1、 1、直接供電方式 2、吸流變壓器（BT）供電方式 3、帶回流線的直接供電方式 4、自耦變壓器（AT）供電方式一、牽引供電系統與電力系統的關系一、牽引供電系統與電力系統的關系高壓輸電網：500/220/110kV低壓配電網：35/10/0.38kV 電力系統結構一、牽引供電系統與電力系統的關系一、牽引供電系統與電力系統的關系優質的供、用電應具有以下特征： (1) 供電電壓具有穩定的標稱頻率、幅值和波形； (2) 保持三相電壓和電流的平衡，保證電網最大傳輸效率； (3) 持續穩定和充足的電能供應； (4) 低廉的電價； (5) 對環境的不良影響較小。 電力系統電能質量的基本要求GB/T 1232

2、5-2008電能質量 供電電壓偏差 GB/T 15945-2008電能質量 電力系統頻率偏差 GB/T 15543-2008電能質量 三相電壓不平衡度 GB/T 12326-2008電能質量 電壓波動和閃變 GB/T 14549-1993電能質量 公用電網諧波 GB/T 24337-2009電能質量 公用電網間諧波 GB/T 18481-2001 電能質量 暫時過電壓和瞬態過電壓 電能質量國家標準1、牽引供電系統與電力系統的關系牽引變電所牽引供電系統牽引網單相工頻交流單相工頻交流25kV25kV饋線回流線接觸網鋼軌牽引變壓器220kV或110kV發電機升壓變壓器高壓輸電線路降壓變壓器用電設備降

3、壓變壓器三相工頻交流三相工頻交流牽引供電系統牽引網25kV25kV饋線回流線接觸網鋼軌電力系統電力系統牽引變壓器電能質量公共連接點（公共連接點（PCCPCC）或或供用電協議規定的電能計量點供用電協議規定的電能計量點牽引供電系統與其電源，即三相電力系統（公用電網）之間通過PCC點的電能質量相互約束。電能質量電壓偏差GB/T 123252008電能質量 供電電壓允許偏差 交流50Hz電力系統供電電壓偏差定義為實測電壓與額定電壓之差，以額定電壓的百分數表示。 35kV 及以上供電電壓正、負偏差的絕對值之和不超過額定電壓的10%；牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網鋼軌ABCe e eSRSX25kV

4、25kVSSUEZ IEUUZ I 電壓損失概念及計算方法UE UUEU- 壓降：壓損：矢量差算數差很小，近似cosEE工程上cosRe()cossinSSUE UURIXI()SSSUE UZ IRjX I計算到負荷端口，系統電壓損失表達式如下式中，XS為負荷端口看出的電網等值相電抗，； Q為該相線路傳輸的無功功率，kvar； UN為線路額定相電壓，kV； 為負荷功率因數角，感性負荷取正值。cossin()/SSSSNUR IX IR PX QUsinSUX I忽略電阻SNQUXU或SSRX2( 3)sinsin(3)sinsin(V)sin(kV)1000NSkNNNTkkNTkUUX I

5、ISUUU ISSSUSS按三相負荷，系統電壓損失表達式如下式中，UN為線路額定相電壓，kV； Sk為負荷端口的系統三相短路容量，MVA； ST為負荷三相容量，kVA；負荷功率因數角。進一步，計算電壓偏差式中，Sk為負荷端口的系統三相短路容量，MVA； ST為負荷三相容量，kVA； 負荷功率因數角。(%)10sin100kTNSSUUU牽引供電系統牽引網牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網鋼軌負荷的變化使PCC點電壓幅值在額定值附近變化ABCe e eSRSX減小系統等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV25kV減小無功功率在系統的傳輸，即提高功率因數：采用交-直-交型電力機車；無功就地補

6、償電能質量諧波諧波牽引供電系統牽引網牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網鋼軌電源為工頻（基波）50Hz的正弦波機車為非線性負載，是諧波電流源ABCe e eSRSX25kV25kV負載的非線性使得系統的電壓、電流波形發生畸變 根據 GB/T 14549-93，電網公共連接點第h次諧波電壓含有率HRUh按下式計算式中，Ih為注入電網公共連接點的總h次諧波電流，A； h為諧波次數； Sk為公共連接點的三相短路容量，MVA； UN和UL分別為公共連接點的額定相電壓和線電壓，kV。(%)10310)3(310)3(1001000/ )(1002khLkhNNhkNNhhNhhShIUShIUUISUh

7、UIxUUHRU牽引供電系統牽引網牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網鋼軌ABCe e eSRSX減小系統等值阻抗，即選擇短路容量大的電源。25kV25kV減小注入系統的諧波電流：采用交-直-交型電力機車；裝設濾波器電能質量電壓不平衡度牽引供電系統牽引網牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網鋼軌三相對稱電源（正序）負載的不對稱使得系統電壓、電流不再對稱機車為單相負載ABCe e eSRSX25kV25kV 大功率單相負荷對系統的沖擊，要求系統有足夠的承受能力。采用單相牽引變電所的負序功率等于牽引負荷功率。GB/T 15543-2008 三相電壓允許不平衡度 電力系統公共連接點處的電壓不平衡度應滿

8、足國家標準（GB/T 15543-95）的要求，正常電壓不平衡度允許值為2，短時不得超過4 。 221100100uNUUUU電壓不平衡度式中，I2為注入電網公共連接點的A相負序電流，A； Sk為公共連接點的三相短路容量，MVA； UN和UL分別為公共連接點的額定相電壓和線電壓，kV。22122222100100()/1000( 3)100103( 3)3(%)1010uNSNNkNNLkkUUUUX IUIUSUIUI USS牽引供電系統牽引網牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網鋼軌三相對稱電源（正序）負載的不對稱使得系統電壓、電流不再對稱機車為單相負載ABCe e eSRSX減小系統等值阻

9、抗，即選擇短路容量大的電源。25kV25kV減小負載的不對稱性：各牽引變電所的循環換相；平衡變壓器；補償裝置。供用電雙方的共同努力供用電雙方的共同努力來維持好的電能質量來維持好的電能質量牽引供電系統牽引網牽引變電所牽引變電所饋線回流線接觸網鋼軌電力系統一方面：電力系統短路容量越大，電能質量越好。另一方面，作為用戶，牽引供電系統本身要采取措施減小對電力系統電能質量的影響。25kV25kV 電力系統短路容量大小是反映該點短路時短路電流的大小，同時也就反映了該點至恒定電壓點之間總電抗的大小。短路容量值越大，說明該點與電源聯系越緊密，電氣量越穩定。由電鐵負荷產生的諧波、負序以及電壓波動等問題對電力系統

10、的影響程度都與之密切相關。一方面：電力系統短路容量越大，電能質量越好。世界主要高速鐵路國家電鐵供電電源電壓等級 國名國名鐵路名稱鐵路名稱最高速度最高速度(km/h )(km/h )供電電壓供電電壓( kV )( kV )附注附注日本日本東海道新干線東海道新干線300300275275個別站個別站154kV154kV山陽新干線山陽新干線300300275275個別站個別站154kV154kV北陸新干線北陸新干線300300275275東北新干線東北新干線260260275275個別站個別站154kV154kV上越新干線上越新干線275275275275法國法國巴黎里昂巴黎里昂3003002252

11、251 1個站個站400kV400kV巴黎圖爾巴黎圖爾3003002252251 1個站個站400kV400kV巴黎加萊巴黎加萊3003002252251 1個站個站400kV400kV里昂瓦朗斯里昂瓦朗斯300300225225瓦朗斯馬賽瓦朗斯馬賽350350225225巴黎斯特拉斯堡巴黎斯特拉斯堡3503502252251 1個站個站400kV400kV世界主要高速鐵路國家電鐵供電電源電壓等級 西西班班牙牙馬德里塞維利亞馬德里塞維利亞2502502202203 3個站個站132kV132kV，短路，短路容量不小于容量不小于2000MVA2000MVA馬德里巴塞羅那馬德里巴塞羅那350350

12、4004003 3個站個站220kV220kV高速鐵路普遍采用高電壓、大容量電源供電。韓國電鐵接入系統的短路容量韓國電鐵接入系統的短路容量 韓國電韓國電力力變電變電所所短路容量短路容量(MVA)(MVA)高速高速鐵鐵路路變電變電所所陵谷陵谷10,14010,140高高陽陽 一洞一洞8,4188,418安山安山 秋八秋八4,0034,003平平澤澤 清清原原12,28612,286新新清清州州 沃川沃川7,5047,504沃川沃川 金泉金泉4,3254,325金泉金泉 凡川凡川7,6117,611釜山釜山韓國電力系統最高電壓韓國電力系統最高電壓354kV，下一級是，下一級是154kV，沒有，沒有

13、220kV的電壓等級。的電壓等級。由于由于354kV不能直接給用戶供電，所以電鐵的電力系統接入電壓等級為不能直接給用戶供電，所以電鐵的電力系統接入電壓等級為154kV，但其系統短路容量很大。，但其系統短路容量很大。 隨著電網發展，系統短路容量呈日益加大的趨勢，則系統的短路阻抗減小，對牽引供電系統的影響： 使得系統電壓損失降低，從而牽引變壓器出口電壓水平提高，牽引網電壓水平提高。 負序電壓、諧波電壓畸變對系統的影響相對減小；系統結構發生變化，使得負序電流和諧波電流在系統中的滲透發生改變。 牽引變壓器進線短路容量增大。牽引變電所高、低壓側的各種電氣設備、開關電器等將承受更大的短路電流。系統短路容量

14、不可能無限制變大，目前部分地區已經因為短路容量太大導致開關選擇的困難。 主要有兩種方案：（一）源頭控制。在干擾負荷主電路上改進，如改交直型機車為交直交機車或動車組，可以從根本上解決諸如功率因數、諧波等問題。（二）綜合補償技術。綜合作用：提高功率因數、濾除諧波、減少負序電流。另一方面，作為用戶，牽引供電系統本身要采取措施減小對電力系統電能質量的影響。牽引變電所換相連接 在減小負荷不對稱造成的負序電流方面，歐洲各國大都采用單相變壓器，為減小單相牽引負荷在電力系統中的電流不平衡，各變電所采取按相序輪換方式接入系統，使全區達到平衡的措施。法國為改善不平衡狀態，最初采用Scott平衡變壓器，但沒能解決電

15、壓不平衡對電力系統的影響。后來，隨著電網的發展，全部以單相變壓器代替，并且使用輪換相序接入電力系統，使不同變電所產生的負序電流部分抵消，削弱了電鐵產生的負序電流。單相牽引變電所換相連接單相牽引變電所換相連接方案方案1：由：由3臺單相變構成相別循環臺單相變構成相別循環電分相上承受電壓為電分相上承受電壓為325kV方案方案2：由：由6臺單相變構成相別循環臺單相變構成相別循環電分相上承受電壓為電分相上承受電壓為25kVVv接線變壓器換相連接接線變壓器換相連接（1）按對稱要求規定供電分區電壓順序為 、 、 、 等。兩相鄰變電所間分區所的供電分 區的電壓相同。（2）所有變電所變壓器副邊以同名端接地。ca

16、UabUbcUcaU采用平衡變壓器 與法國不同，日本采用Scott接線或變形WB接線的平衡變壓器，變壓器一次側不換相接入電源。當兩個供電臂上的負荷完全相同時，一次側就不會產生負序電流，利用這種特殊接線方式的變壓器來消除電氣化鐵路負荷不對稱對電力系統所造成的影響。BAC平平衡衡牽牽引引變變壓壓器器電力系統同相供電系統座座隔離變壓器隔離變壓器SVGSVG下層控制器IIcILI電電分分相相LIcI日本RPC22pappapIIIIII平衡變次邊電流LpqiiiLpqiii兩供電臂負載電流1、直接供電方式（TR）結構簡單，投資最少，維護費用低。直接供電方式的鋼軌電位高；對弱電系統的電磁干擾較大。改進供

17、電方式目標：降低鋼軌電位；減小對弱電系統的電磁干擾。具有更強的供電能力（更小的牽引網電壓損失和電能損失），供電距離更長，變電所數量更少，減小分相數量。25kV25kV2、BT(吸流變壓器)供電方式接觸網中串接吸流變壓器，間隔約1.5km-4km。吸流變壓器變比：1：1；回流線與接觸網同桿架設牽引變電所回流線接觸網鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIIIBT供電方式實現目標：長回路中鋼軌電位降為0；長回路磁場完全平衡，電磁干擾降至最低。III25kV25kV2、BT(吸流變壓器)供電方式接觸網串入吸流變壓器牽引網阻抗增大供電臂電壓損失增大供電臂末端電壓水平降低為了保證機車電壓水平，縮短供電臂的距離UZ

18、IUEU牽引變電所回流線接觸網鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIII25kV25kVIII2、BT(吸流變壓器)供電方式供電臂距離縮短BT串入處接觸導線分段外部電源投資增大分相數量增多變電所的數量增多影響高速列車運行的安全性及列車速度BT供電方式沒有實現的目標：具有更強的供電能力（更小的牽引網電壓損失和電能損失），供電距離更長，減小分相數量。BT供電方式不適合高速列車的運行。牽引變電所回流線接觸網鋼軌吸流變壓器吸流變壓器IIIII25kV25kVIII3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)回流線與接觸網同桿架設，兩組導線之間有互感，鋼軌電流部分由回流線回流。帶回流線的直接供電方式實現目標：相對直接

19、供電方式，鋼軌電位一定程度上有所降低；電磁干擾一定程度上有所減小。IIII25kV25kV3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)回流線與鋼軌并聯牽引網阻抗減小供電臂電壓損失減小供電臂末端電壓水平提高供電臂的距離增長約30%UZIUEUIIII25kV25kV3、帶回流線的直接供電方式(TRNF)供電臂距離增長外部電源投資減小分相數量減小變電所的數量減少有利于列車高速運行兼顧了直接供電方式的簡單可靠。帶回流線的直接供電方式實現的目標：具有更強的供電能力（更小的牽引網電壓損失和電能損失），變電所數量更少，減小分相數量。IIII25kV25kV4、AT(自耦變壓器)供電方式nn自耦變壓器器兩端繞組匝

20、數相等；理想變壓器正饋線與接觸線同桿架設。I/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV25kV4、AT(自耦變壓器)供電方式減少對通信線的干擾，降低通信線路遷改費用；鋼軌電位降低。AT供電方式實現目標：長回路中鋼軌電位降為0；長回路磁場完全平衡，電磁干擾降至最低。nnI/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV25kV4、AT(自耦變壓器)供電方式電源電壓提高一倍輸電電壓提高一倍S=UI電流降為1/2阻抗降為1/4（實際略大）傳輸相同功率電壓損失降為1/4UZInnI/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV25kV4、AT(自耦變壓

21、器)供電方式nnI/2I/2自耦變壓器自耦變壓器自耦變壓器II/2I/225kV25kVAT供電方式實現的目標：具有最強的供電能力（更小的牽引網電壓損失和電能損失），供電距離更長，減小分相數量。AT供電方式適合于高速列車的運行。世界主要高速鐵路國家電鐵供電方式5050Hz/60HzHz/60Hz、25kV25kV牽引供電方式（牽引供電方式（300300350350km/hkm/h）19961996年年日日 本本山陽新干線山陽新干線300km/h300km/hATAT19831983年年法法 國國TGVTGV東南線東南線300km/h300km/hAT+AT+直供直供19901990年年法法 國

22、國TGVTGV大西洋線大西洋線300km/h300km/hATAT19941994年年法法 國國TGVTGV北方線北方線300km/h300km/hATAT20012001年年法法 國國TGVTGV地中海線地中海線350km/h350km/hATAT20032003年年韓韓 國國漢城漢城釜山釜山300km/h300km/hATAT20042004年年西班牙西班牙馬德里馬德里巴塞羅那巴塞羅那350km/h350km/hATAT20042004年年意大利意大利都靈都靈佛羅倫薩佛羅倫薩300km/h300km/hATAT20082008年年意大利意大利羅馬羅馬那不勒斯那不勒斯300km/h300km

23、/hATAT高速鐵路普遍采用AT供電方式應用于（帶回流線）直接供電方式的主要有：單相接線、Vv接線、 YNd11接線、三相/兩相平衡接線(Scott接線、Wood-Bridge、阻抗匹配平衡接線接線等)應用于AT供電方式的主要有：日本模式的AT：三相/兩相平衡接線(Scott接線、Wood-Bridge接線等)法國模式的AT：單相接線、 Vx接線 、十字交叉接線(A)(B)CT單相變壓器單相變壓器(C)CTVv變壓器變壓器(A)(B)CTScott變壓器變壓器(C)(A)(B)直接供電方式的牽引變壓器接線CTYNd11變壓器變壓器(C)(A)(B)(c)(a)(b)直接供電方式的牽引變壓器接線

24、AT 55kV日本模式（京秦線采用）Scott變壓器饋線加ATC CF F(C)(C)(A)(A)(B)(B)AT 227.5kV法國模式（京津線采用）CFT單相變壓器(A)(B)CTFVx 變壓器(C)(A)(B)b2b1a1c1a2c2兩臺YNd11接入相別：(A1) (A2)/(B1) (C2)/(C1) (B2)CTFACB十字交叉變壓器十字交叉變壓器(C1)(A1)(B1)(c1)(a1)(b1)(C2)(A2)(B2)(c2)(a2)(b2)目前，國外高速鐵路牽引變壓器多采用三相-兩相平衡變壓器、單相變壓器。意大利、新西蘭采用單相接線牽引變壓器法國TGV采用單相和Vv接線變壓器日本

25、東海道新干線采用Scott接線山陽新干線采用Modified-Woodbridge接線變壓器臺灣高速鐵路采用的是Le Blanc接線變壓器 系統變換：從廣義的角度上講，牽引變壓器原次邊之間除了有電壓的變換外，還有電流和阻抗變換. . .A B C 通過系統變換，可以獲得一次側的牽引變壓器、牽引負荷的等值電路模型，或二次側的電力系統、牽引變壓器等值電路模型。這兩個等值電路模型對于牽引供電系統的電氣分析十分方便、有用，如用于電壓損失，故障分析，電能計量，負序含量，諧波水平等計算。 BI 以接入AB線電壓為例110AabTBAabTCIIKIIIKI 1 原邊繞組匝數2 次邊繞組匝數1122lTlU

26、KU CABAI abI abU abI abU bcU caU AI BI 1、純單相（Ii）牽引變壓器 原次邊電流關系110AabTBAabTCIIKIIIKI 021221111131AAABACIIIaaIaaII 0230130221111011113301AjAababTjTAIIaaIeIKKeaaI 211AAII 不對稱系數對稱分量法歸算到負荷端口的變電所等值電路 Sk：電力系統（原邊）短路容量（：電力系統（原邊）短路容量（MVA）ST ：牽引變壓器容量（：牽引變壓器容量（MVA）Uk%：短路電壓：短路電壓abI abU cE SZaE SZbE SZTZ2222%100kN

27、NssTTkTUUUZjXjZjXjSS 歸算到負荷端口的變電所等值電路 abI abU abE 2STZZ Sk：電力系統（原邊）短路容量（：電力系統（原邊）短路容量（MVA）ST ：牽引變壓器容量（：牽引變壓器容量（MVA）Uk%：短路電壓：短路電壓2222%100kNNssTTkTUUUZjXjZjXjSS 2、Vv牽引變電所 CABAI BI CI abI bcI abU bcU 單相Vv接線即兩臺單相變壓器連接成開口三角形 1 原邊繞組匝數2 次邊繞組匝數以接入AB和BC間線電壓為例CABAI BI CI abI bcI abU bcU 111AabTBabbcTCbcTIIKIII

28、KIIK abI bcI abU bcU caU AI CI BI CI AI coscosabbcabbcII 1122lTlUKU 021221111131AAABACIIIaaIaaII 022301290221111011112331AjAababTjTAIIaaaIeIKKaeaaI 2112AAII 不對稱系數1011101AabBTbcCIIIKII ,coscosabbcabbcII設則2bcabIa I 2222%100NsskkNTTTUZjXjSUUZjXjSbcI bcU abU TZaE SZcE SZbE SZTZabI CABAI BI CI abI bcI (2

29、)(2)bcababSTabSabSTabSbcUZZIZ IEEEZZIZ I 端口電壓方程式 (2)(2)abbcbcSTbcSbcSTbcSabUZZIZ IEEEZZIZ I bcI bcU abU TZaE SZcE SZbE SZTZabI 歸算到兩個負荷端口的變電所等值電路 (2)ababSTabSbcUEZZIZ I(2)bcbcSTbcSabUEZZIZ I bcI abI bcU abU STZZ bcE abE STZZ SZ2222%()()100kNNSSTTkTUUUZXZXSSSk：電力系統（原邊）短路容量（：電力系統（原邊）短路容量（MVA）ST ：牽引變壓器容

30、量（：牽引變壓器容量（MVA）Uk%：短路電壓：短路電壓 平衡變壓器通常是指那種具有變壓和換相功能的三相兩相變壓器，目的是消除或削弱負序。數學上是三相對稱系統與兩相對稱系統之間的變換。 三相對稱：三相電氣相量大小相等，相位互差120兩相對稱：兩相電氣相量大小相等，相位互差90接線方式接線方式縮寫縮寫接線簡圖接線簡圖ScottSCTLeBlancLBLModifiedLeBlancMLBkblerKBLWood-BridgeWBRModifiedWood-BridgeMWBAutoWoodBridgeAWB（1）Scott接線I I U U BI AI CI 1 1 2 2 DABC Scott

31、接線變壓器底（M）座繞組原邊接入電力系統AB相（線電壓），高（T）座繞組原邊一端接底繞組的中點D，另一端接入C相。 （2）變比關系I I U U BI AI CI 1 1 2 2 DABC1底座原、次邊繞組匝數分別為 、2高座原、次邊匝數分別為 、1 2 112ABUKU 122DCUKU 底座繞組的變比高座繞組的變比I I U U BI AI CI 1 1 2 2 DABCScott接線電壓相量圖原邊電壓0DAU BU CU CAU CDU 12ABU 次邊電壓U U AU 以原邊相電壓為參考330ABAUU 則底（M）座電壓31202CDAUU 高（T）座原邊電壓0DAU BU CU CA

32、U CDU 12ABU U U 1123ABAUUKUU 12123/232DCAUUKKUU 底座繞組的變比高座繞組的變比I I U U BI AI CI 1 1 2 2 DABC0DAU BU CU CAU CDU 12ABU U U 14K 22 3K 當原邊線電壓為220kV次邊為55kV時12112022ABCCABIIIIIIII I I U U BI AI CI 1 1 2 2 DABC電流平衡和磁勢平衡關系式212102ABCCABIIIIIIII 113113320ABCIIIKII 112K 212102ABCCABIIIIIIII 11232K U U I I 3 I I 3 I 13AK I 13BK I 13CK I coscosII 如果則ABCIII三相對稱ScottScott變電所端口等值電路變電所端口等值電路212STZZK E E U U I I 212STZZK 221(kV)()(MVA)NSk