浅谈电气化铁道牵引供电方式的应用

发表时间:2019/4/9   来源:《信息技术时代》2018年7期   作者:陈聪
[导读] 近年来电气化铁道发展迅速,在国内已经普遍采用。本文首先对电气化铁道牵引供电技术的研究现
(渝万铁路有限责任公司,400015)
摘要:近年来电气化铁道发展迅速,在国内已经普遍采用。本文首先对电气化铁道牵引供电技术的研究现状进行了概述,然后分析比较了几种常见的牵引供电方式在实际运行中的优缺点,最后总结出各种牵引供电方式的适用范围。
关键词:电气化;铁道牵引;供电方式;应用
        1 前言
        作为现代化社会中一种常见交通运输工具,电气化铁道巧妙地将电能转化为牵引力,从而实现“清洁运输”,但就电气化铁路自身牵引供电系统而言,是无法形成能量流转的,只起到传输作用。在这种情况下,便突出了系统中变压器的作用。在电力牵引供电系统中,牵引变压器不但能够提供充足的电能,还能对输送的电能实现变压,确保电能顺利转化,在整个电力系统缺少电能时进行电能补偿。
        2 电气化铁道的发展历程和原理
        2.1电气化铁道的发展历程
        由于发电机和直流电动机在19世纪80年代相继被研发出来,世界上越来越多的国家在城市内的交通运输上运用其电力牵引技术,其中较低电压的直流电气化铁道是运用最为广泛的一种。随着时代的进步,一些工业发达国家在20世纪之后,开始将电气化铁道陆续的在城市之间和运输较为繁忙的铁路干线上进行建设。尤其是在20世纪50年代之后,这些工业发达国家为了让国内日益增长的运输任务得以完成,在建设大规模铁路的过程中,也开始对电气化铁道进行大力修建。20世纪80年代后,印度、南非等诸多发展中国家的电气化铁道发展速度也越来越快。而在我国,随着新中国的成立,我国在对铁路运势进行大力发展的过程中,开始在宝成铁路的重要路段,即宝鸡到风州段建立电气化铁道,通过结合国外的建设经验,对先进的单相工频交流供电制进行运用。当这条3%长大坡到翻越秦岭的电气化铁道完工,并成功通车之后,也标志着我国铁路发展逐渐的开始迈向了电气化方向。
        2.2电气化铁道供电系统原理介绍
        电气化铁道供电系统主要由三相交流高压输电线、牵引变电所、馈电线、接触网、轨道和地作为牵引电流回归通道、回流线、电力机车以及中性点接地开关这八个部分组成。一般情况下都将三相交流高压输电线称之为电气化铁道一次供电系统,它的主要作用是发电、变电和输电;其余组成部分则为电气化铁路牵引负荷,主要的作用是借助于牵引供电系统,将电气化铁道一次供电系统传输来的电能提供给电力机车。在牵引变电所中牵引变压器是最为主要的设备,将电力系统传输过来的三相交流电转化成能够供电力机车使用的电能传输给电力机车是其主要任务。
        3 电气化铁道牵引供电方式的比较及适用范围
        3.1 直接供电方式
        这是一种最简单的供电方式。在线路上,机车供电由接触网和轨、地直接构成回路,对通信干扰不加特殊防护措施。电气化铁路最早大都采用这种供电方式。这种供电方式最简单,投资最省,牵引网阻抗较小,能损也较低,供电距离一般为30-40km,电气化铁路的单相负荷电流由接触网经钢轨流回牵引变电所。由于钢轨与大地是不绝缘的,一部分回流由钢轨流入大地,因此对通信线路产生感应影响,这是直接供电方式的缺点。它一般用在铁路沿线无架空通信线路或通信线路已改用地下屏蔽电缆的区段,必要时,也常将通信线迁到更远处。
        带回流线的直接供电方式是在接触网支柱上架设一条与钢轨并联的回流线,称为负馈线NF。利用接触网与回流线之间的互感作用,使钢轨中的回流尽可能地由回流线流回牵引变电所,减少了电气空间,因而能部分抵消接触网对邻近通信线路的干扰,但其防干扰效果不及BT供电方式。

这种供电方式可在对通信线路防干扰要求不高的区段采用,能进一步降低牵引网阻抗,供电性能要好一些,但造价稍高。
        3.2 BT供电方式
        在牵引网中,每隔1.5~4km设置一台变比为1:1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。
        3.3 AT供电方式
        AT供电方式是20世纪70年代才发展起来的,它既能有效地减轻牵引网对通信线路的干扰,又能适应高速、大功率电力机车的运行,故很多国家都有应用。这种供电方式每隔10km左右在接触网与正馈线之间并联接入1台自耦变压器,其中性点与钢轨相接。自耦变压器将牵引网的供电电压提高1倍,而供给电力机车的电压仍为25kV。电力机车由接触网受电后,牵引电流一般由钢轨流回,由于自耦变压器的作用,从钢轨流回的电流,经自耦变压器绕组和正馈线(AF)流回变电所。当自耦变压器的一个绕组流过机车电流时,其另一个绕组感应出电流供给电力机车。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25%,因此电压损失小,电能损耗低,供电能力大,供电距离长,可达40-50km。由于牵引变电所间的距离加大,从而减少了牵引变电所的数量,也减少了电力系统对电气化铁路供电的工程投资。但由于牵引变电所和牵引网比较复杂,因此加大了电气化铁路自身的投资。这种供电方式一般用在重载、高速等负荷大的电气化铁路上。在电力系统较薄弱的地区,为了减少电源部分的投资,经技术经济比较也可采用这种供电方式。由于牵引负荷电流在接触网和正馈线中方向相反,因而对邻近的通信线路干扰很小,其防干扰效果与吸流变压器―回流线供电方式相当。
        3.4 CC供电方式
        CC供电方式是一种新型的供电方式。它的同轴电力电缆沿铁路线路埋设,内部芯线作为供电线与接触网连接,外部导体作为回流线与钢轨相接,每隔5~10km 做一个分段。CC供电方式的优点是:馈电线与回流线在同一电缆中,间隔很小,而且同轴布置,使得互感系数增大;同轴电力电缆的阻抗比接触网和钢轨的阻抗小得多,因此牵引电流和回流几乎全部从同轴电力电缆中流过;电缆芯线与外层导体电流相等,方向相反,二者形成的磁场相互抵消,对邻近的通信线路几乎无干扰;阻抗小,供电距离长。但是同轴电力电缆造价高,投资大,现仅在一些特别困难的区段采用。
        4 结语
        我国对铁道建设的大力发展,使得铁道相应工作人员,从铁道的方案设计以及系统技术方面,均投入极大的科研力度。电气化铁道快速、高效、节能的设计初衷,也将在供电系统新技术的发展下得以实现。然而,社会发展的脚步不会停止,但电气化铁道供电系统技术也应与时俱进,在越来越多的实践案例中,总结供电系统技术应用经验,并逐步改良,使我国电气化铁道供电系统技术向更加完善的目标发展。
参考文献
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