(一)一次供电网络
一次供电网络是指直接向牵引变电所供电的地区变电所(或发电厂)及高压输电线路。输电线路一般分为两路,电压为110 kV。近年来,也有采用220 kV的(哈大线),相比之下,后者电源的可靠性和稳定性等技术指标相对较高。
上述高压输电线路虽然专门用于牵引供电,但由国家电力部门修建并管理,并以牵引变电所的110 kV进线门形架为分界点。
(二)牵引变电所
牵引变电所的作用是降压,并将三相电源转换成两个单相电源,然后通过馈电线分别供电给牵引变电所两侧的接触网。
(三)牵引网
牵引网是由馈电线、接触网、钢轨、回流线组成的双导线供电系统。 馈电线是连接牵引变电所母线和接触网的架空铝绞线。馈电线除直接送电给接触网外,还要送电给附近车站,机务折返段,开闭所等,所以债电线的数目较多,距离也可能较长。
接触网是牵引网的主体,由于接触网分布广,结构复杂,运行条件又差,所以不仅日常维修工作量大,短路故障也较多,故与牵引供电的可靠性关系极大。
流过电力机车的负荷电流经钢轨和回流线回到牵引变电所。由于钢轨对地并
非绝缘,所以部分电流沿大地流回到牵引变电所,形成地中电流。
(四)分区亭
为了增加供电的灵活性,提高运行的可靠性,在两个相邻牵引变电所供电的接触网区段通常加设分区亭,如图1一2中的8所示。分区亭的作用是:
(1)可以使相邻两供电区段实行并联供电或分开供电,也可使复线区段的上、下行实行并联或分开供电。
(2)相邻牵引变电所发生故障而不能继续供电时,可以闭合分区亭内的断路器由非故障牵引变电所实行越区供电。
(五)开闭所
电气化铁道的枢钮站场(如编组站、客站、机车整备线等),均由接触网供电。为了提高供电的可靠性和灵活性,通常将其分组并独立供电,为此就需要增设开闭所,如图1一2中的10所示。如果是复线电气化铁道区段,通过开闭所的断路器还可将上行和下行接触网并联起来,此时的开闭所还兼有分区亭的作用。
三、牵引变电所的一次供电方式
牵引变电所的一次供电方式又称一次侧供电方式或外部供电方式。因为电气化铁道牵引供电属于一级负荷,中断供电将会造成重大经济损失和严重的社会影响。因此对一次供电的可靠性要求很高。通常要求每个牵引变电所必须有两个独立电源供电,或者由两路非同杆架设的输电线路供电,其中每路输电线应能承担牵引变电所的全部负荷。两路电源互为备用或一主一备,即一路可长期供电,另一路由于某种原因只能作为短期备用。当供电电源故障时,备用电源应能立即投人。
根据供电系统的分布状况,发电厂和地区变电所的位置以及容量等因素,牵引变电所的供电方式有以下几种:
(一)一边供电
一边供电是指牵引变电所的电能只能由电力系统中的一个方向送来,如图1一3所示。图中牵引变电所Cl、C2, C3只能从右侧的发电厂A1用两路输电线供电。而发电厂A1又通过地区变电所B1,B2,B3与发电厂A2,A3相连,构成一个可靠的供电网络,保证任一电源故障,都不会中断供电。
(二)两边供电
两边供电就是指牵引变电所的电能由电力系统中的两个方向送来,如图1-4中的牵引变电所C,它的两侧都有电源,左侧发电厂A1用一条输电线给牵引变电所送电,并供电给地区变电所B,而变电所B又由发电厂A2供电,并由一条专用输电线供给牵引变电所C。
(三)环形供电
环形供电是指若干个发电厂、地区变电所通过高压输电线连接成环形电力网,而牵引变电所处于环形电力系统中的一段环路之中。仍以图1一4说明,如果发电厂A1通过输电线W1、W2与发电厂A1或A2以远的电网连接,则形成环形电力系统,这时牵引变电所C就处于电力系统的一段环形之中而构成环形供电。
不难看出,两边供电和环形供电,比一边供电有更高的可靠性和更好的供电
质量。两边供电的优点在于任一座发电厂故障时,电气化铁道的供电不会中断。环形供电的优点则在于电力系统的频率稳定,电压波动的幅度较少。因此,牵引变电所的一次供电方式,应尽可能采用两边供电或环形供电。通常在一条很长的电气化铁道区段上,往往同时采用几种不同的外部供电方式。
四、牵引变电所的引入线方式
牵引变电所的引人线方式又称为牵引变电所一次侧的主接线方式。采用何种引人线方式,需要从技术、经济、运行、外部供电方式以及主变压器的接线方式等因素综合比较后才能确定。
目前我国牵引变电所的引人线方式有以下3种: 1.桥接线方式
当电力系统的功率需要穿越牵引变电所时,采用此种引人线方式,如图1 -5(a)所示。
牵引变电所有两路引人线,并通过桥断路器连接起来,以便通过穿越功率。当桥断路器位于牵引变压器侧时,称为内桥,当桥断路器在线路侧时,称为外桥
2.双T接线方式
双T接线方式又称为分支接线,即两路输电线路分别引出两条支线到牵引变电所,构成双T,如图I一5(b)所示。此种引人方式通常只有一路送电,另一路备用。
在牵引供电系统中,双T接线方式应用最多。 3.单母线分段方式
当牵引变电所除了两回电源引人线外,还需要引出线的中心变电所,通常采用此种引入线方式,如图1一5(c)所示。图中母线分段断路器既能经常通过穿越功率,又可在必要时将母线分成两段,以提高供电的可靠性和灵活性。
四、接触网的供电方式
接触网的供电方式是指牵引变电所向接触网的供电方式。牵引变电所是沿着电气化铁道区段分布的,每一个变电所有一定的供电范围。接触网也相应分成许多供电分段,每段称为供电分区,一个供电分区的长度对应于线路的区间数约为1~5个区间。每一个区段可以从一边供电,称为单边供电,也可以从两边供电,称为双边供电。现将单线铁路和复线铁路两种情况分述如下。
(一)单线区段
1.单边供电:即接触网的每个分段由牵引变电所从一边供应电能,如图1一6所示。每个牵引变电所的两个臂供两个接触网区段,相邻两个变电所之间的两段接触网相互绝缘。但为了在必要时实行越区供电,在接触网分界点设有柱上隔离开关,且照惯例,此两段接触网供同相电。
单线单边供电方式是每个供电臂独立供电,变电所的倒闸操作及馈线保护都比较简单,故目前普遍采用。
2.双边供电:当相邻两牵引变电所之间的两段接触网用分区亭中的断路器连接,并从两变电所同时供电,这种供电方式称单线双边供电,如图1一6所示。分区亭的作用是缩小接触网故障停电范围和检修时的停电范围。
两边供电时,电力机车从两个牵引变电所取流,所以每条馈电线的电流相对减小,从而可以减小牵引网中的电压损失和电能损失,有利于改善供电臂的电压水平,降低铁路的运营成本,而且牵引变电压器和接触网悬挂的负荷载较均匀。同时由于电力机车两边的供电电流方向相反,故可以减小对通信线路的电磁感应千扰。两边供电的主要缺点是增设了分区亭中的一、二次设备,运营维护也需投人许多人力、物力。同时,当两牵引变电所的电压有差异时,还可能出现不平衡电流,从而产生附加的电能损失。