接触网腕臂柱主要采用横腹杆式预应力钢筋混凝土支柱，在沪宁线和其它少数区间采用直径400mm等径混凝土圆杆（可以从各个方向受力，但是用钢筋稍多）。在一些特殊地段采用圆杆钢支柱，站场软横跨钢柱采用角钢桁架支柱。

支柱基础，除了在一些软土地段采用杯形基础，主要采用直埋基础。

4、大型建筑屋上的支持装置

接触网通过桥梁等大型建筑物时，可以利用这些建筑物安装悬挂构件或支柱，用以悬吊或支撑接触悬挂。在沪杭线工程中，由于钱江二桥上没有可利用的建筑物，因此采用了用不等径圆杆的一种硬横梁形式，以满足接触网悬挂要求。对于大客站，如上海站、镇江、无锡、苏州站，根据实际情况设计了适宜周围环境的接触网结构形式，不仅满足安装接触网要求，和周围环境也非常和谐。

5、接触网的绝缘和供电分段形式

电气化铁路接触网的绝缘是通过绝缘子、分相和分段绝缘器来实现的。绝缘子是接触悬挂对支柱或其他接地体保持电气绝缘的重要部件。绝缘子本身性能的好坏对接触网正常工作有着很大的影响，因其承受着工作电压及各种电压，并随着接触悬挂及支持装置的重量以及冰雪、风压、震动等机械力，所以对绝缘子的机械性能和电气性能都有严格的要求。

为了提高接触网供电的可靠性和灵活性，要求在接触网上设置互相联通又能互相独立的分段设备，这种设备称为电分段。接触网的电分段，一般分为纵向和横向两类。纵向电分段是指接触网沿线路方向进行的分段；横向分段则为双线区段的上、下行线路之间，或车站的独立车场之间，以及股道之间之间所进行的分段。接触网的供电分段按其功能需要，在不同场所设置不同结构的供电分段，如图2-10所示。供电分段设备主要有绝缘锚段关节、分段绝缘器及分相绝缘器等。

接触网绝缘泄露距离1200mm，采用瓷绝缘子，严重污秽地区采用合成绝缘子；锚段关节有3、4、5跨形式；电分相采用锚段关节布置方式，沪杭线、京沪线的分相采用6跨锚段关节来实现，浙赣线分相采用7跨锚段关节。

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牵引供电调度指挥组织和远动监控系统

（一）牵引供电调度

供电调度是铁路运输的重要组成部分，是供电设备运行、事故抢修的指挥中心，是电气化铁路供电的信息中心。京沪、沪杭和浙赣线铁路电气化工程在上海铁路局设电力调度所，所内设置牵引供电调度台，用于指挥牵引供电系统运行、事故处理和设备维修。供电调度员的主要任务是：正确组织牵引供电系统的运行。与行车各有关工种调度密切配合、控制安全动态、应急处理突发事件，最大限度地缩小故障范围，减少事故损失，迅速恢复供电和行车。

（二）远动监控系统

上海铁路局设置了电力调度监控系统和安全视频监控系统各一套，对其在京沪线、沪杭线和浙赣线电气化所管辖的牵引变电所、分区所、开闭所以及枢纽接触网开关等牵引供电设施进行实时数据采集和集中监控管理，对各被控站设备运行状态和运行环境进行实时监视。

电力调度监控系统和安全视频监控系统由设在电力调度所内的控制站设备、数据、视频传输通道及设在沿线各牵引变电所、分区所、开闭所的被控制站综合自动化设备、安全视频传输设备组成。京沪、沪杭和浙赣线的供电调度设在上海，分7个调度台，分别在供电维修管理中心设供电调度系统复示设备，在蚌埠、南京、上海、杭州供电维修基地和上海路局机务处各设一套复视终端。复视终端接受控制站数据转发，控制站提供的实时转发遥信、遥测数据，使得相关维修管理人员能够对所管辖范围内牵引供电系统设备的运行状况进行实时监视，以便在事故或突发事件状态下统一指挥抢修。

枢纽的接触网开关采用集中控制，对蚌埠、南京、上海和杭州枢纽的接触网开关设无线集中监控系统，通过综合自动化现场总线网及设在枢纽内各被控站有线/无线转发单元转成无线信号，发给设在接触网开关架上的无线受控单元，实时对其所管辖的枢纽接触网开关进行实时集中监控管理。

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电气化给电务系统带来的变化

1．由于接触网支柱的存在和站场、区间电分段的设立，为防止影响信号显示和感应电伤人，进站信号机、高柱出站信号机的位置和机柱高度发生变化，同时它的外壳需做接地。

2．交叉渡线、复式交分道岔需增加两组钢轨绝缘。尽头线无轨道电路的区段应将两根钢轨短路联接。

3、钢轨间增设牵引连接线，采用“一塞一焊”安全可靠的双套方式，保证牵引电流的流通。各线路间增设横向连接线，确保机车在每处线路上运行都可以畅通回流；区间，需通过增设空扼流变压器来实现横向连接。

4．绝缘钢轨处增设扼流变压器，以使信号电流回路与牵引电流回路分别流通，互不干扰。

5．轨道电路接收输入端加装抗干扰适配器，相应的50Hz交流连续式轨道电路改为25Hz相敏轨道电路、ZPW-2000A轨道电路等。

6．信号电缆的敷设深度、与线路平行距离相应增加，同时各种信号设备增设保护接地。

7．轨道电路受电端轨道继电器线圈并接防护盒，使之滤掉不平衡电流的工频基波及谐波成份，并保证信号电流衰耗很小。

8．加装复示继电器，防止轨道继电器的瞬间误动。

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:)下课啦！