鐵路交通牽引供電及電力技術(shù)分析

貢玨

摘 要：隨著現(xiàn)代社會(huì)的進(jìn)步發(fā)展以及人們生活水平的不斷提升，我國(guó)的交通網(wǎng)絡(luò)也在不斷完善中，其中鐵路交通已經(jīng)成為當(dāng)下人們出行的重要交通工具。面對(duì)越來越多的人流量，鐵路交通的安全、穩(wěn)定運(yùn)行也開始受到社會(huì)各界的高度關(guān)注。鐵路交通的牽引供電系統(tǒng)是保障其正常運(yùn)行的關(guān)鍵系統(tǒng)，同時(shí)該系統(tǒng)還會(huì)根據(jù)普速鐵路、高速鐵路以及地鐵的不同特點(diǎn)而采取不同的供電方式以及相應(yīng)的電力技術(shù)，基于此，本文就鐵路交通牽引供電進(jìn)行了分析，并以地鐵為例分析了其電力技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：鐵路交通;牽引供電;電力技術(shù)

0 引言

鐵路交通的建設(shè)在緩解交通壓、滿足人們出行上發(fā)揮著重要的作用，在鐵路交通廣泛普及的當(dāng)前，必須要重視起其牽引供電以及電力技術(shù)的研究與分析，以便可以保障鐵路交通運(yùn)行的安全與穩(wěn)定。

1 牽引供電系統(tǒng)概述

1.1 牽引供電系統(tǒng)

電力牽引供電系統(tǒng)指的是電氣化鐵路向電力機(jī)車供給牽引用電能的系統(tǒng)。其主要由牽引變電所和接觸網(wǎng)組成。牽引變電所將電力系統(tǒng)通過高壓輸電線送來的電能加以降壓和變流后輸送給接觸網(wǎng)，以供給沿線路行駛的電力機(jī)車。在鐵路交通的建設(shè)過程中，針對(duì)牽引供電系統(tǒng)的研究也提高了重視，可以說牽引供電系統(tǒng)的穩(wěn)定、可靠也直接關(guān)系到鐵路交通的運(yùn)行安全。

1.2 牽引供電設(shè)備

牽引供電設(shè)備主要是由分區(qū)所、牽引變電所、AT所內(nèi)的測(cè)控保護(hù)系統(tǒng)、智能高壓設(shè)備等組成，并在供電調(diào)度系統(tǒng)、供電運(yùn)行檢修系統(tǒng)的支持下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，其中供電調(diào)度系統(tǒng)以SCADA供電系統(tǒng)基礎(chǔ)，結(jié)合了智能牽引供電設(shè)備，系統(tǒng)的全過程運(yùn)行實(shí)現(xiàn)全景化的檢測(cè)，還能夠及時(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的自動(dòng)化調(diào)度;電運(yùn)行檢修系統(tǒng)中，主要是結(jié)合系統(tǒng)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)、設(shè)備運(yùn)行的日常檢修、設(shè)備狀態(tài)的有效評(píng)估以及設(shè)備未來運(yùn)行風(fēng)險(xiǎn)的預(yù)測(cè)，檢修工作需要對(duì)牽引供電設(shè)備進(jìn)行全壽命的周期管理。

2 鐵路交通牽引供電方式

2.1 普速鐵路供電方式

電氣化普速鐵路采用的供電方式有直接供電方式（Ii）、帶回流線直接供電方式（DN）、吸流變壓器供電方式（BT）、自耦變壓器供電方式（AT），目前最常用的為帶回流線直接供電方式（DN），具體如下圖1所示。該供電方式的電流回路主要是由接觸網(wǎng)、鋼軌和沿線架設(shè)并聯(lián)于鋼軌的吸流線組成的，在供電器件，一小部分的電流會(huì)經(jīng)由西留縣返回到牽引變電所中，以此可以減少鋼軌電流與回路阻抗，避免通信干擾的問題。同時(shí)，DN供電還能夠穩(wěn)定接觸網(wǎng)電壓、增加供電臂距離，本身系統(tǒng)結(jié)構(gòu)也較為簡(jiǎn)單，在普速鐵路中的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯。

2.2 高速鐵路供電方式

我國(guó)高速鐵路采用自耦變壓器供電方式（AT）供電方式，如下圖2所示。牽引變壓器出口電壓為55 kV，變壓器出口一端與接觸網(wǎng)相連，另一端與正饋線相連，在接觸網(wǎng)與正饋線之間接入自耦變壓器，自耦變壓器中間抽頭與鋼軌連接。采用該供電方式，可將牽引變壓器端口輸出電壓提高一倍，供電臂長(zhǎng)度也會(huì)相應(yīng)增長(zhǎng)，減少線路牽引變電所設(shè)置，增強(qiáng)輸電能力，減小牽引網(wǎng)阻抗，通信的抗干擾能力也較強(qiáng)。

2.3 地鐵供電方式

地鐵均采用雙邊供電，其中牽引網(wǎng)電壓為DCl500V或DC750V，如下圖3所示。在該供電方式下，一段牽引網(wǎng)由其左右兩側(cè)牽引變電所共同負(fù)擔(dān)，因此可減少牽引網(wǎng)上電壓損失及改善牽引網(wǎng)電壓水平。

在城市電網(wǎng)的建設(shè)中，地鐵這一軌道交通的供電管理至關(guān)重要，集中供電的方式也是當(dāng)前主要的流行趨勢(shì)，如下圖4所示，主所1引出兩路電源接入牽引變電所2，同時(shí)牽引變電所2連接1號(hào)牽引變電所，從而完成對(duì)整個(gè)供電分區(qū)的供電，其中1和2號(hào)牽引變電所組成一個(gè)供電分區(qū)，3號(hào)牽引變電所單獨(dú)成一個(gè)供電分區(qū)。當(dāng)主所1解列時(shí)，主所2可通過聯(lián)絡(luò)開關(guān)為整條線路供電。

3 鐵路交通電力技術(shù)分析

在鐵路交通的運(yùn)行過程中，電力技術(shù)的有效應(yīng)用能夠充分發(fā)揮其自身優(yōu)勢(shì)來保障牽引供電的穩(wěn)定性，保持電力的充足，以便保障鐵路交通的運(yùn)行穩(wěn)定與安全。以地鐵交通來說，其主要是在城市交通中發(fā)揮作用，也是城市公民們主要的交通出行工具，其主要應(yīng)用的電力技術(shù)如下所示：

3.1 柔性接觸網(wǎng)

地鐵供電系統(tǒng)中對(duì)柔性接觸網(wǎng)的應(yīng)用比較常見，其布置方式一般采用簡(jiǎn)單懸掛或者是鏈形懸掛，其中簡(jiǎn)單懸掛操作更為簡(jiǎn)單，處理過程中也不需要布置承力線，僅僅只是簡(jiǎn)單的布置相應(yīng)的導(dǎo)線，因此看起來有著較為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)組成，支柱高度也比較低，通常會(huì)用在無軌或是輕軌軌道交通的供電系統(tǒng)上。在實(shí)際應(yīng)用中，簡(jiǎn)單懸掛也寶庫出一些問題，比如有懸掛硬點(diǎn)、跨度很小，極易會(huì)出現(xiàn)不同程度的振蕩現(xiàn)象。鏈形懸掛主要是借助懸索完成導(dǎo)線的鏈接，從而使導(dǎo)線和承力線進(jìn)行有效的鏈接，在實(shí)際應(yīng)用中可以滿足速度、跨度上的要求。因此在柔性接觸網(wǎng)的布置上應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)鏈接懸掛的應(yīng)用，以便保障電氣化鐵路的運(yùn)行速度，同時(shí)還能夠更好的維護(hù)牽引供電系統(tǒng)的運(yùn)行。

3.2 剛性接觸網(wǎng)

剛性接觸網(wǎng)能夠進(jìn)一步推動(dòng)牽引供電系統(tǒng)的良好運(yùn)行，其主要是使用硬質(zhì)金屬條來取代原本的導(dǎo)線，從而使得懸掛效果更好。實(shí)踐表明，剛性接觸網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)明顯，其能夠有效增加接觸面積，消除牽引供電系統(tǒng)運(yùn)行中的不足，而且其在使用中還能夠?qū)崿F(xiàn)無縫對(duì)接，安裝便利。由于剛性接觸網(wǎng)使用的布置方式是集電弓方式，因此不會(huì)出現(xiàn)脫落問題，接觸網(wǎng)的使用也更加的穩(wěn)定，因此在一些高速軌道中的應(yīng)用具有更好的效果。

3.3 第三軌

第三軌供電是我國(guó)城市軌道交通建設(shè)中另一種常用的供電網(wǎng)絡(luò)，其材質(zhì)主要是鋼鋁復(fù)合型材料，因此導(dǎo)電性能比較好，以此可以有效降低前往建設(shè)的電能損耗，在實(shí)際應(yīng)用中也不需要在軌道的沿線設(shè)置饋電電纜，有效控制了建設(shè)成本。其主要包含以下幾個(gè)部分，一是接觸軌，其主要是利用鋼鋁復(fù)合軌這一復(fù)合材質(zhì)，具有重量輕、耐磨性好、導(dǎo)電率高等諸多優(yōu)勢(shì)，而且其維護(hù)工作簡(jiǎn)單，在安裝上也主要是安裝于行走軌附近，不會(huì)影響整個(gè)鐵路交通的美觀;二是接觸軌頭，其主要包括正常和溫度伸縮兩種類型的接頭，其中正常的接頭一般是用于導(dǎo)電軌固定鋁制魚尾板，通常為無縫安裝，不需要預(yù)留溫度伸縮縫，溫度伸縮接頭會(huì)根據(jù)軌道溫度的變化而出現(xiàn)伸縮的問題，因此需要確保接頭和支持點(diǎn)間的距離保持在的55 cm以內(nèi);三是端部彎頭，其主要的作用是連接斷軌和集電靴;四是防爬器，其主要是限制接觸軌，比如可以控制接觸軌的膨脹伸縮量;五是底座，底座使用的是絕緣材料，一般安裝在軌道道床上。需要注意的是，第三軌在安裝時(shí)和地面距離非常近，相關(guān)人員的防護(hù)工作尤其重要，再加上一些絕緣器件容易受到污染，因此需要做好相應(yīng)的檢查、清掃，避免其出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象影響行車安全。

4 結(jié)語

綜上所述，鐵路交通的建設(shè)在我國(guó)交通網(wǎng)絡(luò)中占有重要地位，不僅為人民的出行提供了更加便利的途徑，更是有效增進(jìn)了區(qū)域之間的經(jīng)濟(jì)交流，為了保障鐵路交通的安全、穩(wěn)定發(fā)展，必須要重視起牽引供電系統(tǒng)以及相關(guān)電力技術(shù)的應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)人員要增強(qiáng)研究力度，保障供電的穩(wěn)定與充足，為鐵路交通的運(yùn)行奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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