淺談電氣化鐵道牽引供電方式的應(yīng)用

高 健 王桂軒 周升偉 迮繼亮

（濟(jì)南鐵路局調(diào)度所，山東 濟(jì)南 250001）

1 電氣化鐵道牽引供電技術(shù)的概述及現(xiàn)狀

電氣化鐵道以電力機(jī)車做牽引動(dòng)力，電力機(jī)車是本身不帶能源的動(dòng)力設(shè)備，必須由外部供給電能。專門給電力機(jī)車供電的裝置稱牽引供電裝置。因此，電氣化鐵道由電力機(jī)車和牽引供電裝置兩大部分組成。

我國(guó)電氣化鐵路采用的工頻單相交流25kV的牽引網(wǎng)是一種不對(duì)稱供電回路，勢(shì)必在其周圍空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而對(duì)鄰近的通信和廣播設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，解決這一問(wèn)題的途徑有兩個(gè)：一個(gè)是在通信方面采取加強(qiáng)屏蔽的措施，或?qū)⑹苡绊懙耐ㄐ旁O(shè)備遷離影響范圍；二是在供電方面采取抑制干擾的措施，隨著牽引網(wǎng)所采用的抑制干擾措施不用，出現(xiàn)了不同的牽引供電方式。

2 電氣化鐵道牽引供電方式的分類

在供電方式上，我國(guó)均采用單邊供電方式，主要包括直接(TR)供電方式、吸流變壓器（BT）供電方式、自耦變壓器（AT）供電方式、同軸電力電纜（CC）供電方式。在復(fù)線區(qū)段還可以提高末端網(wǎng)壓，將上下行接觸網(wǎng)通過(guò)分區(qū)亭聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)“并聯(lián)供電”，如果牽引變電所發(fā)生故障，相鄰變電所還可進(jìn)行“越區(qū)供電”。

3 電氣化鐵道牽引供電方式的比較及適用范圍

3．1 直接供電方式

這是一種最簡(jiǎn)單的供電方式。在線路上，機(jī)車供電由接觸網(wǎng)和軌、地直接構(gòu)成回路，對(duì)通信干擾不加特殊防護(hù)措施。電氣化鐵路最早大都采用這種供電方式。這種供電方式最簡(jiǎn)單，投資最省，牽引網(wǎng)阻抗較小，能損也較低，供電距離一般為30-40km，電氣化鐵路的單相負(fù)荷電流由接觸網(wǎng)經(jīng)鋼軌流回牽引變電所。由于鋼軌與大地是不絕緣的，一部分回流由鋼軌流入大地，因此對(duì)通信線路產(chǎn)生感應(yīng)影響，這是直接供電方式的缺點(diǎn)。它一般用在鐵路沿線無(wú)架空通信線路或通信線路已改用地下屏蔽電纜的區(qū)段，必要時(shí)，也常將通信線遷到更遠(yuǎn)處。

帶回流線的直接供電方式是在接觸網(wǎng)支柱上架設(shè)一條與鋼軌并聯(lián)的回流線，稱為負(fù)饋線NF。利用接觸網(wǎng)與回流線之間的互感作用，使鋼軌中的回流盡可能地由回流線流回牽引變電所，減少了電氣空間，因而能部分抵消接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線路的干擾，但其防干擾效果不及BT供電方式。這種供電方式可在對(duì)通信線路防干擾要求不高的區(qū)段采用，能進(jìn)一步降低牽引網(wǎng)阻抗，供電性能要好一些，但造價(jià)稍高。

3．2 BT 供電方式

BT供電方式是在牽引網(wǎng)中架設(shè)有吸流變壓器—回流線裝置的一種供電方式，目前在我國(guó)電氣化鐵路中應(yīng)用較廣。吸流變壓器的變比為1：1，它的一次繞組串接在接觸網(wǎng)中，二次繞組串接在專為牽引電流流回牽引變電所而特設(shè)的回流線（NF）中，故稱之為吸流變壓器—回流線供電方式。在兩個(gè)吸流變壓器中間用吸上線將鋼軌與回流線連接起來(lái)，構(gòu)成電力機(jī)車負(fù)荷電流由鋼軌流向回流線的回路。兩個(gè)吸流變壓器之間的距離稱為BT段，一般BT段長(zhǎng)為2～4km。供電方式的工作原理是：由于吸流變壓器的變比為1：1，當(dāng)吸流變壓器的一次繞組流過(guò)牽引電流時(shí)，在其二次繞組中強(qiáng)制回流通過(guò)吸上線流入回流線。由于接觸網(wǎng)與回流線電氣空間距離很近，流過(guò)的電流大致相等，方向相反，因此對(duì)鄰近通信線路的電磁感應(yīng)絕大部分被抵消，從而降低了對(duì)通信線路的干擾。這種供電方式由于在牽引網(wǎng)中串聯(lián)了吸流變壓器，致使?fàn)恳W(wǎng)的阻抗比直接供電方式約大50%，能耗也較大，供電距離也較短（單線一般為25km左右，雙線一般為20km左右），投資也比直接供電方式大。

3．3 AT 供電方式

AT供電方式是20世紀(jì)70年代才發(fā)展起來(lái)的，它既能有效地減輕牽引網(wǎng)對(duì)通信線路的干擾，又能適應(yīng)高速、大功率電力機(jī)車的運(yùn)行，故很多國(guó)家都有應(yīng)用。這種供電方式每隔10km左右在接觸網(wǎng)與正饋線之間并聯(lián)接入1臺(tái)自耦變壓器，其中性點(diǎn)與鋼軌相接。自耦變壓器將牽引網(wǎng)的供電電壓提高1倍，而供給電力機(jī)車的電壓仍為25kV。電力機(jī)車由接觸網(wǎng)受電后，牽引電流一般由鋼軌流回，由于自耦變壓器的作用，從鋼軌流回的電流，經(jīng)自耦變壓器繞組和正饋線（AF）流回變電所。當(dāng)自耦變壓器的一個(gè)繞組流過(guò)機(jī)車電流時(shí)，其另一個(gè)繞組感應(yīng)出電流供給電力機(jī)車。自耦變壓器供電方式的牽引網(wǎng)阻抗很小，約為直接供電方式的25%，因此電壓損失小，電能損耗低，供電能力大，供電距離長(zhǎng)，可達(dá)40-50km。由于牽引變電所間的距離加大，從而減少了牽引變電所的數(shù)量，也減少了電力系統(tǒng)對(duì)電氣化鐵路供電的工程投資。但由于牽引變電所和牽引網(wǎng)比較復(fù)雜，因此加大了電氣化鐵路自身的投資。這種供電方式一般用在重載、高速等負(fù)荷大的電氣化鐵路上。在電力系統(tǒng)較薄弱的地區(qū)，為了減少電源部分的投資，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較也可采用這種供電方式。由于牽引負(fù)荷電流在接觸網(wǎng)和正饋線中方向相反，因而對(duì)鄰近的通信線路干擾很小，其防干擾效果與吸流變壓器—回流線供電方式相當(dāng)。

3．4 CC 供電方式

CC供電方式是一種新型的供電方式。它的同軸電力電纜沿鐵路線路埋設(shè)，內(nèi)部芯線作為供電線與接觸網(wǎng)連接，外部導(dǎo)體作為回流線與鋼軌相接，每隔5～10km做一個(gè)分段。CC供電方式的優(yōu)點(diǎn)是：饋電線與回流線在同一電纜中，間隔很小，而且同軸布置，使得互感系數(shù)增大；同軸電力電纜的阻抗比接觸網(wǎng)和鋼軌的阻抗小得多，因此牽引電流和回流幾乎全部從同軸電力電纜中流過(guò)；電纜芯線與外層導(dǎo)體電流相等，方向相反，二者形成的磁場(chǎng)相互抵消，對(duì)鄰近的通信線路幾乎無(wú)干擾；阻抗小，供電距離長(zhǎng)。但是同軸電力電纜造價(jià)高，投資大，現(xiàn)僅在一些特別困難的區(qū)段采用。

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)電氣化鐵道的牽引供電方式優(yōu)缺點(diǎn)加以分析和比較，從而得出各種供電方式的適用范圍，以供參考。

［1］薛艷紅，劉方中．接觸網(wǎng)運(yùn)行與檢修[M]．中國(guó)鐵道出版社,2011,02．

［2］張道俊，張韜．接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)檢修與管理[M]．中國(guó)鐵道出版社,2006，02．