淺談電氣化鐵道牽引供電方式的應(yīng)用

高 健 王桂軒 周升偉 迮繼亮

（濟(jì)南鐵路局調(diào)度所，山東 濟(jì)南 250001）

1 電氣化鐵道牽引供電技術(shù)的概述及現(xiàn)狀

電氣化鐵道以電力機(jī)車做牽引動(dòng)力，電力機(jī)車是本身不帶能源的動(dòng)力設(shè)備，必須由外部供給電能。專門給電力機(jī)車供電的裝置稱牽引供電裝置。因此，電氣化鐵道由電力機(jī)車和牽引供電裝置兩大部分組成。

我國(guó)電氣化鐵路采用的工頻單相交流25kV的牽引網(wǎng)是一種不對(duì)稱供電回路，勢(shì)必在其周圍空間產(chǎn)生電磁場(chǎng)，從而對(duì)鄰近的通信和廣播設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾，解決這一問題的途徑有兩個(gè)：一個(gè)是在通信方面采取加強(qiáng)屏蔽的措施，或?qū)⑹苡绊懙耐ㄐ旁O(shè)備遷離影響范圍；二是在供電方面采取抑制干擾的措施，隨著牽引網(wǎng)所采用的抑制干擾措施不用，出現(xiàn)了不同的牽引供電方式。

2 電氣化鐵道牽引供電方式的分類

在供電方式上，我國(guó)均采用單邊供電方式，主要包括直接(TR)供電方式、吸流變壓器（BT）供電方式、自耦變壓器（AT）供電方式、同軸電力電纜（CC）供電方式。在復(fù)線區(qū)段還可以提高末端網(wǎng)壓，將上下行接觸網(wǎng)通過分區(qū)亭聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)“并聯(lián)供電”，如果牽引變電所發(fā)生故障，相鄰變電所還可進(jìn)行“越區(qū)供電”。

3 電氣化鐵道牽引供電方式的比較及適用范圍

3．1 直接供電方式

這是一種最簡(jiǎn)單的供電方式。在線路上，機(jī)車供電由接觸網(wǎng)和軌、地直接構(gòu)成回路，對(duì)通信干擾不加特殊防護(hù)措施。電氣化鐵路最早大都采用這種供電方式。這種供電方式最簡(jiǎn)單，投資最省，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。這種供電方式可在對(duì)通信線路防干擾要求不高的區(qū)段采用，能進(jìn)一步降低牽引網(wǎng)阻抗，供電性能要好一些，但造價(jià)稍高。

3．2 BT 供電方式

BT供電方式是在牽引網(wǎng)中架設(shè)有吸流變壓器—回流線裝置的一種供電方式，目前在我國(guó)電氣化鐵路中應(yīng)用較廣。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，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牽引電流時(shí)，在其二次繞組中強(qiáng)制回流通過吸上線流入回流線。由于接觸網(wǎng)與回流線電氣空間距離很近，流過的電流大致相等，方向相反，因此對(duì)鄰近通信線路的電磁感應(yīng)絕大部分被抵消，從而降低了對(duì)通信線路的干擾。這種供電方式由于在牽引網(wǎng)中串聯(lián)了吸流變壓器，致使?fàn)恳W(wǎng)的阻抗比直接供電方式約大50%，能耗也較大，供電距離也較短（單線一般為25km左右，雙線一般為20km左右），投資也比直接供電方式大。

3．3 AT 供電方式

AT供電方式是20世紀(jì)70年代才發(fā)展起來的，它既能有效地減輕牽引網(wǎng)對(duì)通信線路的干擾，又能適應(yīng)高速、大功率電力機(jī)車的運(yùn)行，故很多國(guó)家都有應(yīng)用。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。但由于牽引變電所和牽引網(wǎng)比較復(fù)雜，因此加大了電氣化鐵路自身的投資。這種供電方式一般用在重載、高速等負(fù)荷大的電氣化鐵路上。在電力系統(tǒng)較薄弱的地區(qū)，為了減少電源部分的投資，經(jīng)技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較也可采用這種供電方式。由于牽引負(fù)荷電流在接觸網(wǎng)和正饋線中方向相反，因而對(duì)鄰近的通信線路干擾很小，其防干擾效果與吸流變壓器—回流線供電方式相當(dāng)。

3．4 CC 供電方式

CC供電方式是一種新型的供電方式。它的同軸電力電纜沿鐵路線路埋設(shè)，內(nèi)部芯線作為供電線與接觸網(wǎng)連接，外部導(dǎo)體作為回流線與鋼軌相接，每隔5～10km做一個(gè)分段。CC供電方式的優(yōu)點(diǎn)是：饋電線與回流線在同一電纜中，間隔很小，而且同軸布置，使得互感系數(shù)增大；同軸電力電纜的阻抗比接觸網(wǎng)和鋼軌的阻抗小得多，因此牽引電流和回流幾乎全部從同軸電力電纜中流過；電纜芯線與外層導(dǎo)體電流相等，方向相反，二者形成的磁場(chǎng)相互抵消，對(duì)鄰近的通信線路幾乎無干擾；阻抗小，供電距離長(zhǎng)。但是同軸電力電纜造價(jià)高，投資大，現(xiàn)僅在一些特別困難的區(qū)段采用。

4 結(jié)束語(yǔ)

筆者根據(jù)工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)電氣化鐵道的牽引供電方式優(yōu)缺點(diǎn)加以分析和比較，從而得出各種供電方式的適用范圍，以供參考。

［1］薛艷紅，劉方中．接觸網(wǎng)運(yùn)行與檢修[M]．中國(guó)鐵道出版社,2011,02．

［2］張道俊，張韜．接觸網(wǎng)運(yùn)營(yíng)檢修與管理[M]．中國(guó)鐵道出版社,2006，02．