電氣化鐵道供電系統新技術的發展

吳敵隆?鄭晨龍

摘 要：隨著我國經濟的快速發展，鐵道運輸作為我國經濟、文化、政治交流的主要運輸通道，國家在其建設與發展上給予了極大的重視度。用電力牽引列車的鐵道——電氣化鐵道，在國情發展情勢下應運而生。電氣化鐵道以電力為列車的牽引動力，其供電系統技術是傳統鐵道動力牽引技術所不能匹及的。本文以電氣化鐵道供電系統為研究對象，對電氣化鐵道供電系統的所采用的技術進行分析，向讀者闡述電氣化鐵道供電系統各項技術的發展歷程。

關鍵詞：電氣化;鐵道;供電

電氣化鐵道，是采用電力牽引的鐵道，為保證鐵道持續穩定的供電，鐵道沿線均設有電力牽引供電系統，國家電網是電氣化鐵道主要的電力來源。國家電網的高壓交流電，輸送到鐵道沿線設置的牽引變電所，通過變電所的降壓作用后，再輸送到軌道上空的接觸網上。列車從接觸網上獲取電流后，列車內部設備對電流進行再次降壓，并整流為直流電，以驅動直流電動列車。電氣化鐵道供電系統由牽引變電所與接觸網兩部分組成，其供電系統新技術亦是從這兩方面展開闡述。

一、牽引變電系統新技術

牽引變電所在電氣化鐵道中，是電力牽引的專用變電所。牽引變電所將國家電網輸送過來的電能，根據電力牽引對電流和電壓的不同要求，將此電能通過降壓、整流等方式，轉化為鐵道牽引所需要的合適電能，接著講此適用于鐵道電力機車的電能分別輸送到沿鐵道線上空架設的接觸網，為電力機車供電。由于鐵道路線長，電力機車運行過程中，不能出現電流電壓不穩或者斷電現場，造成電力機車無法正常營運。因此，在鐵道沿線上，要設置多個牽引變電所，兩個相鄰變電所之間的距離根據科學的計算，一般為50千米左右。

鐵道實現電氣化的主要目的，是以電能作為列車的牽引動力，簡化鐵道牽引系統的設備結構，較少鐵道建設資金的投入，以電能快速供電的優勢，促進鐵道的運輸效率，環節鐵道運輸壓力，同時實現無煙排放，達到保護環境的效果。因此，牽引變電系統在設計過程中，必須以電氣化鐵道的建設意義為設計依據，以節約電能，提高供電質量為牽引變電系統的設計原則。

采用并聯電容補償裝置，能夠有效減緩牽引變電系統中，外界環境所帶來的電磁波對牽引變電系統的干擾。并聯電容補償裝置，是在牽引變電系統中，已經安裝的電容裝置對系統中的諧波電流起到抑制作用，但是諧波電流還是能夠通過輸電線進行傳輸。這種情況下，就在要系統電流值超出規定值的位置增設電容裝置，與已有的電容裝置形成并聯回路，提供補償作用，共同阻止系統中諧波電流的輸送通路。在輸電線上增加安裝并聯電容補償裝置，原理是利用電容器充放電的特性和阻止諧波電流通過、允許交流電流通過的能力，且其自身是由絕緣電介質構成的。在牽引變電系統中，盡可能安裝足量的電容器，加強對諧波電流的在線路中傳輸的抑制作用，從而實現阻礙諧波電流傳輸通路的目。其次，在牽引變電系統中，使用新型技術設備，如3、5、7次濾波器，能夠有效清除電流回路中特點頻率的頻點，或對特點頻點以外的頻率進行消除，以獲取特點的頻率電源型號。

在牽引變電系統中，鐵道軌道作為牽引變電系統的結構之一，其金屬結構能夠對地導電而對牽引變電系統的電能泄漏，這種現場，對鄰近的通信線路產生危險電壓影響和雜音電壓干擾。為能有效解決這一問題，在牽引變電系統中接入吸流變壓器（BT）以及回流線的供電方式，這種供電技術，能夠有效對軌道漏電引起的雜音電壓干擾。吸流變壓器（BT）于1962年便已應用于鐵道牽引變電系統之中，雖然其抗雜音干擾的效果很顯著，但是增加了牽引變電系統的阻抗以及能耗。這一缺點對于牽引變電系統的節能要求是背道而馳的，因此，在1978年研發了自耦變壓器（AT）和同軸電纜供電方式。與BT方式相比，在實現相同抗干擾的效果下，AT方式的通電特性顯著提高，AT方式亦在牽引變電系統中得到了廣泛的應用。

二、接觸網方面的技術

電氣化鐵道供電系統中，接觸網所處的機械環境和電氣條件比較復雜，為避免接觸網在復雜的環境中安全工作，其絕緣要求要高。在接觸網中采用新型絕緣材料，如閃絡距離為920mm和1200mm的棒式絕緣子，能夠使接觸網污閃事故有效減少。接觸網所選用的新型合成絕緣材料，要達到絕緣效果的同時，需要考慮接觸網所處的復雜環境，污穢多、不易清掃等特點。如絕緣棒子，不僅耐污穢，不需要清掃，且其強度極大。雖然重量只有瓷絕緣子的1/10左右，但是此絕緣棒子不易碎。新型合成絕緣材料一般使用在隧道外的接觸網上，其優越的性能，可能將替代瓷絕緣材料，占據市場主流。

電氣化鐵道供電系統對接觸網的絕緣效果有著極高要求的同時，接觸網的機械性能，同時需要得到有效的改善。接觸網動態測量技術，在電氣化鐵道供電系統中發展較好。利用帶有微機數據采集分析系統的接觸網檢測車，能夠降低接觸網機械設備，因硬點而引起的離線和局部磨耗。而在機械設備連接導線的選擇上，出于成本考慮，選用鋼鋁導線可以有效節約銅金屬材料。在太、豐沙等鐵道干線實踐經驗中，鋼鋁導線的使用性能經過了嚴峻的考驗，不僅強度大，還耐磨損，內包式加磷銅稀土鋼鋁導線的性價比更高。在接觸網機械設備的導線連接中，鋼鋁導線的應用已形成成熟的發展趨勢。

電氣化鐵道供電系統新技術，不僅體現在其設備技術方面與配件選擇方面，供電系統運行管理技術，也應與時俱進，有所發展。因此，電氣化鐵道要求其電力調度、控制以及繼電保護應趨向自動化、遠動化的方向發展，實現自動化智能管理，提高管理水平。隨著社會經濟的快速發展，新型科技產品越來越普及，電子和微機技術在發展情勢下已然完善，用于電氣鐵道供電系統中，能夠遠程對供電系統進行管理。比如，遠動系統已發展到多微機遠動階段，在此階段，遠動系統的功能實現了遙控、遙信和遙測。

三、結束語

我國對鐵道建設的大力發展，使得鐵道相應工作人員，從鐵道的方案設計以及系統技術方面，均投入極大的科研力度。電氣化鐵道快速、高效、節能的設計初衷，也將在供電系統新技術的發展下得以實現。然而，社會發展的腳步不會停止，但電氣化鐵道供電系統技術也應與時俱進，在越來越多的實踐案例中，總結供電系統技術應用經驗，并逐步改良，使我國電氣化鐵道供電系統技術向更加完善的目標發展。

參考文獻：

[1]錢清泉基于阻抗匹配平衡變壓器和AT供電方式的新型同相牽引供電系統《鐵道學報》-2006年第3期.