淺談我國高速鐵路牽引供電發展的若干關鍵技術問題

蔣奇斌

（廣西寧鐵監理咨詢有限責任公司 廣西南寧 530000）

淺談我國高速鐵路牽引供電發展的若干關鍵技術問題

蔣奇斌

（廣西寧鐵監理咨詢有限責任公司 廣西南寧 530000）

隨著科技的日益發展，電力牽引技術也在快速的普及，本文通過對德國模式的借鑒，提出一種相對獨立而又取電于公用電網的牽引供電系統，它即可以解決電能質量問題，還可以完全取消電分相，結合實際情況，本文將結合高速鐵路的建設和運營的相關經驗，從高速鐵路的牽引供電的各個方面，系統的介紹有關于高速鐵路牽引供電的一系列關鍵技術，同時從牽引供電技術發展的現狀出發，展示多種現代化的高新技術，為我國高速鐵路牽引供電技術的可持續發展提供相應的指導。

高速鐵路；牽引供電技術；關鍵技術問題

前言

近些年來，高速鐵路在中國的發展很迅速，截止到2015年底，高鐵的里程已經達到16萬km，占到世界高速鐵路的大部分，高速鐵路的發展，特別是在近幾年來，僅用了幾年的時間就超過了多數發達國家鐵路發展里程的總和，這證明了在當年形勢下，我國高速鐵路技術發展的優越性。中國高速鐵路的發展過程中，經過多年實踐經驗的積累，已經初步形成了自己的技術體系，大部分領域還處在領先地位，但隨著高速電氣化鐵路管理標準的不斷提高，對于設備的供電安全效能和可靠性等方面也提出了更高的要求，就目前我國的供電設備中的管理方式來說，要滿足其標準要求，將耗費巨大的財力與物力。因此，如何才能保證高速鐵路牽引供電系統的高校、可靠、安全的運行是中國高速鐵路發展的首要問題。

1 高速鐵路相關技術的應用

隨著高速鐵路在中國的不斷發展，其相關的技術層面也得到了相應的發展，在供變電技術、弓網關系、自動化、安全檢測等重要性技術的方面也取得了巨大的發展，在當前形勢下，高速鐵路的牽引供電系統可以滿足于高速運行中的弓網關系，其中最大的編組為16輛，最小的行車間距可達到3min，基本上實現了“高密度、高速度、高強度”的行車編組，高速列車功率的需求可達到24MW，其持續的時間長。普遍采用交-直-交傳動系統，動車組諧波含量少，頻譜較寬，功率因數高，由于高速鐵路發展的特殊性，因此給牽引供電系統的安全帶來了新的課題。

2 關于高速鐵路牽引供電系統

2.1 牽引供電系統介紹

將電能從電力系統傳送到高速鐵路機車的電力裝置的過程被稱作高速鐵路的牽引供電系統，它主要由接觸網和牽引變電所兩大部分組成，將電力系統傳輸過來的110kV三相交流電轉化為55kV或是27.5kV的單相電，并采用單相供電的形式傳輸到接觸網上，牽引系統主要對電力機車進行供電，它是一種雙導線供電系統，而接觸網是將電能輸送給機車的供電設備，它由定位器、承力索、接觸線等相關裝置所組成。

2.2 牽引供電常見的幾種供電方式

牽引供電系統正常作業的程序是從電力系統接收電能之后，通過變壓、變相，向電力機車傳輸電量。以下是牽引供電系統常見的幾種供電方式：

2.2.1 T-R供電方式

T-R又被叫做直接供電方式，這種供電方式是牽引變電所通過接觸網直接向電力機車進行供電，牽引回流自由流經鋼軌和大地的一種牽引供電方式。但由于這種供電方式的電路構成及結構簡單，設備少，施工及運營維修都較方便，因此造價也低。但由于接觸網在空中產生的強大磁場得不到平衡，對鄰近的廣播、通信干擾較大，因此一般很少采用這種供電方式。

2.2.2 B-T供電方式

所謂的b-t供電方式指的就是吸流變壓器供電方式，牽引供電系統中加裝吸流變壓器和回流線的供電方式。這種供電方式由于在接觸網同高度的外側增設了一條回流線，回流線上的電流與接觸網上的電流方向相反，這樣大大減輕了接觸網對鄰近通信線路的干擾。但由于在BT供電方式中，牽引網阻抗較大，造成較大的電壓和電能損失，因此在牽引供電系統中已經很少被采用。

2.2.3 A-T供電方式

隨著高速鐵路電氣化技術的發展，高速、大功率電力機車的投入運行，吸流變壓器供電方式已經不能適應高速鐵路發展的需要。鑒于A-T供電系統在牽引供電系統中的明顯優勢，各國均開始采用AT供電方式。所謂的AT供電方式就是在牽引供電系統中并聯自耦變壓器的供電方式。實踐證明，這種供電方式是一種既能有效地減弱接觸網對鄰近通信線的感應影響，又能適應高速、大功率電力機車運行的一種比較先進的供電方式。

2.2.4 三種不同的供電方式的優缺點比較

如表所示1。

表1

3 高速鐵路牽引供電系統中常見的問題

3.1 諧波電流

變壓器在運作的過程中會有很多的因素影響它的正常運作，諧波電流就是很常見的一種，在機械要工作運作的時候工作人員都會事先計劃可能發生的不利因素做出對應的應救措施。以下是諧波電流的產生對變壓器的三個影響：①變壓器勵磁電流中含諧波電流，引起合閘涌流中諧波電流過大，這種諧波電流在發生諧振時對變壓器的安全運行將造成威脅。②諧波電流使變壓器的銅耗增加，引起局部過熱、振動、噪聲增大、繞組附加發熱等。③諧波電壓引起的附加損耗使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，當系統運行電壓偏高或三相不對稱時，勵磁電流中的諧波分量增加，絕緣材料承受的電氣應力增大，影響絕緣的局部放電和介質增大。對三角形連接的繞組，零序性諧波在繞組內形成換流，使繞組溫度升高。

3.2 負序電流

負序電流的產生是由于在電力系統的正常運行時負序電流分量很小（接近于零），而在系統出現不對稱故障時，就會產生很大的負序分量電流，從而通過測量負序電流的大小可以判別是否發生故障。負序電流的產生對整個電力系統有著很大的影響，對電力系統產生了一系列的危害，例如，變壓器的容量利用率下降或者產生不同程度的損耗，造成變壓器鐵芯磁路周圍出現持續加熱的情況。

4 對常見性故障的解決方法

4.1 治理諧波的方法

徹底的減少諧波，依據目前的技術很難以做到。因為諧波多是非線性設備產生，因此要徹底的減少諧波，就要減少非線性設備，這個顯然是不可能的。因此對于高速鐵路工作者來說，要做的是怎樣治理和控制諧波的產生。現在普遍用的就是在電容柜中加裝串聯電抗器、諧波抑制器、諧波濾波器等，要提到的是，串聯電抗器的效果相對比較好。但是在選擇電抗器時，要對現場進行準確測量，了解現場主要是第幾次產生的諧波，然后選擇相對電抗率的電抗器，比如3次諧波選擇電抗率為10～12%，5次諧波選擇6%，7次諧波選擇3%。

4.2 減輕牽引供電系統中的負序電流

在牽引供電系統中，負序、零序電流的產生，均是由于三相電壓不平衡引起，總的解決原則，就是保持三相電壓的平衡。而負序電流的產生，是由于三相負荷的不平衡引起。正是三相負荷的不平衡，才導致中性點偏移，系統中出現負序電壓、負序電流。最簡單、有效的方法就是調整單相、三相負荷，使三相負荷平衡；但對電氣化機車，就是單相供電且負荷較大，這種情況就可以通過選用特種變壓器，來減小負序的量。

5 結束語

近些年來，我國的高速鐵路正處在一個快速發展的時代，運行的過程中存在的問題也比較多，國家和政府也加大了對于高速鐵路發展所產生的一系列問題的研究，本文通過對高速鐵路牽引供電系統中出現的相關問題做了淺顯的分析與研究，希望可以對從事相關工作的人員有一定價值的參考意義。

[1]劉永紅.300～350km/h高速鐵路牽引供電系統集成主要技術方案的探討[J].鐵道標準設計，2009，01：91～94.

[2]周京華，祝天岳，曾鵬，章小衛，藍志茂.電氣化鐵路牽引供電系統研究現狀及關鍵性技術[J].電氣傳動，2015，06：3～9.

[3]邱禎華，張 杰.鐵路牽引供電技術改造[J].技術與市場，2011（05）.

[4]王祖峰，劉永紅，李文豪.高速鐵路牽引供電系統技術標準體系[J].中國鐵路，2011（01）.

U223

A

1004-7344（2016）12-0043-02

2016-4-10

蔣奇斌（1968-），男，助工，本科，主要從事鐵路電力及供電監理等工作。