淺談我國(guó)高速鐵路牽引供電發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù)問題

蔣奇斌

（廣西寧鐵監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司 廣西南寧 530000）

淺談我國(guó)高速鐵路牽引供電發(fā)展的若干關(guān)鍵技術(shù)問題

蔣奇斌

（廣西寧鐵監(jiān)理咨詢有限責(zé)任公司 廣西南寧 530000）

隨著科技的日益發(fā)展，電力牽引技術(shù)也在快速的普及，本文通過對(duì)德國(guó)模式的借鑒，提出一種相對(duì)獨(dú)立而又取電于公用電網(wǎng)的牽引供電系統(tǒng)，它即可以解決電能質(zhì)量問題，還可以完全取消電分相，結(jié)合實(shí)際情況，本文將結(jié)合高速鐵路的建設(shè)和運(yùn)營(yíng)的相關(guān)經(jīng)驗(yàn)，從高速鐵路的牽引供電的各個(gè)方面，系統(tǒng)的介紹有關(guān)于高速鐵路牽引供電的一系列關(guān)鍵技術(shù)，同時(shí)從牽引供電技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀出發(fā)，展示多種現(xiàn)代化的高新技術(shù)，為我國(guó)高速鐵路牽引供電技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展提供相應(yīng)的指導(dǎo)。

高速鐵路；牽引供電技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)問題

前言

近些年來，高速鐵路在中國(guó)的發(fā)展很迅速，截止到2015年底，高鐵的里程已經(jīng)達(dá)到16萬km，占到世界高速鐵路的大部分，高速鐵路的發(fā)展，特別是在近幾年來，僅用了幾年的時(shí)間就超過了多數(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家鐵路發(fā)展里程的總和，這證明了在當(dāng)年形勢(shì)下，我國(guó)高速鐵路技術(shù)發(fā)展的優(yōu)越性。中國(guó)高速鐵路的發(fā)展過程中，經(jīng)過多年實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的積累，已經(jīng)初步形成了自己的技術(shù)體系，大部分領(lǐng)域還處在領(lǐng)先地位，但隨著高速電氣化鐵路管理標(biāo)準(zhǔn)的不斷提高，對(duì)于設(shè)備的供電安全效能和可靠性等方面也提出了更高的要求，就目前我國(guó)的供電設(shè)備中的管理方式來說，要滿足其標(biāo)準(zhǔn)要求，將耗費(fèi)巨大的財(cái)力與物力。因此，如何才能保證高速鐵路牽引供電系統(tǒng)的高校、可靠、安全的運(yùn)行是中國(guó)高速鐵路發(fā)展的首要問題。

1 高速鐵路相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用

隨著高速鐵路在中國(guó)的不斷發(fā)展，其相關(guān)的技術(shù)層面也得到了相應(yīng)的發(fā)展，在供變電技術(shù)、弓網(wǎng)關(guān)系、自動(dòng)化、安全檢測(cè)等重要性技術(shù)的方面也取得了巨大的發(fā)展，在當(dāng)前形勢(shì)下，高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)可以滿足于高速運(yùn)行中的弓網(wǎng)關(guān)系，其中最大的編組為16輛，最小的行車間距可達(dá)到3min，基本上實(shí)現(xiàn)了“高密度、高速度、高強(qiáng)度”的行車編組，高速列車功率的需求可達(dá)到24MW，其持續(xù)的時(shí)間長(zhǎng)。普遍采用交-直-交傳動(dòng)系統(tǒng)，動(dòng)車組諧波含量少，頻譜較寬，功率因數(shù)高，由于高速鐵路發(fā)展的特殊性，因此給牽引供電系統(tǒng)的安全帶來了新的課題。

2 關(guān)于高速鐵路牽引供電系統(tǒng)

2.1 牽引供電系統(tǒng)介紹

將電能從電力系統(tǒng)傳送到高速鐵路機(jī)車的電力裝置的過程被稱作高速鐵路的牽引供電系統(tǒng)，它主要由接觸網(wǎng)和牽引變電所兩大部分組成，將電力系統(tǒng)傳輸過來的110kV三相交流電轉(zhuǎn)化為55kV或是27.5kV的單相電，并采用單相供電的形式傳輸?shù)浇佑|網(wǎng)上，牽引系統(tǒng)主要對(duì)電力機(jī)車進(jìn)行供電，它是一種雙導(dǎo)線供電系統(tǒng)，而接觸網(wǎng)是將電能輸送給機(jī)車的供電設(shè)備，它由定位器、承力索、接觸線等相關(guān)裝置所組成。

2.2 牽引供電常見的幾種供電方式

牽引供電系統(tǒng)正常作業(yè)的程序是從電力系統(tǒng)接收電能之后，通過變壓、變相，向電力機(jī)車傳輸電量。以下是牽引供電系統(tǒng)常見的幾種供電方式：

2.2.1 T-R供電方式

T-R又被叫做直接供電方式，這種供電方式是牽引變電所通過接觸網(wǎng)直接向電力機(jī)車進(jìn)行供電，牽引回流自由流經(jīng)鋼軌和大地的一種牽引供電方式。但由于這種供電方式的電路構(gòu)成及結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，設(shè)備少，施工及運(yùn)營(yíng)維修都較方便，因此造價(jià)也低。但由于接觸網(wǎng)在空中產(chǎn)生的強(qiáng)大磁場(chǎng)得不到平衡，對(duì)鄰近的廣播、通信干擾較大，因此一般很少采用這種供電方式。

2.2.2 B-T供電方式

所謂的b-t供電方式指的就是吸流變壓器供電方式，牽引供電系統(tǒng)中加裝吸流變壓器和回流線的供電方式。這種供電方式由于在接觸網(wǎng)同高度的外側(cè)增設(shè)了一條回流線，回流線上的電流與接觸網(wǎng)上的電流方向相反，這樣大大減輕了接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線路的干擾。但由于在BT供電方式中，牽引網(wǎng)阻抗較大，造成較大的電壓和電能損失，因此在牽引供電系統(tǒng)中已經(jīng)很少被采用。

2.2.3 A-T供電方式

隨著高速鐵路電氣化技術(shù)的發(fā)展，高速、大功率電力機(jī)車的投入運(yùn)行，吸流變壓器供電方式已經(jīng)不能適應(yīng)高速鐵路發(fā)展的需要。鑒于A-T供電系統(tǒng)在牽引供電系統(tǒng)中的明顯優(yōu)勢(shì)，各國(guó)均開始采用AT供電方式。所謂的AT供電方式就是在牽引供電系統(tǒng)中并聯(lián)自耦變壓器的供電方式。實(shí)踐證明，這種供電方式是一種既能有效地減弱接觸網(wǎng)對(duì)鄰近通信線的感應(yīng)影響，又能適應(yīng)高速、大功率電力機(jī)車運(yùn)行的一種比較先進(jìn)的供電方式。

2.2.4 三種不同的供電方式的優(yōu)缺點(diǎn)比較

如表所示1。

表1

3 高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中常見的問題

3.1 諧波電流

變壓器在運(yùn)作的過程中會(huì)有很多的因素影響它的正常運(yùn)作，諧波電流就是很常見的一種，在機(jī)械要工作運(yùn)作的時(shí)候工作人員都會(huì)事先計(jì)劃可能發(fā)生的不利因素做出對(duì)應(yīng)的應(yīng)救措施。以下是諧波電流的產(chǎn)生對(duì)變壓器的三個(gè)影響：①變壓器勵(lì)磁電流中含諧波電流，引起合閘涌流中諧波電流過大，這種諧波電流在發(fā)生諧振時(shí)對(duì)變壓器的安全運(yùn)行將造成威脅。②諧波電流使變壓器的銅耗增加，引起局部過熱、振動(dòng)、噪聲增大、繞組附加發(fā)熱等。③諧波電壓引起的附加損耗使變壓器的磁滯及渦流損耗增加，當(dāng)系統(tǒng)運(yùn)行電壓偏高或三相不對(duì)稱時(shí)，勵(lì)磁電流中的諧波分量增加，絕緣材料承受的電氣應(yīng)力增大，影響絕緣的局部放電和介質(zhì)增大。對(duì)三角形連接的繞組，零序性諧波在繞組內(nèi)形成換流，使繞組溫度升高。

3.2 負(fù)序電流

負(fù)序電流的產(chǎn)生是由于在電力系統(tǒng)的正常運(yùn)行時(shí)負(fù)序電流分量很小（接近于零），而在系統(tǒng)出現(xiàn)不對(duì)稱故障時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生很大的負(fù)序分量電流，從而通過測(cè)量負(fù)序電流的大小可以判別是否發(fā)生故障。負(fù)序電流的產(chǎn)生對(duì)整個(gè)電力系統(tǒng)有著很大的影響，對(duì)電力系統(tǒng)產(chǎn)生了一系列的危害，例如，變壓器的容量利用率下降或者產(chǎn)生不同程度的損耗，造成變壓器鐵芯磁路周圍出現(xiàn)持續(xù)加熱的情況。

4 對(duì)常見性故障的解決方法

4.1 治理諧波的方法

徹底的減少諧波，依據(jù)目前的技術(shù)很難以做到。因?yàn)橹C波多是非線性設(shè)備產(chǎn)生，因此要徹底的減少諧波，就要減少非線性設(shè)備，這個(gè)顯然是不可能的。因此對(duì)于高速鐵路工作者來說，要做的是怎樣治理和控制諧波的產(chǎn)生。現(xiàn)在普遍用的就是在電容柜中加裝串聯(lián)電抗器、諧波抑制器、諧波濾波器等，要提到的是，串聯(lián)電抗器的效果相對(duì)比較好。但是在選擇電抗器時(shí)，要對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量，了解現(xiàn)場(chǎng)主要是第幾次產(chǎn)生的諧波，然后選擇相對(duì)電抗率的電抗器，比如3次諧波選擇電抗率為10～12%，5次諧波選擇6%，7次諧波選擇3%。

4.2 減輕牽引供電系統(tǒng)中的負(fù)序電流

在牽引供電系統(tǒng)中，負(fù)序、零序電流的產(chǎn)生，均是由于三相電壓不平衡引起，總的解決原則，就是保持三相電壓的平衡。而負(fù)序電流的產(chǎn)生，是由于三相負(fù)荷的不平衡引起。正是三相負(fù)荷的不平衡，才導(dǎo)致中性點(diǎn)偏移，系統(tǒng)中出現(xiàn)負(fù)序電壓、負(fù)序電流。最簡(jiǎn)單、有效的方法就是調(diào)整單相、三相負(fù)荷，使三相負(fù)荷平衡；但對(duì)電氣化機(jī)車，就是單相供電且負(fù)荷較大，這種情況就可以通過選用特種變壓器，來減小負(fù)序的量。

5 結(jié)束語

近些年來，我國(guó)的高速鐵路正處在一個(gè)快速發(fā)展的時(shí)代，運(yùn)行的過程中存在的問題也比較多，國(guó)家和政府也加大了對(duì)于高速鐵路發(fā)展所產(chǎn)生的一系列問題的研究，本文通過對(duì)高速鐵路牽引供電系統(tǒng)中出現(xiàn)的相關(guān)問題做了淺顯的分析與研究，希望可以對(duì)從事相關(guān)工作的人員有一定價(jià)值的參考意義。

[1]劉永紅.300～350km/h高速鐵路牽引供電系統(tǒng)集成主要技術(shù)方案的探討[J].鐵道標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，2009，01：91～94.

[2]周京華，祝天岳，曾鵬，章小衛(wèi)，藍(lán)志茂.電氣化鐵路牽引供電系統(tǒng)研究現(xiàn)狀及關(guān)鍵性技術(shù)[J].電氣傳動(dòng)，2015，06：3～9.

[3]邱禎華，張 杰.鐵路牽引供電技術(shù)改造[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2011（05）.

[4]王祖峰，劉永紅，李文豪.高速鐵路牽引供電系統(tǒng)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系[J].中國(guó)鐵路，2011（01）.

U223

A

1004-7344（2016）12-0043-02

2016-4-10

蔣奇斌（1968-），男，助工，本科，主要從事鐵路電力及供電監(jiān)理等工作。