牵引网供电方式（power&supply&schemes&of&traction&network）&&牵引网网络结构形式和供电电源连接方式的总称。电气化铁路牵引网是由分布在铁路沿线各牵引变电所分区供电的。图1是一般牵引网...
牵引网供电方式（power supply schemes of traction network）& 牵引网网络结构形式和供电电源连接方式的总称。电气化铁路牵引网是由分布在铁路沿线各牵引变电所分区供电的。图1是一般牵引网分区供电示意图。整个牵引网被分割成若干供电分区，每个牵引变电所负责向该所两侧的供电分区供电。当相邻两供电分区的供电电压相位相同时，可采用“电分段”分段（不带中性嵌入段），当电压相位不同时则需用带中性嵌入段的“电分相”分段。
&图1& 牵引网分区供电示意图T—接触网；R—钢轨；SS—牵引变电所；C—电分段；FC—电分相；O—回流线。
牵引网的一个重要技术参数是网络的单位阻抗。它对牵引供电系统多项技术经济指标包括电压损失、电能损失、变电所间距和电气化铁路运营成本等都有重要影响。
牵引网供电方式网络结构形式可分为：直接供电方式、吸流变压器（BT）供电方式、自耦变压器（AT）供电方式和同轴电缆（CC）供电方式等。
如果按牵引网供电电源分类，则有单边供电，双边供电，复线上、下行环状供电，上、下行全并联供电，纽结供电和上下行不同相供电等方式。
直接供电方式&& 对牵引回流归路不作特别控制，任其自由流经钢轨和大地的一种牵引网供电方式。由于钢轨和大地间没有良好的绝缘，由钢轨泄入地中的回流分量较大，造成接触网和钢轨电流不均衡，对铁路沿线平行接近的架空通信线产生较大的电磁感应干捞（参见直接供电方式）。直接供电方式原理结线见图2。加到接触网上的电压可以是牵引变电所牵引母线的一相，也可以是经单一三相平衡转换后的统一单相电压（参见同相供电方式）。
&图2& 直接供电方式原理结线SS—牵引变电所；T—接触网；R—钢轨；IR—轨回流；I—牵引电流；Ie—地中回流。
一般直接供电方式牵引网（按触悬挂当量铜截面为100 mm2）的单位阻抗为0.6Ω/km左右。由牵引母线至机车用电点牵引网总阻抗则为单位阻抗与机车至牵引变电所距离的乘积。
吸流变压器（BT）供电方式& 一种可显著降低交流牵引网对平行接近架空通信线路危险电压和杂音干扰电动势的供电方式。图3为这种供电方式的原理结线。在牵引网中串联接入一定数量变比为1:1的吸流变压器，其一次绕组串联接入接触网中，二次绕组则串联接在专门架设的“回流线”中，在两相邻吸流变压器间，将回流线与钢轨作一次并联连接，在回流线的首、未两端也分别与钢轨连通。借助吸流变压器一、二次绕组间的互感作用，将直接供电方式时流经钢轨和大地的回流全部吸入回流线中，使接触网和回流线的电流达到完全平衡，减轻了对通信线的电磁感应影响，参见吸流变压器供电方式。
&图3& BT供电方式原理结线图H—回流线；T—接触网；R—钢轨；SS—牵引变电所；BT—吸流变压器。
BT牵引网阻抗与机车至牵引变电所的长度不是简单的线性关系。随着机车取流位置的不同，牵引网内的电流分布可有很大不同，例如图4中当机车位于供电臂内第一台BT前方（A）时，牵引负荷未通过吸流变压器一次绕组，其二次绕组没有电流流通，因此牵引网按直接供电方式运行，到达B处后，吸流变压器一次绕组有牵引电流流过，牵引回流被迫由钢轨逆行至远离电源侧的吸上线进入回流线，再经吸流变压器二次绕组返回牵引变电所，使牵引网阻抗大增。图4的曲线3是机车由牵引变电所出发在不同位置时的牵引网总阻抗。图中曲线2是BT供电方式长回路牵引网阻抗，即牵引负荷全程流经接触网和回流线时的阻抗，相当于机车位于吸上线处的牵引网阻抗。
&图4& BT供电方式牵引网阻抗图1—直接供电方式牵引网阻抗；2—BT供电方式长回路牵引网阻抗；3—列车由牵引母线侧运行至末端牵引网阻抗变化。BT牵引网阻抗通常较直接供电方式大50%左右。
自耦变压器（AT）供电方式 &&牵引网以2×25 kV电压供电，并在网内分散设置自耦变压器降压至25 kV供电力牵引用。图5是AT供电方式原理线圈。与接触网同杆架设一条对地电压为25kV但相位与接触网电压反相的“正馈线”，构成2×25 kV馈电系统。自耦变压器变比为2:1，其一次绕组接在接触网与正馈线之间，而中性点则接至钢轨。在接触网与钢轨和正馈线与钢轨间形成25 kV电压可供电力牵引用电。这种方式可在不提高牵引网绝缘水平的条件下将馈电电压提高一倍，可成倍提高牵引网的供电能力，扩展牵引变电所间距，牵引供电名项技术指标十分优越，特别适用于高速和重载电气化铁路，参见自耦变压器供电方式。
&图5& AT供电方式原理图T—接触网；R—钢轨；F—正馈线；SS—牵引变电所；AT—自耦变压器。
AT牵引网阻抗与机车取流位置亦不呈线性关系。图6是机车从AT网络SS端运行至 SP端时网络阻抗的变化曲线。图6中曲线1是AT网络的长回路阻抗，即机车正好位于AT处的AT网络阻抗。当机车位于两相邻AT之间时，网络阻抗见曲线2。参见牵引网阻抗。
&图6& AT牵引网阻抗1—长回路阻抗；2—AT牵引网总阻抗。
AT网络的长回路单位阻抗约为0.2Ω/km。
同轴电缆（CC）供电方式&& 将首相同轴电力电缆与接触网—钢轨回路并联，作为牵引电流主要载流导体以减轻对平行接近架空通信线电磁感应影响的一种供电方式，其结线原理见图7。与接触网同杆架设一条由内、外两层导体构成的单相同轴电力电缆（图8），电缆内、外层导体平均每5km～10km分别与接触网和钢轨作一次并联连接，形成若干个环状供电回路。内、外导体间有耐压为30kV的交联聚乙烯绝缘层。由于同轴电缆的单位阻抗较小，牵引电流将主要流经同轴电缆。此外，同轴电缆内、外导体电流接近平衡，对周围的电磁感应影响很小。
&图7& 同轴电缆供电系统原理接线图图8& 同轴电缆结构示意图
与架空裸接触线相比，高压同轴电缆导体的单位截面载流能力较小，导体需要截面较大，加上内、外绝缘层厚度，电缆的外径和重量很大，不仅加大了接触网支柱的荷重和施工难度，而且造价很高。除了局部特别困难的地段外，很少用于整段电气化铁路。
单边供电方式 &&牵引变电所从一侧单方向向牵引网供电的方式。图9是牵引网单边供电示意图。复线时，上、下行牵引网可以由同相牵引母线供电，也可以由不同相牵引母线供电。
&图9& 单边供电示意图SS—牵引变电所。
单边供电方式的技术特性&& ①网内电压障。一列平均取流为I的电气列车通过长度为L的供电臂时受电弓上最大电压降为
△Um=I·Z·L&&&&&&& (1)
式中，I为列车在带电运行时间内的平均电流（A）；Z为牵引网单位阻抗（Ω/km）；L为供电臂长度(km)。②列车通过供电臂时在网内的电力损失为：
&&&&&&&&&&&&&&&&&&&(2)
式中，r为牵引网单位阻抗的有效电阻分量（Ω/km）；t为列车通过供电臂的平均带电时分。
单边供电方式的牵引网电压降和电能损失较大，而继电保护则相对较简单。
双边供电方式 &&&牵引网由相邻两牵引变电所从两端同时供电的方式。图10是双边供电方式示意图。图（a）是单线双边供电方式；（b）是双线双边供电方式。在相邻两牵引变电所中间设分区所，可根据需要实现牵引网供电方式的转换。在双边供电牵引网发生短路故障时，分区所断路器可自动跳闸，使事故范围限制在一个供电分区内。
&图10& 双边供电示意图SS—牵引变电所；a—a 相母线；SP—分区所
双边供电方式的技术特性 ①列车在牵引网内的最大电压降为：
&&&&&&&& （3）&
式中，L1，L2分别为并联供电两臂长度(km)；当L1=L2=L时，
ΔUm＝I·Z·L，仅为单边供电的。②列车通过供电臂L在网内产生的电能损失为：&
&&&&&&&&&&（4）&
式中，t为列车通过供电臂的带电运行时分。
在工频单相25 kV牵引制式时，这种双边供电方式由于可能造成部分电力系统功率“穿越”接触网，给铁路牵引供电系统带来额外电力损失，以及当相邻牵引变电所由未联网的不同电力系统供电时将形成短路等原因，一般较少采用双边供电（见电力牵引分区所）。
复线环状供电方式&& 牵引变电所同侧的上、下行牵引网由同相牵引母线供电，在供电臂末端将上、下行牵引网联通，可构成环状供电方式（图11）。
&图11& 复线牵引网环状供电方式
环状供电方式的技术特性 ①复线牵引网在不同供电方式时由牵引母线至用电点的网络阻抗及电压降变化见图12。当机车位于距牵引变电所x km时的环状供电网络阻抗为：
&&&&&&&& （5）
式中，Z为单线牵引网单位阻抗（Ω/km）；L为供电臂长度。
②列车通过供电臂的电能损失与双边供电方式相同。
&图12& 复线牵引网阻抗1—单边供电方式；2—环状供电方式；3—全并联供电方式。
复线全并联供电方式 &&每隔数百米将上、下行接触网进行死连接，便于充分利用接触网导线截面的供电方式（图13）。这种方式的网内电压降和电能损失较小，但上、下行牵引网在电气上无法分开，发生短路事故时的影响范围较大。全并联方式的网络阻抗和电压降变化见图12之曲线3。可知特性最优。列车通过供电臂在网内造成的电能损失则为：
&&&&&&&&&&&&&&&&&（6）图13 复线全并联供电方式SS—牵引变电所图14 上、下行牵引网异相供电方式a，b—不同相牵引母线。
上、下行异相供电方式 &&以牵引变电所不同相牵引母线供不同行车方向牵引网的一种供电方式（图14）。这种方式对牵引变电所两侧的供电臂来说，基本上是单边供电，其技术指标亦与单边供电相似。其唯一优点是可以减少牵引网中电分相的数量，对高速电气化区段有利。
复线纽结供电方式 &&在供电臂中部设开闭所将上、下行四个方向的牵引网连接在一起，以降低牵引网电压降和电能损失，缩小牵引网事故范围的一种供电方式（图15）。适用于供电臂较长、牵引负荷较大的电化区段。纽结方式实际是将一个供电臂分成两个环状供电网络，其网络阻抗和电压降特性介于环状，而列车通过供电臂在网内产生邮电能损失则为：
图15& 复线牵引网纽结供电方式SS—牵引变电所；SSP—纽结开闭所；SP—分区所。
&&&&&&&& （7）
式中，L1，L2分别为供电臂内牵引变电所至纽结开闭所和分区所至纽结开闭所间的距离（km）；t1，t2为相应区段的带电走行时分。当，其电能损失较环状供电方式减少1/8。
<input type="hidden" name="content" value=" " />君，已阅读到文档的结尾了呢~~
。电力牵引供电系统课程设计。 。专
业：电气工程及其自动化。班
号：。指导教师：。兰州交通大学自动化与电气工程学院。20
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南广高铁牵引供电系统及继电保护整定探讨
&&& 假设阻抗为零，并且当机车位于2时，机车电流将被2全部吸上，根据变压器磁势平衡原理，流经2绕组的电流必方向相反、大小相等（为I/2）。根据基尔霍夫定律，流经接触网和正馈线电流为I/2，该电流由牵引变电所沿接触网流出，沿正馈线流回牵引变电所，这样保证了流经钢轨道电流为零。由于接触网与正馈线中的电流大小基本一致，具有相反的流经方向，且接触网与正馈线之间距离相对较小，因此产生的交变磁场相互抵消，将牵引电流对邻近通信线路的电磁干扰降到最低。
&&& 为进一步减小牵引网的电能损失，全并联供电方式是将牵引网上下行线路在所和分区所处并联，其结构如图4所示。这种供电方式下，由于存在多个机车的并联供电支路，因而减小了牵引网的阻抗，提高了牵引网的供电能力。此时若发生牵引网故障，也正是所有并联回路给故障点提供电流，进而故障分析变得相当复杂，凸显出其继电保护与普速铁路的巨大差别。
&&& 2 牵引变压器及牵引线路整定计算
&&& 2.1牵引馈线及牵引变压器保护整定
&&& 高速铁路牵引馈线保护要有距离保护、过电流保护、电流增量保护等。（1）距离保护是牵引馈线网络的主保护，利用机车负荷电流的谐波含量动态调节阻抗四边形动作特性边界，进而保证保护在负荷电流下不会误动。（2）过电流保护根据牵引网供电方式可配置1-3段，一般需综合考虑谐波抑制和励磁涌流闭锁措施。（3）电流增量保护主要是根据电流短时间内的变化幅度来区分负荷电流和故障电流的：正常运行下，机车沿线顺向行使，所以牵引网馈线电流增量不会超过新增一辆车电流的最大值；而在故障时，流进馈线的短路电流急剧增大，电流增量比负荷电流大得多。
&&& 牵引网保护定值计算需考虑牵引网所不并联以及所全并联两种运行方式，同时也要考量正常供电和越区供电两种方案。正常供电方案是指各牵引变电所供电臂供电至相邻分区所分相；而越区供电方案是指当相邻牵引变电所解列时，其牵引变电所经分区所越区供电至解列的牵引变电所首端分相。
&&& 在牵引网所不并联以及所全并联供电方式下，牵引变电所、所和分区所的测量电流和测量阻抗的大小和方向在不同线路、不同段故障时有明显差别，于是提出基于电流特征和阻抗特征的供电臂联跳保护方案。在牵引网各处发生不同类型故障时，故障供电臂上的联跳保护元件中至少有一个可靠正确动作并联跳同一供电臂上的其它保护，使故障供电臂隔离，而非故障供电臂上的保护全部可靠不动作。
&&& 由于牵引网所不并联以及所全并联两种运行方式下，流经牵引变电所馈线断路器的故障电流及测量阻抗差别较大，因此分别计算牵引馈线保护定值。而牵引变压器的保护定值计算时需要综合考虑，确保在牵引网所不并联以及所全并联两种运行方式下与馈线保护定值配合。
&&& 同常规变压器一样，牵引变压器一般采用差动保护作为主保护，包含差动电流速断保护和比率差动电流保护。同时，牵引变压器还装设以下后备保护：（1）三相低电压过电流保护，需要强调的是由于正常运行时牵引供电系统就存在负序电压和负序电流，有可能造成复合电压启动的过电流保护误动作，因此南广高铁采用了低压启动过电流保护作为牵引变压器高、低压侧的后备保护，并按额定电流整定，提高了过电流保护的灵敏性。（2）主变失压保护。（3）单相低电压过电流保护。（4）高低压侧的距离保护。（5）主变非电量保护。
&&& 除了过流保护外，距离保护也是牵引变压器不可替代的后备保护。牵引变压器低压侧一般配置I段距离保护作为牵引馈线和低压供电T-F母线故障的后备保护，保护范围按所有出线中最长的馈线阻抗值整定。低压侧距离I段的阻抗整定为：
&&& 式中，Zti，1为第i条线路的距离I段动作阻抗值；Tti，1为相应的动作时限；Ztd，1为低压侧距离I段的动作阻抗；Ttd，1为相应的动作时间；△t为时限间隔。
&&& 牵引变压器高压侧一般配置两段距离保护以保证速动性并为下一级提供后备保护。距离I段的保护阻抗值应不超过变压器漏阻抗，也就是说仅保护高压侧引出线故障、套管故障及变压器内部故障；距离II段的保护范围按与低压侧距离1段配X合整定。高压侧距离I段的阻抗整定为：
Ztg，1＝Kk&Zt（3）
式中，Zt为归算到高压侧的变压器漏阻抗；Kk为可靠系数。动作时间Ttg，1一般整定为Os。
&&& 而高压侧距离II段的阻抗整定为：
&&& Ztg，2 =Zt +Ztg，1（4）其动作时间Ttg，1应和Ttd，1配合。
2.2牵引变供电线路距离保护整定
&&& 南广高铁牵引线路牵引站侧未配线路保护，因此线路没有纵联保护。但电网系统侧均配置2套完整的线路保护，每套保护均配置3段式相间及接地距离作为主保护，配置2段零序过流（和流）保护和1段TV断线过流作为后备保护，因此距离保护整定方案对于保证高铁安全可靠供电至关重要。
&&& （1）距离保护I段。
&&& 按躲本线路末端故障整定：
&&& Zdz＝Kk&Zl（5）
式中，Kk为可靠系数，一般取0. 7 ；ZI，为本线路的正序阻抗。因线路无纵联保护，故当稳定要求故障切除时间小于0.2s时，需要整定。s切除全线故障，整定原则调整为保证本线路末端故障有灵敏度并躲过牵引变压器其它侧母线故障，见式（7）。
&&& （2）距离保护II段。
&&& ①按本线末故障有灵敏度整定：
&&&&& Zdz＝Klm&ZL（6）
式中，Klm为灵敏系数。
&&& ②按躲过牵引变低压侧母线故障整定：
&&& Zdz＝Kk&Zl+KkT&Zt/3&&&&&&&&&&&&&&&&& （7）
式中，Kk为可靠系数，取0. 8；KT为可靠系数，取0. 7 ；Z，为牵引变压器正序阻抗，取最大容量变压器阻抗（即最小阻抗）。对于V/X牵引变压器，其短路阻抗分别为TN短路阻抗、FN短路阻抗和TF（TFN）短路阻抗。如，在变压器额定容量40MW下，南广高铁某牵引变压器的TN短路阻抗、FN短路阻抗和TF（TFN）短路阻抗百分比分别为13.85%、13. 85％和12. 79％，对应的有名值分别为167. 5、167. 5和154. 7&O。这三个短路阻抗值的差异不大，TN短路阻抗与FN短路阻抗基本相等，TF（TFN）短路阻抗值最小。
&&& 距离保护II段动作时间与牵引变压器差动保护配合整定，一般取0.2s；当稳定要求故障切除时间小于0. 3s且不小于0. 2s时取0.1s。
&&&&& （3）距离保护III段。&&&[2]&&&
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