电气化铁道牵引供电方式的实践探究

李永红

(河北省肃宁县朔黄铁路发展有限责任公司,河北 肃宁 062350)

电气化铁道牵引供电方式的实践探究

李永红

(河北省肃宁县朔黄铁路发展有限责任公司,河北 肃宁 062350)

随着时代科技的发展,电力能源在生活中的应用已经逐渐体现在多个领域,而对于高速电气化铁路体系来说,电力能源更是占据着重要的地位.电气化铁道体系中的牵引供电是铁路最基础的供电设施,不仅能够保障铁道的供电安全,也能够保障铁道运行的安全和稳定.本文对电气化铁道牵引供电方式的实践进行研究,从而在保障电气化铁道牵引系统安全稳定的前提下将其进行提升.

电气化铁道牵引;供电;实践研究

近年来,我国的电气化铁道体系实现了快速发展,在生活中的应用也颇为普及.通过对电气化铁道牵引供电方式进行分析的结果来看,虽然牵引供电方式确实能够为电气化铁道的运行提供帮助,但是由于其本身的不完善,使其在实践的过程中存在不少问题,从而对电气化铁道运行的安全性和稳定性造成了影响.

1 电气化铁道牵引供电方式的现状以及概述

电气化铁道是时代发展所诞生的一种新型运输体系,通过为电力机车提供牵引动力,使其能够在固定的轨道中快速移动,从而达到运输的目的.由于电力机车的特殊性,使其本身并不能携带电力能源,只能通过外部供给的电能来对电力机车提供能源.所以,这种专门为电力机车提供能源的牵引体系就被称为牵引供电.而且,电气化铁道体系由两大主要部分组成,即:电力机车、牵引供电装置.首先,电力机车.电力机车的作用是给乘客或者货物提供安全舒适的环境和空间,并且在保障乘坐安全以及条件需要的基础上实现运输.第二,牵引供电装置.电力机车由于不能携带能源的特性,导致其在运作的过程中,需要外部能源供给,而为电力机车提供能源的体系就被称为牵引供电装置.

我国电气化铁道的牵引供电体系统采用了工频单相交流牵引网,通过构成不对称供电回路电力网络来对电力机车提供电能.但是这种牵引供电方式在具体的运行过程中,难免会由于运行的状态而在其周身形成一定程度的电磁场,从而对铁道周围的通讯网络以及交流设备造成损坏或者电力干扰.而想要解决这种问题,最好的办法就是在牵引供电方式上采取抑制干扰的措施,通过降低或者避免电磁场的形成,从而有效避免问题的发生.而且,也可以在通讯网络上着手,通过加强屏蔽措施或者将受到影响的通讯设备移动到其他区域,从而有效地避免通讯网络受到电磁场的影响.

2 电气化铁道牵引供电方式的分类

通过对我国电气化铁路牵引供电方式进行分析的结果来看,其供电方式大多采用单边供电的方式,也就是直接、吸流变压器、自耦变压器以及同轴电力电缆等供电方式,从而实现为电力机车提供电力能源的目的.而且,为了有效保障电气化铁道运行的安全性和稳定性,还能够在复线区段提高末端的电压,并将上下行接触网通过分区亭进行连接,使牵引变电在发生故障时,也能够通过相邻的变电所实施越区供电,从而在实现并联供电方式的同时,准确提高电气化铁道运行的安全和稳定.

3 电气化铁道牵引供电方式的实践

3.1 直接供电方式

一般来说,在电气化铁路实施运行的初始阶段,大部分铁道体系采用的牵引供电方式都为直接供电,从而为电力机车提供电力能源.直接供电方式的具体布线中,使接触网、轨道以及地面直接构成回路,从而对电能进行供给,而对于通讯干扰的问题并不会做出对应的防护措施.而且,就直接供电方式的本质上来看,虽然具备简单、投资相对较少、牵引网阻小以及能损较低的特点,但是在具体的使用中,却由于铁道钢轨与大地之间并没有什么绝缘措施,导致部分回流流入大地,从而对周围的通讯网络造成影响和损伤.而这个问题的出现,就是直接供电方式最显著的特点.所以电气化铁道在早期的运行过程中,施工人员一般都会将铁道沿线的通讯网络进行迁移,从而降低直接供电方式的缺陷.

此外,如果是带回流线的直接供电方式,则在接触网支柱上架设一条与钢轨进行并联的回流线路,并利用接触网与回流线之间的互感作用,使钢轨中存在的回流电能尽可能的通过回流线路牵引回变电所,从而在降低空气空间的同时,有效降低干扰的效果.但是,这种方式的降解干扰效果并不如吸流变压器的供电方式,所以在具体的使用过程中,则需要考虑实际因素,尽可能在防干扰要求不高的区域内使用,从而使其发挥出最大的效果.

3.2 吸流变压器供电方式

吸流变压器供电方式就是在牵引网中架设具有吸流变压器以及回流线装置的供电方式.随着科技水平的提升,这种牵引供电方式,目前已经应用于我国的大多数电气化铁道中.而吸流变压器供电方式在具体的使用中,通过将其本身的一次绕组连接在接触网上,将二次绕组串接在专用于牵引回路的回流线上,从而形成吸流变压器的回流线供电方式.如果在具体的应用中,使用2个或者多个吸流变压器时,需要在中间用上线将铁道钢轨与回流线路进行连接,并构成电力机车负荷电流由钢轨流向回流线路的回路,从而有效的提升电气化铁道运行的安全和稳定.为了工作人员便于管理,在对其称呼时,一般都会将2个吸流变压器之间的距离称之为BT段(吸流变压器段),而之间的长度也会有明确的规定,即2~4km之间.此外,由于吸流变压器的供电方式在具体的运行过程中,会在牵引网中串联吸流变压器,导致牵引网的阻抗值得到提升,相较于直接供电方式,吸流变压器供电方式的阻抗值会提升大约50%,对应的能源损耗也会较大.

3.3 自耦变压器供电方式

通过有关部门提供的资料来看,自耦变压器供电方式又被称为AT供电方式,是我国上世纪70年代发展起来的供电方式,不仅能够有效地降低牵引网对通讯网络造成的干扰,也能够适用于电气化铁道运行的特点,即:高速、大功率等.所以在电气化铁道系统建立初期,大多数国家在使用牵引供电方式都会选用AT供电方式.而且,AT供电方式在具体的应用中,需要在每隔10km左右的位置设立一台自耦变压器,并使其中心点与钢轨进行相连.而应用AT供电方式,能够使牵引网的供电电压得到提升,提供给电力机车的电压仍旧为25kV,使其多余的电能可以随着钢轨流回,并在受到自耦变压器的影响下,从而准确地流回变电所.

此外,由于自耦变压器的阻抗值相对较小,与直接供电方式相比,大约只占其本身的25%,所以对应的电压损失变小、电能损耗降低、供电能力增大以及供电距离增长.据不完全统计,AT供电方式的供电距离最长能够达到50km,最短也能达到40km.由此可见,AT供电方式的应用能够在一定程度上提升电气化铁道运行的质量和效率,从而在降低问题出现的同时,有效保障电气化铁道运行的安全性以及稳定性.而且,在具体的应用过程中,一般都选择在重载、高速等负荷相对较大的线路中使用AT供电方式.在电力系统相对薄弱的地区,为了不给当地电力系统施加压力,在运行的过程中,大多也会选用AT供电方式,从而在保障电力系统安全的同时,保证电气化铁道的正常运行.

3.4 同轴电力电缆供电方式

随着科技水平的提升,在电气化铁道的牵引供电方式上出现了一种新的供电方式,就是同轴电力电缆供电方式,又被称为CC供电方式.在应用中,通过将同轴电力电缆沿铁道线路进行埋设,并且由内部的芯线作为供电线与接触网进行连接的线路,而外部导体则作为回流线与钢轨进行相接,按照对应规定进行分段,即:5~10km之间,从而完成对电力机车的供电.而且,与直接供电方式、吸流变压器供电方式以及自耦变压器供电方式相比,同轴电力电缆供电方式有着明显的优势,即:馈电线路与回流线路在同一项线缆中,使电力能源在回流的过程中,能够拥有相对较好的传输效率.同轴电力电缆的阻抗值也会比接触网和钢轨的阻抗要小,从而在牵引电流和回流全部从同轴电力电缆输送的过程中,实现电磁场抵消的目的.此外,如果在对电力机车供电的过程中实现电磁场的消除,那么不仅会使周围的通讯网络免受电磁场的干扰,也能够有效保障电力机车的运行状态.但是相对来说,由于同轴电力电缆供电方式造价相对较高、投入资金较大等特点,所以在使用的过程中,仅在困难的区段中使用.

4 结语

总之,电气化铁道牵引供电方式的选取,不仅能够影响着电力机车的运行状态,也能够影响着铁道本身的安全性以及稳定性.而且,基于电气化铁道对生活以及社会体系运转的重要性来看,都有必要开展对牵引供电方式的研究,从而保障电气化铁道能够更加安全和可靠的运行.此外,在具体的实践过程中,则需要根据铁道的实际情况进行分析,充分考虑电气化铁道牵引供电方式的优缺点,从而在选取合适方式的同时,有效保证电气化铁道的安全性和稳定性.

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