論電氣化鐵路如何科學(xué)供配電

摘 要：隨著科學(xué)信息技術(shù)的飛速發(fā)展，我國(guó)鐵路建設(shè)事業(yè)也獲得了跨越式發(fā)展。一種具有高速、重載和環(huán)保特點(diǎn)的新型鐵路形式，即電氣化鐵路，開(kāi)始登上鐵路建設(shè)的歷史舞臺(tái)，并且逐漸成為鐵路發(fā)展的必然趨勢(shì)。文章對(duì)我國(guó)電氣化鐵路供配電過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了逐一分析，并就如何進(jìn)行電氣化鐵路的科學(xué)供配電進(jìn)行了深入探討。

關(guān)鍵詞：電氣化鐵路；供配電；科學(xué)配置

引言

鐵路和電力建設(shè)是國(guó)家非常重要的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。近年來(lái)，隨著鐵路建設(shè)事業(yè)的跨越式發(fā)展，電氣化鐵路的在國(guó)家鐵路建設(shè)中的作用越來(lái)越重要。電氣化鐵路的發(fā)展離不開(kāi)供配電工程的支持。但是，目前我國(guó)電氣化鐵路的供配電工程仍然存在著一些問(wèn)題。促使我國(guó)電氣化鐵路的快速發(fā)展，增強(qiáng)電氣化鐵路的安全性和可靠性，已經(jīng)成為國(guó)家鐵路建設(shè)的重中之重。因此，對(duì)我國(guó)電氣化鐵路供配電過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析，深入探討電氣化鐵路的科學(xué)供配電應(yīng)該如何進(jìn)行迫在眉睫。

1 電氣化鐵路供配電過(guò)程中面臨的困境

1.1 我國(guó)電氣化鐵路的概況

與普通電力牽引的鐵路相比，電氣化鐵路具有非常明顯的優(yōu)勢(shì)：熱效率高，可有效節(jié)約能源；運(yùn)輸功率大、成本低且維修幾率小；污染少，噪聲低、粉塵小。電氣化鐵路是目前我國(guó)鐵路運(yùn)輸業(yè)的重要發(fā)展方向。2014年，我國(guó)鐵路的營(yíng)業(yè)里程突破11.2萬(wàn)公里，其中電氣化鐵路的營(yíng)業(yè)里程超過(guò)4.8萬(wàn)公里，位居世界第一。截至2010年底，國(guó)家電網(wǎng)已投運(yùn)電氣化鐵路的牽引站達(dá)856座，并分別采用220千伏和110千伏2個(gè)電壓等級(jí)進(jìn)行供電，對(duì)西北地區(qū)的少數(shù)牽引站則采用330千伏的電壓等級(jí)。2010年，電氣化鐵路牽引站的總用電量超過(guò)537 億kW·h，其中220千伏牽引站用電量占53%以上。

1.2 牽引變壓器選型時(shí)面臨的問(wèn)題

我國(guó)電氣化鐵路使用的牽引變壓器主要分為五種：一是單相變，二是平衡變，三是V/V變，四是SCOTT變，五是Yn/d11變。單相變壓器的接線簡(jiǎn)單、容量可靠性較高，且造價(jià)和運(yùn)行的費(fèi)用低廉，是電氣化鐵路的首選。但是，單相變壓器的概率值最大，可能會(huì)對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生極大的負(fù)面影響。與單相變壓器相比，SCOTT變壓器的價(jià)格相對(duì)較高，但是它的綜合經(jīng)濟(jì)效益卻也不低于單相變壓器。但是，由于SCOTT變壓器的造價(jià)較高，一般不選作電氣化鐵路的牽引變壓器。特別是對(duì)于220千伏的三相平衡牽引變壓器，目前我國(guó)鐵道部尚無(wú)這方面的可靠制造或者應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。綜上所述，從經(jīng)濟(jì)效益的角度出發(fā)，鐵路部門(mén)在選擇電氣化鐵路的牽引變壓器型號(hào)時(shí)，一般多會(huì)采用V/V（V/X）的接線變壓器。但是，該型號(hào)變壓器的使用，仍然存在很?chē)?yán)重的三相功率不平衡問(wèn)題。

1.3 接觸網(wǎng)的問(wèn)題

為了保證電氣化鐵路的牽引供電系統(tǒng)有足夠的電壓，促進(jìn)動(dòng)車(chē)組的穩(wěn)定、正常運(yùn)行，國(guó)家鐵路局一般會(huì)要求將牽引變電站的系統(tǒng)短路容量設(shè)定為特定的一個(gè)數(shù)值。按照鐵路方面的要求，使用110千伏電源作為供電電壓的牽引變電站，其系統(tǒng)短路容量應(yīng)該設(shè)置為低于1000MVA。但是，目前在我國(guó)的電氣化鐵路牽引變電站中，仍然有相當(dāng)多的短路容量低于500MVA，更有甚者連300或200MVA都無(wú)法達(dá)到。如果按照這樣的短路容量來(lái)建造電氣化鐵路的供電工程，將會(huì)大大地增加供電系統(tǒng)的壓降。

1.4 鐵路部門(mén)和供配電部門(mén)之間的工作缺乏協(xié)調(diào)性，管理制度不明確

由于鐵路部分和供配電部門(mén)之間的工作缺乏足夠的協(xié)調(diào)性，鐵路部門(mén)給供配電部門(mén)預(yù)留的前期工作及核準(zhǔn)建設(shè)的時(shí)間通常比較短暫，導(dǎo)致供配電工程的各項(xiàng)環(huán)節(jié)所需工期嚴(yán)重不足，從而使工程進(jìn)度嚴(yán)重滯后。另一方面，由于目前沒(méi)有針對(duì)供配電方案的前期、設(shè)計(jì)及建設(shè)工作形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和明確的要求規(guī)范，就算供配電部門(mén)提交了電氣化鐵路的供配電方案，也無(wú)法得到及時(shí)的報(bào)批，很容易就會(huì)導(dǎo)致供電工程的前期及建設(shè)時(shí)間延長(zhǎng)。而且，就目前的情況來(lái)看，我國(guó)電氣化鐵路的項(xiàng)目立項(xiàng)、可研到設(shè)計(jì)、施工均由鐵路部門(mén)獨(dú)立負(fù)責(zé)并完成，而供配電部門(mén)對(duì)電氣化鐵路建設(shè)的前期階段參與性不足，不能及時(shí)掌握相關(guān)的信息及建設(shè)需求，因此便會(huì)對(duì)供配電部門(mén)后期工作的開(kāi)展產(chǎn)生阻礙。

2 電氣化鐵路科學(xué)供配電的措施

2.1 強(qiáng)化電氣化鐵路的供配電技術(shù)

電氣化鐵路的科學(xué)供配電，首先應(yīng)該加快對(duì)接入系統(tǒng)涉及的關(guān)鍵技術(shù)的研究，有效地改善電氣化鐵路供電對(duì)電力系統(tǒng)電能質(zhì)量所產(chǎn)生的不良影響。例如：加快對(duì)220千伏三相平衡變壓器的研究及應(yīng)用，積極地對(duì)V/V（V/X）變壓器導(dǎo)致的負(fù)序問(wèn)題進(jìn)行解決，從而對(duì)電氣化鐵路供配電網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供充分的保障。其次，鐵路部門(mén)應(yīng)重視供配電技術(shù)的需求，加強(qiáng)供配電與鐵路部門(mén)之間的溝通和協(xié)商，明確好電氣化鐵路的供配電技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，盡可能地改善電氣化鐵路的負(fù)荷等問(wèn)題。

2.2 科學(xué)地選擇電氣化鐵路的牽引變壓器和接觸網(wǎng)供電方式

目前，V/V變壓器應(yīng)該是我國(guó)電氣化鐵路供配電系統(tǒng)中首選的牽引變壓器方案。與其它變壓器相比，V/V變壓器的優(yōu)勢(shì)非常明顯。第一，從結(jié)構(gòu)上看，V/V變壓器的高壓側(cè)接成了固定的V字形，而低壓側(cè)接成正V字形或者反V字形，這樣能夠更方便變壓器接線的輪換。第二，與Ynd11變壓器相比，根據(jù)牽引網(wǎng)兩臂負(fù)荷，便可直接確定V/V接線的兩相容量；由于接線的容量與銅材的消耗程度直接相關(guān)，因此，容量小的銅材其對(duì)應(yīng)的消耗也較小。第三，與Scott變壓器相比，V/V變壓器的安裝容量、變壓器損耗、牽引變壓器設(shè)計(jì)和制造難度等方面均有顯著的優(yōu)勢(shì)。因此，V/V變壓器是我國(guó)電氣化鐵路供配電工程中牽引變壓器的首先方案。

由于單相交流25千伏的接觸網(wǎng)是一種不對(duì)稱(chēng)供電回路，它產(chǎn)生的電磁場(chǎng)會(huì)在一定程度上干擾周?chē)耐ㄐ拧榱私鉀Q這種電磁場(chǎng)干擾，一方面，應(yīng)該加強(qiáng)對(duì)電磁場(chǎng)干擾的屏蔽措施的制定，或者將可能受干擾的通信設(shè)備遷離出受影響的范圍；另一方面，在供電時(shí)應(yīng)該采取措施抑制這種電磁場(chǎng)干擾。而根據(jù)所采取的抑制干擾措施的不同，可將從牽引變壓器到接觸網(wǎng)的供電方式分類(lèi)為：直接、吸流變壓和自耦變壓器供電方式三種方式。直接供電雖然具有操作簡(jiǎn)單、運(yùn)營(yíng)及維護(hù)便捷的優(yōu)勢(shì)；但通過(guò)自耦變壓器供電產(chǎn)生的電壓水平，具備的越區(qū)供電能力，以及對(duì)電磁的兼容水平與直接供電相比都有非常明顯的優(yōu)勢(shì)。而與吸流變壓器相比，自耦變壓器的供電臂更長(zhǎng)，且所需的牽引變電站數(shù)量也急劇減少，運(yùn)行時(shí)花費(fèi)的人力、物力成本更低，經(jīng)濟(jì)整體效益更優(yōu)。因此，自耦變壓器供電將成為電氣化鐵路的首選供電方式。

2.3 增強(qiáng)鐵路和供配電部門(mén)間的工作協(xié)調(diào)性，進(jìn)一步明確內(nèi)部管理制度

為了確保電氣化鐵路供配電工程的高效、順利實(shí)施，應(yīng)該加強(qiáng)鐵路部門(mén)和供配電部門(mén)之間的工作協(xié)調(diào)性。首先，建立起常態(tài)化的溝通機(jī)制。將電氣化鐵路供配電工程的領(lǐng)導(dǎo)小組作為對(duì)外的窗口，在加強(qiáng)企業(yè)內(nèi)部協(xié)調(diào)和管理的同時(shí)，進(jìn)一步促進(jìn)與外界的溝通和交流，爭(zhēng)取早日形成“早溝通、早研究、早部署”的電氣化鐵路供配電工程的工作機(jī)制。其次，供配電部門(mén)應(yīng)該在電氣化鐵路建設(shè)的早期階段便接入工程項(xiàng)目，參與電氣化鐵路牽引站站址、電氣設(shè)計(jì)等相關(guān)環(huán)節(jié)，并根據(jù)自身職能的需求提出建議，促使電氣化鐵路項(xiàng)目的優(yōu)化，從而使項(xiàng)目的總體投資達(dá)到最優(yōu)。然后，作為鐵路部門(mén)，也應(yīng)該為供配電部門(mén)預(yù)留足夠的工期。在充分考慮供配電部門(mén)所提交的供配電方案的基礎(chǔ)上，制定供配電工程建設(shè)所需的工程時(shí)間以及供配電工程建設(shè)的實(shí)際起始點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1]侯衛(wèi)良.現(xiàn)代電氣化鐵路供電方案研究[J].供用電，2012（2）.

[2]孫珂.電氣化鐵路供電工程建設(shè)中存在的問(wèn)題及相關(guān)建議[J].能源與電力工程，2011（22）.