城際鐵路牽引供電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)措施研究

呂文芳　曹鵬飛

摘要：隨著我國(guó)社會(huì)水平的提升，城際鐵路將是我國(guó)高速鐵路發(fā)展的主要趨勢(shì)，有利于各城市群體之間距離的拉近，提升人民出行的便利度。城際鐵路將城市間經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系進(jìn)行有效集結(jié)，從而帶動(dòng)各城市經(jīng)濟(jì)水平的共同提升。比如現(xiàn)階段京津已經(jīng)建成通車的城際鐵路，極大的推動(dòng)了兩大城市之間緊密一體化發(fā)展。我國(guó)作為能源大國(guó)的同時(shí)也是人口大國(guó)，近些年來(lái)各類能源日趨緊張，因此對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)進(jìn)行探究十分有必要。就我國(guó)鐵路發(fā)展主要趨勢(shì)的城際鐵路來(lái)說(shuō)，牽引供電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)亟待解決。

關(guān)鍵詞：城際鐵路 牽引供電系統(tǒng) 節(jié)能設(shè)計(jì)

—、城際鐵路特點(diǎn)分析

城際鐵路屬于鐵路種類的一種，與傳統(tǒng)普速鐵路和快速發(fā)展的高速鐵路存在一定的共同點(diǎn)，但是也存在各種不同之處，并具有明顯的自身特點(diǎn)。首先，線路長(zhǎng)度縮短，通常情況下線路長(zhǎng)度不超過200KM，其主要作用是將兩個(gè)相近的城市進(jìn)行有效連接：再者，線路沿途車站設(shè)置少，實(shí)際上城際鐵路沿途一般不設(shè)置停戰(zhàn)。即使設(shè)置也是非常少；再次，運(yùn)行速度高，通常情況下城際鐵路速度在260KM/h至300KM/h之間；最后。列車發(fā)車間隔時(shí)間短，為了對(duì)大量人流進(jìn)行及時(shí)輸送，城際鐵路發(fā)車間隔較短，現(xiàn)階段通常情況為5分鐘發(fā)車間隔，后續(xù)會(huì)提升至3分鐘。

二、城際鐵路耗能負(fù)荷分析

城際鐵路最為主要的耗能為電能。耗能負(fù)荷包含牽引用電負(fù)荷和各類機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)輔助生產(chǎn)用電負(fù)荷兩部分。其中牽引用電負(fù)荷占絕大比例，高達(dá)總耗能的90%左右，剩余10%份額為輔助生產(chǎn)能耗占比。因此對(duì)城際鐵路牽引供電系統(tǒng)牽引用電耗能節(jié)能措施進(jìn)行深入研究十分有必要。可有效降低電能源消耗。符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略目標(biāo)。

1.機(jī)電設(shè)備系統(tǒng)輔助生產(chǎn)用電負(fù)荷。輔助生產(chǎn)用電負(fù)荷是機(jī)車正常運(yùn)行所需牽引動(dòng)力之外各類機(jī)電設(shè)備所需用電的統(tǒng)稱。主要包含鐵路沿線車站生產(chǎn)及生活的各類用電、鐵路通信信號(hào)等弱電系統(tǒng)的設(shè)備用電、給排水設(shè)備用電等。

2.牽引用電負(fù)荷。牽引用電指的是保證列車正常通行所需的牽引動(dòng)力用電。通常情況下城際鐵路牽引供電系統(tǒng)應(yīng)用AT供電方式，在鐵路沿線進(jìn)行牽引變電所設(shè)置，牽引變電所由電網(wǎng)進(jìn)行電能獲取，然后利用牽引網(wǎng)絡(luò)將電能向動(dòng)車組進(jìn)行輸送。牽引用電能耗主要包含列車運(yùn)行動(dòng)力用電和其牽引變壓器用電。

三、城際鐵路牽引供電系統(tǒng)自身節(jié)能優(yōu)勢(shì)分析

目前階段城際鐵路所運(yùn)行的機(jī)車種類為交直交互電力機(jī)車，在節(jié)能方面相比傳統(tǒng)交直型機(jī)車具有明顯優(yōu)勢(shì)，可整理總結(jié)為以下幾個(gè)方面：

1.交直交互型傳動(dòng)方式的電力機(jī)車對(duì)再生制動(dòng)技術(shù)進(jìn)行應(yīng)用。下坡情況時(shí)優(yōu)先對(duì)再生制動(dòng)進(jìn)行采用，此種制動(dòng)裝置可將電能反饋至接觸網(wǎng)。從而被正在取流的機(jī)車或動(dòng)車組利用。通常情況緊坡地段長(zhǎng)且連續(xù)設(shè)置，下坡地段時(shí)列車基本為制動(dòng)狀態(tài)，因此再生制動(dòng)產(chǎn)生的電能被上坡取流動(dòng)車或機(jī)車所使用，相比傳統(tǒng)電阻或機(jī)械制類機(jī)車來(lái)說(shuō)。具有更強(qiáng)的節(jié)能效果。

2.交直交互型電力機(jī)車功率因數(shù)更高、諧波含量更小。因其功率因數(shù)更高和諧波含量更小的特點(diǎn)，在機(jī)車滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，其功率因數(shù)會(huì)與1相近。因此無(wú)需添加任何無(wú)功補(bǔ)償裝置。功率因數(shù)較高可大幅度減小供電系統(tǒng)運(yùn)行過程中的電能損耗，從而減少無(wú)功電能的產(chǎn)生。

四、牽引供電系統(tǒng)節(jié)能措施探究

對(duì)于城際牽引供電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)，是一個(gè)相對(duì)系統(tǒng)完整的工程，由牽引供電方式到牽引供電方案設(shè)計(jì)，以及牽引變壓器等各類設(shè)備類型等進(jìn)行節(jié)能措施均需進(jìn)行綜合考量，從而使得節(jié)能效果可最大限度發(fā)揮。

1.合理選擇牽引供電方式。通常情況下我國(guó)城際鐵路牽引供電系統(tǒng)應(yīng)用單相工頻交流制，接觸網(wǎng)額定電壓設(shè)置為25Kv。牽引網(wǎng)供電方式普遍采用自耦變壓器供電方式。即AT供電方式。將回流線在傳統(tǒng)帶回流向直接供電方式進(jìn)行設(shè)置。可對(duì)牽引網(wǎng)阻抗進(jìn)行有效降低，有利于牽引回流條件的改善；對(duì)于AT供電方式來(lái)說(shuō)，進(jìn)行正饋線添加，由節(jié)能角度而言，AT供電方式牽引網(wǎng)阻抗較TRNF供電方式相比有明顯優(yōu)勢(shì)。因此采用AT供電方式可大幅度降低牽引網(wǎng)能耗。此外AT供電方式供電能力也更強(qiáng)一些，于大密度、高速度的城際鐵路而言更加適合。

2.合理選用節(jié)能型牽引變壓器。對(duì)于牽引變壓器節(jié)能措施而言。節(jié)能型種類變壓器的選用是主要措施。目前階段我國(guó)已經(jīng)研制出超低損耗卷鐵心技能型牽引變壓器，此類變壓器制作工藝采用卷鐵心，超強(qiáng)抗短路能力、超低損耗、超低噪音是其主要優(yōu)勢(shì)。此類牽引變壓器空載損害與普通牽引變壓器相比可降低約為50%左右。相比傳統(tǒng)相同容量的疊鐵心牽引變壓器而言，每年可最低節(jié)省大約35萬(wàn)度的電能損耗。因此節(jié)能型牽引變壓器的合理選用可對(duì)牽引損耗有效降低，提升電能效率。從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保的根本目的。

3.其它設(shè)備節(jié)能措施分析。與牽引用電節(jié)能措施相對(duì)應(yīng)的為其它設(shè)備節(jié)能措施，可分為生產(chǎn)生活用電和其它設(shè)備及給排水用電。首先，可將所有生產(chǎn)生活所用照明設(shè)備更換為節(jié)能型。從而降低照明所產(chǎn)生的電能損耗，并設(shè)置聲光控開關(guān)，減少不必要的電能浪費(fèi)；再者，結(jié)合實(shí)際情況安裝太陽(yáng)能裝置，代替?zhèn)鹘y(tǒng)電能消耗裝置，從而有效降低電能損耗；最后，各沿途變電所內(nèi)進(jìn)行植被的種植，以對(duì)熱島效應(yīng)進(jìn)行緩解，一定程度節(jié)約電能的應(yīng)用。

五、結(jié)束語(yǔ)

綜合上述所言，近些年來(lái)我國(guó)高速鐵路快速發(fā)展，城際鐵路也在不斷進(jìn)步和完善，節(jié)能設(shè)計(jì)問題以成為當(dāng)前階段高速鐵路電氣化設(shè)計(jì)所關(guān)注的重點(diǎn)問題。牽引供電系統(tǒng)乃機(jī)車運(yùn)行過程電能消耗的主要部分，因此本文對(duì)城際鐵路牽引供電系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)措施展開探究，將供電節(jié)能設(shè)計(jì)理念滲透至供電方式的選擇、節(jié)能型牽引供電變壓器選用以及其它設(shè)備節(jié)能措施分析，從而切實(shí)提升牽引供電系統(tǒng)的電能損耗，使得我國(guó)城際鐵路建設(shè)向綠色節(jié)能趨勢(shì)持續(xù)發(fā)展。