電氣化鐵路供電若干問題分析

中國鐵建電氣化局集團(tuán)北方工程有限公司 楊 陳

電氣化鐵路供電若干問題分析

中國鐵建電氣化局集團(tuán)北方工程有限公司 楊 陳

隨著科技的發(fā)展，電氣化鐵路鋪設(shè)的范圍越來越廣，為我們的日常出行帶來更多便利。對(duì)于電氣化鐵路來說，供電是非常重要的一項(xiàng)組成部分，通過供電系統(tǒng)才能保證電氣化鐵路的正常運(yùn)行。本文對(duì)電氣化鐵路供電中的基本問題進(jìn)行分析。

電氣化鐵路；供電；問題

前言

通常來說電力牽引系統(tǒng)主要分為兩大部分，牽引變電站以及接觸網(wǎng)。電氣化鐵路與傳統(tǒng)鐵路相比，建設(shè)期投入成本較大，但是在開始正常運(yùn)行之后多消耗的運(yùn)輸成本較低，具有很好的使用以及經(jīng)濟(jì)效益。

1 電氣化鐵路運(yùn)行特性

對(duì)于電力系統(tǒng)來說，電氣化鐵路牽引負(fù)荷是其重要組成，它又具有明顯的特殊性。非線性、不對(duì)稱性以及沖擊性等都是非常明顯的特征。電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)非常復(fù)雜并且龐大，由很多部分組成，例如牽引變、電網(wǎng)機(jī)車等，這些每一個(gè)分項(xiàng)都是復(fù)雜多樣的。這就決定了所匹配的供電工程的方案設(shè)計(jì)與普通供電系統(tǒng)存在顯著差異，所要考慮的范圍更加廣，設(shè)計(jì)工作量大，供電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)更高，需要做大量的協(xié)調(diào)工作。如果一輛列車的牽引重量為1000噸，當(dāng)它的時(shí)速處于160km時(shí)，對(duì)應(yīng)的牽引功率是4600kw；當(dāng)速度提升到250km/h，對(duì)應(yīng)的牽引功率增加到13300kw，牽引功率的增長量遠(yuǎn)大于速度提升量；高鐵按照設(shè)計(jì)來說速度可達(dá)350km/h，而它所對(duì)應(yīng)的牽引功率高達(dá)24800kw。

2 供電電壓

對(duì)國內(nèi)牽引站進(jìn)行分析，所采用的供電電壓主要分為兩種，220kv和110kv，在2000年之前，以使用110kv為主，在2000年之后，牽引站逐漸向220kv供電轉(zhuǎn)變，哈大線是非常重要的分界點(diǎn)。規(guī)定供電電壓的原則是按照牽引站的終期容量確定。110kv和220kv電壓在各個(gè)方面都各有利弊，例如供電資源配備，年度運(yùn)行成本等。所以在進(jìn)行選擇時(shí)候要根據(jù)實(shí)際情況選擇最科學(xué)合理的供電電壓，不能由主觀態(tài)度決定必須使用某一種，這個(gè)選擇要客觀合理。對(duì)于同一條電氣化鐵路線路來說，不同的牽引站可以選擇不同的供電電壓。

3 接觸網(wǎng)

我國的電鐵接觸網(wǎng)所使用的額定電壓為25kv，牽引站的二次變壓主要包括兩種，27.5kv以及55kv，所匹配的接觸網(wǎng)制式也分為兩種，BT制以及AT制，BT制所對(duì)應(yīng)的二次變壓為27.5kv，AT制對(duì)應(yīng)的變壓為55kv。統(tǒng)計(jì)顯示，我國使用BT制的數(shù)量遠(yuǎn)大于AT制的數(shù)量。通過實(shí)際觀察發(fā)現(xiàn)，每一條電氣化鐵路都有架空的接觸網(wǎng)，通常也被稱為接觸線，借助接觸弓，接觸網(wǎng)完成對(duì)機(jī)車的供電作業(yè)。除了接觸線還有一根隱藏線路，也就是BT制里面的回流線，AT制里面的正饋線。它們名稱不同但作用相同，都是用來減少入軌電流的擴(kuò)散，降低諧波電流所產(chǎn)生的通信干擾對(duì)感應(yīng)地電流和過電壓所產(chǎn)生的腐蝕加以限制。使用效果對(duì)于AT制更佳，但是AT制的接觸網(wǎng)造價(jià)相對(duì)較高，因?yàn)樵阼F路線路中間隔15米左右就要配備自藕變。從經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，為降低成本BT制一直是過去的首選。AT制還有另外一顯著優(yōu)勢，供電臂長增加一倍。這就使得牽引站的數(shù)量大大減少，運(yùn)行成本得到有效控制，所以AT制在未來有很好的發(fā)展前景。在BT制里面，回流線和接觸網(wǎng)中間以1.5km為間隔，進(jìn)行吸流變壓器的串接。在完成安裝BT后，接觸網(wǎng)的阻抗大幅度增加，這就使得機(jī)車在正常運(yùn)行過程中需要不斷在無電區(qū)進(jìn)行通行，除此之外，BT制的吸流效果較差，不能滿足與其要求。

4 牽引變壓器

就目前實(shí)際情況來說，我國電氣化鐵路所使用的牽引變壓器種類繁多，在早期的牽引站中使用最多的是V/V變和Yn/d11變。下面主要對(duì)現(xiàn)如今使用較多的單相變和SCOTT變進(jìn)行介紹。

4.1 單相變

對(duì)于單相變來說，電網(wǎng)兩相給其高壓端供電，在低壓端使用55kv電壓級(jí)，所選擇的接觸網(wǎng)為50kvAT制。單相變的優(yōu)勢顯著，包括接線易操作，有較高的容量利用率，有良好的可靠性，投入較少，運(yùn)行成本低廉等。AT制的使用又使得輛牽引站之間的距離大于BT制，這將進(jìn)一步減少成本投入，所以受到鐵路部門的青睞，通常作為首選牽引變壓器。然而它也有自身的缺點(diǎn)，單相變的負(fù)序電流概率值較其他幾種變壓器最大，這也就給電力系統(tǒng)帶來不小的負(fù)面影響。單相變的最好應(yīng)用實(shí)例就是在哈大線路中。

4.2 SCOTT變壓器

對(duì)于SCOTT變壓器來說，電網(wǎng)三相為其高壓側(cè)供電，借助變壓器接線低壓側(cè)被轉(zhuǎn)變?yōu)閮上嘀啤Ｈ绻麅杀鄣呢?fù)荷處于同一數(shù)值時(shí)，高壓側(cè)的三相電力處于平衡狀態(tài)。SCOTT的變壓器配有雙臂，采用AT制，所以兩牽引站之間的距離大于單相變兩牽引站之間距離。這一變壓器屬于特種變壓器，價(jià)格相對(duì)較高，但是其綜合經(jīng)濟(jì)效益也較高。所以在電氣化鐵路供電中，要想達(dá)到供用兩方雙贏的效果，SCOTT變壓器是不二選擇。

5 牽引站主接線正常運(yùn)行方式及相序

5.1 主接線及正常運(yùn)行方式

兩線兩變簡易外橋接線是牽引站最主要的接線方式，它的運(yùn)行方式多為一主一備，能夠?qū)崿F(xiàn)單邊運(yùn)行，又滿足交叉運(yùn)行的條件。供電線路和變壓器都能夠進(jìn)行備自投，具有靈活的運(yùn)行方式。在主變停止工作的狀態(tài)下，運(yùn)行方式可通過遠(yuǎn)程電動(dòng)操作隨意切換，時(shí)間較短的停電雖然會(huì)對(duì)運(yùn)行的車輛產(chǎn)生影響，但在允許范圍內(nèi)。因?yàn)槭褂霉╇姺绞綖閮删€兩變，所以全站停電的概率非常小，能夠有效保證鐵路的正常運(yùn)行。

5.2 電氣化鐵路牽引變壓器相位標(biāo)識(shí)

通常來說電力系統(tǒng)的變電站通過主變進(jìn)行定相，面向主變高壓側(cè)最左側(cè)為A，之后為B，最右側(cè)為C，電氣化鐵路牽引站與變電站不盡相同，在BT制里，把低壓側(cè)接地一相定位C，以此作為定相標(biāo)準(zhǔn)。如果是面相牽引變的高壓一側(cè)，最左側(cè)為A中間為B，最右側(cè)為C。在有些牽引站的順序則是C、B、A。

5.3 輸電線路的相位輪換

電氣化鐵路的接線方式存在很多種，但是不管選擇哪種接線方式，就電力系統(tǒng)來說都屬于非對(duì)稱負(fù)荷。為了使不平衡負(fù)荷對(duì)電力系統(tǒng)的影響降到最低，供電線路需要順著電氣化鐵路的牽引站進(jìn)行有序的相別輪換。在進(jìn)行這項(xiàng)工作時(shí)候，要對(duì)相位做出正確的判別，通常來說把電力系統(tǒng)作為基準(zhǔn)，還要對(duì)牽引變的組別進(jìn)行認(rèn)真核對(duì)。牽引站之間饋電臂無電區(qū)左右兩側(cè)的相位必須保證一致。在過去的實(shí)際操作中，經(jīng)常出現(xiàn)忽略SCOOT變的線路相別輪換現(xiàn)象，主要是因?yàn)閷?duì)SCOOT變認(rèn)識(shí)不夠全面，所以對(duì)于SCOOT變也要進(jìn)行相應(yīng)的相別輪換工作。

5.4 電能表的接線

在電能計(jì)量工作人員進(jìn)行現(xiàn)場作業(yè)時(shí)候，只能看到牽引站所標(biāo)示出來的ABC，而電力系統(tǒng)的相關(guān)標(biāo)示是不可見的，對(duì)電能表進(jìn)行線路連接時(shí)候要把電力系統(tǒng)的相位作為標(biāo)準(zhǔn)。如果在線路連接過程中不能掌握電力系統(tǒng)和牽引站進(jìn)行定相的區(qū)別，就很容易導(dǎo)致線路連接出現(xiàn)錯(cuò)誤。所以，在電力系統(tǒng)的相位應(yīng)該在電氣化鐵路牽引站中有醒目準(zhǔn)確的標(biāo)識(shí)。

6 結(jié)束語

綜上所述，隨著電氣化鐵路事業(yè)的飛速發(fā)展，對(duì)其供電系統(tǒng)要進(jìn)行深入剖析。對(duì)于電氣化鐵路的供電系統(tǒng)來說，存在很多問題需要引起重視。只有克服存在問題才能保證電氣化鐵路正常平穩(wěn)的運(yùn)行。

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