电气化铁道供电系统的发展浅析

电气化铁道供电系统的发展浅析

引言

电气化铁道，是采用电力牵引的铁道[1]，为保证铁道持续稳定的供电，铁道沿线均设有电力牵引供电系统，国家电网是电气化铁道主要的电力来源。国家电网的高压交流电，输送到铁道沿线设置的牵引变电所，通过变电所的降压作用后，再输送到轨道上空的接触网上。列车从接触网上获取电流后，列车内部设备对电流进行再次降压，并整流为直流电，以驱动直流电动列车。电气化铁道供电系统由牵引变电所与接触网两部分组成，其供电系统新技术亦是从这两方面展开阐述。

一、牵引变电系统新技术

牵引变电所在电气化铁道中，是电力牵引的专用变电所。牵引变电所将国家电网输送过来的电能，根据电力牵引对电流和电压的不同要求，将此电能通过降压、整流等方式，转化为铁道牵引所需要的合适电能，接着讲此适用于铁道电力机车的电能分别输送到沿铁道线上空架设的接触网，为电力机车供电。由于铁道路线长，电力机车运行过程中，不能出现电流电压不稳或者断电现场，造成电力机车无法正常营运。因此，在铁道沿线上，要设置多个牵引变电所，两个相邻变电所之间的距离根据科学的计算，一般为50公里左右。

电气化铁道的牵引负荷是单相交流负荷，在牵引供电系统中，由于电子电流变流导致系统中的电流、电压间产生非线性关系，使得牵引供电系统存在负序、谐波、无功三相不平衡的问题。在电气化铁道的发展过程中，为解决由牵引变电系统三相不平衡对电力体统带来的不利影响，我国研发出微机数据采集分析技术，将其应用于牵引变电系统中，对其复杂的电力网络进行计算。

铁道实现电气化的主要目的，是以电能作为列车的牵引动力，简化铁道牵引系统的设备结构，较少铁道建设资金的投入，以电能快速供电的优势，促进铁道的运输效率，环节铁道运输压力，同时实现无烟排放，达到保护环境的效果。因此，牵引变电系统在设计过程中，必须以电气化铁道的建设意义为设计依据，以节约电能，提高供电质量为牵引变电系统的设计原则。

采用并联电容补偿装置[2]，能够有效减缓牵引变电系统中，外界环境所带来的电磁波对牵引变电系统的干扰。并联电容补偿装置，是在牵引变电系统中，已经安装的电容装置对系统中的谐波电流起到抑制作用，但是谐波电流还是能够通

过输电线进行传输。这种情况下，就在要系统电流值超出规定值的位置增设电容装置，与已有的电容装置形成并联回路，提供补偿作用，共同阻止系统中谐波电流的输送通路。在输电线上增加安装并联电容补偿装置，原理是利用电容器充放电的特性和阻止谐波电流通过、允许交流电流通过的能力，且其自身是由绝缘电介质构成的。在在牵引变电系统中，尽可能安装足量的电容器，加强对谐波电流的在线路中传输的抑制作用，从而实现阻碍谐波电流传输通路的目。其次，在牵引变电系统中，使用新型技术设备，如3、5、7次滤波器，能够有效清除电流回路中特点频率的频点，或对特点频点以外的频率进行消除，以获取特点的频率电源型号。

在牵引变电系统中，铁道轨道作为牵引变电系统的结构之一，其金属结构能够对地导电而对牵引变电系统的电能泄漏，这种现场，对邻近的通信线路产生危险电压影响和杂音电压干扰。为能有效解决这一问题，在牵引变电系统中接入吸流变压器（BT）以及回流线的供电方式，这种供电技术，能够有效对轨道漏电引起的杂音电压干扰。吸流变压器（BT）于1962年便已应用于铁道牵引变电系统之中，虽然其抗杂音干扰的效果很显著，但是增加了牵引变电系统的阻抗以及能耗。这一缺点对于牵引变电系统的节能要求是背道而驰的，因此，在1978年研发了自耦变压器（AT）[3]和同轴电缆供电方式。与BT方式相比，在实现相同抗干扰的效果下，AT方式的通电特性显著提高，AT方式亦在牵引变电系统中得到了广泛了应用。

二、接触网方面的技术

电气化铁道供电系统中，接触网所处的机械环境和电气条件比较复杂，为避免接触网在复杂的环境中安全工作，其绝缘要求要高。在接触网中采用新型绝缘材料，如闪络距离为920mm和1200mm的棒式绝缘子，能够使接触网污闪事故有效减少。接触网所选用的新型合成绝缘材料，要达到绝缘效果的同时，需要考虑接触网所处的复杂环境，污秽多、不易清扫等特点。如绝缘棒子，不仅耐污秽，不需要清扫，且其强度极大。虽然重量只有瓷绝缘子的十分之一左右，但是此绝缘棒子不易碎。新型合成绝缘材料一般使用在隧道外的接触网上，其优越的性能，可能将替代瓷绝缘材料，占据市场主流。

采用计算机模拟技术，可以对新型合成绝缘材料进行性能测试。对接触网上的电压进行数据采集，结合接触网所处的环境，对其环境污秽度进行测试，并以

此数据作为新型绝缘材料选取的依据，进而选择更为适合、更为科学合理的绝缘材料，使的接触网的绝缘设计方案更加完善。

电气化铁道供电系统对接触网的绝缘效果有着极高要求的同时，接触网的机械性能，同时需要得到有效的改善。接触网动态测量技术，在电气化铁道供电系统中发展较好。利用带有微机数据采集分析系统的接触网检测车，能够降低接触网机械设备，因硬点而引起的离线和局部磨耗。而在机械设备连接导线的选择上，处于成本考虑，选用钢铝导线可以有效节约铜金属材料。在太、丰沙等铁道干线实践经验中，钢铝导线的使用性能经过了严峻的考验，不仅强度大，还耐磨损，内包式加磷铜稀土钢铝导线的性价比更高。在接触网机械设备的导线连接中，钢铝导线的应用已形成成熟的发展趋势。

电气化铁道供电系统新技术，不仅体现在其设备技术方面与配件选择方面，供电系统运行管理技术，也应与时俱进，有所发展。因此，电气化铁道要求其电力调度、控制以及继电保护应趋向自动化、远动化的方向发展，实现自动化智能管理，提高管理水平。随着社会经济的快速发展，新型科技产品越来越普及，电子和微机技术在发展情势下已然完善，用于电气铁道供电系统中，能够远程对供电系统进行管理。比如，远动系统已发展到多微机远动阶段，在此阶段，远动系统的功能实现了遥控、遥信和遥测。且系统自身的硬件和软件都很简单，还有显示屏，可以对供电系统的检测情况进行现场直播，并能自动打印和记录检测结构。实现电气化铁道“有人值班，无人留守”的管理目的。电子和微机技术在普及，不仅能够节省电气化铁道人才储备的资金投入，还可以及时向工作人员反馈系统运行情况，当出现安全事故时，工作人员亦能利用新型技术，在最短时间内做出故障的处理方案。

三、结语

我国对铁道建设的大力发展，使得铁道相应工作人员，从铁道的方案设计以及系统技术方面，均投入极大的科研力度。电气化铁道快速、高效、节能的设计初衷，也将在供电系统新技术的发展下得以实现。然而，社会发展的脚步不会停止，但电气化铁道供电系统技术也应与时俱进，在越来越多的实践案例中，总结供电系统技术应用经验，并逐步改良，使我国电气化铁道供电系统技术向更加完善的目标发展。

参考文献：

[1]李群湛，连级三，高仕斌.高速铁路电气化工程[M].成都：西南交通大學出版社，2006-07-02.

[2]王果.电气化铁路牵引供电系统综合有源补偿研究[D].兰州：兰州交通大学，2011-11-15.

[3]张秀峰、高仕斌，钱清泉.基于阻抗匹配平衡变压器和AT供电方式的新型同相牵引供电系统[J].铁道学报，2006-01-22.