铁路机车是个庞大的家族，高铁只是这个大家庭的一个新成员，如果要连篇累牍赘述其他车辆，恐怕这个答案是写不下的，故本文针对高速铁路进行讨论。

　　（萌萌的意呆立有3kV的直流线路。关于高铁电流制式这个问题，全世界都摸着意呆立过河）

　　牵引供电为电力系统的一级负荷。（德国是例外：德国高铁电网有独立于德国国家电网）

　　因此，高铁牵引供电系统包括架空接触网、牵引变电所、回流回路，如图1所示：

　　牵引变电所给架空接触线提供电能，高速列车将架空接触线的电能取回车内，驱动变频电机使列车运转。下面分三点详细解释这三个分句。

　　架空接触网的末端是牵引变电站，平均数十千米/座。每个变电站伸出两个供电支，提供不同相的交流电，这就是「供电段」。据此可认为铁路供电是按照「供电段」来进行划分的。图3为典型「供电段」的运行模式：

　　如图3，列车经过两个变电站的「供电段」时，先后通过A1-B1-A2-B2四个供电支。为保证供电安全，各供电支之间并非直接连结，而是存在确保电气绝缘（隔离）的结构或设计，因此各供电支之间不会短路。

　　列车从一相运行到另一相这个过程，叫做列车的过分相（电分相是线路上极短的一个区域，列车运行过程中，过分相瞬时完成）

　　牵引变电所给各供电支提供电能，列车接受供电支的电能以维持运动，不断完成过分相-受流的循环（供电段）的同时向前运行。

　　受电弓与架空接触网合称受电弓-接触网系统，简称弓网系统。上文多次提到的架空接触网，是弓网系统的一部分。

　　弓网系统是牵引供电系统中的固定/移动设备结合点。换个通俗的说法，列车运行过程中，牵引系统从变电站一直到接触网都是静止的，而从受电弓部分开始，整个高速列车，都是运动的。

　　结合图2可以看到弓网系统的大致结构。列车车顶伸上去的折叠装置，就是受电弓；与受电弓直接接触的那条线，就是接触线，接触线是架空接触网的一部分。高速列车通过受电弓将架空接触线上的电能取回车内。

　　接触网上的高压交流电，通过变压器降压和四象限整流器转换成直流电，在经过逆变器降至六点转换成可调压调频的交流电，输入三相异步/同步牵引电动机，通过传动系统带动车轮运行。

　　火车通过车体顶部升起的受电弓（结构类似于消防车的云梯）与「轨道上面的电线」，即接触线相连。

　　1）接触线（contact wire），是接触网的一部分，是列车直接接触的「电线」。接触线为金属材质，目前最常见的是铜合金的，铝材质的已经很少见。

　　2）受电弓（pantograph），是列车从接触线获得电能的机构。受电弓本身是金属的，但受电弓与接触线直接接触的部分并不是金属，而是由受电弓顶部的受流滑板（collector strips）完成。

　　为方便理解，可将接触线和受流滑板的接触，假想成一根裸导线与另一根裸导线之间的相对摩擦运动。然而实际的弓网并非金属滑板+金属接触线，而是碳滑板+铜接触线的组合。选择这个组合原因，请看下一小节，3.2 弓网材质选择。

　　我们衡量一个系统用的可靠性时，总希望找一个或者若干个标准。通过这些标准，我们能：

　　在弓网系统中，我们的需求叫做弓网配合，即受电弓与接触线的良好接触，这是我们所需要的；

　　当然，弓网配合是个很大的课题，细化到答主的问题上，就是：「受电弓接触线和受电弓滑板的材质选择有什么考究」。

　　如果我们可以选择设备被损耗的部件，我们肯定希望这个部件的监测、维修过程能被轻松完成。

　　换言之，如果一个设备一定会发生故障，我们肯定希望故障发生在容易检修的部分。

　　因此，在设计包含摩擦副的设备时，我们会将容易检修的那一部分的强度降低；对于不容易检修的部分，则提高其强度。

　　这样，设备故障时，故障更可能发生在这些强度较低、同时也是容易检修的部分。这样一来，检修的成本与工作量大大降低。

　　听上去很不爽是吧？反正我第一次明白的时候整个人都不好了。脑洞再开大点，我们辛苦设计设备，就是为了让它们坏得精彩么？

　　其实，从设备运转效率方面考虑，这种设计是很合理的，铁路的弓网系统就是一个很典型的例子。

　　比较一下列车接受电流的设备，也就是列车弓网的两部分，接触网接触线和受电弓滑板：

　　接触网的接触线）接触网是一个复杂的机构，接触线不可能凭空出现在半空，而是在接触网下半部分，作为接触网的一小部分，而接触网本身是一个复杂的力学系统。

　　2）同时，一条接触线往往很长，检验上km长的接触线上具体哪一小段受损，是非常困难、而且吃力不讨好的事情。

　　3）如果接触线上只有很小的一段磨损极为严重，更换的时候，若将整线拆除，花费甚钜；

　　如果剪下某一段，那么如何将这段接触线接回去也是不小的问题。因为接触线是一个很敏感的系统，如果现场维修，简单的焊接会留下焊点，在一般的电路或许无关大局，但是，以300km/h时速运行的列车，接触线和弓网是高铁是它唯一的供电装置。受电弓和接触网之间的接触压力，在100N左右。相对速度80m/s的、精巧相互贴合的受电弓和接触网之间，一个几毫米的瘤子，必然会极大地影响列车供电甚至行车安全，这是不可能被容忍的。

　　1）高铁受电弓长度一般不超过2000mm，受电弓滑板的导电部分在1000mm左右，出现任何故障，排查都十分简单、方便；

　　3）受电弓滑板随车运动，而不像接触线随铁路翻山越岭，考虑到深山老林中接触网维修环境，也毋须赘述。

　　，再具体一点，就是合金接触线+碳材料滑板的组合。（滑板材质变迁我就不讲了，总之，就是这一攻一受的组合：铁打的接触线，流水的滑板）

　　最后提一下，接触线更换周期很长，年是基本单位，状况好的运维个十年二十年；

　　相对的，高铁受电弓滑板更换周期差不多是两周甚至更短，状态好的也有几个月的。

　　如果是，高铁 300km的时速，两个金属相摩擦，肯定会产生火花，这不是很危险吗？

　　按照空气放电的激烈程度排序，电晕-火花-电弧。因此，在列车的弓与网接触中断（即

　　）条件下，应该是电火花-电弧这样的发展顺序。此外，车速越大，越容易发生弓网离线，弓网离线次数（弓网离线率）与离线程度（弓网大/中/小离线）加剧，弓网电弧现象会愈发明显。关于弓网电弧受电弓/接触网（以下简称弓网）关系是高速电气化铁路安全运行的

　　之一，弓网系统良好的服役性能是保障高速列车可靠、安全运行的基本条件。弓网系统是一个集机械、电气、材料等多种因素于一体的复杂耦合系统。

　　事实上，普速电气化铁路运营速度低，机械冲击、摩擦磨损、牵引电流相对较小，多因素耦合作用下的损伤较小。随着列车运行速度的大幅度提高和双弓系统在我国高速铁路中的普遍应用，弓网系统机械、电气、材料耦合性更加复杂。武广高铁受电弓滑板在一次往复运行中磨耗量高达4~5 mm，是普速铁路的7~10倍。高速铁路开通运行以来，由于弓网系统故障导致的事故时有发生。

　　法国V150试验列车在长大下坡冲击574.8 km/h的最高试验速度时，弓网系统完全处于非正常接触的

　　[4] 于万聚．高速电气化铁路接触网[M]．成都：西南交通大学出版社，2002

　　最后，感谢评论与私信里的诸位，感谢你们的问题与建议，答这个题其实我也有不少收获。

　　专业在读研究生在知乎上从来都是只看不发言，因为都不会，好不容易一个和我专业如此相关的问题，小弟尝试着看看能不能回答好。

　　附图除某图出自某高铁竣工图的一小部分截图，（不敢乱贴出实际施工图纸）其它都是自己平时CAD画的，不规范请谅解。

　　由于个人专业方向是牵引供电方向，故只对题主提出的问题 1、2作回答，问题2可以深入回答，问题3属于弓网关系研究，因只是略懂，且

　　指正，走行轨上除了将电流回流到牵引变电所，不是走“通信信号”，而是车辆位置信号。

　　和地铁）题主所说的火车，肯定是属于大铁路范畴（包括普速和高铁），采用交流电给机车 （也就是火车）供电。

　　而在地铁中，一般采用直流电给机车供电，（国内也有特列，温州地铁采用大铁路供电方式，27.5KV交流供电：

　　题主问电力如何给火车提供动力，其实扯淡点和电力如何给你家提供电力途径是一样的，都绕不开输配电。

　　只不过家庭用电，输配电都是国家电网给干了。个人理解，铁路供电系统中，供电部门（铁路局的

　　要想给火车提供电力，首先要完成从输入电网电压到火车运行电压的一个转换，这个就是由牵引变电所完成，一般电网给铁路输入的电压是110KV或者220KV，牵引变电所将电压转换了27.5kv或者55kv（比额定电压高10%），采用两路进线，一备一用。火车运行电压27.5KV,(无论是高铁还是普速列车，虽然高铁在供电方式上是AT供电，变压后是55KV，但是轨-接触网之间的电压还是27.5KV，后续有讲。）

　　机车要运行就要有一个完整的电路回路，回路由哪些导线构成，就是我们要谈到的牵引网部分了。普速和高铁的牵引网组成结构是不一样，结构不一样，本质是供电方式不一样。

　　其他类似于BT供电、直接供电、CC供电仅仅存在于教科书和少部分实验线路不怎么关注

　　带回流线的直接供电方式，是在直接供电方式下的一种改进的方式，增加了一根回流线。

　　众所周知的电路知识，电路是一个回路，机车运行的时候，电流从牵引变电所出来经过接触网流入机车，在通过机车流向钢轨，通过钢轨和大地流回牵引变电所（大部分通过钢轨，少部分通过大地，二者绝缘不是很好）。

　　高中电磁部分我们学过，一根导线流过电流时 会对周围的导线产生电磁感应和静电感应。当接触网流过大电流，会对周围通信线产生很大的感应电流。这个时候如果流回去的电流全部都通过一根钢轨流到牵引变电所，钢轨上电流与接触网的相反，产生的静电感应和电磁感应与接触网产生的相反，二者相互抵消，也就没有了干扰。但是现实情况是，电流不确定性的从钢轨和广阔的大地流回牵引变电所，无法与接触网对称抵消，导致接触网会对通信线产生很大感应电流，产生干扰。

　　如何抑制干扰，我们设想将经过钢轨和大地的电流控制在一根导线上流回牵引变电所，大小与接触网电流相等，方向相反，则可以抵消干扰。所以就增加了一根回流线，回流线由于电阻较小，钢轨上的电流会往回流线上走，回流线隔一段距离与钢轨相连，将原来钢轨和大地大部分电流都吸上回流线，这样的效果就是回流线的电流和接触网的

　　。使得回流线的感应电流抵消接触网的感应电流，完成了抑制通信线的干扰。（实际上还是有一部分电流通过钢轨和大地流回变电所，所以还是有干扰无法完全抵消）@

　　钢轨上的很大一部分电流分流到回流线上，钢轨本身电位也会下降，在设计过程中，钢轨电位在规范上也是有严格的限制。很多人说钢轨没有电压，其实在机车通过的时候，还是有电压的，只是在安全范围内。

　　好多答主都回答了高速铁路（高铁及城际铁路等）都采用的是AT供电方式，其示意图入下：

　　好，该解释为什么高铁要用这么供电方式了。高铁或者是重载铁路（大秦运煤专线），由于速度快重载，所以在相同电压下电流肯定大，而不管什么导线（接触线）肯定是有阻抗R，△U=IR,电流越大，电阻一定的条件下，电压损失就大。这个时候，供电电压成倍的提高，牵引网阻抗就会变小，压降就会变小。所以AT供电方式在这种情况下网上电压损失减小，一个牵引变电所覆盖的区域就要大。自耦变压器在这里的作用就是将钢轨的电流洗上至正馈线及接触网，目的依旧是尽量是钢轨电流变小，降低钢轨电位，减小对通信干扰。具体原理感兴趣可以自己查查资料

　　给出的AT供电示意图仅仅是课本上的知识，在实际的线路中，一个牵引供电区间 一般只有两个自耦变压器，因为一个供电臂一般距离30KM，每隔15km 一个自耦变压器即可，一个在

　　牵引变电所采用的VX接线的变压器本身就具有了自耦变压器的功能，故牵引变电所处不需要自耦变压器。附

　　讲到牵引变电所覆盖区域，我们首先要理解，一条高铁线路，考虑到容量损耗的问题，根据线路的长度会分部好几个牵引变电所，就好比每个城市会有好几个变配电站一样。 高铁上一个牵引变电所 有左右两个供电臂，每个供电臂长度30KM左右，供电臂与供电臂之间在正常状态下接触网是隔开的，AT分区所完成这个功能，于是就有了过分相这么一个名词，故障状态下才会越区供电。所以一个牵引变电所能够覆盖60KM左右的高铁线路。

　　2，国内电气化铁路的受流方式是接触网/受电弓。就是电力机车/电力动车组头顶上支楞出去一根架子，搭在平行于铁轨上方的接触网（那根电线，之所以这么摩擦不会出问题是因为受电弓和接触网接触的地方是一根碳滑板，并不是金属/金属接触。这个碳滑板相对于接触网那根金属线来说软的多，设计上就是用来摩擦的。之后损耗到一定程度就会更换。j9.com官网