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研究报告

班级：电气1103班学号：

研究课题《世界电气化铁路的供电方式及新型供电方式的原理》《电力机车过电分相的问题有哪些解决方法》

1.课题研究的目的及意义：

说起电气化铁路，大家可能首先想到的就是线路两旁一根根的线杆和列车头顶密如蛛网的电线吧。没错电气化铁路与普通铁路最明显的不同在于，它除了地上一条线（轨道）、还有天上一张网（接触网），是一种立体化的线路。

电力机车所需的电能来自发电厂由输电线路、变电装置、牵引用电网络、回流电路等组成的供用电系统供应。世界各国采用的供电制式各不相同，我国的电气化铁路选择了25千伏单相工频（50赫兹）交流供电制式。这种供电制式与工业生产所使用电流频率简称工频相同能使牵引动力获得最佳效果。从天上到地下，一套复杂完整的大系统为电气化列车的运行提供了保证。

2.研究内容：

世界上有高铁的一些国家的供电方式：

1)意大利的直流供电

意大利是目前高速新线上唯一一条采用直流供电方式的线路，最高速度为250km/h，供电电压中，标准电压为DC3000V，但变动范围最高电压达3800V，最低电压为2800V，利用自动电压调整装置调整为3600V。

2)德国的交流供电

德国采用的15kV 16 2/3Hz的低频电是1904年得以实用化的供电方式。这种低频供电是为了在牵引电机上使用交流整流子电动机而引进的方式。

3)商用频率的交流供电

日本的新干线是从电力公司通过3相交流接收25kV的商用频率，用斯科特接线变压器或者变形伍德布里奇接线变压器将3相变为2相，按照不同的方向分别进行2相供电的异相供电。在使用25kV 50Hz的商用频率的法国等国家，从电力公司的变电所接收单相电，在铁路公司的变电所直接供电。除日本之外，欧洲是

50Hz，美国为60Hz，最近开通运行的韩国和正在建设中的台湾高速铁路为美国系的60Hz。但是，在25kV的交流供电中，其25kV为标准电压，日本的最高电压和最大电压与外国是不同的。法国的TGV东南线开业初期使用的是直接供电和AT供电2种供电方式。世界其他国家称为2×25kV供电。在高速铁路中，唯一的交流铁路使用直接供电的只有西班牙。我国电气化铁路采用工频单相交流牵引制，采用的供电方式有：直接供电、带回流线的直接供电方式、吸流变压器供电方式（BT供电）、自耦变压器供电方式（AT供电）在我国高速电气化铁路大多采用AT供电方式，这几种供电方式的优缺点就不在这里详细的说了。

4)同相供电：为了解决异项供电方式存在的电能质量和电力机车过分相的问

题，将有源补偿和无源补偿技术相结合，提出基于平衡变压器接线方式的混合式同相牵引供电系统的结构。

5)独立供电：其电力系统的电压波动与偏差，电源频率的偏差等与牵引供电系

统自身电压调整互不影响，可各自独立进行，这样谐波问题可极大改善，理论上为零。实现电力系统与牵引供电系统零干扰。

课题二《关于电分相的问题》

为了平衡牵引供电系统中三相负荷，电气化铁路接触网每隔20-25km就有一长约30米的供电死区，再此供电区设有：断、合，提示牌。此时司机必须通过手动断开断路器，这样一方面影响了行车速度，另一方面也增加了司机的疲劳程度。稍有疏忽会酿成重大事故。所以为了减轻司机的疲劳程度和减小牵引损失必须采用自动电分相装置，此外随着铁路的提速和电气化铁路的发展电力机车的时速可高达200至350km/h。根据上述要求，在变电所出口处及两牵引变电所之间（供电臂末端），必须设电分相装置。电分相装置分为四种类型，即常规电分相装置、地面自动转换电分相装置、柱上断载自动转换电分相装置及车载断电自动转换电分相装置。实现电分相，当前常规电分相采用的有两种办法，其一是利用锚段关节进行电分相，另一种是利用专门的电分相装置进行电分相，后者称为电分相绝缘器。电分相绝缘器与锚段关节不同，它只能用于电气上的绝缘，而导线在机械上

则是通过电分相绝缘器连接在一起，不能作为机械分段。而绝缘锚段关节则既可以实现电气分开，也可以实现机械方面的分开。

器件式电分相采用绝缘器件进行分相绝缘如是一种由三组分段绝缘元件串联组成的分相设备，串联在接触线中，绝缘元件为环氧树脂玻璃布层压板，每件绝缘元件长度为1.8米，宽度为25mm，高度为60mm,在底部开有斜沟槽。两端部绝缘元件之间的不带电段称为中性段，电力机车通过中型区段时为断电惰性通过；电分相绝缘器的两端的接触网为不同相供电，它保证列车安全通过而不发生短接事故。因此，中性段不宜过长，其长度以电力机车升起双弓时不短接不同相接触为限。电分相绝缘上方的承力索，通过与绝缘元件相应的3片悬式绝缘子（每串为4片）断开。

关节式电分相，接触悬挂中的承力索和接触线在延续到一定的长度后，为满足机械方面受力的要求及方便施工，必须分成为一个个相互独立的线段即为接触网的机械分段。机械分段的作用是减少事故范围，即当某一个线段发生事故时，不影响另一线段的接触悬挂，也便于在线段的两端设张力补偿装置。必要时，还可将其设置成电气上能相互分开的线段，同时起电分段的作用。

关节式电分相种类由两个绝缘锚段关节和一段接触网中性区组成。由于绝缘锚段关节有三跨、四跨和五跨3种型式，跨距长度不同，两个关节的衔接布置也有多种方式，造成目前关节式电分相存在七跨、八跨、九跨、十跨、十二跨等多种型式。

自动过分相方案：

车载断电自动转换电分相装置，是在电力机车控制室内及电分相区域安装必要的装置和设备，以至于不需要人为干预而实现电力机车自动转换的电分相装置。是目前世界上所出现的三种自动过的电分相形式的一种，这种装置在广州铁路（集团）公司研制成功，并且通过技术鉴定。

地面开关自动切换：地面过电分相自动转换装置设在锚段关节的分相区，在锚段关节的分相区处嵌入一个中性段，其两端分别由空气绝缘器间隙与两相绝缘网绝缘。

柱上式网上断载自动过电分相装置：柱上式网上断载自动过电分相装置，是三种自动转换过电分相装置的一种模式。它的特点是其自动转换过电分相的设备在支柱上；其次在过电分相的瞬间，对电力机车实行断电；另外是设备简单，节省地面空间，且减少维护费用。网上断载自动过电分相装置，是在接触网的电分相中性区域安心黄相应实现自动过电分相的装置设备，是现在无人为干扰的情况下，机车自动通过电分相区域。

目前还存在这一种射频卡，及GPS定位方案，此方案是将射频卡固定在接触网上，通过预定和计算前方分相点的距离，根据机车的速度和射频卡定位微机系统自动进行过分相操作。其缺点时列车在反方向用行时不能使用。此外还有惰性电分相在这里不再一一介绍了。研究结论：

本次研究报告，对两个内容作了简单的分析与研究，发现不管是牵引供电的方式还是电分相的问题，还有好多问题等着我们去琢磨，去学习，我们现在学的东西还是皮毛的皮毛，这里面牵扯了复杂的物理过程和数学运算，我们需要多看资料多读文献。

2014年5月25日