電氣化鐵道供電系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展

吳敵隆?鄭晨龍

摘 要：隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，鐵道運(yùn)輸作為我國(guó)經(jīng)濟(jì)、文化、政治交流的主要運(yùn)輸通道，國(guó)家在其建設(shè)與發(fā)展上給予了極大的重視度。用電力牽引列車的鐵道——電氣化鐵道，在國(guó)情發(fā)展情勢(shì)下應(yīng)運(yùn)而生。電氣化鐵道以電力為列車的牽引動(dòng)力，其供電系統(tǒng)技術(shù)是傳統(tǒng)鐵道動(dòng)力牽引技術(shù)所不能匹及的。本文以電氣化鐵道供電系統(tǒng)為研究對(duì)象，對(duì)電氣化鐵道供電系統(tǒng)的所采用的技術(shù)進(jìn)行分析，向讀者闡述電氣化鐵道供電系統(tǒng)各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展歷程。

關(guān)鍵詞：電氣化;鐵道;供電

電氣化鐵道，是采用電力牽引的鐵道，為保證鐵道持續(xù)穩(wěn)定的供電，鐵道沿線均設(shè)有電力牽引供電系統(tǒng)，國(guó)家電網(wǎng)是電氣化鐵道主要的電力來源。國(guó)家電網(wǎng)的高壓交流電，輸送到鐵道沿線設(shè)置的牽引變電所，通過變電所的降壓作用后，再輸送到軌道上空的接觸網(wǎng)上。列車從接觸網(wǎng)上獲取電流后，列車內(nèi)部設(shè)備對(duì)電流進(jìn)行再次降壓，并整流為直流電，以驅(qū)動(dòng)直流電動(dòng)列車。電氣化鐵道供電系統(tǒng)由牽引變電所與接觸網(wǎng)兩部分組成，其供電系統(tǒng)新技術(shù)亦是從這兩方面展開闡述。

一、牽引變電系統(tǒng)新技術(shù)

牽引變電所在電氣化鐵道中，是電力牽引的專用變電所。牽引變電所將國(guó)家電網(wǎng)輸送過來的電能，根據(jù)電力牽引對(duì)電流和電壓的不同要求，將此電能通過降壓、整流等方式，轉(zhuǎn)化為鐵道牽引所需要的合適電能，接著講此適用于鐵道電力機(jī)車的電能分別輸送到沿鐵道線上空架設(shè)的接觸網(wǎng)，為電力機(jī)車供電。由于鐵道路線長(zhǎng)，電力機(jī)車運(yùn)行過程中，不能出現(xiàn)電流電壓不穩(wěn)或者斷電現(xiàn)場(chǎng)，造成電力機(jī)車無法正常營(yíng)運(yùn)。因此，在鐵道沿線上，要設(shè)置多個(gè)牽引變電所，兩個(gè)相鄰變電所之間的距離根據(jù)科學(xué)的計(jì)算，一般為50千米左右。

鐵道實(shí)現(xiàn)電氣化的主要目的，是以電能作為列車的牽引動(dòng)力，簡(jiǎn)化鐵道牽引系統(tǒng)的設(shè)備結(jié)構(gòu)，較少鐵道建設(shè)資金的投入，以電能快速供電的優(yōu)勢(shì)，促進(jìn)鐵道的運(yùn)輸效率，環(huán)節(jié)鐵道運(yùn)輸壓力，同時(shí)實(shí)現(xiàn)無煙排放，達(dá)到保護(hù)環(huán)境的效果。因此，牽引變電系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過程中，必須以電氣化鐵道的建設(shè)意義為設(shè)計(jì)依據(jù)，以節(jié)約電能，提高供電質(zhì)量為牽引變電系統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則。

采用并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，能夠有效減緩牽引變電系統(tǒng)中，外界環(huán)境所帶來的電磁波對(duì)牽引變電系統(tǒng)的干擾。并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，是在牽引變電系統(tǒng)中，已經(jīng)安裝的電容裝置對(duì)系統(tǒng)中的諧波電流起到抑制作用，但是諧波電流還是能夠通過輸電線進(jìn)行傳輸。這種情況下，就在要系統(tǒng)電流值超出規(guī)定值的位置增設(shè)電容裝置，與已有的電容裝置形成并聯(lián)回路，提供補(bǔ)償作用，共同阻止系統(tǒng)中諧波電流的輸送通路。在輸電線上增加安裝并聯(lián)電容補(bǔ)償裝置，原理是利用電容器充放電的特性和阻止諧波電流通過、允許交流電流通過的能力，且其自身是由絕緣電介質(zhì)構(gòu)成的。在牽引變電系統(tǒng)中，盡可能安裝足量的電容器，加強(qiáng)對(duì)諧波電流的在線路中傳輸?shù)囊种谱饔?，從而?shí)現(xiàn)阻礙諧波電流傳輸通路的目。其次，在牽引變電系統(tǒng)中，使用新型技術(shù)設(shè)備，如3、5、7次濾波器，能夠有效清除電流回路中特點(diǎn)頻率的頻點(diǎn)，或?qū)μ攸c(diǎn)頻點(diǎn)以外的頻率進(jìn)行消除，以獲取特點(diǎn)的頻率電源型號(hào)。

在牽引變電系統(tǒng)中，鐵道軌道作為牽引變電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)之一，其金屬結(jié)構(gòu)能夠?qū)Φ貙?dǎo)電而對(duì)牽引變電系統(tǒng)的電能泄漏，這種現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)鄰近的通信線路產(chǎn)生危險(xiǎn)電壓影響和雜音電壓干擾。為能有效解決這一問題，在牽引變電系統(tǒng)中接入吸流變壓器（BT）以及回流線的供電方式，這種供電技術(shù)，能夠有效對(duì)軌道漏電引起的雜音電壓干擾。吸流變壓器（BT）于1962年便已應(yīng)用于鐵道牽引變電系統(tǒng)之中，雖然其抗雜音干擾的效果很顯著，但是增加了牽引變電系統(tǒng)的阻抗以及能耗。這一缺點(diǎn)對(duì)于牽引變電系統(tǒng)的節(jié)能要求是背道而馳的，因此，在1978年研發(fā)了自耦變壓器（AT）和同軸電纜供電方式。與BT方式相比，在實(shí)現(xiàn)相同抗干擾的效果下，AT方式的通電特性顯著提高，AT方式亦在牽引變電系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用。

二、接觸網(wǎng)方面的技術(shù)

電氣化鐵道供電系統(tǒng)中，接觸網(wǎng)所處的機(jī)械環(huán)境和電氣條件比較復(fù)雜，為避免接觸網(wǎng)在復(fù)雜的環(huán)境中安全工作，其絕緣要求要高。在接觸網(wǎng)中采用新型絕緣材料，如閃絡(luò)距離為920mm和1200mm的棒式絕緣子，能夠使接觸網(wǎng)污閃事故有效減少。接觸網(wǎng)所選用的新型合成絕緣材料，要達(dá)到絕緣效果的同時(shí)，需要考慮接觸網(wǎng)所處的復(fù)雜環(huán)境，污穢多、不易清掃等特點(diǎn)。如絕緣棒子，不僅耐污穢，不需要清掃，且其強(qiáng)度極大。雖然重量只有瓷絕緣子的1/10左右，但是此絕緣棒子不易碎。新型合成絕緣材料一般使用在隧道外的接觸網(wǎng)上，其優(yōu)越的性能，可能將替代瓷絕緣材料，占據(jù)市場(chǎng)主流。

電氣化鐵道供電系統(tǒng)對(duì)接觸網(wǎng)的絕緣效果有著極高要求的同時(shí)，接觸網(wǎng)的機(jī)械性能，同時(shí)需要得到有效的改善。接觸網(wǎng)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)，在電氣化鐵道供電系統(tǒng)中發(fā)展較好。利用帶有微機(jī)數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)的接觸網(wǎng)檢測(cè)車，能夠降低接觸網(wǎng)機(jī)械設(shè)備，因硬點(diǎn)而引起的離線和局部磨耗。而在機(jī)械設(shè)備連接導(dǎo)線的選擇上，出于成本考慮，選用鋼鋁導(dǎo)線可以有效節(jié)約銅金屬材料。在太、豐沙等鐵道干線實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)中，鋼鋁導(dǎo)線的使用性能經(jīng)過了嚴(yán)峻的考驗(yàn)，不僅強(qiáng)度大，還耐磨損，內(nèi)包式加磷銅稀土鋼鋁導(dǎo)線的性價(jià)比更高。在接觸網(wǎng)機(jī)械設(shè)備的導(dǎo)線連接中，鋼鋁導(dǎo)線的應(yīng)用已形成成熟的發(fā)展趨勢(shì)。

電氣化鐵道供電系統(tǒng)新技術(shù)，不僅體現(xiàn)在其設(shè)備技術(shù)方面與配件選擇方面，供電系統(tǒng)運(yùn)行管理技術(shù)，也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，有所發(fā)展。因此，電氣化鐵道要求其電力調(diào)度、控制以及繼電保護(hù)應(yīng)趨向自動(dòng)化、遠(yuǎn)動(dòng)化的方向發(fā)展，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能管理，提高管理水平。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，新型科技產(chǎn)品越來越普及，電子和微機(jī)技術(shù)在發(fā)展情勢(shì)下已然完善，用于電氣鐵道供電系統(tǒng)中，能夠遠(yuǎn)程對(duì)供電系統(tǒng)進(jìn)行管理。比如，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)已發(fā)展到多微機(jī)遠(yuǎn)動(dòng)階段，在此階段，遠(yuǎn)動(dòng)系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)了遙控、遙信和遙測(cè)。

三、結(jié)束語

我國(guó)對(duì)鐵道建設(shè)的大力發(fā)展，使得鐵道相應(yīng)工作人員，從鐵道的方案設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)技術(shù)方面，均投入極大的科研力度。電氣化鐵道快速、高效、節(jié)能的設(shè)計(jì)初衷，也將在供電系統(tǒng)新技術(shù)的發(fā)展下得以實(shí)現(xiàn)。然而，社會(huì)發(fā)展的腳步不會(huì)停止，但電氣化鐵道供電系統(tǒng)技術(shù)也應(yīng)與時(shí)俱進(jìn)，在越來越多的實(shí)踐案例中，總結(jié)供電系統(tǒng)技術(shù)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，并逐步改良，使我國(guó)電氣化鐵道供電系統(tǒng)技術(shù)向更加完善的目標(biāo)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]錢清泉基于阻抗匹配平衡變壓器和AT供電方式的新型同相牽引供電系統(tǒng)《鐵道學(xué)報(bào)》-2006年第3期.