淺析鐵路供電系統(tǒng)

馬 沖

(中鐵七局電務(wù)公司，河南鄭州450002)

0 引言

電氣化鐵路是目前鐵路建設(shè)的主要趨勢(shì)，在未來(lái)因其先進(jìn)性必然會(huì)得到大力推廣與發(fā)展。目前中國(guó)有50余條電氣化鐵路，基本形成了標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、合理的電氣化鐵路運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)，特別是黔桂、京滬、鄭徐電氣化工程改造項(xiàng)目，使得中國(guó)鐵路實(shí)現(xiàn)了跨越式的發(fā)展。電氣化鐵路的飛速發(fā)展，更需要普通電力工作人員對(duì)供電方式與特性的了解，更需要加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)的探索。

1 電氣化鐵路概述

電氣化鐵路是指以電力機(jī)車作為動(dòng)力牽引的鐵路。1879年在德國(guó)柏林建成世界上第一條電氣化鐵路。1961年中國(guó)建成寶成鐵路的寶雞至鳳州段，這是中國(guó)第一條電氣化鐵路。電氣化鐵路與普通電力牽引的鐵路相比，具有能源節(jié)省，其熱效率高，運(yùn)輸功率大，能力大，可提高牽引總重;運(yùn)輸成本低廉，維修幾率小，機(jī)車車輛周轉(zhuǎn)速度快，整備耗能少、作業(yè)少;噪聲與粉塵小，污染少，勞動(dòng)條件較好等特點(diǎn)。鐵路電力的供應(yīng)系統(tǒng)提供電氣化機(jī)車電力，此供應(yīng)系統(tǒng)由接觸網(wǎng)和牽引變電所組合而成。來(lái)自高壓線路輸電經(jīng)牽引變電站降壓后整流，送往鐵路的架空接觸網(wǎng)，鐵路電氣機(jī)車經(jīng)滑線弓受電，電力牽引機(jī)車行駛。

2 電氣化鐵路供電系統(tǒng)

電氣化鐵路供電系統(tǒng)包括10 kV和27．5 kV系統(tǒng)。10 kV系統(tǒng)主要是服務(wù)于通信、信號(hào)及日常的生活與工作用電;27．5 kV供電系統(tǒng)是為電力機(jī)車提供電力。27．5 kV系統(tǒng)供電變電站為牽引變電站，比10 kV系統(tǒng)供電功率要低。10 kV系統(tǒng)為小電流性不接地系統(tǒng)。27．5 kV系統(tǒng)為2個(gè)單相系統(tǒng)，兩者負(fù)荷特性并不完全相同，負(fù)荷情況與各電力機(jī)車類型、線路情況以及列車載重等因素相關(guān)，27．5 kV系統(tǒng)工作條件要比10 kV系統(tǒng)要惡劣。

2．1 牽引變電所

牽引變電所可以說(shuō)是電氣化鐵路的心臟，主要的任務(wù)是把國(guó)家電力送來(lái)的三相高壓電換成單相交流電。牽引變電所采用“雙備份”模式，通過切換裝置，兩套設(shè)備互為備用，確保牽引電力的萬(wàn)無(wú)一失，達(dá)到保護(hù)供電系統(tǒng)、控制電氣化設(shè)備、提高供電質(zhì)量的目的。一般來(lái)說(shuō)，變電所設(shè)備分為一次和二次設(shè)備。一次設(shè)備主要完成電能的輸送、變換、分配等功能，是指接觸高壓電壓的電氣設(shè)備如避雷器、母線、互感器。二次設(shè)備更加智能化與集成化，形成了自動(dòng)化牽引變電所系統(tǒng)，為變電所的遠(yuǎn)動(dòng)控制提供可能。

2．2 接觸網(wǎng)

接觸網(wǎng)是牽引供電系統(tǒng)主要的供電設(shè)備，屬于露天設(shè)施，不但容易受到外界環(huán)境的影響，更會(huì)受到電力機(jī)車行走帶來(lái)的動(dòng)力，加上接觸網(wǎng)無(wú)法啟用備用設(shè)置，使得接觸網(wǎng)工作的環(huán)境十分惡劣。因此，接觸網(wǎng)必須有耐用的結(jié)構(gòu)。

目前，接觸網(wǎng)主要由三個(gè)部分組成:①接觸網(wǎng)懸掛裝置。主要包括接觸線、承力索、吊弦、錨段關(guān)節(jié)、中心錨結(jié)、補(bǔ)償裝置等。②支撐裝置。用來(lái)支撐或懸吊接觸懸掛，將各種受力載荷傳遞到橋隧或支柱等大型建筑物，通過定物構(gòu)件把接觸線和承力索固定在限定范圍，根據(jù)接觸網(wǎng)位置和工作環(huán)境的不同，使受力的電弓在滑行的時(shí)候與接觸線良好接觸。③基礎(chǔ)支柱。用以懸吊接觸懸掛，安裝支撐裝置承受其載荷。

3電氣化鐵路供電存在的問題

3．1 牽引變壓器

我國(guó)電氣化鐵路使用的牽引變壓器是單相變、平衡變、V/V變、SCOTT變、Yn/d11變等五種。

1)單相變高壓側(cè)使用電網(wǎng)兩相進(jìn)行供電，低壓一般是使用55 kV的電壓級(jí)，配合50 kV AT制接觸網(wǎng)。單相變因其接線比較簡(jiǎn)單，容量的可靠性高、利用率低，容量電費(fèi)低，造價(jià)運(yùn)行費(fèi)用低廉，受到鐵路部門歡迎。單項(xiàng)變是電氣化鐵路首選。但是相對(duì)于其他負(fù)序電流概率來(lái)說(shuō)概率值最大，對(duì)電力系統(tǒng)負(fù)面影響大。

2)平衡變壓器。平衡變低高壓側(cè)采用的是三相繞組，高壓側(cè)是以星形接線，從中性點(diǎn)引出，三角形接線與低壓側(cè)接線類似。

3)SCOTT變壓器價(jià)格貴于單相變，屬于特種變。凸顯的綜合經(jīng)濟(jì)效益不比單相變低，是電氣化鐵路牽引站是供用雙方互惠互贏的首選。SCOTT變壓器的高壓側(cè)采用電網(wǎng)三相供電，通過SCOTT變壓器接線。SCOTT變壓器有兩臂，配合AT制。牽引站之間的距離又可以增加單相變牽引站之間的距離。

3．2 接觸網(wǎng)

接觸網(wǎng)制式可以分為AT制和BT制兩種。AT制采用的是55 kV，BT制采用的是27．5 kV。電氣化鐵路上空有一條架空的接觸線，電氣機(jī)車從接觸網(wǎng)手電，這條線在AT制中叫正饋線，在BT制稱為回流線。正饋線和回流線可以減少機(jī)車進(jìn)入軌道的電流擴(kuò)散，限制著地電流和感應(yīng)過電壓的腐蝕以及諧波電流對(duì)通信帶來(lái)的干擾。AT制相對(duì)于BT來(lái)說(shuō)，供電臂更長(zhǎng)，牽引變電站急劇減少，因此，人本運(yùn)行費(fèi)用降低，綜合經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)于BT，加之BT制吸流效果不理想，在機(jī)車行駛過程中需要穿越無(wú)電區(qū)，BT制有可能被直供方式代替，AT制有擴(kuò)大的趨勢(shì)。

3．3 完善管理體制，進(jìn)行有效的成本核算

除了牽引變壓器、接觸網(wǎng)、供電電壓、功率因素、諧波等技術(shù)方面需要不斷的改進(jìn)，在管理制度方面也要?jiǎng)?chuàng)新。對(duì)于新建的牽引變電站要嚴(yán)格實(shí)行制度建設(shè)，通過訂立合同，對(duì)變電站的計(jì)量裝置、功率因素、負(fù)序、諧波和兩供電線間級(jí)兩牽引變間互鎖進(jìn)行明確規(guī)定，引入相應(yīng)的協(xié)議，做好相應(yīng)管理工作。在成本核算上面，要嚴(yán)格執(zhí)行預(yù)算機(jī)制，采用成本低、傳輸距離遠(yuǎn)、良好的向上與向下兼容性特性光纖系統(tǒng)，充分滿足電力系統(tǒng)發(fā)展的需要。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)發(fā)展，電氣化鐵路將會(huì)得到極大的推廣與普及。牽引變電所是電氣化鐵路的心臟，接觸網(wǎng)是電氣化鐵路大動(dòng)脈。電氣化鐵路中，單相交流電電流回路主要由鋼軌擔(dān)任，鋼軌和大地之間沒有絕對(duì)的絕緣，嚴(yán)重的會(huì)影響沿途的通信，因此，需要改變供電方式的結(jié)構(gòu)形式，采用直供、帶回流直供、吸流變壓器直供、自耦變壓器、AT制等供電方式，居民用電與電鐵用電嚴(yán)格分開，保持電氣化鐵路牽引變電的專門用電，應(yīng)用動(dòng)態(tài)無(wú)功補(bǔ)償裝置，遠(yuǎn)動(dòng)電流直接操作設(shè)備，縮小操作時(shí)間、事故發(fā)生范圍，提高工作的效率。

［1］朱燕平，陳澤洪．基于 DWDM技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)生存性研究［J］．高性能計(jì)算技術(shù)，2012．

［2］陳邦達(dá)．電氣化鐵路供電若干問題探討［J］．湖北電力，2010．