电气化铁路继电保护

牵引供电系统简介

电气化铁路历史

中国电气化铁路是从1961年建成宝鸡一风州段 (93ｋｍ)开始的 ,它经历了从无到有、从山区到平原、从单线到复线 ,从一般干线到繁忙干线、客专线，从常速到准高速、高铁的发展历程。

目前，铁路内燃机车是我国交通运输业能源消费的大户，全路行车用柴油年消耗量约占全国柴油消耗总量的10%。内燃机车使用柴油的能源利用效率较低，平均约为30%。电力牵引使用电能的能源利用效率，按目前我国电网大约水电占24.2%，效率70%；火电占74.0%，效率35%计算，综合利用效率为42.8%。远比内燃能源利用效率高，具有显著的节能效益。电力牵引对环境污染小。国家的能源政策和环保政策，决定了我国电力牵引必将是铁路牵引动力的发展方向。国务院批准的《中长期铁路网规划》明确，到2020年，我国铁路总里程将达到100,000km，其中电气化50,000km，主要干线铁路都将实现电气化。铁路电气化率约为50%，承担的运量比重在80%以上。

"八纵八横" 是中国高速铁路网络的短期规划图。2016年7月，国家发展改革委、交通运输部、中国铁路总公司联合发布了《中长期铁路网规划》，勾画了新时期“八纵八横”高速铁路网的宏大蓝图。 “八纵”通道包括沿海通道、京沪通道、京港（台）通道、京哈～京港澳通道、呼南通道、京昆通道、包（银）海通道、兰（西）广通道。“八横”通道包括绥满通道、京兰通道、福银通道、青银通道、陆桥通道、沿江通道、沪昆通道、厦渝通道、广昆通道。

电气化铁路的牵引动力是电力机车，机车本身不带能源，所需能源由电力牵引供电系统提供。

早期电气化铁路主要采用直流750V、1500V供电制式，上世纪30年代后开始采用直流3000V供电制式。

20世纪初，欧洲相继出现了三相工频交流制和低频（16 2/3HZ）单相交流制干线牵引，前者接触网结构复杂，后者需要同时进行换相和变频（工频变低频）或者单独设置低频发电机组和输电系统，导致供电装置设备和运行复杂化。

1950年法国在埃克斯.累.班—里亚罗什休尔伏龙区段试建的25kV工频单相交流电气化铁路成功，25kV工频单相交流制在世界广泛推广，我国电气化铁路全部采用25kV工频单相交流制。

   目前世界电气化铁路主要有以下3种供电制式：

   （一）1.5kV、3kV直流制（轨道交通（地铁）使用、欧洲日本部分干线存在）

   （二）15kV 16 2/3Hz低频单相交流制（德国部分地区存在）

   （三）25kV工频单相交流制

牵引供电系统是指铁路从地方电站引入110kv（220KV)）电源，通过牵引变电所降压至27.5kv送至电力机车的整个系统，它由地方变电站、110kv（220KV)）输电线、牵引变电所、27.5kv馈电线、接触网、电力机车、轨回流线、地回流线组成。其中牵引变电所是电气化铁路供电系统中的心脏,它的主要任务是将地方变电站输送来的110kV（220KV)三相交流电变换为27.5kV单相电，然后以单相供电方式经馈电线送至接触网上，接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。电压变化由牵引变压器完成，牵引变电所通常设置两台变压器，采用双电源供电，互为备用以提高供电的可靠性，还设置有串联和并联的电容补偿装置，用以改善供电系统的电能质量，减少牵引负荷对电力系统和通信线路的影响。

牵引供电系统组成

牵引供电系统由以下几部分组成:地方变电站、110kv输电线、牵引变电所、27.5kv馈电线、接触网、电力机车、轨回流线、地回流线.

由上述示意图可以看出，电力牵引供电系统主要由如下部分组成：

牵引变电所：把电力系统供应的电能转化为适合电力机车牵引要求的电能

      牵引变电所的作用是将电力系统引入的110kV或220kV三相交流电变换成27.5kV的单相交流电，通过馈电线送至电路沿线的接触网，为电力机车供电。有少数牵引变电所还承担向铁路地区工农业用户的10kV动力负荷供电。牵引变压器除了采用电力系统常规的普通三相变压器外，为满足牵引负荷的特殊需求还常采用特殊结线变压器，如单相结线、V/V结线、斯科特结线、阻抗匹配平衡结线等变压器。

分区亭：主要作用是操作设置在两个牵引变电所之间连接两供电分区的开关设备，实现灵活供电，提高运行可靠性。

为了增加供电的灵活性，在两个牵引变电所的供电区中间常增设分区所。断路器1QF、2QF正常工作时闭合，实现上、下行牵引网并联运行。隔离开关1QS、2QS在正常运行时断开，当相邻牵引变电所发生故障而不能继续供电时，可以闭合1QS、2QS由非故障牵引变电所实现越区供电，使行车不至中断。

开闭所：实质上是个不进行变压的配电所，主要是将从牵引变电所牵引母线上引出的一路馈线电线按需要向分组接触网供电。一般设置在需要送出多路馈电线的多接触网分组的枢纽站附近。

在电气化铁路枢纽地区，客运站、编组站和电力机车机务段等铁路设施较集中的地方，由于站线延续长且股道数量多，接触网结构和配置复杂，客货运交会、编组和电力机车整备作业繁忙，致使该地区牵引网发生故障的几率增多。为了保证枢纽供电的可靠性，缩小事故范围，一般将接触网横向分组及分区供电。因此设置开闭所，由相邻两牵引变电所的牵引馈线经断路器1QF、2QF向它供电。通过开闭所的多路馈线和断路器(3QF-6QF)向站场、电力机车机务段等牵引网供电，7QF、8QF为旁路断路器。

馈电线：连接牵引变电所和接触网的导线，它将牵引变电所变换后的电能送到接触网，一般为大截面的钢芯铝绞线。

接触网：是一种悬挂在轨道上方，沿轨道铺设的和铁路钢轨保持一定高度的链形或单导线的输电网，机车电能的获取由机车受电弓和接触网的滑动接触实现。由接触线、承力索以及支持、悬挂和定位等装置组成。

高速铁路、城际铁路接触网的最低工作电压20KV，其他铁路接触网的最低工作电压19KV。

钢轨：在非电牵引下只作为列车运行导轨。在电力牵引时，除了作为运行导轨，还与接触网形成通路，完成导通回流的任务，是电路的组成部分。

回流线：连接轨道和牵引变电所的导线，通过回流线将轨道中的牵引回归电流导入牵引变电所的主变压器。

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。