電氣化鐵道牽引供電方式的實踐探究

李永紅

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發展有限責任公司,河北 肅寧 062350)

電氣化鐵道牽引供電方式的實踐探究

李永紅

(河北省肅寧縣朔黃鐵路發展有限責任公司,河北 肅寧 062350)

隨著時代科技的發展,電力能源在生活中的應用已經逐漸體現在多個領域,而對于高速電氣化鐵路體系來說,電力能源更是占據著重要的地位.電氣化鐵道體系中的牽引供電是鐵路最基礎的供電設施,不僅能夠保障鐵道的供電安全,也能夠保障鐵道運行的安全和穩定.本文對電氣化鐵道牽引供電方式的實踐進行研究,從而在保障電氣化鐵道牽引系統安全穩定的前提下將其進行提升.

電氣化鐵道牽引;供電;實踐研究

近年來,我國的電氣化鐵道體系實現了快速發展,在生活中的應用也頗為普及.通過對電氣化鐵道牽引供電方式進行分析的結果來看,雖然牽引供電方式確實能夠為電氣化鐵道的運行提供幫助,但是由于其本身的不完善,使其在實踐的過程中存在不少問題,從而對電氣化鐵道運行的安全性和穩定性造成了影響.

1 電氣化鐵道牽引供電方式的現狀以及概述

電氣化鐵道是時代發展所誕生的一種新型運輸體系,通過為電力機車提供牽引動力,使其能夠在固定的軌道中快速移動,從而達到運輸的目的.由于電力機車的特殊性,使其本身并不能攜帶電力能源,只能通過外部供給的電能來對電力機車提供能源.所以,這種專門為電力機車提供能源的牽引體系就被稱為牽引供電.而且,電氣化鐵道體系由兩大主要部分組成,即:電力機車、牽引供電裝置.首先,電力機車.電力機車的作用是給乘客或者貨物提供安全舒適的環境和空間,并且在保障乘坐安全以及條件需要的基礎上實現運輸.第二,牽引供電裝置.電力機車由于不能攜帶能源的特性,導致其在運作的過程中,需要外部能源供給,而為電力機車提供能源的體系就被稱為牽引供電裝置.

我國電氣化鐵道的牽引供電體系統采用了工頻單相交流牽引網,通過構成不對稱供電回路電力網絡來對電力機車提供電能.但是這種牽引供電方式在具體的運行過程中,難免會由于運行的狀態而在其周身形成一定程度的電磁場,從而對鐵道周圍的通訊網絡以及交流設備造成損壞或者電力干擾.而想要解決這種問題,最好的辦法就是在牽引供電方式上采取抑制干擾的措施,通過降低或者避免電磁場的形成,從而有效避免問題的發生.而且,也可以在通訊網絡上著手,通過加強屏蔽措施或者將受到影響的通訊設備移動到其他區域,從而有效地避免通訊網絡受到電磁場的影響.

2 電氣化鐵道牽引供電方式的分類

通過對我國電氣化鐵路牽引供電方式進行分析的結果來看,其供電方式大多采用單邊供電的方式,也就是直接、吸流變壓器、自耦變壓器以及同軸電力電纜等供電方式,從而實現為電力機車提供電力能源的目的.而且,為了有效保障電氣化鐵道運行的安全性和穩定性,還能夠在復線區段提高末端的電壓,并將上下行接觸網通過分區亭進行連接,使牽引變電在發生故障時,也能夠通過相鄰的變電所實施越區供電,從而在實現并聯供電方式的同時,準確提高電氣化鐵道運行的安全和穩定.

3 電氣化鐵道牽引供電方式的實踐

3.1 直接供電方式

一般來說,在電氣化鐵路實施運行的初始階段,大部分鐵道體系采用的牽引供電方式都為直接供電,從而為電力機車提供電力能源.直接供電方式的具體布線中,使接觸網、軌道以及地面直接構成回路,從而對電能進行供給,而對于通訊干擾的問題并不會做出對應的防護措施.而且,就直接供電方式的本質上來看,雖然具備簡單、投資相對較少、牽引網阻小以及能損較低的特點,但是在具體的使用中,卻由于鐵道鋼軌與大地之間并沒有什么絕緣措施,導致部分回流流入大地,從而對周圍的通訊網絡造成影響和損傷.而這個問題的出現,就是直接供電方式最顯著的特點.所以電氣化鐵道在早期的運行過程中,施工人員一般都會將鐵道沿線的通訊網絡進行遷移,從而降低直接供電方式的缺陷.

此外,如果是帶回流線的直接供電方式,則在接觸網支柱上架設一條與鋼軌進行并聯的回流線路,并利用接觸網與回流線之間的互感作用,使鋼軌中存在的回流電能盡可能的通過回流線路牽引回變電所,從而在降低空氣空間的同時,有效降低干擾的效果.但是,這種方式的降解干擾效果并不如吸流變壓器的供電方式,所以在具體的使用過程中,則需要考慮實際因素,盡可能在防干擾要求不高的區域內使用,從而使其發揮出最大的效果.

3.2 吸流變壓器供電方式

吸流變壓器供電方式就是在牽引網中架設具有吸流變壓器以及回流線裝置的供電方式.隨著科技水平的提升,這種牽引供電方式,目前已經應用于我國的大多數電氣化鐵道中.而吸流變壓器供電方式在具體的使用中,通過將其本身的一次繞組連接在接觸網上,將二次繞組串接在專用于牽引回路的回流線上,從而形成吸流變壓器的回流線供電方式.如果在具體的應用中,使用2個或者多個吸流變壓器時,需要在中間用上線將鐵道鋼軌與回流線路進行連接,并構成電力機車負荷電流由鋼軌流向回流線路的回路,從而有效的提升電氣化鐵道運行的安全和穩定.為了工作人員便于管理,在對其稱呼時,一般都會將2個吸流變壓器之間的距離稱之為BT段(吸流變壓器段),而之間的長度也會有明確的規定,即2~4km之間.此外,由于吸流變壓器的供電方式在具體的運行過程中,會在牽引網中串聯吸流變壓器,導致牽引網的阻抗值得到提升,相較于直接供電方式,吸流變壓器供電方式的阻抗值會提升大約50%,對應的能源損耗也會較大.

3.3 自耦變壓器供電方式

通過有關部門提供的資料來看,自耦變壓器供電方式又被稱為AT供電方式,是我國上世紀70年代發展起來的供電方式,不僅能夠有效地降低牽引網對通訊網絡造成的干擾,也能夠適用于電氣化鐵道運行的特點,即:高速、大功率等.所以在電氣化鐵道系統建立初期,大多數國家在使用牽引供電方式都會選用AT供電方式.而且,AT供電方式在具體的應用中,需要在每隔10km左右的位置設立一臺自耦變壓器,并使其中心點與鋼軌進行相連.而應用AT供電方式,能夠使牽引網的供電電壓得到提升,提供給電力機車的電壓仍舊為25kV,使其多余的電能可以隨著鋼軌流回,并在受到自耦變壓器的影響下,從而準確地流回變電所.

此外,由于自耦變壓器的阻抗值相對較小,與直接供電方式相比,大約只占其本身的25%,所以對應的電壓損失變小、電能損耗降低、供電能力增大以及供電距離增長.據不完全統計,AT供電方式的供電距離最長能夠達到50km,最短也能達到40km.由此可見,AT供電方式的應用能夠在一定程度上提升電氣化鐵道運行的質量和效率,從而在降低問題出現的同時,有效保障電氣化鐵道運行的安全性以及穩定性.而且,在具體的應用過程中,一般都選擇在重載、高速等負荷相對較大的線路中使用AT供電方式.在電力系統相對薄弱的地區,為了不給當地電力系統施加壓力,在運行的過程中,大多也會選用AT供電方式,從而在保障電力系統安全的同時,保證電氣化鐵道的正常運行.

3.4 同軸電力電纜供電方式

隨著科技水平的提升,在電氣化鐵道的牽引供電方式上出現了一種新的供電方式,就是同軸電力電纜供電方式,又被稱為CC供電方式.在應用中,通過將同軸電力電纜沿鐵道線路進行埋設,并且由內部的芯線作為供電線與接觸網進行連接的線路,而外部導體則作為回流線與鋼軌進行相接,按照對應規定進行分段,即:5~10km之間,從而完成對電力機車的供電.而且,與直接供電方式、吸流變壓器供電方式以及自耦變壓器供電方式相比,同軸電力電纜供電方式有著明顯的優勢,即:饋電線路與回流線路在同一項線纜中,使電力能源在回流的過程中,能夠擁有相對較好的傳輸效率.同軸電力電纜的阻抗值也會比接觸網和鋼軌的阻抗要小,從而在牽引電流和回流全部從同軸電力電纜輸送的過程中,實現電磁場抵消的目的.此外,如果在對電力機車供電的過程中實現電磁場的消除,那么不僅會使周圍的通訊網絡免受電磁場的干擾,也能夠有效保障電力機車的運行狀態.但是相對來說,由于同軸電力電纜供電方式造價相對較高、投入資金較大等特點,所以在使用的過程中,僅在困難的區段中使用.

4 結語

總之,電氣化鐵道牽引供電方式的選取,不僅能夠影響著電力機車的運行狀態,也能夠影響著鐵道本身的安全性以及穩定性.而且,基于電氣化鐵道對生活以及社會體系運轉的重要性來看,都有必要開展對牽引供電方式的研究,從而保障電氣化鐵道能夠更加安全和可靠的運行.此外,在具體的實踐過程中,則需要根據鐵道的實際情況進行分析,充分考慮電氣化鐵道牽引供電方式的優缺點,從而在選取合適方式的同時,有效保證電氣化鐵道的安全性和穩定性.

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U223.63

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1671-0711(2017)11(上)-0198-02