电力牵引供电系统
电力牵引供电系统 power supply system of electric traction
电气化铁路向电力机车供给牵引用电能的系统。主要由牵引变电所和接触网组成。牵引变电所将电力系统通过高压输电线送来的电能加以降压和变流后输送给接触网，以供给沿线路行驶的电力机车。有些国家电气化铁路有时由专用发电厂供电。
电力牵引供电系统按照向电力机车提供的电流性质分为直流制和交流制，交流制又分工频单相交流制和低频单相交流制。工频指工业标准频率,即50赫或60赫;低频指低于工业标准频率的频率,应用最多的是赫,即50赫的三分之一。各种电流制的电力牵引供电系统的设备有很大的差别。
电流制的发展 直流制应用最早，19世纪末电力牵引开始用于铁路干线时，应用的就是直流制。目前在英、法、日、苏等国直流制仍然大量存在。直流制是将电力系统的三相交流电降压并变换为直流电供应接触网。接触网电压有1200伏、1500伏、3000伏等多种。由于电力机车电压受直流牵引电动机换向条件的限制，接触网电压很难大幅度提高，所以直流制须沿接触网输送大量电流，在接触网上一般须用两根铜接触导线，并应用铜承力索，另加一些平行的铝加强导线来分流，耗费有色金属量较大。另外，为了保持接触网的电压水平，沿线路每隔10～30公里须设置一个牵引变电所。直流制的这些弱点，推动了交流制的研究。
20世纪初，工频三相交流制和低频单相交流制相继出现。工频三相交流制曾在意大利应用，由接触网输送三相中的两相，另一相接地。后因两相接触网结构复杂、维护困难被淘汰。低频单相交流制则在德国、瑞典、瑞士等国得到发展。这种电流制接触网电压一般为 15000伏,在电力机车上降压,使用单相整流子牵引电动机。交流制的接触网比直流制的简单得多，牵引变电所的设置间距也加长。采用低频的主要原因是整流子牵引电动机换向困难，不适宜于在工频运转。低频制需要低频电源，所以低频制电气化铁路必须建设专用低频发电厂，或者在牵引变电所将电力系统送来的工频电流降压并变换成低频电流。早年采用电动发电机组来变换频率，后来改用静止式变频器，设备比直流制复杂。单相整流子牵引电动机也不如直流牵引电动机构造简单和容易维护。
1933年匈牙利曾建成一条工频单相交流制电气化铁路，接触网电压为 16000伏，电力机车上采用旋转式变相频机和三相异步电动机。这种电力机车由于构造复杂，没有得到推广。1955年，法国在电力机车上采用静止式整流器和直流牵引电动机获得成功，工频单相交流制才在各国推行开来。原来采用直流制的日本、苏联、英国、印度等国也相继采用工频单相交流制。这种交流制接触网电压一般为25000伏，接触网构造进一步简化,牵引变电所的设置间距扩大为30～70公里。电力机车上静止式整流器最初应用引燃管，后来普遍采用硅半导体整流器。整流技术的进步，是工频单相交流制获得广泛应用的一个重要因素。中国铁路采用工频单相交流制,定25000伏为接触网标准电压。应用硅半导体整流器的“韶山”型电力机车运行经验证明，这种电力机车维护简易，运行可靠。
牵引变电所 直流制牵引变电所用主变压器降压并把三相交流电变换为6相或12相,然后用整流器整流。工频单相交流制在牵引变电所只进行降压，主要设备是降压变压器，称为主变压器。牵引变电所按主变压器绕组接线方式，分为三相、单相和三相-二相牵引变电所。
三相牵引变电所 它的主变压器结构与一般三相电力变压器相同,只是次边额定电压为27500伏。绕组通常采用 Y/△接线。用两台主变压器并联运行。原边Y形绕组接连电力系统的高压母线,次边△线绕组一端接地,另两端分别向两边的接触网供电(图1)。三相牵引变电所的优点是主变压器价格低廉，配电设备简单,可在27500伏侧用电力变压器降压至 10000伏向邻近地区和铁路的三相负荷供电。缺点是主变压器容量利用率较低，三相绕组中有一相达不到额定负荷。另外，牵引变电所对电力系统形成不对称负荷，通常须将各个牵引变电所的两个重负电荷相轮换接入电力系统中的三相。中国和苏联的工频单相交流制电气化铁路大都采用三相牵引变电所。