电气化铁道与城轨交通(地铁、轻轨)供电方式比较分析

山东职业学院 毕业论文 题    目：电气化铁道与城轨交通（地铁、轻轨）供电方式比较            原所在系：  电气系              原专业班级：  电气自动化技术          转入后班级：  电气化铁道技术          姓      名：    xx                  指导老师：    xxxx              完成日期：  2012 3 29                山东职业学院毕业论文评审表 指导教师： 论文成绩： 指导教师评语：                                                 指导教师签名： 年    月    日 复审人： 论文复审成绩：                                                              复审人评语：                                                   复审人签名： 年    月    日 山东职业学院毕业论文情况                               答  辩  题  目 对学生回答问题的评语 正确 基本 正确 经提示 回答 不 正确 未 回答 答辩委员会（或小组）评语： 答辩成绩：                                        答辩负责人签名：                                                       年    月    日 系毕业论文领导小组审核意见：                                     组长签名： 年    月    日 注：毕业论文总成绩中，指导成绩占40%，复审成绩占20%，答辩成绩占40% 目 录 第1章 概述    1 第2章 牵引供电系统    2 2.1 铁路牵引供电系统的供电方式    2 2.1.1 直接供电方式    2 2.1.2 吸流变压器（BT）供电方式    2 2.1.3 自耦变压器（AT）供电方式    3 2.1.4 直供+回流（DN）供电方式    3 2.2 城市电网对地铁的供电方式    4 2.2.1 集中供电方式    4 2.2.2 分散供电方式    5 2.2.3 混合供电方式    5 第3章 牵引网的供电    6 3.1 铁路牵引网的供电方式    6 3.1.1 单边供电    6 3.1.2 上下行并联供电    6 3.1.3 双边供电    7 3.2 城轨牵引网的供电方式    7 3.2.1 第三轨    7 3.2.2 第四轨    7 3.2.3 架空电缆    8 总 结    9 致 谢    10 参考文献    11 第1章 概述     2009年以来，随着政府内需政策的逐渐显现以及国际经济形势的好转国家加大对铁路的投资，随着城市交通压力的增加各地加大对城轨交通的建设。因此无论是铁路还是城轨交通的黄金时代到来。本文通过对电气化铁道与城轨交通（地铁、轻轨）供电方式比较分析来进一步说明两者供电方式的异同。以帮助人们进一步了解之。 第2章 牵引供电系统 2.1 铁路牵引供电系统的供电方式 2.1.1 直接供电方式 电气化铁路采用工频单相交流电力牵引制，单相交流负荷在接触网周围空间产生交变电磁场，从而对附近通信设施和无线电装置产生一定的电磁干扰。我国早期电气化铁路（如宝成线、阳安线）建设时，处于山区，地方通信技术不发达，铁路通信采用高屏蔽性能的同轴电缆，接触网产生的电磁干扰影响极小，不用采取特殊防护措施，因此上述单边供电方式亦称为直接供电方式（简称TR供电方式）。随着电气化铁路向平原和大城市发展，电磁干扰矛盾日显突出，于是在接触网供电方式上采取不同的防护措施，便产生不同的供电方式。目前有所谓的BT、AT和DN供电方式。从以下的介绍中可以看出这些供电方式有一个共同特点，即在接触网支柱田野侧，与接触悬挂同等高度处都挂有一条附加导线。电力牵引时，附加导线中通过的电流与接触网中通过的牵引电流，理论上讲（或理想中）大小相等、方向相反，从而两者产生的电磁干扰相互抵消。但实际上是做不到的，所以不同的供电方式有不同的防护效果。如图2.1.1所示： 图2.1.1直接供电方式 2.1.2 吸流变压器（BT）供电方式 这种供电方式，在接触网上每隔一段距离装一台吸流变压器（变比为1:1），其原边串入接触网，次边串入回流线（简称NF线，架在接触网支柱田野侧，与接触悬挂等高），每两台吸流变压器之间有一根吸上线，将回流线与钢轨连接，其作用是将钢轨中的回流“吸上”去，经回流线返回牵引变电所，起到防干扰效果。由于大地回流及所谓的“半段效应”，BT供电方式的防护效果并不理想，加之“吸——回”装置造成接触网结构复杂，机车受流条件恶化，近年来已很少采用。如图2.1.2所示： 图2.1.2 吸流变压器（BT）供电方式 2.1.3 自耦变压器（AT）供电方式 采用AT供电方式时，牵引变电所主输出电压为55kV，经AT（自耦变压器，变比2:1）向接触网供电，一端接接触网，另一端接正馈线（简称AF线，亦架在田野侧，与接触悬挂等高），其中点抽头则与钢轨相连。AF线的作用同BT供电方式中的NF线一样，起到防干扰功能，但效果较前者为好。此外，在AF线下方还架有一条保护（PW）线，当接触网绝缘破坏时起到保护跳闸作用，同时亦兼有防干扰及防雷效果。显然，AT供电方式接触网结构也比较复杂，田野侧挂有两组附加导线，AF线电压与接触网电压相等，PW线也有一定电位（约几百伏），增加故障几率。当接触网发生故障，尤其是断杆事故时，更是麻烦，抢修恢复困难，对运输干扰极大。但由于牵引变电所馈出电压高，所间距可增加一倍，并可适当提高末端网压，在电力系统网络比较薄弱的地区有其优越性。如图2.1.3所示： 图2.1.3 自耦变压器（AT）供电方式 2.1.4 直供+回流（DN）供电方式 这种供电方式实际上就是带回流线的直接供电方式，NF线每隔一定距离与钢轨相连，既起到防干扰作用，又兼有PW线特性。由于没有吸流变压器，改善了网压，接触网结构简单可靠。近年来得到广泛应用。综上所述，早期电气化铁路均采用直接供电方式，为避免和减少对外部环境的电磁干扰，研发了BT、AT和DN供电方式，就防护效果来看，AT方式优于BT和DN方式，就接触网的结构性能来讲，DN方式最为简单可靠。随着通信技术的快速发展，光缆的普遍应用，通信设施及无线电装置自身的防干扰性能大为增强，考虑到接触网的运行可靠性对电气化铁路的安全运行至关重要，所以通常认为，一般情况下DN供电方式为首选，在电力系统比较薄弱的地区，经过经济技术比较，可采用AT供电方式，BT供电方式则尽量少采用或不采用。本人认为，这是近三十年来我国电气化铁路供电方式发展和应用的实践过程中总结出来的普遍看法，同样也要接受今后的实践检验，不断总结提高。如图2.1.4所示： 图2.1.4 直供+回流（DN）供电方式 2.2 城市电网对地铁的供电方式 2.2.1 集中供电方式 在沿城轨线路，根据用电电容量和城轨线路的长短，建设城轨专用的主变电所。主变电所引入电压与城市电网的供电电压有关，一般为220kv和110kv，由发电厂和区域变电所对其供电，再由主变电所降压为城轨供电系统所需要的电压等级（35kv或10kv）。由主变电所构成的供电，称为集中供电，各主变电所具有独立的220kv或者110kv电源进线。集中供电方式有利于城轨公司的运营和管理，各牵引变电所和降压变电所的35kv和10kv由环网电缆供电，具有很高的可靠性。如图2.2.1所示： 图2.2.1集中供电方式 2.2.2 分散供电方式     根据城轨供电系统的需要，在城轨沿线直接从城市电网引入多路电源，由区域变电所直接对城轨牵引变电所和降压变压所供电，称为分散供电。这种供电方式多为19kv电压级。分散供电方式要保证每座牵引变电所和降压变电所都能获得双路电源。如图2.2.2所示： 图2.2.2分散供电方式 2.2.3 混合供电方式     既是前两种供电方式的结合，以集中供电方式为主，个别地段引入城市电网方式的补充，使供电系统更加完善和可靠。     通过铁路与城轨供电方式的比较我们会发现电力牵引网供电电流制式不同。 第3章 牵引网的供电 3.1 铁路牵引网的供电方式 3.1.1 单边供电 我国电气化铁路全部采用单边供电，在复线区段当馈电线较短时也可采用单边供电。单边供电与其他区段无联系，继电保护设置简单。如图3.1.1所示： 图3.1.1单边供电 3.1.2 上下行并联供电 在复线电气化区段的供电电臂末端设有分区厅，这种供电的优点是，它能均衡上下行供电臂的电流，降低接触网损耗，提高电压水平，在有轻重车方向和线路有较大坡度情况下，效果更为显著。图3.1.2所示： 图3.1.2上下行并联供电 3.1.3 双边供电 双边供电时由相邻两个牵引变电所同时向其间的接触网供电，在供电臂的末端由分区所连接起来，其优点是由两个牵引变电所供电均衡了负荷，降低了接触网损耗，提高了接触网水平。不太容易产生继电器设置困难。 3.2 城轨牵引网的供电方式 3.2.1 第三轨 在原有两轨路线侧边新增轨道带电，车辆则利用集电靴获得电力；电流经车轮和运行轨道回到发电厂。顾名思义，轨道供电的概念就是在列车行走的两条路轨以外，再加上带电的铁轨。这条带电铁轨通常设于两轨之间或其中一轨的外侧。电动列车的集电装置在带电路轨上接触并滑行，把电力传到列车上。这种集电装置在英语称为 shoe，中译为集电靴。 轨道供电系统的电压较高架电缆系统为小。高架电缆一般能提供 25000 伏特或以上的交流电，但第三轨系统最多只能提供约 1200 伏特的直流电。一般而言，采用轨道供电系统的铁路只设一条带电路轨。这条带电路轨称为第三轨。如图3.2.1所示： 图3.2.1第三轨 3.2.2 第四轨 从第三轨取得的电力一般都会经列车的车轮及路轨传回发电厂。 但一些使用橡胶车轮的列车 (如巴黎地铁的部份列车) 并不能让电力经路轨传回发电厂，因此在这些列车行走的路段一般都会再增加一条额外的带电轨道 (亦即第四轨) 以作回传电力之用。有趣的是，基于第四轨的另外一些优点 (例如较高的可靠性以及减低信号系统的复杂性) ，一些使用普通金属车轮列车的铁路系统也会装设第四轨，使供电用和行走用的路轨完全分开。伦敦地铁是最大的第四轨铁路系统。 3.2.3 架空电缆 电力由架空的电缆提供，车辆则利用集电弓获得电力，有时亦会以车轮经过轨道将电流带回发电厂。就与铁路接触网供基本一样。如图3.2.3所示： 图3.2.3架空电缆 总 结 最后我介绍一下电气化铁道与成规交通供电的区别；     电力牵引在我国是一种新型有轨运输牵引动力形式。电力牵引按其牵引供电电流制式不同，分为工频单相交流制低频单相交流制和直流制。我国电气化铁路采用工频单相交流制电力牵引，直流制式电力牵引仅用于城市轨道交通系统和工矿运输系统。采用电力牵引有一系列的优点例如机车功率大，启动加速快，过载能力强，运输能力大能满足各种现在交通队快速，大运输能力的需要，不造成欢迎污染，电力牵引总效率高并且安全性高。并且都属于一级负荷。牵引网供电方式无论从哪方面看铁路主要是以架空线为主，它专门为电力机车或者动车组提供电力的特殊供电回路，机车通过受电弓与接触网滑动接触去的电能。当然城轨交通也有一部分是这中方式，因此对抑制通信干扰采取的技术措施不同而采取不同的供电方式。还有城轨供电主要是直流1500v或者750v，而电气化铁道主要是单相工频27.5kv。相信通过上面的比较大家对电气化铁道与成规交通供电有了一定的了解，如若出现什么错误望大家给予批评指导。 致 谢 历时将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数的困难和障碍，都在同学和老师的帮助下度过了。尤其要强烈感谢我的论文指导老师—赵永君老师，他对我进行了无私的指导和帮助，不厌其烦的帮助进行论文的修改和改进。另外，在校图书馆查找资料的时候，图书馆的老师也给我提供了很多方面的支持与帮助。在此向帮助和指导过我的各位老师表示最中心的感谢！ 感谢这篇论文所涉及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的帮助和启发，我将很难完成本篇论文的写作。 感谢我的同学和朋友，在我写论文的过程中给予我了很多你问素材，还在论文的撰写和排版灯过程中提供热情的帮助。 由于我的学术水平有限，所写论文难免有不足之处，恳请各位老师和学友批评和指正。 参考文献 [1]陈海军  电力牵引供变电技术    中国铁道出版社 [2]贺威俊、简克良，《电气化铁道供变电工程》，中国铁道出版 [3]毛明平，陶生桂，王日凡．上海地铁2号线．城市轨道交通研究 2001．2 [4]朱时麟、蒋影斐、邵丙衡，《电牵引基础》，中国铁道出版社 [5]郑瞳炽，张明锐．城市轨道交通牵引供电系统中国铁道出版社 [6]吴树强．城市轨道交通牵引供电方式的比较城市轨道交通研究．1998．3