第三節(jié) 接觸網(wǎng)的供電方式

第一章接觸網(wǎng)概述第一節(jié)接觸網(wǎng)的定義與分類第二節(jié)接觸網(wǎng)的組成第三節(jié)供電方式第四節(jié)受電弓3/12/2024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。目前仍采用的主要供電制式有：單相工頻25KV，單相低頻15KV；直流3KV，直流1.5KV等。中國電氣化鐵路采用的是：單相工頻交流25KV供電制式第三節(jié)供電方式3/12/2024牽引供電系統(tǒng)原理示意圖電力系統(tǒng)（發(fā)電廠）牽引變電所饋電線接觸網(wǎng)T鋼軌R回流線電力機車第三節(jié)供電方式3/12/2024直接供電方式BT供電方式AT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第三節(jié)供電方式3/12/20241、直接供電方式1—輸電線；2—牽引變電所；3—饋電線；4—接觸網(wǎng)；5—電力機車；6—鋼軌兩個牽引變電所之間將接觸網(wǎng)分成兩個供電分區(qū)（又稱供電臂）3/12/20241、直接供電方式兩個牽引變電所之間將接觸網(wǎng)分成兩個供電分區(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，每個供電臂只從一端牽引變電所獲得電能的供電方式稱為單邊供電。若兩個供電臂通過開關(guān)設(shè)備，在電路上連通，兩個供電臂可同時從兩個牽引變電所獲得電能，這種供電方式稱為雙邊供電。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)亭的保護及開關(guān)設(shè)備都較復(fù)雜，因此，目前采用較少。3/12/20241、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方式（也稱事故供電方式）叫越區(qū)供電，如下圖所示。1—故障牽引變電所；2—越區(qū)供電分區(qū)。3/12/20241、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，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)備安全和供電質(zhì)量影響較大，因此，只能在較短時間內(nèi)實行越區(qū)供電，是避免中斷運輸?shù)呐R時性措施。3/12/20241、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、下行線實行并聯(lián)供電，可提高供電臂末端電壓。越區(qū)供電時，通過分區(qū)亭開關(guān)設(shè)備來實現(xiàn)。復(fù)線區(qū)段供電情況如下圖所示。圖復(fù)線區(qū)段供電示意圖

3/12/20242、吸流變壓器—回流線裝置BT

在牽引網(wǎng)中，每相距1.5km—4km間隔，設(shè)置一臺變比為1:1的吸流變壓器。吸流變壓器設(shè)在分段中央，其原邊串入接觸網(wǎng)，副邊串入沿鐵路架設(shè)的回流線?；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。3/12/20242、吸流變壓器—回流線裝置BT1—牽引變電所；2—饋電線；3—接觸網(wǎng)；4—電力機車；5—鋼軌；6—回流線；7—吸流變壓器；8—吸上線。3/12/20241—接觸網(wǎng)；2—為軌道；3—為回流線；4—為吸流變壓器，變比1:1，一次線圈串接入接觸網(wǎng)，二次線圈串接入回流；5—為吸上線，一端接回流線，另一端與軌道或吸流變壓器線圈中點連接，以提供從電力機車到軌道的返回電流流到回流線中去的通路。2、吸流變壓器—回流線裝置BT3/12/2024這種裝置的防護作用在于：把本來是尺寸很大的接觸網(wǎng)—軌道大地回路改變成尺寸相對很小的接觸網(wǎng)—回流線回路。當(dāng)牽引電流流經(jīng)吸流變壓器原邊時，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觸網(wǎng)和回流線之間集中地加大互感。2、吸流變壓器—回流線裝置BT3/12/2024設(shè)吸流變壓器原邊電流為I1，匝數(shù)為ω1；副邊電流I2，匝數(shù)為ω2。根據(jù)磁勢平衡關(guān)系：

I2ω2≈I1ω1又因為變比為1:1，則ω1=ω2，所以I2≈I1

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，僅約10-20%牽引電流經(jīng)回流線流回。2、吸流變壓器—回流線裝置BT3/12/2024同時回流線和接觸網(wǎng)中的電流基本上大小相等，方向相反。兩者的交變磁場基本上可互相平衡(抵消)。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。

缺點：1.

電力機車處于吸流變壓器附近時防護效果差。機車電流經(jīng)軌道與大地，然后經(jīng)回流線流回，接觸網(wǎng)在a、b段中沒有電流，而回流線中有電流，則在ab段的長度內(nèi)等于沒有防護。2、吸流變壓器—回流線裝置BT3/12/2024回流線cd

中無電流，在接觸網(wǎng)cd

段的長度內(nèi)等于沒有防護。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)象叫做半段效應(yīng)，失效區(qū)相當(dāng)于分段長度之半。

所以實際裝置是在供電臂內(nèi)設(shè)置長度不大的許多吸上分段，每個分段僅長2—4km，每個分段中央設(shè)置一臺吸流變壓器。分段以吸上線為界，吸上線一端接回流線，另一端焊入鋼軌。2、吸流變壓器—回流線裝置BT3/12/2024按照這種安排，半段效應(yīng)長度大大縮小，且只有處在一個分段中的機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。2.使?fàn)恳W(wǎng)阻抗顯著增大。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。由于牽引網(wǎng)阻抗增高，有時可能必要縮短牽引變電所間的距離，或增設(shè)串聯(lián)電容補償，來保證牽引網(wǎng)電壓水平。2、吸流變壓器—回流線裝置BT3/12/2024

日本鐵路為防止通訊干擾，在實行交流電氣化的前期，在牽引網(wǎng)中普遍應(yīng)用了BT供電方式。但當(dāng)高速、大功率機車在這種電路中通過吸流變壓器分段時，在受電弓上會產(chǎn)生強烈電弧，為了克服此缺點，后來發(fā)展了一種新的牽引網(wǎng)供電方式—自耦變壓器供電方式。3、自耦變壓器供電方式AT3/12/2024T—接觸網(wǎng)；R—軌道；F—正饋線；AT—自耦變壓器AT供電方式：由接觸網(wǎng)T、正饋線F、軌道大地系統(tǒng)R以及每隔一定距離的自耦變壓器(AT)構(gòu)成。AT并聯(lián)于接觸導(dǎo)線與正饋線之間，AT中點與鋼軌相連。3、自耦變壓器供電方式AT3/12/2024

結(jié)構(gòu)上：AT方式是用自耦變壓器代替了吸流變壓器，正饋線代替了回流線。自耦變壓器是并入電路，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，從而降低對鄰近通信線的干擾。自耦變壓器的工作原理：一次和二次回路共用部分繞組(n2部分)，而n1只有一次電流通過。3、自耦變壓器供電方式AT3/12/2024輸入電壓為輸出電壓的2倍，也就是說，通過自耦變壓器可以輸入較高的電壓而得到機車所需的低電壓。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1/2I。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為1/4。利用AT這個特點，可增大變電所間的距離和增大傳輸功率，減少牽引網(wǎng)損耗。

缺點：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)設(shè)備的投資相應(yīng)增加。3、自耦變壓器供電方式AT3/12/2024由于AT方式設(shè)備復(fù)雜，一次投資高、運營費用高、維護困難，特別在多隧道區(qū)段應(yīng)用更為困難。BT方式由于其半段效應(yīng)、接觸網(wǎng)分段及牽引網(wǎng)阻抗大等弱點，對高速和重載行車的適應(yīng)能力差。因此，常采用直接供電加回流線(負(fù)饋線)。DN供電方式：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P金屬線和鋼軌相連)組成。由于NF和鋼軌并聯(lián)連接，使得正常運行時鋼軌中負(fù)荷電流的一部分分流到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，降低鋼軌電位，減小饋電回路的阻抗。

DN方式與AT、BT相比，其饋電回路和設(shè)備簡單、投資省、運營維護方便。為了能取得最好的防干擾效果，需研究回流線的空間4、帶回流線的直供方式DN3/12/20241—牽引變電所；2—饋電線；3—接觸網(wǎng)；4—電力機車；5—鋼軌；6—回流線；8—吸上線。4、帶回流線的直供方式DN3/12/2024布置(與接觸網(wǎng)的磁耦合關(guān)系)和設(shè)法降低回流線—地、鋼軌—地回路的阻抗，以提高回流率?；亓髀逝c各導(dǎo)線—地回路自阻抗以及各導(dǎo)線—地回路間的互阻抗有關(guān)，當(dāng)回流率=1時，則接觸網(wǎng)電流完全由回流網(wǎng)吸上，