電氣化鐵路供電若干問題分析

中國鐵建電氣化局集團北方工程有限公司 楊 陳

電氣化鐵路供電若干問題分析

中國鐵建電氣化局集團北方工程有限公司 楊 陳

隨著科技的發展，電氣化鐵路鋪設的范圍越來越廣，為我們的日常出行帶來更多便利。對于電氣化鐵路來說，供電是非常重要的一項組成部分，通過供電系統才能保證電氣化鐵路的正常運行。本文對電氣化鐵路供電中的基本問題進行分析。

電氣化鐵路；供電；問題

前言

通常來說電力牽引系統主要分為兩大部分，牽引變電站以及接觸網。電氣化鐵路與傳統鐵路相比，建設期投入成本較大，但是在開始正常運行之后多消耗的運輸成本較低，具有很好的使用以及經濟效益。

1 電氣化鐵路運行特性

對于電力系統來說，電氣化鐵路牽引負荷是其重要組成，它又具有明顯的特殊性。非線性、不對稱性以及沖擊性等都是非常明顯的特征。電氣化鐵路牽引供電系統非常復雜并且龐大，由很多部分組成，例如牽引變、電網機車等，這些每一個分項都是復雜多樣的。這就決定了所匹配的供電工程的方案設計與普通供電系統存在顯著差異，所要考慮的范圍更加廣，設計工作量大，供電技術標準更高，需要做大量的協調工作。如果一輛列車的牽引重量為1000噸，當它的時速處于160km時，對應的牽引功率是4600kw；當速度提升到250km/h，對應的牽引功率增加到13300kw，牽引功率的增長量遠大于速度提升量；高鐵按照設計來說速度可達350km/h，而它所對應的牽引功率高達24800kw。

2 供電電壓

對國內牽引站進行分析，所采用的供電電壓主要分為兩種，220kv和110kv，在2000年之前，以使用110kv為主，在2000年之后，牽引站逐漸向220kv供電轉變，哈大線是非常重要的分界點。規定供電電壓的原則是按照牽引站的終期容量確定。110kv和220kv電壓在各個方面都各有利弊，例如供電資源配備，年度運行成本等。所以在進行選擇時候要根據實際情況選擇最科學合理的供電電壓，不能由主觀態度決定必須使用某一種，這個選擇要客觀合理。對于同一條電氣化鐵路線路來說，不同的牽引站可以選擇不同的供電電壓。

3 接觸網

我國的電鐵接觸網所使用的額定電壓為25kv，牽引站的二次變壓主要包括兩種，27.5kv以及55kv，所匹配的接觸網制式也分為兩種，BT制以及AT制，BT制所對應的二次變壓為27.5kv，AT制對應的變壓為55kv。統計顯示，我國使用BT制的數量遠大于AT制的數量。通過實際觀察發現，每一條電氣化鐵路都有架空的接觸網，通常也被稱為接觸線，借助接觸弓，接觸網完成對機車的供電作業。除了接觸線還有一根隱藏線路，也就是BT制里面的回流線，AT制里面的正饋線。它們名稱不同但作用相同，都是用來減少入軌電流的擴散，降低諧波電流所產生的通信干擾對感應地電流和過電壓所產生的腐蝕加以限制。使用效果對于AT制更佳，但是AT制的接觸網造價相對較高，因為在鐵路線路中間隔15米左右就要配備自藕變。從經濟效益的角度出發，為降低成本BT制一直是過去的首選。AT制還有另外一顯著優勢，供電臂長增加一倍。這就使得牽引站的數量大大減少，運行成本得到有效控制，所以AT制在未來有很好的發展前景。在BT制里面，回流線和接觸網中間以1.5km為間隔，進行吸流變壓器的串接。在完成安裝BT后，接觸網的阻抗大幅度增加，這就使得機車在正常運行過程中需要不斷在無電區進行通行，除此之外，BT制的吸流效果較差，不能滿足與其要求。

4 牽引變壓器

就目前實際情況來說，我國電氣化鐵路所使用的牽引變壓器種類繁多，在早期的牽引站中使用最多的是V/V變和Yn/d11變。下面主要對現如今使用較多的單相變和SCOTT變進行介紹。

4.1 單相變

對于單相變來說，電網兩相給其高壓端供電，在低壓端使用55kv電壓級，所選擇的接觸網為50kvAT制。單相變的優勢顯著，包括接線易操作，有較高的容量利用率，有良好的可靠性，投入較少，運行成本低廉等。AT制的使用又使得輛牽引站之間的距離大于BT制，這將進一步減少成本投入，所以受到鐵路部門的青睞，通常作為首選牽引變壓器。然而它也有自身的缺點，單相變的負序電流概率值較其他幾種變壓器最大，這也就給電力系統帶來不小的負面影響。單相變的最好應用實例就是在哈大線路中。

4.2 SCOTT變壓器

對于SCOTT變壓器來說，電網三相為其高壓側供電，借助變壓器接線低壓側被轉變為兩相制。如果兩臂的負荷處于同一數值時，高壓側的三相電力處于平衡狀態。SCOTT的變壓器配有雙臂，采用AT制，所以兩牽引站之間的距離大于單相變兩牽引站之間距離。這一變壓器屬于特種變壓器，價格相對較高，但是其綜合經濟效益也較高。所以在電氣化鐵路供電中，要想達到供用兩方雙贏的效果，SCOTT變壓器是不二選擇。

5 牽引站主接線正常運行方式及相序

5.1 主接線及正常運行方式

兩線兩變簡易外橋接線是牽引站最主要的接線方式，它的運行方式多為一主一備，能夠實現單邊運行，又滿足交叉運行的條件。供電線路和變壓器都能夠進行備自投，具有靈活的運行方式。在主變停止工作的狀態下，運行方式可通過遠程電動操作隨意切換，時間較短的停電雖然會對運行的車輛產生影響，但在允許范圍內。因為使用供電方式為兩線兩變，所以全站停電的概率非常小，能夠有效保證鐵路的正常運行。

5.2 電氣化鐵路牽引變壓器相位標識

通常來說電力系統的變電站通過主變進行定相，面向主變高壓側最左側為A，之后為B，最右側為C，電氣化鐵路牽引站與變電站不盡相同，在BT制里，把低壓側接地一相定位C，以此作為定相標準。如果是面相牽引變的高壓一側，最左側為A中間為B，最右側為C。在有些牽引站的順序則是C、B、A。

5.3 輸電線路的相位輪換

電氣化鐵路的接線方式存在很多種，但是不管選擇哪種接線方式，就電力系統來說都屬于非對稱負荷。為了使不平衡負荷對電力系統的影響降到最低，供電線路需要順著電氣化鐵路的牽引站進行有序的相別輪換。在進行這項工作時候，要對相位做出正確的判別，通常來說把電力系統作為基準，還要對牽引變的組別進行認真核對。牽引站之間饋電臂無電區左右兩側的相位必須保證一致。在過去的實際操作中，經常出現忽略SCOOT變的線路相別輪換現象，主要是因為對SCOOT變認識不夠全面，所以對于SCOOT變也要進行相應的相別輪換工作。

5.4 電能表的接線

在電能計量工作人員進行現場作業時候，只能看到牽引站所標示出來的ABC，而電力系統的相關標示是不可見的，對電能表進行線路連接時候要把電力系統的相位作為標準。如果在線路連接過程中不能掌握電力系統和牽引站進行定相的區別，就很容易導致線路連接出現錯誤。所以，在電力系統的相位應該在電氣化鐵路牽引站中有醒目準確的標識。

6 結束語

綜上所述，隨著電氣化鐵路事業的飛速發展，對其供電系統要進行深入剖析。對于電氣化鐵路的供電系統來說，存在很多問題需要引起重視。只有克服存在問題才能保證電氣化鐵路正常平穩的運行。

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