浅析电气化铁路供电系统

浅析电气化铁路供电系统

李炳辉 

内蒙古工业大学  010200

摘要：电气化铁路是利用电力牵引，把电能直接传送到机车和轨道上。由于电气化铁路在结构上的特点，决定了它的供电系统必须能够对机车和轨道上的负荷进行电能的输送，并且能够保证输出电压稳定。随着电力牵引技术和电力传动技术的发展，以及我国电气化铁路的大量建设，为保障牵引供电系统安全、可靠、高效运行提供了必要条件。本文对电气化铁路供电系统的组成和作用进行了分析，并对其工作原理和运行模式进行了阐述。

关键词：电气化铁路；供电系统；电力系统

引言：

从技术角度看，电气化铁路既有铁路运量大、速度快、运输成本低、能耗低、受自然条件影响少等特征，又具有明显的微观市场经济和宏观社会效益，是促进我国近代轨道交通建设和经济发展的关键因素。与此同时，中国全电气化轨道列车牵引驱动负荷系统为大电流、大容量单相高压整流负荷，其负荷运动剧烈、负荷波动频繁，负荷引起的负序、谐波、波动等均有可能对各牵引网之间的连接接收点及这一接点的出力及供电品质等带来不良影响。

一、概述

电气化铁路是利用电力牵引来带动机车和轨道上的电力机车等动力设备的牵引供电方式。它是电力运输发展的必然结果，也是国民经济和社会发展的重要基础设施。电气化铁路的主要特点有：1.在牵引供电系统中，通过电力机车将电能传送到受电弓上，再由受电弓将电能传送到接触网上；2.为保证供电质量，供电系统必须采用三相供电形式；3.供电系统要能保证向机车和轨道上输送足够的电能。为了达到上述要求，牵引供电系统除必须具备正常供电功能外，还必须具备如下功能：1.能够根据列车运行速度和机车工作特性，实现灵活的列车编组、列车运行速度和机车工作特性匹配；2.能够保证受电弓在运行中不会因为接触不良而烧坏；3.能够保证在受电弓附近的接触网不会发生放电现象；4.能够保证受电弓、接触网、电力机车之间的电气连接线的安全；5.能够保证通过列车的制动装置实现制动；6.能够保证机车和轨道上负荷的电能供应，使其能稳定地运行。

为了提高供电质量，防止短路故障，以及控制故障时的谐波电流，电气化铁路一般采用整流和逆变两种方式供电。

二、组成和作用

电气化铁路供电系统是由变电所和牵引变电所组成，也就是将来自电力系统的交流电转变为直流电，通过牵引变电所向电力机车和牵引电车供电。变电所由主变压器、断路器、隔离开关、不平衡补偿装置等组成，其作用是将交流电转变为直流电。主变压器主要负责将电压从380V降为220V或110V，并把交流电转变为直流电，这一过程称为一次降压。隔离开关用于防止高压对低压设备的损坏，而不平衡补偿装置主要是为了补偿牵引负荷的三相不平衡。在牵引变电所内部，还设有不平衡补偿装置、静态无功补偿装置以及动态无功补偿装置等。牵引变电所是电气化铁路的核心，它将交流电转变为直流电，并将其传输到电力机车。牵引变电所为电气化铁路提供电能，主要是通过两条或多条牵引回流线路把电能从电力机车牵引电缆引入到变电所。在牵引回流线路中，除了通过机车和电缆向牵引变电所输送电能外，还将通过断路器、隔离开关以及不平衡补偿装置向电力机车供电。在电力机车向接触网送电时，采用的是四象限交—直—交供电系统，通过该系统进行供电。

三、工作原理

电气化铁路供电系统的工作原理主要由牵引变电所、牵引网、电力机车组成，主要由以下三个部分组成：1.牵引变电所是电气化铁路的重要组成部分，它承担着向机车、车辆及电力机车提供三相交流电的任务。牵引变电所包括直流主变电所和交流主变电所，直流主变电所主要由直流输电线路、变压器、隔离开关、中性点接地装置组成；交流主变电所由整流变压器、整流装置、控制电路组成。2.电力机车是电气化铁路的重要组成部分，其主要作用是将电能转换成机械能，并以此能量来牵引列车。电力机车是一种动力牵引设备，它通过动力电缆（简称动力电缆）与接触网相连接。动力电缆为电力机车提供三相交流电源。3.牵引网：牵引网的核心部分是导线，一般采用铜制或铝制的裸导线，也有少量采用绝缘导线。导线固定于跨架上，并通过绝缘子与轨道相隔离。

电气化铁路供电系统的工作原理主要有以下几个方面：1.由变电所向电力机车供电。由于电力机车的功率比较大，它在运行过程中会产生很大的电流，为了避免对其他设备的干扰和影响，所以要求供电变压器的容量比较大。变电所将电压降为交流电，输送给电力机车，通过牵引电流转换为直流电后送往各个接触网分接头。2.由于电力机车运行中需要频繁加速、减速和制动，因此要求供电电压波动较小，电压稳定；同时为了减少牵引电流的影响，要求牵引网对供电电压进行补偿。目前常用的补偿装置有无功补偿、谐波抑制装置和无功补偿装置等。3.由电力机车向其他用电设备供电。由于电气化铁路在运行过程中需要使用大量的电能，并且使用较大功率的牵引电动机，因此需要对电能进行回收和利用，为此要求接触网能够稳定地提供三相交流电，以保证各个用电设备的正常工作。

四、运行模式

牵引变电所采用分布式控制方式，即有源或无源方式。当有源方式时，将馈线分为不同的供电区段，通过有源或无源设备把电流传送到相应的供电区段上，将供电区段内的负荷进行供电。当无源方式时，馈线为单相电源供电，将电流直接传送到负荷。根据牵引变电所的分布情况以及对牵引网电压的要求，通常采用有源馈线和无源馈线两种方式。无源馈线是指在无功补偿设备上接人一个直流电源。当无功补偿装置处于工作状态时，其两端的电压为0。这种运行模式虽然简单可靠，但投资费用较高。而有源馈线是指在无功补偿装置上接人一个交流电源，该电源可以提供交流、直流和单相三种方式，满足牵引变电所不同的电压要求。

结语：

总之，当前，国家铁路建设正处在跨越式发展的新思路指导下，国家战略布局也在稳步推进。另外，电气化铁路具有运输速度快、负荷大、环境友好等优点，也是我国轨道交通发展的方向。有关部门要注意新的电气化铁道牵引站的供、用电相关的技术及经济问题，充分考虑到电气化铁道供电系统对电力系统的影响，真正的让电力与铁路建设为人民谋福利。

参考文献：

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