本書是普通高等教育“十二五”規劃教材。系統地介紹軌道交通牽引供變電技術的基本理論、設計計算和運行分析。主要內容有：軌道交通交、直流牽引供電系統裝置與電氣設備概論；高壓電器與開關設備；交、直流牽引供變電電氣主設備原理；電氣主接線與配電裝置；控制、信號、監測電路與操作電源；變電所自動化與通信；交、直流牽引變電所設計等。全書突出高速鐵路和城軌交通電力牽引供變電系統的技術原理和工作特性。
賀威俊，西南交通大學電氣工程學院博學教授，鐵道電氣化與自動化技術專家。長期從事鐵道電氣化與自動化學科的教育教學與科學研究工作，是中國鐵道電氣化與自動化技術的主要開拓者之一。主編了《電氣化鐵道供變電工程》等多部教科書，為我國鐵道電氣化與自動化技術的進步和發展做出了重要貢獻。
目 錄
緒 論 1
及時章 軌道交通牽引供變電裝置與電氣設備概論 14
及時節 交流電力牽引供變電裝置及其功能 14
第二節 城市軌道交通直流電力牽引供變電裝置及其功能 21
第三節 電力牽引供變電系統一次電氣設備和監控設備簡介 29
思考題與習題 30
第二章 高壓電器與開關設備 31
及時節 高壓電器的作用及分類 31
第二節 交、直流電弧的形成及熄弧原理與方法 32
第三節 斷路器開斷短路電流的工作狀態及暫態分析 40
第四節 高壓斷路器的技術要求及基本參數 45
第五節 高壓斷路器的構造及工作原理 48
第六節 高壓斷路器的操動機構 66
第七節 熔斷器、隔離開關及高壓負荷開關 71
第八節 直流快速斷路器 74
第九節 高壓互感器 81
第十節 SF6全封閉組合電器(GIS) 101
第十一節 智能斷路器簡介 105
思考題與習題 107
第三章 牽引供變電電氣主設備原理 109
及時節 交流電力牽引主變壓器 109
第二節 牽引整流變壓器與硅整流器結構和技術特性 118
第三節 12脈波整流機組整流電路及其工作特性 135
第四節 基于兩套整流機組四組三相整流橋并聯構成的等效24脈波整流電路 149
第五節 整流機組的負載特性及其運行技術指標 157
思考題與習題 169
第四章 電氣主接線及其設計運行 171
及時節 電氣主接線的功能、基本要求與設計原則 171
第二節 電氣主接線的基本接線形式 173
第三節 牽引負荷側電氣主接線特點 179
第四節 交流牽引變電所和供電裝置電氣主接線 181
第五節 城軌交通主變電所、直流牽引變電所、降壓變電所電氣主接線 191
第六節 主接線的技術經濟分析與比較 207
第七節 電氣主接線與一次系統性分析 215
思考題與習題 228
第五章 高壓配電裝置 229
及時節 牽引變電所配電裝置類型及對其基本要求 229
第二節 屋內配電裝置 230
第三節 屋外配電裝置 246
第四節 預裝式變電所 253
思考題與習題 255
第六章 城市軌道交通直流牽引供電系統短路故障分析和常態運行下的雜散電流 257
及時節 直流牽引供電系統短路故障分析方法 257
第二節 直流暫態短路電流分析與計算 268
第三節 直流供電系統中雜散電流對金屬物腐蝕機理 270
第四節 雜散電流分布基本原理及分析計算 272
第五節 雜散電流對金屬物腐蝕的防護措施及監測 278
思考題與習題 282
第七章 城市軌道交通供電系統電能質量分析與列車再生能量利用 283
及時節 城市軌道交通供電系統牽引負荷諧波特點及其危害 283
第二節 諧波發射水平評估及抑制措施 284
第三節 無功功率補償方式和補償裝置配置原則 288
第四節 全系統無功補償裝置構成及其容量計算與設計 291
第五節 列車再生制動能量吸收與利用 303
思考題與習題 306
第八章 供變電系統控制、信號系統及其自動化、數字化 307
及時節 控制方式和二次回路接線概述 307
第二節 高壓開關傳統控制、信號回路 314
第三節 傳統中央信號系統 326
第四節 電氣量測量系統與絕緣監測電路 330
第五節 交、直流自用電系統與操作電源 340
第六節 牽引變電所自動化系統 353
思考題與習題 364
第九章 軌道交通牽引變電所設計 365
及時節 牽引變電所設計概述 365
第二節 載流導體的發熱和負載能力分析計算 365
第三節 短路故障時載流導體的發熱和電動力計算 370
第四節 載流導體和電氣設備選擇的一般條件和短路計算點的確定 378
第五節 母線、電纜與支持絕緣子的選擇 380
第六節 開關設備的選擇 392
第七節 儀用互感器的選擇 395
第八節 軌道交通牽引變電所電氣主接線設計示例 402
思考題與習題 417
附錄 常用導體、電氣設備與測量表計技術數據 418
參考文獻 432
為了對上述一次電氣設備進行控制、監測和保護，以保障它們正常、安全運行的一些設備，常稱為二次設備或二次系統。它們主要包括：
(1)儀用互感器。如電壓互感器、電流互感器、直流電流互感器等。它們將一次電路的高電壓、大電流變換為測量儀表、繼電保護適用的量值。
(2)測量與電度表計。監測電流、電壓、功率因數與有功功率、無功功率、電度的各種參數和電量、功率等。
(3)繼電保護與自動裝置。它們能迅速反映不正常和故障狀態，從而自動切換電路、發信號或使斷路器跳閘，切除故障線路或設備。
(4)直流系統設備。它們包括蓄電池組、充電硅整流機組、不停電電源裝置等，用來供給控制、保護和事故照明的操作電源與直流用電。
隨著微機技術的推廣應用，在牽引變電所中采用多微機監控、保護綜合自動化系統，以完成監測、控制、保護與通信等多種功能的數字化系統已引起國內外的廣泛重視并逐步投入使用。
二次設備與一次電氣設備的相應連接關系如圖 1.6 所示(僅畫出一半主回路的二次設備)。
將上述各種一次電氣設備，按接受和分配、轉換電能的要求和順序連接成的總電氣線路，稱為電氣主接線。主接線能表征牽引變電所或供電裝置的功能，指導正確的操作、運行方式，并作為電氣部分設計的依據。圖1.6即為常見交流牽引變電所的主接線圖。
思考題與習題
1. 工頻(50 Hz 或 60 Hz)交流單相電力牽引與低頻(Hz)交流單相電力牽引比較各有哪些優缺點？現代電力機車采用交流傳動控制技術情況下，如何看待上述問題？
2. 工頻交流單相電力牽引負荷(特別是高速電力牽引時)對電力系統將造成哪些主要影響，從外部供電方式、電壓和牽引供電方式等方面應采取哪些措施以減輕這些影響。
3. 為何直流電力牽制在城市軌道交通中長期廣泛地得到應用？它有哪些優點和缺點？
4. 城軌交通牽供變電系統各主要環節和裝置的功能是什么。
5. 對地下裝置的直流牽引變電所、降壓變電所的電氣設備、導線，從安全方面考慮應有哪些要求？與地面有何不同？
6. 針對我國發展鐵路電氣化高速客運和重載貨運運量的實際情況，采用直流電力牽引的可行性如何？請說明理由。
7. 一次電氣設備有哪些？二次設備有哪些？各有什么功能？
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