第三節(jié)接觸網(wǎng)的供電方式

1、2022-3-14第一章第一章 接觸網(wǎng)概述接觸網(wǎng)概述第一節(jié)第一節(jié) 接觸網(wǎng)的定義與分類接觸網(wǎng)的定義與分類第二節(jié)第二節(jié) 接觸網(wǎng)的組成接觸網(wǎng)的組成第三節(jié)第三節(jié) 供電方式供電方式第四節(jié)第四節(jié) 受電弓受電弓2022-3-14 在牽引供電的發(fā)展過程中，出現(xiàn)過低壓直流、三相交流、在牽引供電的發(fā)展過程中，出現(xiàn)過低壓直流、三相交流、單相低頻交流、單相工頻交流等多種供電制式。目前仍采用的單相低頻交流、單相工頻交流等多種供電制式。目前仍采用的主要供電制式有：單相工頻主要供電制式有：單相工頻25KV25KV，單相低頻，單相低頻15KV15KV；直流；直流3KV3KV，直流直流1.5KV1.5KV等。等。 中國電氣化鐵

2、路采用的是：中國電氣化鐵路采用的是：單相工頻交流單相工頻交流25KV25KV供電制式供電制式第三節(jié)第三節(jié) 供電方式供電方式2022-3-14電力系統(tǒng)（發(fā)電廠）電力系統(tǒng)（發(fā)電廠）牽引變電所牽引變電所 饋電線饋電線接觸網(wǎng)接觸網(wǎng) T鋼軌鋼軌 R回流線回流線電力機(jī)車電力機(jī)車第三節(jié)第三節(jié) 供電方式供電方式2022-3-14 直接供電方式直接供電方式 BTBT供電方式供電方式 ATAT供電方式供電方式 帶回流線的直接供電方式帶回流線的直接供電方式 同軸電力電纜供電方式同軸電力電纜供電方式第三節(jié)第三節(jié) 供電方式供電方式2022-3-141、直接供電方式、直接供電方式1輸電線；輸電線；2牽引變電所；牽引變電所

3、；3饋電線；饋電線；4接觸網(wǎng)；接觸網(wǎng)；5電力機(jī)車；電力機(jī)車；6鋼軌鋼軌 兩個(gè)牽引變電所之間將接觸網(wǎng)分成兩個(gè)供電分區(qū)（又稱供電臂）兩個(gè)牽引變電所之間將接觸網(wǎng)分成兩個(gè)供電分區(qū)（又稱供電臂） 2022-3-141、 直接供電方式直接供電方式 兩個(gè)牽引變電所之間將接觸網(wǎng)分成兩個(gè)供電分區(qū)（又稱供兩個(gè)牽引變電所之間將接觸網(wǎng)分成兩個(gè)供電分區(qū)（又稱供電臂），正常情況兩相鄰供電臂之間在接觸網(wǎng)上是絕緣的，電臂），正常情況兩相鄰供電臂之間在接觸網(wǎng)上是絕緣的，每個(gè)供電臂只從一端牽引變電所獲得電能的供電方式稱為每個(gè)供電臂只從一端牽引變電所獲得電能的供電方式稱為單單邊供電邊供電。若兩個(gè)供電臂通過開關(guān)設(shè)備，在電路上連通，兩

4、個(gè)。若兩個(gè)供電臂通過開關(guān)設(shè)備，在電路上連通，兩個(gè)供電臂可同時(shí)從兩個(gè)牽引變電所獲得電能，這種供電方式稱供電臂可同時(shí)從兩個(gè)牽引變電所獲得電能，這種供電方式稱為為雙邊供電雙邊供電。雙邊供電可提高接觸網(wǎng)電壓水平，減少電能損。雙邊供電可提高接觸網(wǎng)電壓水平，減少電能損耗。但饋線及分區(qū)亭的保護(hù)及開關(guān)設(shè)備都較復(fù)雜，因此，目耗。但饋線及分區(qū)亭的保護(hù)及開關(guān)設(shè)備都較復(fù)雜，因此，目前采用較少。前采用較少。2022-3-141、直接供電方式、直接供電方式單邊和雙邊供電為正常的供電方式，還有一種非正常供電單邊和雙邊供電為正常的供電方式，還有一種非正常供電方式（也稱事故供電方式）叫越區(qū)供電，如下圖所示。方式（也稱事故供電方

5、式）叫越區(qū)供電，如下圖所示。1故障牽引變電所；故障牽引變電所；2越區(qū)供電分區(qū)。越區(qū)供電分區(qū)。2022-3-141、直接供電方式、直接供電方式 越區(qū)供電是當(dāng)某一牽引變電所因故障不能正常供電時(shí)，越區(qū)供電是當(dāng)某一牽引變電所因故障不能正常供電時(shí)，故障變電所擔(dān)負(fù)的供電臂，經(jīng)開關(guān)設(shè)備與相鄰供電臂接通，故障變電所擔(dān)負(fù)的供電臂，經(jīng)開關(guān)設(shè)備與相鄰供電臂接通，由相鄰牽引變電所進(jìn)行臨時(shí)供電。這種供電方式稱越區(qū)供電。由相鄰牽引變電所進(jìn)行臨時(shí)供電。這種供電方式稱越區(qū)供電。因越區(qū)供電增大了該變電所主變壓器的負(fù)荷，對電器設(shè)備安因越區(qū)供電增大了該變電所主變壓器的負(fù)荷，對電器設(shè)備安全和供電質(zhì)量影響較大，因此，只能在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)

6、行越區(qū)全和供電質(zhì)量影響較大，因此，只能在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)行越區(qū)供電，是避免中斷運(yùn)輸?shù)呐R時(shí)性措施。供電，是避免中斷運(yùn)輸?shù)呐R時(shí)性措施。2022-3-141、直接供電方式、直接供電方式 復(fù)線區(qū)段供電方式與上述基本相同，但每一供電臂分別向上、下復(fù)線區(qū)段供電方式與上述基本相同，但每一供電臂分別向上、下行接觸網(wǎng)供電，因此牽引變電所饋出線有四條。同一側(cè)供電臂上、行接觸網(wǎng)供電，因此牽引變電所饋出線有四條。同一側(cè)供電臂上、下行線實(shí)行并聯(lián)供電，可提高供電臂末端電壓。越區(qū)供電時(shí)，通過下行線實(shí)行并聯(lián)供電，可提高供電臂末端電壓。越區(qū)供電時(shí)，通過分區(qū)亭開關(guān)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。復(fù)線區(qū)段供電情況如下圖所示。分區(qū)亭開關(guān)設(shè)備來實(shí)現(xiàn)。復(fù)線區(qū)段

7、供電情況如下圖所示。圖圖 復(fù)線區(qū)段供電示意圖復(fù)線區(qū)段供電示意圖 2022-3-142、吸流變壓器、吸流變壓器回流線裝置回流線裝置BT 在牽引網(wǎng)中，每相距在牽引網(wǎng)中，每相距1.5km4km間隔，設(shè)置一臺(tái)變間隔，設(shè)置一臺(tái)變比為比為1:1的吸流變壓器的吸流變壓器。吸流變壓器設(shè)在分段中央，。吸流變壓器設(shè)在分段中央，其原其原邊串入接觸網(wǎng)邊串入接觸網(wǎng)，副邊串入沿鐵路架設(shè)的回流線副邊串入沿鐵路架設(shè)的回流線。回流線?；亓骶€通常就懸掛在鐵路沿線的接觸網(wǎng)支柱外側(cè)的橫擔(dān)上。通常就懸掛在鐵路沿線的接觸網(wǎng)支柱外側(cè)的橫擔(dān)上。2022-3-141牽引變電所；牽引變電所；2饋電線；饋電線；3接觸網(wǎng)；接觸網(wǎng)；4電力機(jī)車；電力機(jī)

8、車；5鋼軌；鋼軌；6回流線；回流線；7吸流變壓器；吸流變壓器；8吸上線。吸上線。2022-3-141接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)；2為為軌道軌道；3為為回流線回流線；4為為吸流變壓器吸流變壓器，變比變比1:1，一次線圈，一次線圈串接串接入接觸網(wǎng)，二次線圈串接入回流；入接觸網(wǎng)，二次線圈串接入回流；5為為吸上線吸上線，一端接回流線，另一端與軌道或吸流變壓器，一端接回流線，另一端與軌道或吸流變壓器線圈中點(diǎn)連接，以提供從電力機(jī)車到軌道的返回電流流到回線圈中點(diǎn)連接，以提供從電力機(jī)車到軌道的返回電流流到回流線中去的通路。流線中去的通路。121234551I2I2022-3-14 這種裝置的這種裝置的防護(hù)作用防護(hù)作用在于：

9、把本來是尺寸很大的接在于：把本來是尺寸很大的接觸網(wǎng)觸網(wǎng)軌道大地回路改變成尺寸相對很小的接觸網(wǎng)軌道大地回路改變成尺寸相對很小的接觸網(wǎng)回回流線回路。流線回路。 當(dāng)牽引電流流經(jīng)吸流變壓器原邊時(shí)，副邊在回流線當(dāng)牽引電流流經(jīng)吸流變壓器原邊時(shí)，副邊在回流線中產(chǎn)生很大的互感電勢。吸流變壓器的作用也就是在接中產(chǎn)生很大的互感電勢。吸流變壓器的作用也就是在接觸網(wǎng)和回流線之間集中地觸網(wǎng)和回流線之間集中地加大互感加大互感。2022-3-14設(shè)吸流變壓器原邊電流為設(shè)吸流變壓器原邊電流為I1，匝數(shù)為，匝數(shù)為1 1；副邊電流；副邊電流I I2 2，匝數(shù)為，匝數(shù)為2 2。根據(jù)磁勢平衡關(guān)系：根據(jù)磁勢平衡關(guān)系： I I2 2 2

10、 2 I1 1 1又因?yàn)樽儽葹橛忠驗(yàn)樽儽葹?:11:1，則，則1 1=2 2，所以，所以 I I2 2II1 1 說明：說明：采用吸流變后，只有變壓器原邊的激磁電流仍流經(jīng)軌采用吸流變后，只有變壓器原邊的激磁電流仍流經(jīng)軌道和大地，且電流數(shù)量很小。道和大地，且電流數(shù)量很小。 如果不設(shè)吸流變，單憑接觸網(wǎng)和回流線之間的分布互感，僅如果不設(shè)吸流變，單憑接觸網(wǎng)和回流線之間的分布互感，僅約約10-20%10-20%牽引電流經(jīng)回流線流回牽引電流經(jīng)回流線流回。2022-3-14 同時(shí)回流線和接觸網(wǎng)中的電流基本上同時(shí)回流線和接觸網(wǎng)中的電流基本上大小相等，方向相反大小相等，方向相反。兩者的交變。兩者的交變磁場基本上

11、可互相平衡磁場基本上可互相平衡(抵消抵消)。顯著地減弱了接觸網(wǎng)和回流線周圍空間的交。顯著地減弱了接觸網(wǎng)和回流線周圍空間的交變磁場，使?fàn)恳娏髟卩徑耐ㄐ啪€路中的電磁感應(yīng)影響大大地減小。變磁場，使?fàn)恳娏髟卩徑耐ㄐ啪€路中的電磁感應(yīng)影響大大地減小。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：1. 電力機(jī)車處于吸流變壓器附近時(shí)防護(hù)效果差。機(jī)車電流經(jīng)軌道電力機(jī)車處于吸流變壓器附近時(shí)防護(hù)效果差。機(jī)車電流經(jīng)軌道與大地，然后經(jīng)回流線流回，接觸網(wǎng)在與大地，然后經(jīng)回流線流回，接觸網(wǎng)在a、b段中沒有電流，而回流線中有電段中沒有電流，而回流線中有電流，則在流，則在ab段的長度內(nèi)等于沒有防護(hù)。段的長度內(nèi)等于沒有防護(hù)。ab2022-3-14回流線

12、回流線cd 中無電流，在中無電流，在接觸網(wǎng)接觸網(wǎng)cd 段的長度內(nèi)等于段的長度內(nèi)等于沒有防護(hù)。沒有防護(hù)。 兩種情形都使吸流變壓器兩種情形都使吸流變壓器回流線在半段長度里失去效用，這種現(xiàn)象叫做回流線在半段長度里失去效用，這種現(xiàn)象叫做半段效應(yīng)，失效區(qū)相當(dāng)于分段長度之半半段效應(yīng)，失效區(qū)相當(dāng)于分段長度之半。 所以實(shí)際裝置是在供電臂內(nèi)設(shè)置長度不大的許多所以實(shí)際裝置是在供電臂內(nèi)設(shè)置長度不大的許多吸上分段吸上分段，每個(gè)分段僅長，每個(gè)分段僅長24km，每個(gè)分段中央設(shè)置一臺(tái)吸流變壓器。分段以吸上線為界，吸上線一，每個(gè)分段中央設(shè)置一臺(tái)吸流變壓器。分段以吸上線為界，吸上線一端接回流線，另一端焊入鋼軌。端接回流線，另一

13、端焊入鋼軌。cd2022-3-14 按照這種安排，按照這種安排，半段效應(yīng)長度大大縮小半段效應(yīng)長度大大縮小，且只有處在一個(gè)分段中的機(jī)車的電流而不，且只有處在一個(gè)分段中的機(jī)車的電流而不是牽引網(wǎng)總電流在該分段產(chǎn)生半段效應(yīng)影響。是牽引網(wǎng)總電流在該分段產(chǎn)生半段效應(yīng)影響。2.使使?fàn)恳W(wǎng)阻抗顯著增大牽引網(wǎng)阻抗顯著增大。接觸網(wǎng)。接觸網(wǎng)回流線回路比通常牽引網(wǎng)阻抗要高。應(yīng)用這種裝置回流線回路比通常牽引網(wǎng)阻抗要高。應(yīng)用這種裝置的牽引網(wǎng)，其阻抗等于接觸網(wǎng)的牽引網(wǎng)，其阻抗等于接觸網(wǎng)回流線回路阻抗與吸流變壓器短路阻抗之和。回流線回路阻抗與吸流變壓器短路阻抗之和。 由于牽引網(wǎng)阻抗增高，有時(shí)可能必要由于牽引網(wǎng)阻抗增高，有時(shí)可

14、能必要縮短牽引變電所間的距離，或增設(shè)串聯(lián)電容補(bǔ)縮短牽引變電所間的距離，或增設(shè)串聯(lián)電容補(bǔ)償，來保證牽引網(wǎng)電壓水平償，來保證牽引網(wǎng)電壓水平。2022-3-14 日本鐵路為防止通訊干擾，在實(shí)行交流電氣化的日本鐵路為防止通訊干擾，在實(shí)行交流電氣化的前期前期，在，在牽引網(wǎng)中普遍應(yīng)用了牽引網(wǎng)中普遍應(yīng)用了BT供電方式供電方式。 但當(dāng)高速、大功率機(jī)車在這種電路中通過吸流變壓器分段但當(dāng)高速、大功率機(jī)車在這種電路中通過吸流變壓器分段時(shí)，在受電弓上會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧，為了克服此缺點(diǎn)，時(shí)，在受電弓上會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧，為了克服此缺點(diǎn)，后來后來發(fā)展發(fā)展了一種新的牽引網(wǎng)供電方式了一種新的牽引網(wǎng)供電方式自耦變壓器供電方式自耦變壓器

15、供電方式。2022-3-14T接觸網(wǎng)；接觸網(wǎng)；R軌道；軌道；F正饋線；正饋線；AT自耦變壓器自耦變壓器AT供電方式：供電方式：由接觸網(wǎng)由接觸網(wǎng)T、正饋線、正饋線F、軌道大地系統(tǒng)、軌道大地系統(tǒng)R以及每隔一定距以及每隔一定距離的自耦變壓器離的自耦變壓器(AT)構(gòu)成。構(gòu)成。AT并聯(lián)于接觸導(dǎo)線與正饋線之間，并聯(lián)于接觸導(dǎo)線與正饋線之間，AT中點(diǎn)與鋼軌相連。中點(diǎn)與鋼軌相連。IAT1AT21/2I1/2ITRFn1n2n1n22022-3-14 結(jié)構(gòu)上：結(jié)構(gòu)上：AT方式是用方式是用自耦變壓器代替了吸流變壓器自耦變壓器代替了吸流變壓器，正饋線正饋線代替了回流線代替了回流線。自耦變壓器是。自耦變壓器是并入并入電

16、路，這一改變，首先是消除電路，這一改變，首先是消除了接觸網(wǎng)中的吸流變壓器分段。大部分回流流經(jīng)正饋線，從而降了接觸網(wǎng)中的吸流變壓器分段。大部分回流流經(jīng)正饋線，從而降低對鄰近通信線的干擾。低對鄰近通信線的干擾。自耦變壓器的工作原理：自耦變壓器的工作原理： 一次和二次回路共用部分繞組一次和二次回路共用部分繞組(n2部分部分)， 而而n1只有一次電流通過。只有一次電流通過。n1n2I I1 1= =I IH HI IL LU UL LE E1 1E E2 2I I2 22022-3-14 輸入電壓為輸出電壓的輸入電壓為輸出電壓的2倍倍，也就是說，通過自耦變壓器可以輸，也就是說，通過自耦變壓器可以輸入較

17、高的電壓而得到機(jī)車所需的低電壓。電流則相反，輸入電流為入較高的電壓而得到機(jī)車所需的低電壓。電流則相反，輸入電流為輸出電流的一半。從牽引變電所看，以兩倍接觸網(wǎng)電壓沿線輸送輸出電流的一半。從牽引變電所看，以兩倍接觸網(wǎng)電壓沿線輸送1/2I。 送電電壓加倍，送電電流減半，送電電路中的送電電壓加倍，送電電流減半，送電電路中的電壓損失將降低電壓損失將降低為為1/4。 利用利用AT這個(gè)特點(diǎn)，可增大變電所間的距離和增大傳輸功率，這個(gè)特點(diǎn)，可增大變電所間的距離和增大傳輸功率，減減少牽引網(wǎng)損耗少牽引網(wǎng)損耗。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：必須在沿線安設(shè)電壓較高、容量較大的自耦變壓器，牽引網(wǎng)必須在沿線安設(shè)電壓較高、容量較大的自耦變壓

18、器，牽引網(wǎng)設(shè)備的投資相應(yīng)增加。設(shè)備的投資相應(yīng)增加。2022-3-14 由于由于AT方式設(shè)備復(fù)雜，一次投資高、運(yùn)營費(fèi)用高、維護(hù)困難，特別方式設(shè)備復(fù)雜，一次投資高、運(yùn)營費(fèi)用高、維護(hù)困難，特別在多隧道區(qū)段應(yīng)用更為困難。在多隧道區(qū)段應(yīng)用更為困難。BT方式由于其半段效應(yīng)、接觸網(wǎng)分段及牽方式由于其半段效應(yīng)、接觸網(wǎng)分段及牽引網(wǎng)阻抗大等弱點(diǎn)，對高速和重載行車的適應(yīng)能力差。因此，引網(wǎng)阻抗大等弱點(diǎn)，對高速和重載行車的適應(yīng)能力差。因此，常采用直接常采用直接供電加回流線供電加回流線(負(fù)饋線負(fù)饋線)。DN供電方式：供電方式：由接觸網(wǎng)、鋼軌、沿全線架設(shè)的負(fù)饋線由接觸網(wǎng)、鋼軌、沿全線架設(shè)的負(fù)饋線NF(每隔幾公里用每隔幾公里用P金屬線和鋼軌相連金屬線和鋼軌相連)組成。組成。 由于由于NF和鋼軌并聯(lián)連接，使得正常運(yùn)行時(shí)鋼軌中負(fù)荷電流的一部分分和鋼軌并聯(lián)連接，使得正常運(yùn)行時(shí)鋼軌中負(fù)荷電流的一部分分流到流到NF中去，因此，可以減少流入大地的電流，減輕對通訊的干擾危害，中去，因此，可以減少流入大地的電流，減輕對通訊的干擾危害，降低鋼軌電位，減小饋電回路的阻抗。降低鋼軌電位，減小饋電回路的阻抗。 DN方式與方式與AT、BT相比相比，其饋電回路和設(shè)備簡單、投資省、運(yùn)營維護(hù)，其