1、高速电气化铁路牵引供电方式的探讨摘要：在高速电气化铁路中牵引供电系统是高速铁路的重要的组成部分，也是高度铁路最为基础的供电设施，不仅担任着高速电气化铁路的安全供电，而且也对高速列车的运行的安全以及稳定性具有重要的作用，为了保证高速电气化铁路牵引供电系统安全、稳定的运行下面主要进行分析如何提高高速电气化铁路牵引供电安全管理。 关键词：电气化铁路；牵引供电系统；安全性 中图分类号：F407 文献标识码： A 一、电气化铁路和供电方式 1.1 牵引系统的供电方式 对于各国所发展的高速铁路而言，高铁所涉及的供电牵引系统主要由变电站和接触网两大部分组成。二者协调运作最终保证了牵引供电系统的变电、配电以及
2、送电工作。 作为系统中的核心组成部分，牵引变电所的职能是要将国家电网输入的三相高压电转换为能够和电力机车输入端相吻合的电能。在完成上述操作后，变电站还需要将经过转换的电能输入到接触网以便电力机车供电模块调用。在上述功能的实现中，变电站所涉及的电气部件可谓是“五花八门” ， “种类繁多” ，其中最常见的有变压器、继电器、电能传输母线等。 为了使得高压变电后的电能可以被电力机车供电模块所调用，接触网便成为了连接牵引变电机构和机车供电系统的桥梁。显而易见，接触网的电力负荷直接影响高速机车的运行速度及负载能力。在如此之多的因素共同作用下，铁路线路的可靠性便显得尤为重要。因此在设计接触网的时候，满足电力
3、机车弓网耦合和减小运行中接触网与弓网的机械振动和冲击便成为了主要的设计指导思想。 作为变电站与电力机车直接联系的桥梁，接触网的机械组成部分主要包括：接触悬挂、定位装置等。 1.2 供电电压 根据我国电网的设置，我国电气化铁路牵引采用单相 50Hz 交流制。通过电网输出的 110kV 或 220kV 的双电源或双回路为牵引变电站供电。此外，在牵引变电站通过变压器降压等程序分相介入铁路上方的接触网为电力机车提供能源。就一般而言，变电系统为机车母线提供的额定电压为 25KV，不难看出，与之配合使用的接触网、动力机车等采用的额定电压也为 25KV。然而在我国广泛使用的外部电源等级为 110KV。直到哈
4、尔滨至大连的高速铁路建成以后，我国 220KV 级的铁路线才陆续建成。值得一提的是，我国今年来所新修的线路大多是使用 220kV 外部供电这一模式来运行的。 1.3 接触网 所谓接触网是指为动力机车直接提供与之相配套电源等级的动力供电网络。想象的说就是动力机车族在通过受电弓接触电网后获得其运行所需的电能。接触网在电气化铁路中的应用形式有很多，比如直接供电方式、允许回流的直接供电模式等等。以往我国的电气化高速铁路主要是采用 BT 方式供电，然而随着普通铁路相继采用这一模式后，目前我国主要采用的供电方式转为供电臂较长的 AT 供电方式。 1.4 牵引变压器接线方式 在我国，主要采用 V/V 接线法
5、 YNd11 接线法和 SCOTT 接线法这几类牵引变电器的接线方法。其中：SCOTT 接线和阻抗匹配平衡接线属于平衡变接线。单相变由于接线方法简单、高可靠性、利用率高等优势，往往配合 AT 供电方式的方案会作为铁路部门的首选。利用这一方式，可以大幅度的增加牵引供电半径且降低了大部分的运行成本与工程造价。然而，对于其他的供电方式来说，采用单相变的供电系统的负序电流概率最大。当两供电臂的电力负荷相等时其不对称系数为 1。因此这一类供电方式给电力系统带来的负面影响也最为明显。 二、牵引供电系统供电方式的探讨 1、常用的牵引供电系统供电方式 1.1 直接供电方式 直接供电方式是一种最基本最简单最早的
6、供电方式，由于该供电方式具有馈线回路设备简单、投资省、运营维护方便，对简化设备、提高供电可靠性、增强技术指标及使得牵引变电所和牵引网结构简单具有极大的现实意义，因此，在我国电气化铁路干线上得到广泛采用。但是，直接供电方式，对邻近线路的通信干扰严重，钢轨电位比其它供电方式要高。 1.2 带回流线的直接供电方式 为了克服直接供电方式通信干扰严重，在结构上增设了与轨道并联的架空回流线，组成带回流线的直接供电方式。这种供电方式，钢轨对地电位和对通信线路的干扰有所改善，同时，牵引网的阻抗降低，牵引网的电压损失减少，供电距离增长。 1.3 BT 供电方式 在牵引网中，每隔 1.54km 设置一台变比为 1
7、：1 的吸流变压器，吸流变压器的原边绕组串接在接触网中，次变绕组串接在回流线中，在相邻两吸流变压器之间，用吸上线将回流线与钢轨连接起来，这样，牵引电流通过电力机车后从回流线返回牵引变电所，BT 供电方式的电磁兼容性好，很好的解决了电磁干扰问题，它曾在我国电气化工程中被采用。但由于在接触网中串接吸流变压器，受电弓在通过接触网关节时易拉弧，而且，当系统过负载时，BT 供电产生的激磁电流会急剧增大，对通信线路造成严重影响，由于吸流变压器的引入，使牵引网阻抗增大，供电臂压降增大，牵引变电所的供电距离缩短，因此 BT 供电方式在目前的电气化铁路建设中已不采用。 1.4 AT 供电方式 牵引变电所二次侧
8、55kV 的电压接到接触网和正馈线上，在供电臂中每隔大约 10km 左右设置一台自耦变压器，自耦变压器的两端分别接在接触网和正馈线上，中点抽头与钢轨相连，正馈线与接触网架设在同一支柱上，机车中流过的电流大小为 I 时，正馈线与接触网中流过大小相等、方向相反的 I/2 的电流，因此，AT 供电方式是电气化铁路减轻对临近通信线路干扰的有效措施。自耦变压器供电方式的牵引网阻抗很小，约为直接供电方式的 1/4，因此电压损失小，电能损耗低，供电能力大，供电距离长，可达 4050km。由于牵引变电所间的距离加大，从而减少了牵引变电所数量，也减少了电力系统对电气化铁路供电的工程投资。对牵引供电系统有较好的技
9、术经济指标。它被广泛应用于欧美等先进国家的高速、重载、大电流或繁忙线路中。 2、国外高速铁路的牵引供电方式 1964 年，日本东海道新干线建成世界第一条高速铁路，运行速度达210km/h，高速铁路从无到有。国外高速铁路已有近 9200km，列车运营速度已达 300km/h 以上，其中德国（ICE 系列） 、法国（TGV）和日本（新干线）3 个高速铁路发达国家代表了当今世界各国的轮轨高速电气化铁路发展的先进模式，他们的牵引供电技术较成熟、可靠。 从国外已经运营和正在建设的高速铁路来看，电力牵引采用单相工频交流 25 kV 牵引制、最高运行速度为 300 km/h 及其以上的高速铁路中，全部采用的
10、是 AT 供电方式，这种方式也适合我国的实际情况。 结束语 与普通铁路一样，高速铁路的牵引供电系统是高速铁路系统的重要组成部分之一。对高速铁路如何更安全、更可靠地运行，同时满足高速动车组的持续载重运行以及高密度运行的要求，相比普通铁路，需要更多新的观念、新的装备设施和技术。 参考文献 1周春晓,沈斐,卜庆华.电气化铁路牵引供电系统的分析.机车电传动,2007(2):29-34 2吴世亮.电气化铁路牵引供电系统.城市建设理论研究（电子版）,2012(2). 3马慧茹.电气化铁路牵引供电系统可靠性分析.北京交通大学,2006. 4王蔚.高速电气化铁路牵引供电安全管理研究.西南交通大学,2010.
