任务一 接触网类型的认知（一）

任务描述：

       本任务是对接触网作用的整体介绍，通过本任务的完成，能实现对接触网整体作用的认知，为后续任务的执行奠定基础。

课堂思政：

       中国铁路经历艰苦奋斗，终于实现高铁技术自主研发、自主创新，让中国高铁走向世界。

    

（一）接触网的定义

 

1、广义定义

   接触网本质上就是一种传输电能的线路，与传统的电力线路一样，将从变电所获得的电能进行远距离传输，送给指定的用电设备。但由于接触网的用电设备是指定的电气化铁路或城市轨道交通用的电力机车，因此接触网的电压等级和供电方式与传统电力线路不同。   

   电力机车的特点是必须随时变换运行位置，为保障运行安全，不能将电线直接与电力机车固定连接，只能将提供电能的线路进行固定架设，通过与电力机车上的受电弓或取流靴直接接触传输电能，因此顾名思义，叫做“接触网”。

   接触网有广义和狭义的定义。广义上的接触网包括电气化铁路和城市轨道交通中向电力机车提供电能的多种类型的特殊供电线路。目前包括架空柔性接触网、架空刚性接触网（又叫刚性悬挂）、接触轨。

 1）柔性接触网，是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。它的特点是采用承力索、接触线、吊弦等柔性线索组成链型悬挂。优点是第一次投资少，缺点是结构稳定性差，维护成本较高，需占用较大空间。

                                                                       柔性接触网

        2）刚性接触网是将接触导线夹装在汇流排上的一种悬挂方式，依靠汇流排自身的刚性使得接触导线保持在同一安装高度，从而取消链形悬挂承力索而使接触悬挂系统具备最小的结构高度，最大程度利用有限的悬挂空间。刚性悬挂系统中接触导线及汇流排不受张力作用，与柔性接触悬挂系统相比，无断线的可能。

                                                                            刚性接触网

              刚性接触网悬挂方式   

                                     

                       π型刚性悬挂汇流排图                                                            T型刚性悬挂汇流排图 

                                                                  刚性接触网锚段关节

      3）第三轨接触轨是采用钢轨或者铺设第三根钢轨将电能传输到地铁和城市轨道交通系统电力牵引车辆上的装置。接触轨通过集电靴将电能传输给车辆。根据集电靴从接触轨的取流方式不同，接触轨的安装方式可分为：上接触、下接触、侧接触三种方式。接触轨系统主要由钢铝复合轨(包括铝轨本体和不锈钢带)、膨胀接头、端部弯头等相关部件及绝缘支撑装置组成，为电力机车组提供电能。电力的输送是通过电客车集电靴与复合轨的接触来实现的。

                                                                      第三轨

2、狭义定义

       狭义的接触网是特指架空柔性接触网，是在电气化铁道中，沿钢轨上空“之”字形架设的，供受电弓取流的高压输电线。其由接触悬挂、支持装置、定位装置、支柱与基础几部分组成。它的特点是采用承力索、接触线、吊弦等柔性线索组成链型悬挂。优点是第一次投资少，缺点是结构稳定性差，维护成本较高，需占用较大空间。

（二）接触网的供电方式  

1、牵引供电系统

    地方电力网将电能输送到铁路牵引变电所，经变电所主变压器降压至适合于电力机车使用的电压等级后，再经馈电线将电能送到接触网上，因此接触网是向电力机车供电的特殊输电线路，是牵引供变电系统的重要组成部分。

2、供电方式

        1-输电线；2-牵引变电所；3-馈电线；4-接触网；5-电力机车；6-钢轨；7-分区亭

    接触网上的额定电压为25kV，由于供电距离较长，电能在输电线路和接触网中产生电能损耗，使接触网末端电压降低。为了让接触网末端电压不低于电力机车的最低工作电压，要求两牵引变电所之间的距离一般为40～60km，牵引变电所馈出母线上的额定电压为27.5kV；具体位置需经供电计算确定。

A：单边供电

两个牵引变电所之间将接触网分成两个供电分区(又称供电臂)，正常情况两相邻供电臂之间在接触网上是绝缘的，每个供电分区只从一端牵引变电所获得电能的供电方式称为单边供电。

           1-输电线；2-牵引变电所；3-馈电线；4-接触网；5-电力机车；6-钢轨；7-分区亭

B：双边供电

若两个供电分区通过开关设备，在电路上连通，两个供电分区可同时从两个牵引变电所获得电能，这种供电方式称为双边供电。双边供电可提高接触网电压水平，减少电能损耗。但馈线及分区亭的保护及开关设备都较复杂，因此，目前采用较少。

      C：越区供电

    越区供电是当某一牵引变电所因故障不能正常供电时，故障变电所担负的供电臂，经分区亭开关设备与相邻供电臂接通，由相邻牵引变电所进行临时供电。这种供电方式称越区供电。因越区供电增大了该变电所主变压器的负荷，对电器设备安全和供电质量影响较大，因此，只能在较短时间内实行越区供电，是避免中断运输的临时性措施。

D:并联供电方式

    每一供电臂分别向上、下行接触网供电，因此牵引变电所馈出线有四条。同一侧供电臂上、下行线实行并联供电，可提高供电臂末端电压。越区供电时，通过分区亭开关设备来实现。

（三）按牵引系统的供电方式

1、直接供电方式

    直接供电方式是指，牵引变电所与接触网间不设置任何防干扰设备。这种供电方式的馈电回路结构简单，造价低，但对通信线路干扰较大。因此，根据我国目前通信设备状况，此种供电方式仅适用于通信线路较少的电气化铁路区段，或将通信线路改迁至远离电气化铁路的地区。

2、BT供电方式

    在牵引供电系统中加装吸流变压器一回流线装置的供电方式称BT供电方式，这种供电方式适用于电气化铁道穿越大、中城市及铁路两侧分布通信线路较多的地区，能有效地减轻电磁场对附近通信设备的干扰影响，但由于吸流变压器原、次边线圈串入接触网和回流线内，使牵引网阻抗增大、降低了供电臂末端电压，造成牵引变电所间距减小、馈电回路结构复杂、造价较高等弊病。

    接触网上的牵引电流流经吸流变压器原边绕组，经电力机车流人钢轨。吸流变压器次边绕组串入回流线内，通过吸流变压器电磁工作原理，将钢轨回路中的牵引电流经吸上线吸引至回流线并返回牵引变电所。在理想的情况下，接触网与回流线上的电流大小相等方向相反，它们在周围空间产生的电磁场互相抵消，从而消除了对附近通信线路的电磁干扰。但实际上，回流线的电流总是小于接触网上的电流，仍有少部分牵引电流经钢轨和大地返回牵引变电所。另外，当电力机车位置在吸流变压器附近时，从机车到吸上线之间的半段距离中，牵引电流基本上流经钢轨，这种情况称为“半段效应”，上述情况下对通信线路仍有一定的干扰。因此该种供电方式已经逐步淘汰。

3、AT供电方式  

      AT供电方式又称自耦变压器供电方式，随着对外开放和引进国外先进技术，我国在新建电气化铁道上已有采用，目前我国高速铁路主要采用这种供电方式。

在AT牵引变电所中，牵引变压器将110kV三相电降压至单相55kV，然后经自耦变压器两端分别接到接触网和正馈线上，自耦变压器中心抽头与钢轨相连。则钢轨与接触网间的电压正好是自耦变压器两端电压的一半即27.5kV，与正常接触网工作电压相同。

在AT供电方式区段，与接触网同杆架设在田野侧的还有一条保护线，它相当于架空地线，在自耦变压器处保护线经接触悬挂接地部分或双重绝缘子中部同钢轨连接。保护线电位一般在500V以下，正常情况下无电流通过。当绝缘子发生闪络时，短路电流可通过保护线作为回路，减少了对铁路信号轨道电路的干扰。同时对接触网起屏蔽作用也减少对架空通信线的干扰，另外起避雷线的作用，雷电可通过接在保护线上的放电器入地。

横向连接线将钢轨与保护线并联，其目的是在钢轨对地泄漏电阻和机车取流较大时，降低钢轨电位。

除了牵引变电所馈出线处设置自耦变压器外，在供电臂中还要单独设置自耦变压器即AT所。AT所的间隔除考虑防止干扰外，还应考虑供电回路阻抗及钢轨电位的影响，一般按10~15km间隔设置。

采用AT供电方式使牵引网电压增高，电流减小，牵引变电所间距离增大，提高了供电质量减少了投资。自耦变压器并联于接触网上，不需增设电分段，能适应高速、大功率电力机车运行。但AT供电方式也使牵引变电所主接线和接触网结构复杂，增设了AT所等不利因素。

4、直供加回流线供电方式

    在近几年新建的电气化铁道区段，我国普遍采用一种称为直供加回流线的供电方式，它与直供、BT供电方式不同的是在接触网支柱田野侧，架设一条回流线不设吸流变压器。每隔一定距离，通过吸上线将回流线与轨道扼流变压器中性点相连，扼流变压器连接情况见图8。扼流变压器起到平衡两条钢轨间电压，降低对信号轨道电路的影响。

      直供加回流线供电方式，其回流线不仅仅提供牵引电流通道，而且也起到了防干扰的作用，即回流线中的电流与接触网中的牵引电流大小相等方向相反，空间电磁场互相抵消。去掉了吸流变压器减小了牵引网阻抗，也减少投资和维修工作量，是目前经济技术指标比较好的一种供电方式。目前我国早起普速铁路主要采用这种供电方式。