3.3.4.1 牵引网供电方式选择
为适应高速度、高密度、大功率的需要，国外已经运营或在建和规划的高速铁路中，交流牵引供电系统除个别如德国因为采用自发的系统直接供电外，包括日本、法国、荷兰高铁等，基本以AT供电方式为主。2004年开始为武广高速铁路牵引供电系统设计时，根据武广高速铁路工程的特点和牵引负荷需求，提出了AT供电方式或带回流线和加强线的直接供电方式（以下简称TRNF供电方式）的方案对比。两种不同供电方式根据多方面的因素综合（定性）评价如表3.5所示。
表3.5 两种供电方式的经济技术比较
综上所述，两种供电方式均可较好地满足本线的牵引要求，经济技术指标各有所长，众多因素中，经济因素的权重较大，可以认为总的评价相当。
在高速和大功率的取流条件下，高电能传输的能力成为重要因素，AT供电方式具有一定优势。从武广高速铁路的紧密运行条件和工程限制点的适应性、外部电源条件的适应性、接触网设计选型、导线磨损和安全使用的影响等诸多方面分析，推荐武广高速铁路采用AT供电方式。
3.3.4.2 牵引网最低网压选择
为充分发挥高速机车优良的速度/牵引力特性，需要为机车运行提供更稳定的电压水平。武广高速铁路规划设计阶段，当时国内只有交直型机车，还没有交直交动车组，对交直交电动车组最低电压需求还没有很清楚的认识。
（1）国内普速电气化铁路牵引网最低网压要求。目前国内普速铁路依《铁路电力牵引供电设计规范》（TB1000998）第3.2.8条规定：“铁道干线电力牵引变电所牵引侧母线上的额定电压为27.5kV，自耦变压器供电方式为55kV；电力机车、电动车组受电弓和接触网的额定电压为25kV，最高电压为29kV；电力机车、电动车组受电弓上最低工作电压为20kV；电力机车、电动车组在供电系统非正常情况下（检修或事故）运行时，受电弓上的电压不得低于19kV。”
（2）国外电气化铁路牵引网最低网压要求。按IEC60850和欧洲标准EN50163的规定，对于25kV和50kV单相交流牵引供电系统电压的规定如表3.1所示，其中短时最低电压的最大持续值为10min，短时最高电压的最大持续值为5min。
在日本，接触网的电压标准规定额定电压为25kV，最高电压为30kV，最低电压为22.5kV，短时最低电压为20kV。
（3）本工程牵引网最低网压选择。在确定接触网最低工作电压标准时，考虑到最低工作电压太低，不利于高速列车运行；最低工作电压太高，将势必造成牵引供电设施的投资太大。根据高速动车组技术条件，并借鉴国外经验，本工程接触网的额定电压为25kV，长期最高电压为27.5kV，短时（5min）最高工作电压为29kV，设计最低工作电压规定为20kV。
为了充分发挥高速机车优良的牵引/制动特性，牵引供电系统设计还引入了国外已提出“平均有效电压”的概念，该参数是评估电压与机车性能关系的重要指标。
受电弓的平均有效电压可以用以下数学公式（3.2）来表示：
式中：Ti——综合或研究阶段第i号列车；
n——模拟计算中的列车数量；
Upi——列车i受电弓基本频率的RMS瞬间电压；
Ipi——列车i经过时受电弓基本频率的RMS瞬间电流系数。
根据国外相关标准（En50388）以及动车组招标条件，平均有效电压应采用22.5kV，才能使高速列车的运行达到最佳性能。
3.3.4.3 牵引变电所受电电压等级选择
1）武广高速铁路的牵引功率需求(www.xing528.com)
本工程的牵引供电系统需要满足远期高峰小时3min追踪间隔的牵引负荷，据牵引供电系统仿真计算结果，远期牵引变电所的牵引变压器安装容量为2×75～2×90MVA，短时容量达到180MVA。
2）关于高速铁路外部电源电压等级的研究
以往我国的绝大部分电气化铁路牵引变电所外部电源一般采用110kV电压等级供电。我国电气化铁路初期至20世纪90年代，由于牵引负荷较小，电力机车单机功率为4800～6400kW，列车追踪间隔8min，采用110kV电压等级供电，基本能够满足牵引负荷的供电需要。
高速度、高密度、大功率的高速铁路迫切需要电力部门提供供电能力更大、更强的电源，而当时武广高速铁路开始规划和设计时，电力部门提供的外部电源仍然比照往常普速铁路所采用110kV，使得当时武广高速铁路外部电源供电电压等级在方案研究阶段成为铁路电气化的焦点，也是高速铁路电气化标准制定的控制要素。
为了保证武广高速铁路的建设顺利实施和可靠运营，合理利用电力资源，在项目开始的2004年可行性研究立项阶段，就以向国家建议的中长期铁路规划为指导，以发展的眼光研究了电气化铁路（普速铁路、重载铁路和高速铁路）的负荷发展情况；同时从基于一般的电力传输规律，从历史经验、电力系统传输容量的自然功率、极限发热功率、满足用户电能质量的电压、工程经济传输功率等不同角度，组合研究了不同电压的电力传输功率的规律；基于电气化铁路的规划负荷，并结合电力传输规律，得出了不同负荷的电气化铁路接入电力系统的要求，初步的研究结论如下。
（1）常速普通电气化铁路。牵引变容量20～50MVA，系统短路容量建议在700～2000MVA，考虑到常速普通电气化铁路近期内仍以整流交直型机车为主，谐波影响大，功率因数也偏低，建议一般接入110kV的网络，在系统短路容量太小时，建议提高系统短路容量或采用220kV供电。同时进行谐波治理与动态无功补偿。
（2）重载货运电气化铁路。牵引变容量63～75MVA，系统短路容量建议在2800～3800MVA，对相关的电能质量问题需深入评估并采取相关的措施。
（3）高速铁路电气化铁路。牵引变容量63～120MVA，则系统短路容量建议在2000～4500MVA。由于高速铁路的牵引负荷大，可靠性要求高，而且谐波影响小，功率因数较高，建议接入220kV的网络，以保证牵引供电系统的供电。对于高速铁路可能带来的负序与电压波动问题，应该对其影响进行评估，在必要的情况下，采取相关措施。
为了验证《电气化铁路外部电源电压等级研究》的研究结论是否适合武广高速铁路项目，在武广高速铁路预可行性研究设计阶段，铁四院又委托武广高速铁路沿线湖北、湖南和广东省电力设计院规划部门和咨询部门结合武广高速铁路沿线现有电网和规划电网情况，开展了武广高速铁路牵引供电系统外部电源电压等级和可供电铁接引的电网和变电站资源方案的研究和论证，最后三家咨询单位针对武广高速铁路外部电源电压等级和接入系统需求，均建议武广高速铁路采用220kV供电，主要结论是：“鉴于武广高速铁路的大负荷，为从长远满足本段的供电需求，基于电网状况、发展及技术、经济的综合因素，建议武广高速铁路采用220kV供电；在国家西电东送、大区电网互联、促进全国联网和实行电力适度超前发展的政策下，电力资源通过优化配置和调剂，同时沿线电网经过相应的配套工程建设，武广高速铁路的供电是可靠而且有保障的。”
具体的工程方案论证过程和研究报告内容，参见第4.2节的工程方案设计说明。
3.3.4.4 牵引变压器类型选择
（1）国内主要牵引变压器接线及特点。国内目前已投入使用的牵引变压器接线及其一般性特点如表3.6所示。
表3.6 国内主要牵引变压器接线及特点比较
（2）牵引变压器选型。牵引变压器类型选择主要从满足供电要求，产品制造技术成熟、质量稳定，购置费低，运营费低，购置、更换维修方便等条件来综合分析。
牵引变压器类型在单相变压器、三相V/X变压器和不等边YN、vd间选择。单相变压器、三相V/X变压器均有已运行的产品。不等边YN、vd变压器还处于概念阶段，没有成型产品。
考虑到高速列车特点以及为适应远期高速牵引、提高运输质量，应尽量减少变压器两相牵引带来的电分相。设计过程中推荐采用结构简单、成本低、利用率高的单相变压器。
经过与武广高铁沿线电力公司协商和外电供电方案接入系统的评估，最终湖北省、湖南省境内牵引变电所采用两台单相变压器组成V/X接线方式；广东省境内牵引变电所采用纯单相接线方式，预留V/X接线条件。
具体方案说明请参见第4.2节的内容。
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