电气化铁路牵引供电系统

　　摘要：针对电气化铁路，总结了新技术。新设备的应用及优势，并探讨了牵引供电系统的主要技术参数和要求，为电气化铁路的运行维护打好坚实的基础。

　　关键词：牵引供电系统 电气化铁路 关键设备

　　根据全国铁路规划，我国计划到2020年建成约1.2万公里高速铁路，随着高速铁路的迅速发展，牵引供电系统已经成为电气化铁路的重要环节。

　　1、牵引供电系统

　　我国牵引供电系统的主要有以下几方面：

　　(1)供电方式及设备种类多样化，有直接供电方式、带回流线的直接供电方式、串联吸流变压器(BT)供电方式、自耦变压器(AT)供电方式，这些供电方式的技术和经济特性有较大的差异。

　　(2)牵引供电系统和电力机车在电气上是一个连续的整体，易于实现自动化和信息化管理。

　　(3)电力机车是单相移动性随机负荷，是一种负序源;

　　(4)主要采用非线性整流器机车，可以看作一种谐波源，并从电力系统和牵引供电系统获取无功;

　　牵引供电系统中存在的主要技术问题，包括牵引变压器供电能力的提高及增容、牵引网电压的调节、电力系统要求对谐波、负序、无功的治理等。为解决这些技术问题，在设计和运行中需要对牵引供电系统进行深入研究，例如：对各种供电方式的结构、参数、性能的分析计算和优化;对变压器过负荷能力及对负荷平衡能力的研究;对谐波、负序、无功、电压损失、防干扰能力等进行系统地分析和综合治理研究等等。可见， 牵引供电系统总体技术要求为可靠性、可用性、可维护性、安全性、可持续性;可靠性，高标准冗余设计体系、高质量制造体系(设备)、严格施工标准体系，确保牵引供电系统的可靠性。

　　2、供电系统主要技术参数及要求

　　供电系统是牵引供电的心脏，它包括供电能力、供电质量。供电能力包括牵引网供电电压、载流能力和牵引变压器容量;供电质量包括电力系统电压波动、功率因数、谐波、负序。

　　2.1牵引供电方式

　　牵引供电系统供电方式目前我国基本采用以下两种方式：带回流线的直接供电方式(简称TRNF方式)和自耦变压器供电方式(简称AT方式)。

　　AT供电方式优越性：

　　1.环境电磁污染小，利于环保;

　　2.供电能力大，末端电压高，提高铁路的运输能力;

　　3.电分相少，利于动车组的高速运行;

　　4.外部电源点需求少，工程费用投资低。

　　5.降低对接触悬挂载流量的要求、减轻牵引网电流密度;

　　6.利于牵引供电接触网子系统的轻型化。

　　2.2牵引变压器结线方式

　　在确定牵引变压器的结线形式时，不仅要考虑其能够满足高速铁路牵引供电质量的要求，还应考虑提高变压器的容量利用率、节约能源、降低运营费用，结合我国高速铁路需求和各种变压器结线方式的技术特点，牵引变压器结线优先采用单相结线;远期牵引变电所安装容量较大的，可预留采用V结线条件;电力系统短路容量小或变压器安装容量大的，应采用V结线形式。

　　2.3牵引供电外部电源的采用

　　外部电源进线优先采用220kV及以上电压等级。

　　1.采用220kV电源供电的优越性：

　　1)输送能力高，电压损失小，保证较高的供电质量;

　　2)改善对电力系统的负序和谐波影响

　　3)外部电力系统具有较大的负序承受能力，电压畸变小;

　　4)保证高速铁路的安全供电和可靠运行。

　　2.选取电气化铁路电源的原则：

　　高速铁路牵引供电的外部电源供电方案需要从牵引负荷大小、负荷特性、供电可靠性及电力系统供电条件和对电力系统的影响等多方面综合考虑确定。

　　高速铁路牵引负荷波动剧烈，采用较高电压外部电源有利于降低高压侧电压总谐波畸变率、三相电压不平衡度及电压波动，有助于减轻牵引负荷对电力系统的不良影响;为了减小负序对电力系统的影响，要求其接入的外部电源具有较强的承受负序能力。因此，高速铁路牵引供电外部电源的系统短路容量不宜小于5 000 MVA，宜采用220 kV及以上电压，牵引变电所没两回独立可靠的电源供电并互为热备用;当条件受限而采用110 kV时，应根据系统短路容量进行牵引网网压核算，采取必要的技术措施确保供电质量。

　　2.4关键设备

　　牵引供电一般AT供电方式时均采用新型2×27.5kV GIS设备，2×27.5kV GIS开关柜由电力系统40.5kV GIS开关柜改型而来。GIS设备将进线断路器及隔离开关加上馈线侧的断路器及隔离开关都集中在开关柜中，用SF6气体绝缘， GIS 开关柜内集成了断路器、隔离开关、电流互感器等设备，集成度高，少维护甚至免维护不受外界环境影响，可靠性高。

　　它与BT供电方式相比较的优点在于：柜内继承的断路器、隔离开关对场地的占用较少，节省了大部分土地资源，内置SF6气体耐压能力比较强，减少了设备误动作次数，提高了供电的可靠性。

　　3、牵引供电系统的评价

　　根据牵引供电系统要求，其系统采用接触网检测装置和试验车对接触悬挂系统进行静态和动态检测，对接触网施工质量进行评估;集成试验和运行试验阶段是对牵引供电系统在运行条件下的综合性能评估。牵引供电系统主要指标包括三相不平衡度、谐波、负序、电压损失、功率因数等与电能质量相关参数，牵引负荷、牵引网末端电压和越区供电等与系统供电能力相关参数;变电子系统主要指标包括高压电器设备的绝缘性能、电气性能参数，二次设备的控制保护功能及自动化和联锁功能;接触网子系统主要指标包括接触线高度、拉出值等静态空间几何参数和静态接触线抬升量，实车、按设计速度条件下的动态弓网关系，包括动态接触压力、燃弧率等。牵引供电系统的安全可靠性评价包括系统功能的完备性、设备及通信冗余及设备布置合理性，系统防御抵抗风、雨、雪、雷等自然灾害的能力，系统火灾报警和应急处理预案及外部电源停电应急处理预案等突发事件应急处理能力。

　　结语

　　我国电气化铁路建设取得了较为丰富的成果、积累了一定经验，引进消化国外先进技术、装备，逐步形成了自己的一套完整的工作体系，让我们一起努力为我国牵引供电系统成为国际一流水平的高速牵引供电技术体系和标准体系而奋斗。

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