高铁为什么只有一根电线 _为什么

关于这一问题小编也曾有过疑问，我们的常识是电流只有在构成回路的时候才能才生动力，那么高铁的电力线为什么只有一根，是怎么构成回路的呢？难道是通过铁轨连接到地了吗？
首先可以确定一点的是各国高铁基本采用交流电，而城轨车辆用的则是直流电。
再者，如下图所示，我们所能列车上方连接高铁的类似小辫子的东西叫做“受电弓”，受电弓从接触网获取电能然后驱动列车运行

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宏观上解释一下高速列车是如何获取电能作为动力的：
从电路角度来说，我国高铁多采用AT供电方式，也叫自耦变压器供电。
除了德国高铁电网独立于德国国家电网外，包括我国在内，世界上绝大多数用于给高铁供电的电力来源都包含在国家电网之内。
也就是说高铁用电也属于国家电网系统，但是因为高铁需要足够的电能带动，因此高铁有独立的“牵引供电系统”，就好比电网有“家用电供电系统”、“企业用电供电系统”一样。
我们看到的高铁铁轨上面的电线（架空接触网）就属于“牵引供电系统”的一部分，除此以外，牵引变电所、回流回路也是“牵引供电系统”的一部分。
为了直观的感受高速列车是如何获取电能的，可以看一下下图：

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发电厂通过高压输电线将电力输送到变电所，变电所再将电力输送到铁轨上方的“架空接触网”，然后高铁通过一根电线接收“架空接触网”传来的电力。
再者，火车上方只有一根电线怎么构成回路？
以我国普遍使用的自耦式变压器供电方式为例，如果把列车上方连接“架空接触网”的导线比作火线，那么零线在哪里呢？为什么我们看不到零线呢？没有零线如何构成回路呢？
实际上零线就是铁轨，再说的直白一点就是接触网与地构成回路。如下图所示：

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简单明了的说就是电流从接触网流向高铁内部的电机（电机如下图“3”），电机获取电能后转化为动能，驱动列车向前走：

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（图3：高铁电机）
从电机流出的电力一部分通过车轮和钢轨流向大地，而另外一部分则通过轨道流回了变电所。
【高铁为什么只有一根电线】注意：之所以电流能通过轨道流向变电所是因为轨道还有一条线是连接变电所的，如下图4：

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（图4：连接轨道和变电所的电线，专业术语叫“正馈线”）
之所以我们看不到这条连接线是因为在上千公里的漫长轨道上只有在变电所的位置才有连接线，而变电所平均数十千米才有一座，只有在变电所的位置才会有一条连接线（或者说是“回流线（正馈线）”）。如下图：

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铁路平均每隔十公里就有一个变电所，变电所的作用是把电厂传输过来的高压电转变为25kv-50hz的工频交流电，然后通过接触网输送给列车。
第三，自耦变压器供电方式（AT）的优点
我国高铁多采用自耦变压器供电的方式，实际上国外还有直接供电方式，虽然投资少且便于维护，但对弱电系统的电磁干扰较大。自耦变压器供电的方式除了电磁干扰小的优点外还有以下优点：
01、电压高；AT供电方式可将牵引网的电压提高一倍。
02、电能损失小；线路电流为负载电流的一半，线路上的电压损失、电能损失大大减小。
03、变电所间距大、数量少；由于AT供电方式的输送电压高、电压损失小、电能损失小，输送功率大，所以牵引变电所的距离最大为80～120千米，变电所的距离大大增大使得建设数量减少，在一定程度上减少了变电所的投资和运营成本。
04、适应高速大功率电力机车运行；电压高、阻抗小能适应高速大功率电力机车运行的要求。

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结语：
综上所述，虽然高铁连接电网看似只有一条“受电弓”，但实际上铁轨上每隔一段距离就有一条与变电所连接的“正馈线”，正是因为正馈线的存在才使得“变电所-车厢-铁轨-正馈线-变电所”形成了一条完整的回路，驱动高铁行驶。

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电的运行一定是有回路，这是基本原理，永远不会改变。秉承着这个原理，我们再来看高铁的电力网络。
高铁上面的电线专业术语叫：接触网。也就是跟受电弓接触的电线。

那么一根线的高铁接触网，是怎么跟高铁机车实现一个回路的呢？

我们先一步步地来聊接触网，避免一上来就聊复杂的看不懂。

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高铁的接触网

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高铁的接触网与回流线
接下来聊聊几种电气化铁路的供电方式。（有的不适合高速铁路，但是也是电气化铁路发展的一种）
1、直接供电方式

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直接供电方式（TR）
这种也叫TR供电方式，直接一根牵引网，铁轨作为回流的线路，进入到牵引变电所中。结构简单，投资少，维护费用低；一部分电流从大地回流，对邻近通信线干扰大。
负荷电流较大的情况下，钢轨电位高；对弱电系统的电磁干扰较大，需设火花间隙，以便可靠保护。要知道高铁的峰值电流高达1000A-2000A，这个电流还是相当大的。
这种高速铁路不是很适合。可以用于低速的城际铁路。（另外说一个题外话，虽然这种钢轨电位也不是很高，但是在机车路过的时候，某一段距离内，电位是比较高的，当然机车路过的时候，也很危险）
这种方式不适合250km/h以上的高铁。
2、BT吸流变压器供电方式，这种就是有回流线的供电方式

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BT吸流变压器供电方式
BT供电的优势和劣势：在接触网和回流线中串接吸流变压器，让牵引电流通过电力机车后从回流线返回牵引变电所。电磁兼容性能好，对周围环境影响小，钢轨电位低。但牵引网阻抗大，存在半段效应，受电弓通过时易产生电弧。
图中的箭头表示：火车路过的时候，电流流动的方式，这种非常容易看清楚，电流回路的关系。
这种有回流线的供电方式，铁轨会通过电线直接连接到回流线。

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铁轨的回流线是焊接连接的

并不是每一个立柱都有线路连接铁轨，一般会隔一段距离才有一个铁轨连接回流线的接线，一般车站居多。

3、中国高铁常用的都是AT供电方式：也叫自耦式变压器供电方式。

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自耦式变压器供电方式
这种自耦式变压器的供电方式，还是将钢轨作为一个回路，同时有一个专门的用于回流的线路，这里叫正馈线。
牵引电流通过电力机车后从正馈线返回。供电电压提高，更能适应大功率负荷的供电，功率输送能力强，供电距离远，可减少牵引变电所数量，减少电分相数目，机车通过分相中性段短时失电产生的速度和功率损失得到降低；有效降低对通讯线路的干扰。
AT供电方式比较适合，超远距离，超高速机车的接触网。因此，包括日本新干线，法国TGV高速都是使用的AT供电方式。当然这两家也有一些区别。

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法国与日本的AT供电方式
中国主要采用的是法国形式的AT供电方式。
4、27.5kv的单相工频交流电火车是怎么利用的？
（1）先通过受电弓，连接上面的接触网。

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受电弓与接触网接触
（2）受电弓将电力传送给逆变器
先进行降压，降压到1350V 。
然后进入牵引变流器，牵引变流器会将单相50HZ的电，整流为直流电（DC 2650V），然后直流再逆变成三相交流电，三相AC 2066V， 0～220Hz（牵引变流器就是一个变频器），这个时候就可以输入给电机了。同时输出一路用于照明使用的220v照明电。
牵引电机是有专门的牵引变流器，原理类似于常见的变频器。