电气化铁路供电系统及组成

电气化铁路是以电能作为牵引动力的一种现代化交通运输工具。它与内燃机车牵引不同的地方，是电力机车或动车组本身不带能源，必须由外部供给电能，专门给电力机车或动车组供给电能的装置称作牵引供电系统。同时，牵引供电系统本身并不产生电能，而是将电力系统的电能通过牵引变电所、馈电线、接触网、钢轨、吸上线及回流线供给电力机车（对于直接供电加回流线供电方式而言）。电气化铁路供电系统主要由牵引变电设备、接触网设备、电力供电设备构成。高速铁路牵引供电系统如图 2.4 所示。

图2.4　高速铁路牵引供电系统

1．牵引变电设备

（1）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110 kV或220 kV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27.5 kV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旁路备用开关，可满足不间断可靠供电要求和检修的需要。

（2）分区所。分区所的作用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情况下效果更为明显；在一个牵引变电所故障情况下，通过分区所可以由相邻牵引变电所实行越区供电。

（3）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。

（4）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，在分相装置的两侧连接到接触网上，使之获得27.5 kV的电源。

高速铁路牵引变电设备包括牵引变电所、分区所、AT所、开闭所、接触网开关控制站等。牵引变电各所亭的接线形式应满足可靠、安全、简捷的原则，馈线接线方式应满足上、下行分别供电及全并联供电的要求。牵引变电设备应尽量满足免维护、少维修的原则，并满足无人值班的需要。

牵引变电所进线电源和牵引变压器、开闭所进线、分区所、AT所自隅变压器设置备用自投入装置；牵引变电所馈线设一次自动重合闸装置。分区所、AT所馈线设检压合闸装置。牵引变电所、分区所、AT所馈线设故障测距装置。牵引变电所、分区所、自耦变压器设基于吸上电流比原理的故障测距装置。分区所、AT所的吸上电流值通过通信通道上传至同一供电臂的牵引变电所，并与其牵引变电所的馈线所测得的电流值通过接触网故障测距装置进行计算，得出接触网故障点的距离。

牵引变电所一般按无人值班、有人值守方式设计，开闭所、分区所、AT所按无人值班、有人巡视方式设计。牵引变电所、开闭所、分区所、AT所的继电保护及自动装置均采用微机型综合自动化系统，系统采用多层分布式结构，采用集中组盘安装方式。牵引变电所、开闭所、分区所、AT所综合自动化系统均由站级管理层、通信层、间隔层三部分设备组成。综合自动化系统完成就地的运行管理（保护、控制、测量、通信等功能），并可通过远动通道与调度端设备接口实现远动功能。为了满足无人值守的要求，各所的防灾安全监控系统及交、直流自用系统的操作、监控、直流绝缘监视等装置接入综合自动化系统。

2．接触网设备

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、硬横跨，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。(www.xing528.com)

（1）接触悬挂部分。接触悬挂部分包括承力索、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，同时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的电能。

（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，用于支持接触悬挂部分，并将其负荷传给支柱。

（3）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、硬横跨、杯形基础、拉线基础、横卧板、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。支柱和基础施工质量的好坏直接影响到接触网能否长期稳定运行。

（5）钢轨和吸上线。在电气化铁路上，电力机车是利用钢轨作为牵引电流回路的，大部分牵引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是直接相连，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。

（6）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。

3．电力供电设备

电气化铁路电力供电系统是为调度指挥、通信信号、旅客服务等业务提供可靠电力保障的系统。铁路电力供电系统优先从国家（或地方）电网取得可靠电源，通过沿铁路线架设的输配电网络分配给铁路用户。电气化铁路电力供电系统平均每60 km建设一座配电所，一般采用双电源供电进线，在铁路沿线架设两条贯通线（高速铁路称为一级贯通线、综合贯通线，普速铁路一般称为自闭线、贯通线）将配电所相互连接形成输配电网络，并向铁路沿线车站及区间负荷供电。相邻两变配电所之间的贯通线称为供电臂，每个供电臂均具备双端供电条件，并可以失压自投。

电气化铁路电力供电系统中进线电压与出线电压不同，经过变压器的称为变电站；进线电压与出线电压相同，一进多出称为配电所，包括10 kV变电所（10 kV降压为0.4 kV）、10 kV配电所（进出线都是10 kV）、10 kV交配电所（10 kV变电所和10 kV配电所合建）。与地方电力系统相比，铁路变配电所规模相对较小，出线一般只有几回到十几回。

铁路沿线电力负荷既有对供电可靠性要求很高的一级负荷，也有对可靠性要求一般的二级和三级负荷。以铁路沿线信号基站为例，铁路信号基站的可靠运行关乎铁路行车安全，对基站的供电电源可靠性有着严格要求。为了保证铁路沿线信号基站可靠供电，每个基站分别以两条贯通线各取一路电源，形成主备互供。

由此可见，铁路供电可靠性主要取决于变配电所和贯通线的运行水平。随着铁路行车向着高速、大密度迅速发展，对与行车安全密切相关的铁路电力系统供电可靠性的要求越来越高。传统上是依靠人员值班、沿线布置值班检修工区等方式监视控制供电网络运行，如人工调度、电话调度等方式，这已经不能满足行车安全的要求。采用先进的电力自动化技术，实施远程自动监控和调度管理，是铁路电力系统必然的发展趋势。