牵引供电是指拖动车辆运输所需电能的供电方式。牵引供电系统是指铁路从地方引入220（110）KV电源，通过牵引变电所降压到27.5KV送至电力机车的整个供电系统。

例如城市电车，地铁等，我们主要研究的内容是电气化铁道牵引供电系统。在我们这里简称牵引供电系统。

我国铁路电气化事业起始于1956年。1961年8月宝成铁路（宝鸡至成都）宝鸡至凤州段电气化通车；1975年6月宝成铁路全线电气化通车，成为我国第一条电气化铁路。宝成铁路电气化后，该铁路的运能、运量大幅度的增长，推动了我国铁路电气化事业的发展。目前，电气化铁路已经占据了我国铁路发展的绝对主导地位。我国的电气化铁路正逐步向高速铁路发展，以2007年动车组的运行为标志，我国的电气化铁路将迈入世界先进行列。

自1961年8月15日，我国第一条电气化铁路－宝成铁路铁路建成通车，到1980年底，共建成电气化铁路1679.6km，平均每年修建电气化铁路还不到100km，十一届三中全会确定了以经济建设为中心的基本路线。随着我国改革开放的不断向前推进，我国的电气化铁路建设有了较快的发展，在“六五”、“七五”期间共修建了电气化铁路5294.63km，平均每年修建已超过500km，

到2005年，中国电气化铁路总里程达20000公里，截至到2008年10月，中国电气化铁路总里程已达26000公里。

牵引供电牵引供电的优越性

电气化铁路运输电力牵引的优越性主要体现在如下几个方面：

1、电力牵引可节约能源，综合利用能源

2、电力牵引可提高列车的牵引重量，提高列车的运行速度

3、电力牵引制动功率大，运行时安全性高强

4、电气化铁路运输的成本费用低

5、电力牵引易于实现自动化，利用采用先进科学技术，利于改善劳动条件，利于环境保护

牵引供电牵引供电的缺点

电气化铁路运输电力牵引的缺点主要体现在如下几个方面：

1、基本建设投资较大。

2、对电力系统存在某些不利因素。

因为牵引供电用电是单相负荷，将会在电力系统中产生较大的负序电流和负序电压，而且电力机车的功率因数较低，高次谐波含量较大等都会给电力系统造成不良影响。

3、对铁路沿线附近的通讯线路造成一定的电磁干扰。

4、接触网需要停电检修，要求在列车运行中留有一定的天窗时间，在此时间内列车要停止运行。

电力牵引采用的电流、电压制式。根据各国的国情不同，主要有如下几种形式：

牵引供电直流制

世界上最早采用的电流制。截至目前，世界上仍占43%左右。这种电气化铁路采用600V、1500V、3000V或6000V的直流电，向直流电力机车供电。

其主要优点是：可以简化机车设备。

其主要缺点是：

1、供电电压低（通常只有1500v）；

2、线路损耗大，供电距离短（≤20-30km）。

主要运用于矿山1500v；城市电车650-800v；地铁600-1500v。

牵引供电低频单相交流制

20世纪初，西欧一些国家采用，发展很好。这种电气化铁路采用11KV、25Hz；15KV、50/3Hz的单相交流电向电力机车供电。

低频单相交流制频率：16又2/3，电压11-15kv。

低频单相交流制采用原因及优点：

1、有低频的工业电力；

2、整流简单；电抗较小；

3、和直流制相比，导线截面小送电距离长（50~70km）。

缺点：供电频率与工业供电频率不同，故须有变频装置或由铁路专用的低频发电厂供电。

牵引供电三相交流制

个别国家，如瑞士、法国等采用3.6kv的三相交流制，电力机车采用三相交流异步电动机，部分胶轮轨道交通系统也使用三相交流供电。

其主要优点是：

1、三相对称，不影响电力系统稳定性；

2、牵引变电所和电力机车结构相对简化；

3、三相异步电动机运行可靠、维护方便；机车功率大、速度高、功率因数高（接近于1）；

4、能将无功功率、通讯干扰减到最小。

缺点：机车供电线路复杂，异步电动机调速比较困难。

牵引供电工频单相交流制

是电气化铁道发展中的一项先进供电制，最早出现在匈牙利，电压16kv，1950年法国试建了一条25kv的单相工频交流电气化铁道，随后日本、前苏联等相继采用（20kv）目前该种电流制已占到40%以上。这种电气化铁路采用25KV工频单相交流电向电力机车供电。这是一种比较先进的电流、电压制，它引起了世界各国的重视。我国的电气化铁路从开始就采用了这种工频单相交流牵引制，为我国电气化铁路的发展奠定了良好的基础。

其主要优点是：

1、供电系统结构简单。牵引变电所从电力系统获得电能，经过电压变换后直接供给牵引网；

2、供电电压增高，既可保证大功率机车的供电，提高机车牵引定数和运行速度，又可使变电所之间的距离延长，导线面积减小，建设投资和运营费用显著降低；

3、交流电力机车的粘着性和牵引性能良好，牵引电动机可在全并联状态下运行，防止轮对空转的恶性发展。从而提高了运用粘着系数；

4、和直流制比，减小了地中电流对地下金属的腐蚀作用，一般可不设专门的防护装置。

牵引供电直接供电方式(TR)

直接供电方式较为简单，是将牵引变电所输出的电能直接供给电力机车的一种供电方式，主要设备有牵引变压器、断路器、隔离开关、所用变、电压互感器、电流互感器、母线、接地系统、交流盘、直流盘、硅整流盘、控制盘、保护盘等设备。

直供方式的优点：结构简单、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，对通信线路产生感应影响大。

回路电阻大，供电距离短（十几公里） 。

牵引供电BT（吸流变压器）供电方式

这种供电方式，在接触网上每隔一段距离装一台吸流变压器（变比为1:1），其原边串入接触网，次边串入回流线（简称NF线，架在接触网支柱田野侧，与接触悬挂等高），每两台吸流变压器之间有一根吸上线，将回流线与钢轨连接，其作用是将钢轨中的回流“吸上”去，经回流线返回牵引变电所，起到防干扰效果。

由于大地回流及所谓的“半段效应”，BT供电方式的防护效果并不理想，加之“吸——回”装置造成接触网结构复杂，机车受流条件恶化，近年来已很少采用。

牵引供电AT（自耦变压器）供电方式

采用AT供电方式时，牵引变电所主变输出电压为55kV，经AT（自耦变压器，变比2:1）向接触网供电，一端接接触网，另一端接正馈线（简称AF线，亦架在田野侧，与接触悬挂等高），其中点抽头则与钢轨相连。AF线的作用同BT供电方式中的NF线一样，起到防干扰功能，但效果较前者为好。此外，在AF线下方还架有一条保护（PW）线，当接触网绝缘破坏时起到保护跳闸作用，同时亦兼有防干扰及防雷效果。

显然，AT供电方式接触网结构也比较复杂，田野侧挂有两组附加导线，AF线电压与接触网电压相等，PW线也有一定电位（约几百伏），增加故障几率。当接触网发生故障，尤其是断杆事故时，更是麻烦，抢修恢复困难，对运输干扰极大。但由于牵引变电所馈出电压高，所间距可增加一倍，并可适当提高末端网压，在电力系统网络比较薄弱的地区有其优越性。

牵引供电直供 回流（DN）供电方式（TRNF）

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。

这种供电方式实际上就是带回流线的直接供电方式，NF线每隔一定距离与钢轨相连，既起到防干扰作用，又兼有PW线特性。由于没有吸流变压器，改善了网压，接触网结构简单可靠。近年来得到广泛应用。

牵引供电同轴电力电缆供电方式

同轴电力电缆供电方式是在牵引网中沿铁路埋设同轴电力电缆,其内部导体作为馈电线与接触网并联,外部导体作为回流线与钢轨并联的供电方式。

这种供电方式由于投资大，一般不采用。

主要由牵引变电所和牵引网两部分组成。主要作用是从电力系统取得电能，并送给沿铁路线运行的机车。牵引变电系统组成部分：

一、高压架空输电线路

二、牵引变电所

三、接触网

四、馈电线

五、轨道

六、回流线

七、分区所（亭）

牵引供电一次供电网络

指直接向牵引变电所供电的地区变电所（或发电厂）及高压输电线路。

以牵引变电所进线门型架为分界点。

牵引供电牵引变电所

牵引变电所的功能是将三相的110KV(或220KV)高压交流电变换为两个单相的27.5KV的交流电，然后向铁路上、下行两个方向的接触网(额定电压为25KV)供电。

牵引变电所的作用：

1、变换电压。

2、集中、分配电能。

3、调整电压。

牵引供电牵引网

由馈电线、接触网、钢轨、回流线组成的双导线供电系统。

馈电线是连接变电所和接触网之间的架空铝导线。

接触网直接把从牵引变电所获得的电能供给电力机车，其质量和工作状态直接影响着电气化铁路运输能力。由于接触网是露天设置，没有备用，线路上的负荷又随电力机车的运行而沿接触线移动和变化，对接触网提出以下要求：

1、 在高速运行和恶劣的气候条件下，能保证电力机车正常取流，要求接触网在机械结构上有良好的稳定性和弹性。

2 、接触网设备对地绝缘要符合技术要求，安全可靠。

3 、要求接触网的设备.零件具有足够的耐磨性和抗腐浊能力，以期延长使用年限。

4 、要求接触网结构.设备尽量简单，零件互换性好，便于施工，维修。在事故情况下便于抢修和迅速恢复送电。

5、 尽可能降低成本，特别要注意节约有色金属及钢材。

牵引供电分区所

为了增加供电的灵活性，提高运行可靠性，在相邻变电所供电的接触网区段通常加设分区所。

分区所的作用：

1、使同一供电分区的上、下行接触网并联工作或单独工作。当并联工作时，分区所（亭）内的断路器闭合以提高接触网的末端电压；单独工作时，断路器打开。

2、单边供电的同一供电分区上、下行接触网（并联工作）内发生短路事故时，由牵引变电所中的馈线断路器和分区所（亭）中的断路器配合动作，切除事故区段，缩小事故范围。非事故区段仍可照常工作。

3、当某牵引变电所全所停电时，可闭合分区所（亭）中与分相绝缘器并联的隔离开关（或断路器），由相邻牵引变电所向停电牵引变电所的供电分区临时越区供电。

牵引供电开闭所

枢纽站场（如编组场、客场、机车整备线等），为提高供电可靠性和灵活性，通常将其分组独立供电，为此增设了开闭所。如果是复线区段，通过开闭所的断路器可将接触网上下行并联起来，兼分区所运行。

开闭所的作用：

1、开闭所不进行电压变换，只起扩大馈线回路数的作用，相当于配电所；

2、将供电臂分段，事故时缩小事故范围，提高供电可靠性；

3、保证枢纽站，场装卸作业和接触网分组检修的灵活性，安全性；

4、降低牵引变电所的复杂程度。

又称一次侧或外部供电方式，具体分为以下三种：

牵引供电一边供电：

变电所两路电源由电力系统的一个方向送来。

牵引供电两边供电：

变电所两路电源由电力系统的两个方向送来。

牵引供电环形供电：

是指若干个发电厂、地区变电所通过高压输电线路连接成环形电力网，而牵引变电所处于环形电力网系统中的一段环路之中。

两边供电和环形供电比一边供电具有更高的可靠性和更好的供电质量。两边供电的优点是任一发电厂故障，电气化铁道的供电不会中断，环形供电则更为稳定，因此牵引变电所一次供电方式应尽可能采用两边供电或环形供电。

牵引变电所的电源通常采用几种不同的供电方式。

又称牵引变电所一次侧主接线，目前采用的主接线有三种：

1、桥接线：分外桥接线和内桥接线。

2、双T接线，又称分支接线，即两路输电线路分别引出两条支线到牵引变电所，构成双T，其应用最广。

3、单母线分段接线：当牵引变电所除了两回电源引入线外，还需引出线的中心变电所，通常采用这种方式。分段断路器既能经常通过穿越功率，又可在必要时将母线分为两段，以提高供电的可靠性和灵活性。

电力牵引供电计算(electric calculations for electric traction)是指为确定电气化铁路牵引供电系统一系列重要技术参数而进行的一整套计算工作，包括牵引供电设备需要容量计算、牵引供电网络阻抗计算、电压损失计算以及无功和谐波含量计算等 。

牵引供电系统是将交流中压电压经降压整流变成直流1 500 V或直流750 V的电压，为电动列车提供牵引供电。它包括牵引变电所与牵引网。

牵引变电所可以分成正线牵引变电所、车辆段或停车场牵引变电所，正线牵引变电所义分为车站牵引变电所和区间牵引变电所。牵引变电所一般采用设备安装在建筑物内的形式，另外也有少量的箱式牵引变电所。作为试点，上海轨道交通5号线工程采用了箱式牵引变电所。

牵引网包括接触网与回流网。接触网有架空接触网和接触轨两种悬挂方式。大多数工程利用走行轨兼作回流网，少数工程单独设置回流轨。 2100433B

电力牵引供电系统是指从电力系统或一次供电系统接受电能，通过变压、变相或换流（将工频交流变换为低频交流或直流电压）后，向电力机车负载提供所需电流制式的电能，并完成牵引电能传输、配电等全部功能的完整系统。牵引供电系统的性能直接影响列车牵引功率的发挥和牵引传动控制系统的性能。

工频交流单相电力牵引供电系统主要由牵引变电所、牵引网、分区所、开闭所等部分组成。

电力牵引供电系统牵引变电所

直流制牵引变电所用主变压器降压并把三相交流电变换为6相或12相,然后用整流器整流。工频单相交流制在牵引变电所只进行降压，主要设备是降压变压器，称为主变压器。牵引变电所按主变压器绕组接线方式，分为三相、单相和三相-二相牵引变电所。

三相牵引变电所

它的主变压器结构与一般三相电力变压器相同,只是次边额定电压为27500伏。绕组通常采用 Y/△接线。用两台主变压器并联运行。原边Y形绕组接连电力系统的高压母线,次边△线绕组一端接地,另两端分别向两边的接触网供电(图1)。三相牵引变电所的优点是主变压器价格低廉，配电设备简单,可在27500伏侧用电力变压器降压至 10000伏向邻近地区和铁路的三相负荷供电。缺点是主变压器容量利用率较低，三相绕组中有一相达不到额定负荷。另外，牵引变电所对电力系统形成不对称负荷，通常须将各个牵引变电所的两个重负电荷相轮换接入电力系统中的三相。中国和苏联的工频单相交流制电气化铁路大都采用三相牵引变电所。

单相牵引变电所

采用单相双绕组主变压器。有两种接线方式:简单单相接线（图2）和V/V接线（图3）。V/V接线是将两台主变压器的原边接在高压母线不同的两相间，次边分别以不同的相电压向两边接触网供电。简单单相接线设备简单、经济，主变压器容量利用率高。但是由于牵引变电所对电力系统构成单相负荷，即使将各个牵引变电所轮换接入电力系统中的三相，在局部系统中仍将产生大量负序电流，所以只适宜于在电力系统容量较大的地区采用。单相V/V接线在电力系统中产生的负序电流和三相牵引变电所产生的相同，比简单单相接线产生的要小。这种接线也可在 27500伏侧应用降压变压器供应地区三相负荷。但是两台主变压器不是并联，操作手续和设备比较复杂。法国、英国、印度的工频单相交流制电气化铁路普遍采用单相牵引变电所，而且多采用简单单相接线。中国只在个别线路上采用单相V/V接线。

三相－二相牵引变电所

主变压器一般采用斯科特接线。 其原边有两个绕组，匝数比为1:3,短绕组（称为高绕组）接于长绕组（称为底绕组）的中点，三个出线端接高压母线的三相，形成“T”形接线(图4)。次边两个绕组输出对称二相电压，分别向两边接触网供电。斯科特接线的优点是,当两边接触网负荷相等时,主变压器从电力系统取用对称三相电流。缺点是要求特制的主变压器。另外，和简单单相接线一样,在27500伏侧不能供应地区三相负荷。三相-二相牵引变电所在日本应用最为广泛。

电力牵引供电系统分区所

交流电气化铁路上为了增加供电的灵活性，提高运行的可靠性，在两个牵引变电所的供电区中间常加设分区所，分区所的作用可简述如下。

（1）可以使两相邻的供电区段实现并联工作或单独工作。当实现并联工作时，分区所的断路器闭合，否则打开。

（2）当相邻牵引变电所发生故障而不能继续供电时，可以闭合分区所的断路器，由非故障牵引变电所实行越区供电。

（3）双边供电的供电区内发生牵引网短路事故时，可由分区所的断路器切除事故点所在处的一半供电区，非事故段仍可照常工作。

电力牵引供电系统开闭所

交流电力牵引系统开闭所，实际上是起配电作用的开关站，一般在下面两种情况或系统中设置。

一种情况是在离牵引变电所较远的铁路枢纽地区，由于站线多，接触网相应复杂，客货运交会、编组和机车整备作业繁忙，致使该地区故障几率增多，为保证枢纽地区供电的可靠性，缩小事故范围，一般将接触网横向分组及分区供电，由开闭所的多路馈线向接触网各分组和分区供电。

另一种情况是在AT供电方式的复线牵引网供电臂中间设置开闭所，由于AT供电方式供电电压增高（2×25kV），供电臂距离增长，可达40～50km，为提高供电灵活性（如接触网停电检修等），缩小事故停电范围，故需在牵引变电所与分区所之间设置开闭所。

电力牵引供电系统自耦变压器站

工频单相交流电气化铁路如采用自耦变压器（AT）供电方式时，在沿线需每隔10～15km设置一台自耦变压器。应尽量把自耦变压器设于沿铁路的各站场上，大致和铁路区间的距离一样。同时，应与分区所、开闭所合并，以便于运行管理。

电力牵引供电系统接触网

接触网是 沿电气化铁路架空敷设的输电网，它和电力机车受电弓的滑动接触将牵引变电所送来的电流送给电力机车。

接触网主要由接触悬挂及其支柱组成。常用的有简单弹性悬挂和单链形悬挂。

简单弹性悬挂只有一根接触导线，用弹性吊弦挂在支柱上（图5 ）。弹性吊弦可以缓和受电弓对悬挂点的冲击。这种悬挂可适应70～90公里/小时运行速度。接触导线弹性较好的，可适应100公里/小时以上的速度。接触导线材料具有耐磨、耐腐蚀、抗拉强度高和导电性能好等特点。多数国家主要采用铜导线和镉铜导线。中国广泛应用钢铝双金属导线。为了使接触导线有必要的张力，接触网每隔一定长度设置一个锚段，将接触导线一端下锚，另端吊挂一个载重体，称为补偿器。补偿器在季节变化引起接触导线冷缩热胀时自动上下移动，使接触导线张力保持不变。

单链形悬挂加用一根承力索，将接触导线用吊弦均匀地吊挂在承力索上（图6 ）。对承力索采取补偿措施的称为全补偿单链形悬挂。这种结构的优点是接触导线平直，接触悬挂弹性均匀，因此受电弓和导线有较好的接触，受流较好，适用于运行频繁、运行速度较高的线路。直流制电气化铁路接触网普遍采用两根接触导线和单链形悬挂。交流制接触网采用一根接触导线和单链形悬挂或简单弹性悬挂。中国主要采用单链形悬挂，但也开始采用简单弹性悬挂。还有一种复链形(双链形、三链形)悬挂(图7)，是在单链形悬挂的承力索和接触导线之间加设一条辅助承力索,用吊弦挂在承力索上,再把接触导线挂在辅助承力索上。这种结构使接触悬挂弹性更加均匀，适应更高的运行速度。日本东海道新干线采用弹性双链形悬挂。

早期的接触网大都使用金属支柱，后来改用钢筋混凝土支柱。这种支柱省钢材，耐腐蚀，造价较低。接触悬挂挂在支柱的金属腕臂上，用定位器来固定接触导线的水平位置，使接触导线沿线路成“之”字形走向，以免运行中的电力机车受电弓集中在一点被接触导线擦伤。

供电方式

直流制电气化铁路接触网普遍采用两边供电方式，在相邻的两个牵引变电所供电的接触网中间设置分区亭，将接触网连通。运行中的电力机车由两边的牵引变电所同时供电。这种供电方式可降低接触网中的电能损失，减小接触网的电压降，一个牵引变电所停电时，电力机车运行不致中断。交流制电气化铁路则常采用一边供电方式，接触网在分区亭处断开，分区亭只在一边牵引变电所停电时接通，由另一边牵引变电所越区供电，同时分 区亭还有上下行末端并联的功能。

防干扰设施

为了减少接触网电流的电磁感应对沿线通信电路的干扰，在交流制电气化铁路邻近城镇的区段将接触网每2～4公里划成一个吸流分段，设置回流线和吸流变压器。这时，电力机车的电流沿回流线流回牵引变电所，从而沿轨道和大地流回的电流很少。回流线和接触网的电流近似相等，方向相反，这就大大减轻了电气化铁路对沿线通信电路的干扰。这种方式的缺点是吸流变压器串接在电路中，加大了接触网阻抗。日本新建设的工频单相交流制电气化铁路采用了自耦变压器方式，沿铁路每10公里左右设置一台自耦变压器。自耦变压器中性点接地，一端接接触网，另一端接回流线，称为正馈（电）线。正馈线和接触网电流大小相等，方向相反，同样起着减小对通信电路干扰的作用。另一方面，由于接触网和正馈线之间电压为二倍接触网电压，沿接触网电压降便大大减小。