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电气化铁路供电系统设计
变电所、电力网、电能用户组成，它们分别完成电能的生产、电压变换、电能的传输、分配及使用。 (1)发电厂
发电厂是生产电能的工厂，它的生产原料是煤、水力、核能等能源，它的产品就是电能。按照发电厂所使用的一次能源不同，发电厂可分为火力发电厂、水力发电厂和核发电厂。 (2)变配电所
变配电所是变换电能电压和接受分配电能的场所，是联系发电厂和电能用户的中间枢纽。如果仅用于接受电能和分配电能，则称为配电所，而仅用以把交流电能变换直流电能，则称为变电所。变配电所有升压和降压之分。升压变电所一般和大型发电厂结合在一起，把电能电压升高，再进行长距离输送。降压变电所多设在用电区域，将高压适当降低后，对某地区或用户供电。 (3)电力网
输电线路和配电线路统称为电力网。电力网是输送电能和分配电能的通道，是联系发电厂、变配电所和电能用户的纽带。根据各种不同电压等级和不同结构类型可分为220kv（输电线路）、110kv（高压配电线路）、6～35kv（中压配电线路）380～220v（低压配电线路）。 (4)电能用户
电能用户主要包括工矿企业和居民区等。按照用户的重要程度和对供电可靠性的要求，用电负荷可分为三类：一级负荷、二级负荷和三级负荷。 二、电能质量标准
电力设备都是在一定频率的电压下工作的。电压的频率或电压偏差，都会影响用电设备的寿命和效率，甚至会直接损坏用电设备，供电部门应保证供电质量。电能的质量指标主要包括供电频率、电压偏差、电压的不对称性和波形的非正弦性和供电的可靠性。
1.3牵引供变电系统的组成
电力牵引供变电系统是指从电力系统或一次供电系统接受电能，通过变压、变相或换流（将工频交流变换为低频交流或直流电压）后，向电力机车负荷提供所需电流制式（交流或直流）的电能，并完成牵引电能传输、配电等全部功能的完整系统。工频交流单相电力牵引供电系统主要由牵引变电所和牵引网组成。牵引网实行单相供电，由馈电线（简称馈线）、接触网、轨道电路及回流线等组成。为了使电能有效、可靠地供给电力机车，牵引网上还安装有分相绝缘器，分段绝缘器等设备，供电系统中设有分区所、开闭所等。我国规定牵引网额定电压为25kv，额定频率为50Hz。交流电气化牵引供电系统组成结构如图1.1所示，牵引供电构成的回路是：牵引变电所——馈电线——接触网——电力机车——钢轨和大地——回流线——牵引变电所。
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图1.1电气化铁道供电系统示意图
城市轨道交通的直流电力牵引供电系统则有主变电所、直流牵引变电所、牵引网等组成。
交流电力牵引供电系统因牵引网对抑制通信干扰采取的技术措施不同而区分为直接供电方式、带回流导线的供电方式、带吸流变压器（BT）供电方式，以及2×25kv自耦变压器（AT）供电方式，不同供电方式的系统和装置结构有所不同。 一、牵引变电所
牵引变电所是交流工频单相电力牵引供变电系统的重要环节，它完成变压、变相和牵引网供电等功能，并实现三相交流一次供电系统与单相电力牵引系统的借口与系统。牵引变电所停电后，可由相邻变电所实现越区供电，但牵引网电压水平将下降。
根据交流牵引网的不同供电方式和牵引变电所为抑制单相牵引负荷造成电力系统的不对称影响，可采用不同接线方式与结构的主变压器，区分为三相牵引变电所（一般为Y，d11接线主变压器）、单相牵引变电所（含V／V形接线方式主变压器），三相二相牵引变电所（采用特种接线方式，用以变相的平衡变压器）。相对于牵引网不同供电方式而言，则区分为一般（直供、BT方式）供电方式牵引变电所和自耦变压器（AT）供电方式牵引变电所。 二、接触网
按电力机车集电方式的不同，接触网可分为：架空单线式、架空复线式和接触轨（第三轨）三种方式。交流电气化铁道一般均采用架空单线式：城市无轨电车则采用架空复线式，第三轨方式则普遍应用于地下铁道。架空接触网是一种悬挂在电气化铁道钢轨上方并和轨面保持一定距离的链型或单导线系统，专为电力机车或电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取得电能。
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三、馈电线
馈电线是连接牵引变电所和接触网的导线，也称馈出线。馈电线一般采用钢芯铝绞线，将变电所的电能输送给接触网。 四、回流线
回流线是牵引供电回路中的一部分，是将轨道和牵引变电所主变压器接地相之间连接的导线，通过其将流经电力机车的负荷电流引入变电所。 五、轨道
轨道除了作为电力机车的导轨外，同时是牵引供电系统中回流电路的一部分，在供给机车的电流中有一部分是流入大地的，轨道的作用就是将大行动中的回流导入变电所。
1.4牵引供电方式
交流电力牵引供电系统因牵引网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。牵引供电系统的供电方式主要包括直接供电方式、带回流导线的供电方式、带吸流变压器（BT）供电方式，以及2×25kv自耦变压器（AT）供电方式。牵引网的供电方式则包括单边供电、上下行并联供电和双边供电。 一、牵引供电系统的供电方式 (1)直接供电方式（TR供电方式）
直接供电方式是在牵引网中不断增加特殊防护措施的一种供电方式，是结构最简单的一种。电气化铁路最早大都采用这种供电方式，它的一根馈线接在接触网（T）上，另一根馈线接在钢轨（R）上，如图1.2所示。这种供电方式结构简单，投资最省，牵引网阻损较小，能耗也较低。供电距离单线一般为30km左右，复线一般为25km左右。电气化铁路是单相负荷，机车由接触网取得电流经钢轨流回牵引变电所。由于钢轨与大地是不绝缘的，一部分回流电流由钢轨流入大地，因此对通信线路产生较大电磁干扰。这是直接供电方式的缺点，它一般采用在铁路沿线通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段。
图 1.2 直接供电方式原理图
(2)吸流变压器供电方式（BT供电方式）
BT供电方式是在牵引网中架设有吸流变压器—回流线装置的一种供电方式。与直接供电方式相比，是在系统中增加了吸流变压器设备。此种方式目前在我国电气化铁路上
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采用较广。吸流变压器是变比为1：1的变压器，它的一次绕组串接在接触网（T）上，二次绕组串接在专为牵引电流流回牵引变电所而特设的回流线（NF）上，所以也称吸流变压器—回流线供电方式，如图1.3所示。
图1.3 BT供电方式原理图
吸流变压器供电方式的工作原理是，由于吸流变压器的变比为1：1，当吸流变压器的一次绕组流过牵引电流时，在其二次绕组中强制回流通过吸上线流入回流线。由于接触网与回流线中流过的电流大致相等，方向相反，因此对邻近的通信线路的电磁感应绝大部分被抵消，从而降低了对通信线路的干扰。这种供电方式由于在牵引网中串联了吸流变压器，牵引网的阻抗比直接供电方式约大50％，能耗也比较大，供电距离也较短，单线一般为25km左右，复线一般为20km左右，投资也比直接供电方式大。 (3)带回流线的直接供电方式（DN供电方式）
DN供电方式是在接触网支柱上架有一条与钢轨并联的回流线，如图1.4所示。这种供电方式取消了吸流变压器，保留了回流线。利用接触网与回流线之间的互感作用，使钢轨中的回流尽可能地由回流线回牵引变电所。因而能部分抵消接触网对邻近通信线路的干扰，但其防干扰效果不让BT供电方式。这种供电方式可在对通信线路防干扰要求不高的区段采用。由于取消了吸流变压器，只保留了回流线，因此牵引网阻抗比直接供电方式低一些，供电性能好一些，造价也比BT供电方式低。目前，这种供电方式在我国电气化铁路上得到了广泛应用。
图1.4 DN供电方式原理图
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