淺談電氣化鐵道牽引供電方式的應(yīng)用

程新江 周金偉

沈陽(yáng)地鐵集團(tuán)有限公司運(yùn)營(yíng)分公司

1 電氣化鐵道牽引供電方式的現(xiàn)狀以及概述

電氣化鐵道作為當(dāng)前新時(shí)期的一種新型運(yùn)輸體系，其主要對(duì)電力機(jī)車進(jìn)行相關(guān)牽引動(dòng)力的提供，使得其能夠在固定軌道當(dāng)中有效移動(dòng)，以此實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。因?yàn)殡娏C(jī)車自身比較特殊，使得其自身對(duì)電力能源不能攜帶，只能通過(guò)外部供給的電能來(lái)對(duì)電力機(jī)車提供能源。所以，這種專門為電力機(jī)車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、牽引供電裝置。首先，電力機(jī)車。電力機(jī)車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)車提供能源的體系就被稱為牽引供電裝置。

現(xiàn)階段，對(duì)于我國(guó)的電氣化鐵道牽引供電系統(tǒng)來(lái)講，其主要采用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)鐵道周圍的通訊網(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。

2 電氣化鐵道牽引供電方式的分類

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應(yīng)用

3.1 直接供電方式

對(duì)于這種供電方式，機(jī)車在線路當(dāng)中的供電主要是由接觸網(wǎng)和軌、地直接構(gòu)成回路，對(duì)通信所產(chǎn)生的干擾不進(jìn)行相應(yīng)的防護(hù)措施。我國(guó)最早的大部分電氣化鐵路主要就是應(yīng)用這種供電方式。由于這種供電方式比較簡(jiǎn)單以及投資比較少，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。

3.2 吸流變壓器供電方式

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。

3.3 自耦變壓器供電方式

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。

3.4 同軸電力電纜供電方式

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。

結(jié)語(yǔ)

總而言之，電氣化鐵道牽引供電方式在選取中，不但會(huì)對(duì)電力機(jī)車的運(yùn)行狀況產(chǎn)生影響，也能夠?qū)ζ渥陨淼陌踩头€(wěn)定產(chǎn)生影響。因此就需要開展對(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。另外，在實(shí)際的應(yīng)用中，通常需要按照實(shí)際的要求，加強(qiáng)對(duì)其優(yōu)缺點(diǎn)的有效分析，以此選取科學(xué)合理的方式，以此來(lái)保證電氣化鐵道的安全和穩(wěn)定。

[1]馬敏.電氣化鐵道供電牽引網(wǎng)故障測(cè)距綜述[J].科技風(fēng)，2015(13)：34.