1、山東職業(yè)學(xué)院山東職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文題 目：電氣化鐵道與城軌交通（地鐵、輕軌）供電方式比較分析 原所在系： 電氣工程系 原專業(yè)班級(jí)： 電氣自動(dòng)化技術(shù) 轉(zhuǎn)入后班級(jí)： 電氣化鐵道技術(shù) 姓 名： xx 指導(dǎo)老師： xxxx 完成日期： 2012 3 29 山東職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文評(píng)審表指導(dǎo)教師：論文成績(jī)：指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)： 指導(dǎo)教師簽名：年 月 日復(fù)審人：論文復(fù)審成績(jī)： 復(fù)審人評(píng)語(yǔ)： 復(fù)審人簽名：年 月 日山東職業(yè)學(xué)院畢業(yè)論文答辯情況記錄 答 辯 題 目對(duì)學(xué)生回答問題的評(píng)語(yǔ)正確基本正確經(jīng)提示回答不正確未回答答辯委員會(huì)（或小組）評(píng)語(yǔ)：答辯成績(jī)： 答辯負(fù)責(zé)人簽名： 年 月 日系畢業(yè)論文領(lǐng)導(dǎo)小組審核意見： 組長(zhǎng)簽名：

2、年 月 日 注：畢業(yè)論文總成績(jī)中，指導(dǎo)成績(jī)占40%，復(fù)審成績(jī)占20%，答辯成績(jī)占40%目 錄第1章 概述1第2章 牽引供電系統(tǒng)22.1 鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式22.1.1 直接供電方式22.1.2 吸流變壓器（BT）供電方式22.1.3 自耦變壓器（AT）供電方式32.1.4 直供+回流（DN）供電方式32.2 城市電網(wǎng)對(duì)地鐵的供電方式42.2.1 集中供電方式42.2.2 分散供電方式52.2.3 混合供電方式5第3章 牽引網(wǎng)的供電63.1 鐵路牽引網(wǎng)的供電方式63.1.1 單邊供電63.1.2 上下行并聯(lián)供電63.1.3 雙邊供電73.2 城軌牽引網(wǎng)的供電方式73.2.1 第三軌73.

3、2.2 第四軌73.2.3 架空電纜8總 結(jié)9致 謝10參考文獻(xiàn)114第1章 概述 2009年以來，隨著政府內(nèi)需政策的逐漸顯現(xiàn)以及國(guó)際經(jīng)濟(jì)形勢(shì)的好轉(zhuǎn)國(guó)家加大對(duì)鐵路的投資，隨著城市交通壓力的增加各地加大對(duì)城軌交通的建設(shè)。因此無論是鐵路還是城軌交通的黃金時(shí)代到來。本文通過對(duì)電氣化鐵道與城軌交通（地鐵、輕軌）供電方式比較分析來進(jìn)一步說明兩者供電方式的異同。以幫助人們進(jìn)一步了解之。第2章 牽引供電系統(tǒng)2.1 鐵路牽引供電系統(tǒng)的供電方式2.1.1 直接供電方式電氣化鐵路采用工頻單相交流電力牽引制，單相交流負(fù)荷在接觸網(wǎng)周圍空間產(chǎn)生交變電磁場(chǎng)，從而對(duì)附近通信設(shè)施和無線電裝置產(chǎn)生一定的電磁干擾。我國(guó)早期電氣化

4、鐵路（如寶成線、陽(yáng)安線）建設(shè)時(shí)，處于山區(qū)，地方通信技術(shù)不發(fā)達(dá)，鐵路通信采用高屏蔽性能的同軸電纜，接觸網(wǎng)產(chǎn)生的電磁干擾影響極小，不用采取特殊防護(hù)措施，因此上述單邊供電方式亦稱為直接供電方式（簡(jiǎn)稱TR供電方式）。隨著電氣化鐵路向平原和大城市發(fā)展，電磁干擾矛盾日顯突出，于是在接觸網(wǎng)供電方式上采取不同的防護(hù)措施，便產(chǎn)生不同的供電方式。目前有所謂的BT、AT和DN供電方式。從以下的介紹中可以看出這些供電方式有一個(gè)共同特點(diǎn)，即在接觸網(wǎng)支柱田野側(cè)，與接觸懸掛同等高度處都掛有一條附加導(dǎo)線。電力牽引時(shí)，附加導(dǎo)線中通過的電流與接觸網(wǎng)中通過的牽引電流，理論上講（或理想中）大小相等、方向相反，從而兩者產(chǎn)生的電磁干擾相

5、互抵消。但實(shí)際上是做不到的，所以不同的供電方式有不同的防護(hù)效果。如圖2.1.1所示：圖2.1.1直接供電方式2.1.2 吸流變壓器（BT）供電方式這種供電方式，在接觸網(wǎng)上每隔一段距離裝一臺(tái)吸流變壓器（變比為1:1），其原邊串入接觸網(wǎng)，次邊串入回流線（簡(jiǎn)稱NF線，架在接觸網(wǎng)支柱田野側(cè)，與接觸懸掛等高），每?jī)膳_(tái)吸流變壓器之間有一根吸上線，將回流線與鋼軌連接，其作用是將鋼軌中的回流“吸上”去，經(jīng)回流線返回牽引變電所，起到防干擾效果。由于大地回流及所謂的“半段效應(yīng)”，BT供電方式的防護(hù)效果并不理想，加之“吸回”裝置造成接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，機(jī)車受流條件惡化，近年來已很少采用。如圖2.1.2所示：圖2.1.2

6、 吸流變壓器（BT）供電方式2.1.3 自耦變壓器（AT）供電方式采用AT供電方式時(shí)，牽引變電所主輸出電壓為55kV，經(jīng)AT（自耦變壓器，變比2:1）向接觸網(wǎng)供電，一端接接觸網(wǎng)，另一端接正饋線（簡(jiǎn)稱AF線，亦架在田野側(cè)，與接觸懸掛等高），其中點(diǎn)抽頭則與鋼軌相連。AF線的作用同BT供電方式中的NF線一樣，起到防干擾功能，但效果較前者為好。此外，在AF線下方還架有一條保護(hù)（PW）線，當(dāng)接觸網(wǎng)絕緣破壞時(shí)起到保護(hù)跳閘作用，同時(shí)亦兼有防干擾及防雷效果。顯然，AT供電方式接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，田野側(cè)掛有兩組附加導(dǎo)線，AF線電壓與接觸網(wǎng)電壓相等，PW線也有一定電位（約幾百伏），增加故障幾率。當(dāng)接觸網(wǎng)發(fā)生故障

7、，尤其是斷桿事故時(shí)，更是麻煩，搶修恢復(fù)困難，對(duì)運(yùn)輸干擾極大。但由于牽引變電所饋出電壓高，所間距可增加一倍，并可適當(dāng)提高末端網(wǎng)壓，在電力系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)比較薄弱的地區(qū)有其優(yōu)越性。如圖2.1.3所示：圖2.1.3 自耦變壓器（AT）供電方式2.1.4 直供+回流（DN）供電方式這種供電方式實(shí)際上就是帶回流線的直接供電方式，NF線每隔一定距離與鋼軌相連，既起到防干擾作用，又兼有PW線特性。由于沒有吸流變壓器，改善了網(wǎng)壓，接觸網(wǎng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單可靠。近年來得到廣泛應(yīng)用。綜上所述，早期電氣化鐵路均采用直接供電方式，為避免和減少對(duì)外部環(huán)境的電磁干擾，研發(fā)了BT、AT和DN供電方式，就防護(hù)效果來看，AT方式優(yōu)于BT和DN方

8、式，就接觸網(wǎng)的結(jié)構(gòu)性能來講，DN方式最為簡(jiǎn)單可靠。隨著通信技術(shù)的快速發(fā)展，光纜的普遍應(yīng)用，通信設(shè)施及無線電裝置自身的防干擾性能大為增強(qiáng)，考慮到接觸網(wǎng)的運(yùn)行可靠性對(duì)電氣化鐵路的安全運(yùn)行至關(guān)重要，所以通常認(rèn)為，一般情況下DN供電方式為首選，在電力系統(tǒng)比較薄弱的地區(qū)，經(jīng)過經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較，可采用AT供電方式，BT供電方式則盡量少采用或不采用。本人認(rèn)為，這是近三十年來我國(guó)電氣化鐵路供電方式發(fā)展和應(yīng)用的實(shí)踐過程中總結(jié)出來的普遍看法，同樣也要接受今后的實(shí)踐檢驗(yàn)，不斷總結(jié)提高。如圖2.1.4所示：圖2.1.4 直供+回流（DN）供電方式2.2 城市電網(wǎng)對(duì)地鐵的供電方式2.2.1 集中供電方式在沿城軌線路，根據(jù)用

9、電電容量和城軌線路的長(zhǎng)短，建設(shè)城軌專用的主變電所。主變電所引入電壓與城市電網(wǎng)的供電電壓有關(guān)，一般為220kv和110kv，由發(fā)電廠和區(qū)域變電所對(duì)其供電，再由主變電所降壓為城軌供電系統(tǒng)所需要的電壓等級(jí)（35kv或10kv）。由主變電所構(gòu)成的供電方案，稱為集中供電，各主變電所具有獨(dú)立的220kv或者110kv電源進(jìn)線。集中供電方式有利于城軌公司的運(yùn)營(yíng)和管理，各牽引變電所和降壓變電所的35kv和10kv由環(huán)網(wǎng)電纜供電，具有很高的可靠性。如圖2.2.1所示：圖2.2.1集中供電方式2.2.2 分散供電方式 根據(jù)城軌供電系統(tǒng)的需要，在城軌沿線直接從城市電網(wǎng)引入多路電源，由區(qū)域變電所直接對(duì)城軌牽引變電所和

10、降壓變壓所供電，稱為分散供電。這種供電方式多為19kv電壓級(jí)。分散供電方式要保證每座牽引變電所和降壓變電所都能獲得雙路電源。如圖2.2.2所示：圖2.2.2分散供電方式2.2.3 混合供電方式 既是前兩種供電方式的結(jié)合，以集中供電方式為主，個(gè)別地段引入城市電網(wǎng)方式的補(bǔ)充，使供電系統(tǒng)更加完善和可靠。 通過鐵路與城軌供電方式的比較我們會(huì)發(fā)現(xiàn)電力牽引網(wǎng)供電電流制式不同。第3章 牽引網(wǎng)的供電3.1 鐵路牽引網(wǎng)的供電方式3.1.1 單邊供電 我國(guó)電氣化鐵路全部采用單邊供電，在復(fù)線區(qū)段當(dāng)饋電線較短時(shí)也可采用單邊供電。單邊供電與其他區(qū)段無聯(lián)系，繼電保護(hù)設(shè)置簡(jiǎn)單。如圖3.1.1所示：圖3.1.1單邊供電3.1

11、.2 上下行并聯(lián)供電 在復(fù)線電氣化區(qū)段的供電電臂末端設(shè)有分區(qū)廳，這種供電的優(yōu)點(diǎn)是，它能均衡上下行供電臂的電流，降低接觸網(wǎng)損耗，提高電壓水平，在有輕重車方向和線路有較大坡度情況下，效果更為顯著。圖3.1.2所示：圖3.1.2上下行并聯(lián)供電3.1.3 雙邊供電雙邊供電時(shí)由相鄰兩個(gè)牽引變電所同時(shí)向其間的接觸網(wǎng)供電，在供電臂的末端由分區(qū)所連接起來，其優(yōu)點(diǎn)是由兩個(gè)牽引變電所供電均衡了負(fù)荷，降低了接觸網(wǎng)損耗，提高了接觸網(wǎng)水平。不太容易產(chǎn)生繼電器設(shè)置困難。3.2 城軌牽引網(wǎng)的供電方式3.2.1 第三軌在原有兩軌路線側(cè)邊新增軌道帶電，車輛則利用集電靴獲得電力；電流經(jīng)車輪和運(yùn)行軌道回到發(fā)電廠。顧名思義，軌道供電

12、的概念就是在列車行走的兩條路軌以外，再加上帶電的鐵軌。這條帶電鐵軌通常設(shè)于兩軌之間或其中一軌的外側(cè)。電動(dòng)列車的集電裝置在帶電路軌上接觸并滑行，把電力傳到列車上。這種集電裝置在英語(yǔ)稱為 shoe，中譯為集電靴。 軌道供電系統(tǒng)的電壓較高架電纜系統(tǒng)為小。高架電纜一般能提供 25000 伏特或以上的交流電，但第三軌系統(tǒng)最多只能提供約 1200 伏特的直流電。一般而言，采用軌道供電系統(tǒng)的鐵路只設(shè)一條帶電路軌。這條帶電路軌稱為第三軌。如圖3.2.1所示：圖3.2.1第三軌3.2.2 第四軌從第三軌取得的電力一般都會(huì)經(jīng)列車的車輪及路軌傳回發(fā)電廠。 但一些使用橡膠車輪的列車 (如巴黎地鐵的部份列車) 并不能讓

13、電力經(jīng)路軌傳回發(fā)電廠，因此在這些列車行走的路段一般都會(huì)再增加一條額外的帶電軌道 (亦即第四軌) 以作回傳電力之用。有趣的是，基于第四軌的另外一些優(yōu)點(diǎn) (例如較高的可靠性以及減低信號(hào)系統(tǒng)的復(fù)雜性) ，一些使用普通金屬車輪列車的鐵路系統(tǒng)也會(huì)裝設(shè)第四軌，使供電用和行走用的路軌完全分開。倫敦地鐵是最大的第四軌鐵路系統(tǒng)。 3.2.3 架空電纜電力由架空的電纜提供，車輛則利用集電弓獲得電力，有時(shí)亦會(huì)以車輪經(jīng)過軌道將電流帶回發(fā)電廠。就與鐵路接觸網(wǎng)供基本一樣。如圖3.2.3所示：圖3.2.3架空電纜總 結(jié)最后我介紹一下電氣化鐵道與成規(guī)交通供電的區(qū)別； 電力牽引在我國(guó)是一種新型有軌運(yùn)輸牽引動(dòng)力形式。電力牽引按其

14、牽引供電電流制式不同，分為工頻單相交流制低頻單相交流制和直流制。我國(guó)電氣化鐵路采用工頻單相交流制電力牽引，直流制式電力牽引僅用于城市軌道交通系統(tǒng)和工礦運(yùn)輸系統(tǒng)。采用電力牽引有一系列的優(yōu)點(diǎn)例如機(jī)車功率大，啟動(dòng)加速快，過載能力強(qiáng)，運(yùn)輸能力大能滿足各種現(xiàn)在交通隊(duì)快速，大運(yùn)輸能力的需要，不造成歡迎污染，電力牽引總效率高并且安全性高。并且都屬于一級(jí)負(fù)荷。牽引網(wǎng)供電方式無論從哪方面看鐵路主要是以架空線為主，它專門為電力機(jī)車或者動(dòng)車組提供電力的特殊供電回路，機(jī)車通過受電弓與接觸網(wǎng)滑動(dòng)接觸去的電能。當(dāng)然城軌交通也有一部分是這中方式，因此對(duì)抑制通信干擾采取的技術(shù)措施不同而采取不同的供電方式。還有城軌供電主要是直

15、流1500v或者750v，而電氣化鐵道主要是單相工頻27.5kv。相信通過上面的比較大家對(duì)電氣化鐵道與成規(guī)交通供電有了一定的了解，如若出現(xiàn)什么錯(cuò)誤望大家給予批評(píng)指導(dǎo)。致 謝歷時(shí)將近兩個(gè)月的時(shí)間終于將這篇論文寫完，在論文的寫作過程中遇到了無數(shù)的困難和障礙，都在同學(xué)和老師的幫助下度過了。尤其要強(qiáng)烈感謝我的論文指導(dǎo)老師趙永君老師，他對(duì)我進(jìn)行了無私的指導(dǎo)和幫助，不厭其煩的幫助進(jìn)行論文的修改和改進(jìn)。另外，在校圖書館查找資料的時(shí)候，圖書館的老師也給我提供了很多方面的支持與幫助。在此向幫助和指導(dǎo)過我的各位老師表示最中心的感謝！感謝這篇論文所涉及到的各位學(xué)者。本文引用了數(shù)位學(xué)者的研究文獻(xiàn)，如果沒有各位學(xué)者的研究成果的幫助和啟發(fā)，我將很難完成本篇論文的寫作。感謝我的同學(xué)和朋友，在我寫論文的過程中給予我了