東京駅と新大阪駅を結ぶ東海道新幹線は1964年10月の開業当初はレールの帰線電流をBT(吸上変圧器)で負き電線に吸い上げて通信障害を軽減するBTき電方式(詳細な説明)で交流電化されていましたが，トロリー線にBTを挿入するために必要なエアセクションで列車通過時にアークが発生しトロリー線が断線するなどの事故が度々発生し保守上の泣き所となっていました．また，開業後20年あまりを経過して設備の老朽化も進んだため，その更新に合わせて変電所から架線電圧(25kV)の2倍の電圧の電源をトロリー線とATき電線の間に供給し，沿線各所に設置されたAT(単巻変圧器)で1/2に降圧してトロリー線に電力を供給するとともにATの中性点を通してレールから帰線電流を吸い上げるATき電方式(詳細な説明)への変更工事が行われました．

　ATき電化の工事は国鉄の最終期の1984年に開始され，1986年に山陽新幹線との境界となる新塚本き電区分所から向日町き電区分所(現　補助き電区分所)間を皮切りに順次切替工事が進められて1991年の岩渕変電所付近を最後にATき電方式への切替が完了しています．ATき電化によって上述のように変電所からの供給電圧が2倍になるため電圧降下が少なくなり，理論上は変電所の間隔を2倍に延ばせることから，当初はBTき電時代にあった変電所の数を半分に間引く計画だったようですが，一部区間の供給余力を改善するための電源増強が合わせて行われることになり，結果的に沿線に25ヶ所あった変電所は15ヶ所に削減されました．

　しかし，その後のさらなる「ひかり」増発や270km/h運転を行う「のぞみ」の新設などによってさらなる電源増強を行う必要性が生じたため，一度き電区分所に格下げされた一部変電所を復活させるなどの工事が行われ，2025年1月現在では変電所の数は21ヶ所まで戻っています.

　異相区分切替セクションにおける架線電源の瞬停を伴う切替の回数を減らすため，き電区分所の両端の区間の位相差を監視し横流(変電所から列車ではなく別の変電所に直接流れる電流．位相差が大きいほど大きくなり180°で短絡電流に等しくなる)が小さいと判断された場合に列車通過時に通常は開放する切替用開閉器の入口側の遮断器を常時投入状態としたまま出口側の遮断器を投入して一時的に並列き電状態にすることで切替時の瞬停をなくす「無停電並列切替方式」が開発され一部のき電区分所で運用されているようです(参考文献: 鉄道総合技術研究所Web)．

さらに，常時位相差が小さいと判断された区間ではき電区分所を廃止し(異相区分切替セクションを持たない補助き電区分所へ格下げ)，両端の変電所から常時並列き電される状態で運用されるようになったところもあり，近年では静岡県内の吉原き電区分所・初倉き電区分所がそれぞれ補助き電区分所に格下げされています(詳細は東海道新幹線　一部き電区分所の補助き電区分所化を参照).

　以上のような経緯から，東海道新幹線に設置されている変電所，き電区分所および補助き電区分所などの電力設備は山陽新幹線以降の設備とは異なり変電所⇔き電区分所間，あるいはき電区分所⇔補助き電区分所間で数次にわたる格上げ・格下げ工事を経た設備が多くなっています．その変遷を下表にまとめました．