鐵路牽引網(wǎng)的供電方式與接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)

1、1 牽引網(wǎng)的供電方式鐵路牽引供電系統(tǒng)的主要功能是將地方電力系統(tǒng)的電能引入牽引變電所，通過牽引變電所和接觸網(wǎng)等，向電力機(jī)車提供持續(xù)電能。牽引網(wǎng)主要由饋電線、接觸網(wǎng)、鋼軌、回流線組成。饋電線(Feeder)是指從牽引變電所母線連接出來連接到接觸網(wǎng)之間的傳輸導(dǎo)線。接觸網(wǎng)(Catenary)懸掛在鐵道鋼軌線正上方，對地標(biāo)稱電壓 27.5kV，是沿電氣化鐵路架空敷設(shè)的供電網(wǎng)，通過受電弓向電力機(jī)車或動車組提供電能。接觸網(wǎng)主要由承力索、吊弦、接觸線組成，接觸線與路軌軌面的高度通常為 6.5m。牽引網(wǎng)供電方式主要有：直接供電方式、BT供電方式、AT供電方式、CC供電方式。目前我國高速鐵路和客運專線普遍采用帶回

2、流線的 AT 供電方式。1.1 AT供電方式AT(Auto-Transformer)供電方式的即自耦變壓器供電方式，AT 供電方式具有更好的防干擾效果和更大的牽引能力，目前我國高速鐵路和載重鐵路基本使用 AT 供電模式，牽引變電所的進(jìn)線電源為交流 110kv或220 kV，出線電壓為交流 2×27.5 kV。牽引變電所主變壓器輸出二次側(cè)分別接于牽引饋線(T)相和(F)相，每隔 1015km 設(shè)立一個自耦變壓器所，并聯(lián)接入牽引網(wǎng)中，變壓器的首端和尾端與接觸網(wǎng)的(T)相和(F)相相連，繞組的中點與鋼軌相連接。接觸網(wǎng)和正饋線中的電流大小相等，方向相反，且電流大小僅為電力機(jī)車電力的一半，減少

3、了電弧對接觸網(wǎng)燒傷和受電弓滑板等問題，對鄰近通信線路的干擾大大降低。與其它供電方式相比，線路上的電壓降可以減少一半，因此供電臂可延長一倍，達(dá)到 50km60km。采用 AT 供電方式無需加強(qiáng)絕緣就能使供電回路的電壓提高一倍，在 AT 區(qū)段電力機(jī)車是由前后兩個 AT 所同時并聯(lián)供電，因此適宜與高速鐵路和重載鐵路等大負(fù)載電流運行。圖1 AT供電方式2 接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)高速鐵路接觸網(wǎng)功能是從牽引變電所引入電能，并將電能輸送到沿鐵路鋼軌運行的電力機(jī)車的受電弓上。接觸網(wǎng)主要包括支柱和導(dǎo)線，導(dǎo)線包括傳輸線(T 線)、承力索、正饋線(F 線)和保護(hù)線(PW 線)，其中 T線負(fù)責(zé)電能傳輸并向列車供電，F(xiàn) 線與 T

4、線一起構(gòu)成電能傳輸線。T 線與 F 線架設(shè)在同一支柱上，相對距離較小，二者相對中性線的電壓均為 27.5 kV，但是相位相反，兩者的電流大小相等方向相反，對鄰近通信線路的電磁干擾大為減少，且二者線路上的電流均為牽引電流的 1/2，線路上的電壓降可減少 1/2。PW 線為中性線，其主要作用是避免接觸網(wǎng)支柱接地部分直接與軌道相連，以減少對軌道電路的干擾，在接觸網(wǎng)發(fā)生接地故障時，PW 線為短路電流提供通道，有利于提高繼電保護(hù)動作的可靠性。圖2 接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖3 接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)示意圖架設(shè)于高架橋上的接觸網(wǎng)上、下行線路對稱布置，檔距為 50m，每側(cè)設(shè)有 T 線和 F 線兩條饋電導(dǎo)線，其中 T 線由承力索和懸吊

5、在其下方的接觸線構(gòu)成。此外，每側(cè)還設(shè)有一條起保護(hù)回流作用的架空地線(PW 線)。根據(jù)京津城際客運專線的具體設(shè)計參數(shù)，接觸網(wǎng) F 線、T 線承力索和 T 線接觸線對軌面的高度分別為 7.4、6.9 和 5.3m，PW 線的安裝位置與 T線承力索等高，架橋跨距為32m，高度為10m16m。如下圖所示。圖4 高架接觸網(wǎng)示意圖高鐵接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)特點決定了 F 線是最易遭受雷擊的，F(xiàn) 線位于接觸網(wǎng)外側(cè)最高點，構(gòu)成了對 T線、PW 線的屏蔽，直擊雷和感應(yīng)雷都主要對 F 線造成威脅。因此為提高接觸網(wǎng)的耐雷水平，新型的接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)如下圖所示。在立桿支柱頂端假設(shè)一條架空避雷地線（GW線），架空地線直接固定在支架上，并與鋼柱相連。圖5 帶架空地線接觸網(wǎng)示意圖3 接觸網(wǎng)雷擊高速鐵路接觸網(wǎng)防雷設(shè)計是依電力系統(tǒng)35kv輸電線路和普速鐵路接觸網(wǎng)的規(guī)范為依據(jù)的,在整個接觸網(wǎng)防雷線中幾乎不架避雷線,只把避雷針加在幾個比較關(guān)鍵的設(shè)備處。直擊雷主要從三個地方侵入接觸網(wǎng),第一是雷擊正饋線,使懸式絕緣子發(fā)生閃絡(luò);第二是雷擊承力索,使腕臂絕緣子發(fā)生閃絡(luò);第三是雷擊保護(hù)線,兩種絕緣子均可能閃絡(luò)。根據(jù)實測結(jié)果可知，牽引網(wǎng)AF線懸式絕緣子雷擊閃絡(luò)概率遠(yuǎn)高于腕臂絕緣子雷擊閃絡(luò)的概率。京津線2009年統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明AF線絕緣子的破壞概率超過了T線絕緣子破壞概率的