变电所、分区所、AT所

开 闭 所

 

   开闭所（sub-section post）牵引网有分支引出时，为保证不影响电力牵引安全可靠供电而设的带保护跳匣断路器等设施的控制场所。多设于枢纽站、编组场、电力机务段和折返段等处。在供电分区范围较大的复线AT牵引网中，有时为了进一步缩小接触网事故停电范围和降低牵引网电压损失和电能损失，也可在分区所与牵引变电所之间增设开闭所，也称辅助分区所（subsectioning post）。
开闭所的主要设备是断路器。电源进线一般设两回，复线时可由上、下行牵引网各引一回，出线则按需要设置。当出线数量较多时，也可将开闭所母线实行分段。单线时如就近无法获得第二电源，也可只引一回电源。

AT牵引网辅助分区所（SSP）的典型结构见下图。图中，T为接触网；F为正馈线，PW为与钢轨并联的保护线（protection wire）；B为断路器；SD为保安接地器；LA为避雷器；OT为控制回路电源；PT为电压互感器；AT为自耦变压器。保护线的作用是当接触网或正馈线绝缘子发生闪络接地时，可与保护线形成金属性短路，便于断电保护动作。
  
   

 分区亭

　　分区亭设于两个牵引变电所的中间，可使相邻的接触网供电区段(同一供电臂的上、下行或两相邻变电所的两供电臂)实现并联或单独工作。
　　如果分区厅两侧的某一区段接触网发生短路故障，可由供电的牵引变电所馈电线断路器及分区亭断路器，在继电保护的作用下自动跳闸，将故障段接触网切除，而非故障段的接触网仍照常工作，从而使事故范围缩小一半。

AT所

　　牵引网采用AT供电方式时，在铁路沿线每隔10km左右设置一台自耦变压器AT，该设置处所称做AT所。

 

牵引网的构成：
1 馈电线
2 接触网
3 轨道回路和回流系统
     

（一）牵引变电所
牵引变电所是电气化铁路的心脏，它的功能是将电力系统输送来的110kV或220kV等级的工频交流高压电，通过一定接线形式的牵引变压器变成适合电力机车使用的27.5kV等级的单相工频交流电，再通过不同的馈电线将电能送到相应方向的电气化铁路（接触网）上，满足来自不同方向电力机车的供电需要。牵引变电所一般设在车站的一端，在车站和区间分界处与另一端不同相位的供电臂通过分相绝缘器或电分段锚段关节相连。同一方向馈出回路的高压开关具备一旁路备用开关，可满足不间断可靠供电要求和检修的需要。

（二）分区所

分区所是将电气化铁路上下行接触网通过分区所并联起来，以提高供电臂末端接触网上的电压水平，均衡了上下行供电臂的电流，降低电能损失；在较重车方向和线路有较大坡道的情况下效果更为明显；在牵引变电所故障情况下，通过分区所可由相邻牵引变电所实行越区供电。

(三)开闭所

开闭所的主要作用是在大的编组站和客运站实现分束、分段供电，提高供电的可靠性，缩小停电范围，减少事故对铁路运行的影响。如果开闭所在供电臂末端，通常将其与分区所合建。同样，不同馈出回路的高压开关具备共用旁路备用开关，可满足不间断可靠供电要求和检修的需要。

（四）馈电线

馈电线是牵引变电所与接触网之间的连接线，它的功能是从牵引变电所向接触网供电。它由馈出开关引出，在电分相装置的两侧连接到接触网上，使之获得27.5kV电源。

（五）接触网

接触网是电气化铁路上的主要供电装置，它通过钢筋混凝土方柱或等径圆支柱及软横跨、硬横梁，以一定的悬挂形式将接触线直接架设在铁路线路的上方。它的功能是通过与电力机车顶部受电弓的滑动接触将电能供给电力机车（或电动车组）。

从结构形式上看，接触网由接触悬挂部分、支持装置、定位装置、支柱和基础组成。
1．接触悬挂部分

接触悬挂包括承力索、整体吊弦、接触线、中心锚结绳及各种线夹、全补偿下锚装置等。承力索承受接触线的重力，并将整个接触悬挂的重力和拉力（或压力）传给支持装置，并通过吊弦悬挂使接触线保持在规定的高度，电力机车受电弓滑板同接触线相接触取得机车所需电能。

2．支持装置

支持装置包括腕臂、棒式绝缘子、固定底座、腕臂支撑、斜拉线、承力索座等。用于支持接触悬挂，并将其负荷传给支柱。

2．定位装置

定位装置包括定位管、定位器、定位线夹、定位支撑等，用于固定接触线的水平位置。定位器处于受拉状态，使接触线沿铁路线路均匀分布在机车受电弓中心运行轨迹两侧，保证受电弓不脱离接触线而发生弓网事故，并将接触线的水平负荷传给支持装置。

4．支柱和基础

支柱和基础包括钢筋混凝土方支柱和等径圆支柱、钢柱，软横跨、硬横梁、杯形基础、拉线基础、横卧板和底板等。它用于承受接触网的全部负荷，包括上部结构的重力、垂直线路方向的拉力（或压力）、顺线路方向的拉力。其施工质量的好坏直接影响到接触网能否长期稳定运行。

（六）钢轨和吸上线

在电气化铁路上，电力机车是利用走行轨作为牵引电流回路的，大部分电流经过与之相连的吸上线（绝缘电缆）直接回到变电所。由于轨道与大地之间是不绝缘的，所以牵引电流的一部分要流经大地，从埋设在牵引变电所下面的接地网回到变压器。同时钢轨和吸上线不直接相连，而是在轨道电路绝缘节处增设扼流变压器，二者分别与变压器的接线柱和中性点牢固连接，从而使牵引电流回路和轨道信号回路各自形成导通回路，互不干扰。

（七）回流线

回流线是轨道回路与牵引变电所之间的连接线，它的作用是将流经吸上线的牵引电流直接回送变电所内的牵引变压器，一方面减少电能损失，另一方面降低了对电气化铁路沿线通信、信号线路和装置的电磁谐波干扰。通常回流线与接触网线路同杆架设，每隔一定的区段通过吸上线与钢轨相连。

 

 

（一）供电方式

交流电气化铁路是以接触网—钢轨—大地为回路的单相不对称供电系统，因此牵引供电所产生的电场和磁场会对通信线路产生电磁干扰。为了减少电气化铁路对通信线的电磁干扰，在电气化铁路改造中必需采取防干扰措施。

经过多年的努力我国已有了直接供电、自耦变压供电（简称AT供电）、吸流变压器供电（简称BT供电）和带回流线的直接供电等供电方式。

直供方式，在牵引网中不加特殊防护措施，一般只在通信线路少的山区采用，AT和BT供电方式比较复杂，因此在沪杭、浙赣和京沪线电气化改造中均采用带回流线的直接供电方式。

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。

 

 

自耦变压器供电方式（AT供电方式）
由于自耦变压器的作用，接触网和正馈线的电流均为I/2，方向相反，有效地减少牵引网对通信线的干扰。
由于自耦变压器的中性点与钢轨相连，牵引网的供电电压为2 x 25 kV，电压提高了一倍，因此牵引变电所的间距理论上提高了一倍。例如直供+回流线供电方式牵引变电所间距为20-30km，则AT供电方式为40-60km。AT供电方式用于重载、高速需大电流的牵引供电系统。
馈线电流只有直供方式的一半。
牵引网阻抗 — AT：0.09Ω/km; BT:0.85Ω/km; 直供：0.33Ω/km; 直供+回流：0.31Ω/km

 

 

（二）牵引变压器接线形式

电力牵引为一级负荷，牵引变电所应由二路电源供电，当任一路故障时，另一路应正常供电。牵引变电所从电力系统引入二路电源，在牵引变电所内装有牵引变压器，将电力系统的高电压（110kV或220kV）降低为27.5kV以单相电馈送给接触网，再由接触网供给电力机车。由于电气化铁路的单相牵引负荷是一个不对称的负荷，对三相电力系统产生负序电流和负序电压，为了减少负序电流和电压对三相电力系统的影响，通常采用不同接线型式的变压器来降低这种影响，电气化铁路的牵引变压器接线型式有单相、V，v、三相和平衡变压器等。

 

 

 

2、控制及监视设备



3、继电保护装置

（1）主变压器设有差动、瓦斯、过负荷、过热、低电压启动过电流等保护。

（2）变电所馈线设距离保护，电流速断，并设一次自动重合闸装置。

（3）27.5kV并联电容补偿装置设速断、过流、差压、失压等保护。

4、自用电系统

（1）交流系统：变电所设二段三相380V交流母线，分别由接至27.5kV母线和10kV线路的二台自用变压器供电，二路电源互为热备用，设有自动投入装置。

（2)直流系统：采用智能高频开关直流系统，直流操作电压为110V，正常时由整流电源供給直流负荷，整流电源对蓄电池进行浮充电和均衡充电，当交流失压后，由蓄电池供给直流负荷。

（四）分区所一、二次设备

上海铁路局管内的沪杭、浙赣和京沪是双线区段，在二个牵引变电所中间设有分区所，它将上、下行接触网通过断路器实行并联供电。上海铁路局管内的分区所按无人值守设计，高、低压设备采用室内布置，27.5kV断路器采用真空户内型式，继电保护采用集中组屏式微机综合自动化系统，馈线设二段具有四边形特性的距离保护和过流保护及一次自动重合闸装置，自用电系统和牵引变电所内的设备相同。

（五）开闭所一、二次设备

开闭所内设有开关，是能进行电分段或变更馈线数目的开关站。上海铁路局管内的开闭所引入二路电源，正常情况下一主一备，二回进线间设有备用电源自投装置，其设备除进线隔离开关、避雷器外，其余均采用室内网栅间隔布置。开闭所按无人值班有人值守设计，27.5kV断路器采用户内真空断路器，继电保护采用集中组屏式微机综合自动化系统，它的进线设置过流保护、馈线设置电流速断保护及一次自动重合闸，自用电系统和牵引变电所内的设备相同。

（六）接触网设备

接触网是电气化铁路牵引供电系统中的主要供电设备，它的功能是向走行在铁路线上的电力机车不间断地供应电能，由于接触网是露天设置，受到各种恶劣气象条件的影响，其工作状况是随电力机车的运行而变化，而且没有备用，因而使得接触网的工作条件非常复杂。

为了满足各种情况下接触网可靠取流的要求，接触网的接触悬挂部分可分为简单悬挂链型悬挂两类。由于接触线、承力索下锚的形式不同，链形悬挂又有半补偿链形悬挂与全补偿链形悬挂之分。上海铁路局的接触网采用全补偿简单链型悬挂（见图2-1），结构高度1400mm。

1、接触线、承力索、附加导线类型

正线接触线采用120mm2铜合金线（CTHA-120），承力索采用95mm2铜合金绞线（THJ-95）；站线接触线采用85mm2铜合金线，承力索采用70mm2铜合金绞线；附加导线采用钢芯铝绞线，其中回流线采用185mm2钢芯铝绞线，架空线采用70mm2钢芯铝绞线。
2、接触网支持装置的悬挂类型

接触网沿铁路纵向架设，随着不同的线路情况，支持接触悬挂的结构也有不同类型，在区间主要为支柱腕臂结构，在站场支持装置有支柱腕臂、软横跨或硬横跨结构，在上海铁路局管内这些结构形式都有。在京沪、沪杭和浙赣线的站场主要采用硬横跨结构形式，部分站场如股道较多的编组站采用软横跨形式，在软横跨横向承力索中使用了张力自动补偿装置，减少温度的影响。

硬横跨由二个立柱和一组钢横梁组成，钢横梁及所有接触悬挂的荷载均竖直传给立柱，所以立柱受弯矩较软横跨小，因而立柱的容量较小，从安装形式看，立柱高度要求相对低，硬横跨上各支接触悬挂相互干扰小，调整较方便，稳定性较好，有利于高速行驶。硬横跨的缺点是：施工要求较严格，有一定难度，造价高于软横跨。

京沪、沪杭和浙赣线上的正线定位器选用限位定位器，限制定位点处的导线抬升高度，避免在该处发生弓网故障。接触网的吊弦全部采用了整体吊弦，减少了运营后的维修工作量。道岔处接触网布置采用交叉线岔方式。接触网高度按满足开行双层集装箱的条件设计。支柱侧面限界需考虑大型养路机械作业要求。

3、支柱和基础类型

支柱是用来承受接触悬挂的负荷，根据材质，支柱有钢柱和预应力混凝土柱，形式有横腹杆、等径圆杆混凝土支柱、等径圆钢柱、角钢桁架。在沪杭、浙赣和京沪线的接触网腕臂柱主要采用横腹杆式预应力钢筋混凝土支柱，在沪宁线和其它少数区间采用直径400mm等径混凝土圆杆（可以从各个方向受力，但是用钢筋稍多）。在一些特殊地段采用圆杆钢支柱，站场软横跨钢柱采用角钢桁架支柱。

支柱基础，除了在一些软土地段采用杯形基础，主要采用直埋基础。

4、大型建筑屋上的支持装置

接触网通过桥梁等大型建筑物时，可以利用这些建筑物安装悬挂构件或支柱，用以悬吊或支撑接触悬挂。在沪杭线工程中，由于钱江二桥上没有可利用的建筑物，因此采用了用不等径圆杆的一种硬横梁形式，以满足接触网悬挂要求。对于大客站，如上海站、镇江、无锡、苏州站，根据实际情况设计了适宜周围环境的接触网结构形式，不仅满足安装接触网要求，和周围环境也非常和谐。

5、接触网的绝缘和供电分段形式

电气化铁路接触网的绝缘是通过绝缘子、分相和分段绝缘器来实现的。绝缘子是接触悬挂对支柱或其他接地体保持电气绝缘的重要部件。绝缘子本身性能的好坏对接触网正常工作有着很大的影响，因其承受着工作电压及各种电压，并随着接触悬挂及支持装置的重量以及冰雪、风压、震动等机械力，所以对绝缘子的机械性能和电气性能都有严格的要求。

为了提高接触网供电的可靠性和灵活性，要求在接触网上设置互相联通又能互相独立的分段设备，这种设备称为电分段。接触网的电分段，一般分为纵向和横向两类。纵向电分段是指接触网沿线路方向进行的分段；横向分段则为双线区段的上、下行线路之间，或车站的独立车场之间，以及股道之间之间所进行的分段。接触网的供电分段按其功能需要，在不同场所设置不同结构的供电分段，如图2-10所示。供电分段设备主要有绝缘锚段关节、分段绝缘器及分相绝缘器等。