電氣化鐵道牽引供電方式的實(shí)踐探究

李永紅

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司,河北 肅寧 062350)

電氣化鐵道牽引供電方式的實(shí)踐探究

李永紅

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發(fā)展有限責(zé)任公司,河北 肅寧 062350)

隨著時(shí)代科技的發(fā)展,電力能源在生活中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸體現(xiàn)在多個(gè)領(lǐng)域,而對(duì)于高速電氣化鐵路體系來(lái)說(shuō),電力能源更是占據(jù)著重要的地位.電氣化鐵道體系中的牽引供電是鐵路最基礎(chǔ)的供電設(shè)施,不僅能夠保障鐵道的供電安全,也能夠保障鐵道運(yùn)行的安全和穩(wěn)定.本文對(duì)電氣化鐵道牽引供電方式的實(shí)踐進(jìn)行研究,從而在保障電氣化鐵道牽引系統(tǒng)安全穩(wěn)定的前提下將其進(jìn)行提升.

電氣化鐵道牽引;供電;實(shí)踐研究

近年來(lái),我國(guó)的電氣化鐵道體系實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展,在生活中的應(yīng)用也頗為普及.通過(guò)對(duì)電氣化鐵道牽引供電方式進(jìn)行分析的結(jié)果來(lái)看,雖然牽引供電方式確實(shí)能夠?yàn)殡姎饣F道的運(yùn)行提供幫助,但是由于其本身的不完善,使其在實(shí)踐的過(guò)程中存在不少問(wèn)題,從而對(duì)電氣化鐵道運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性造成了影響.

1 電氣化鐵道牽引供電方式的現(xiàn)狀以及概述

電氣化鐵道是時(shí)代發(fā)展所誕生的一種新型運(yùn)輸體系,通過(guò)為電力機(jī)車(chē)提供牽引動(dòng)力,使其能夠在固定的軌道中快速移動(dòng),從而達(dá)到運(yùn)輸?shù)哪康?由于電力機(jī)車(chē)的特殊性,使其本身并不能攜帶電力能源,只能通過(guò)外部供給的電能來(lái)對(duì)電力機(jī)車(chē)提供能源.所以,這種專門(mén)為電力機(jī)車(chē)提供能源的牽引體系就被稱為牽引供電.而且,電氣化鐵道體系由兩大主要部分組成,即:電力機(jī)車(chē)、牽引供電裝置.首先,電力機(jī)車(chē).電力機(jī)車(chē)的作用是給乘客或者貨物提供安全舒適的環(huán)境和空間,并且在保障乘坐安全以及條件需要的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸.第二,牽引供電裝置.電力機(jī)車(chē)由于不能攜帶能源的特性,導(dǎo)致其在運(yùn)作的過(guò)程中,需要外部能源供給,而為電力機(jī)車(chē)提供能源的體系就被稱為牽引供電裝置.

我國(guó)電氣化鐵道的牽引供電體系統(tǒng)采用了工頻單相交流牽引網(wǎng),通過(guò)構(gòu)成不對(duì)稱供電回路電力網(wǎng)絡(luò)來(lái)對(duì)電力機(jī)車(chē)提供電能.但是這種牽引供電方式在具體的運(yùn)行過(guò)程中,難免會(huì)由于運(yùn)行的狀態(tài)而在其周身形成一定程度的電磁場(chǎng),從而對(duì)鐵道周?chē)耐ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)以及交流設(shè)備造成損壞或者電力干擾.而想要解決這種問(wèn)題,最好的辦法就是在牽引供電方式上采取抑制干擾的措施,通過(guò)降低或者避免電磁場(chǎng)的形成,從而有效避免問(wèn)題的發(fā)生.而且,也可以在通訊網(wǎng)絡(luò)上著手,通過(guò)加強(qiáng)屏蔽措施或者將受到影響的通訊設(shè)備移動(dòng)到其他區(qū)域,從而有效地避免通訊網(wǎng)絡(luò)受到電磁場(chǎng)的影響.

2 電氣化鐵道牽引供電方式的分類(lèi)

通過(guò)對(duì)我國(guó)電氣化鐵路牽引供電方式進(jìn)行分析的結(jié)果來(lái)看,其供電方式大多采用單邊供電的方式,也就是直接、吸流變壓器、自耦變壓器以及同軸電力電纜等供電方式,從而實(shí)現(xiàn)為電力機(jī)車(chē)提供電力能源的目的.而且,為了有效保障電氣化鐵道運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性,還能夠在復(fù)線區(qū)段提高末端的電壓,并將上下行接觸網(wǎng)通過(guò)分區(qū)亭進(jìn)行連接,使?fàn)恳冸娫诎l(fā)生故障時(shí),也能夠通過(guò)相鄰的變電所實(shí)施越區(qū)供電,從而在實(shí)現(xiàn)并聯(lián)供電方式的同時(shí),準(zhǔn)確提高電氣化鐵道運(yùn)行的安全和穩(wěn)定.

3 電氣化鐵道牽引供電方式的實(shí)踐

3.1 直接供電方式

一般來(lái)說(shuō),在電氣化鐵路實(shí)施運(yùn)行的初始階段,大部分鐵道體系采用的牽引供電方式都為直接供電,從而為電力機(jī)車(chē)提供電力能源.直接供電方式的具體布線中,使接觸網(wǎng)、軌道以及地面直接構(gòu)成回路,從而對(duì)電能進(jìn)行供給,而對(duì)于通訊干擾的問(wèn)題并不會(huì)做出對(duì)應(yīng)的防護(hù)措施.而且,就直接供電方式的本質(zhì)上來(lái)看,雖然具備簡(jiǎn)單、投資相對(duì)較少、牽引網(wǎng)阻小以及能損較低的特點(diǎn),但是在具體的使用中,卻由于鐵道鋼軌與大地之間并沒(méi)有什么絕緣措施,導(dǎo)致部分回流流入大地,從而對(duì)周?chē)耐ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)造成影響和損傷.而這個(gè)問(wèn)題的出現(xiàn),就是直接供電方式最顯著的特點(diǎn).所以電氣化鐵道在早期的運(yùn)行過(guò)程中,施工人員一般都會(huì)將鐵道沿線的通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遷移,從而降低直接供電方式的缺陷.

此外,如果是帶回流線的直接供電方式,則在接觸網(wǎng)支柱上架設(shè)一條與鋼軌進(jìn)行并聯(lián)的回流線路,并利用接觸網(wǎng)與回流線之間的互感作用,使鋼軌中存在的回流電能盡可能的通過(guò)回流線路牽引回變電所,從而在降低空氣空間的同時(shí),有效降低干擾的效果.但是,這種方式的降解干擾效果并不如吸流變壓器的供電方式,所以在具體的使用過(guò)程中,則需要考慮實(shí)際因素,盡可能在防干擾要求不高的區(qū)域內(nèi)使用,從而使其發(fā)揮出最大的效果.

3.2 吸流變壓器供電方式

吸流變壓器供電方式就是在牽引網(wǎng)中架設(shè)具有吸流變壓器以及回流線裝置的供電方式.隨著科技水平的提升,這種牽引供電方式,目前已經(jīng)應(yīng)用于我國(guó)的大多數(shù)電氣化鐵道中.而吸流變壓器供電方式在具體的使用中,通過(guò)將其本身的一次繞組連接在接觸網(wǎng)上,將二次繞組串接在專用于牽引回路的回流線上,從而形成吸流變壓器的回流線供電方式.如果在具體的應(yīng)用中,使用2個(gè)或者多個(gè)吸流變壓器時(shí),需要在中間用上線將鐵道鋼軌與回流線路進(jìn)行連接,并構(gòu)成電力機(jī)車(chē)負(fù)荷電流由鋼軌流向回流線路的回路,從而有效的提升電氣化鐵道運(yùn)行的安全和穩(wěn)定.為了工作人員便于管理,在對(duì)其稱呼時(shí),一般都會(huì)將2個(gè)吸流變壓器之間的距離稱之為BT段(吸流變壓器段),而之間的長(zhǎng)度也會(huì)有明確的規(guī)定,即2~4km之間.此外,由于吸流變壓器的供電方式在具體的運(yùn)行過(guò)程中,會(huì)在牽引網(wǎng)中串聯(lián)吸流變壓器,導(dǎo)致?tīng)恳W(wǎng)的阻抗值得到提升,相較于直接供電方式,吸流變壓器供電方式的阻抗值會(huì)提升大約50%,對(duì)應(yīng)的能源損耗也會(huì)較大.

3.3 自耦變壓器供電方式

通過(guò)有關(guān)部門(mén)提供的資料來(lái)看,自耦變壓器供電方式又被稱為AT供電方式,是我國(guó)上世紀(jì)70年代發(fā)展起來(lái)的供電方式,不僅能夠有效地降低牽引網(wǎng)對(duì)通訊網(wǎng)絡(luò)造成的干擾,也能夠適用于電氣化鐵道運(yùn)行的特點(diǎn),即:高速、大功率等.所以在電氣化鐵道系統(tǒng)建立初期,大多數(shù)國(guó)家在使用牽引供電方式都會(huì)選用AT供電方式.而且,AT供電方式在具體的應(yīng)用中,需要在每隔10km左右的位置設(shè)立一臺(tái)自耦變壓器,并使其中心點(diǎn)與鋼軌進(jìn)行相連.而應(yīng)用AT供電方式,能夠使?fàn)恳W(wǎng)的供電電壓得到提升,提供給電力機(jī)車(chē)的電壓仍舊為25kV,使其多余的電能可以隨著鋼軌流回,并在受到自耦變壓器的影響下,從而準(zhǔn)確地流回變電所.

此外,由于自耦變壓器的阻抗值相對(duì)較小,與直接供電方式相比,大約只占其本身的25%,所以對(duì)應(yīng)的電壓損失變小、電能損耗降低、供電能力增大以及供電距離增長(zhǎng).據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),AT供電方式的供電距離最長(zhǎng)能夠達(dá)到50km,最短也能達(dá)到40km.由此可見(jiàn),AT供電方式的應(yīng)用能夠在一定程度上提升電氣化鐵道運(yùn)行的質(zhì)量和效率,從而在降低問(wèn)題出現(xiàn)的同時(shí),有效保障電氣化鐵道運(yùn)行的安全性以及穩(wěn)定性.而且,在具體的應(yīng)用過(guò)程中,一般都選擇在重載、高速等負(fù)荷相對(duì)較大的線路中使用AT供電方式.在電力系統(tǒng)相對(duì)薄弱的地區(qū),為了不給當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)施加壓力,在運(yùn)行的過(guò)程中,大多也會(huì)選用AT供電方式,從而在保障電力系統(tǒng)安全的同時(shí),保證電氣化鐵道的正常運(yùn)行.

3.4 同軸電力電纜供電方式

隨著科技水平的提升,在電氣化鐵道的牽引供電方式上出現(xiàn)了一種新的供電方式,就是同軸電力電纜供電方式,又被稱為CC供電方式.在應(yīng)用中,通過(guò)將同軸電力電纜沿鐵道線路進(jìn)行埋設(shè),并且由內(nèi)部的芯線作為供電線與接觸網(wǎng)進(jìn)行連接的線路,而外部導(dǎo)體則作為回流線與鋼軌進(jìn)行相接,按照對(duì)應(yīng)規(guī)定進(jìn)行分段,即:5~10km之間,從而完成對(duì)電力機(jī)車(chē)的供電.而且,與直接供電方式、吸流變壓器供電方式以及自耦變壓器供電方式相比,同軸電力電纜供電方式有著明顯的優(yōu)勢(shì),即:饋電線路與回流線路在同一項(xiàng)線纜中,使電力能源在回流的過(guò)程中,能夠擁有相對(duì)較好的傳輸效率.同軸電力電纜的阻抗值也會(huì)比接觸網(wǎng)和鋼軌的阻抗要小,從而在牽引電流和回流全部從同軸電力電纜輸送的過(guò)程中,實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)抵消的目的.此外,如果在對(duì)電力機(jī)車(chē)供電的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)電磁場(chǎng)的消除,那么不僅會(huì)使周?chē)耐ㄓ嵕W(wǎng)絡(luò)免受電磁場(chǎng)的干擾,也能夠有效保障電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài).但是相對(duì)來(lái)說(shuō),由于同軸電力電纜供電方式造價(jià)相對(duì)較高、投入資金較大等特點(diǎn),所以在使用的過(guò)程中,僅在困難的區(qū)段中使用.

4 結(jié)語(yǔ)

總之,電氣化鐵道牽引供電方式的選取,不僅能夠影響著電力機(jī)車(chē)的運(yùn)行狀態(tài),也能夠影響著鐵道本身的安全性以及穩(wěn)定性.而且,基于電氣化鐵道對(duì)生活以及社會(huì)體系運(yùn)轉(zhuǎn)的重要性來(lái)看,都有必要開(kāi)展對(duì)牽引供電方式的研究,從而保障電氣化鐵道能夠更加安全和可靠的運(yùn)行.此外,在具體的實(shí)踐過(guò)程中,則需要根據(jù)鐵道的實(shí)際情況進(jìn)行分析,充分考慮電氣化鐵道牽引供電方式的優(yōu)缺點(diǎn),從而在選取合適方式的同時(shí),有效保證電氣化鐵道的安全性和穩(wěn)定性.

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U223.63

A

1671-0711(2017)11(上)-0198-02