电气化铁道牵引供电系统电压水平评估的研究

丁凯轩

中铁电气化局集团第一工程有限公司 北京 100070

正文：

前言：整体来看，牵引网电压水平与机车牵引力以及运行速度息息相关，决定着整个铁道区段的运输和通行能力。在实际设计过程中，相关工作人员需要对其中的牵引供电能力进行充分考虑，并将其中的牵引供电系统电压损失数量计算出来。另外，在牵引网电压水平研究过程中，容易受到很多因素的影响，如电力系统运行方式等等，这也让整个系统设计和评估变得十分复杂。

1.电气化铁路供电系统电压损失计算方法

1.1 牵引网阻抗计算数学模型

在该模型设计过程中，主要是将整个计算过程等效到一个m×m的复矩阵计算上，其中，m代表牵引网之中包含的平行导线数量。由于多导线模型的应用，能够将牵引网空间部分特征展示出来，最终建立起导线空间分布情况对整个牵引网影响的对地矩阵。如果相关研究人员能够将一条线路上的接触线和承力索合进行合并，那么等值导线的作用也会被彻底激发出来，与此同时，两条钢轨也会进一步受到影响，同样也会合并成等值导线，并在保护线的作用下合并成一条R线。如果将自耦变压器中的漏抗现象忽略不计，则接触线与正馈导线的型号并不会出现太大差异，在悬挂方式上也会展示出对称性特点，当机车始终处于接触网末端时，牵引网的电压损失也最为严重。

1.2 牵引网电压损失计算

用I表示电流，Z表示阻抗，L表示电线长度，当电流I通过电力线路之后，模型和电压向量均会出现改变。在此过程中，会形成一定的角度，该角度用θ表示，一般来说，θ一般不会超过5°。所以说，在计算过程中，可以将具体U产生的投影记做△U，计算公式如下：

为了方便分析和研究，下面以30km长供电臂末端的电压损失为研究对象。一般来说，当机车的牵引功率相同时，如果机车功率因数较低，则工程值与实际值之间的差距也会进一步缩小。后续，随着功率因素的提升，这种差距也会越来越大。高速铁路的功率因数与1相接近，所以该中计算方式并不适合在高速铁路牵引电压损失计算之中得到应用，为了提升计算的准确性，应该以电压将模拟计算方法的应用为主[1]。

1.3 电气化铁路电力系统的电压损失

电力系统电压损失因素有很多，而且还会受到电力系统运行方式以及牵引负荷的影响。相关规定内容明确指出，如果在35kV及以上供电电压使用过程中，正负值之和不能超过标准电压的10%。如果电压上下偏差出现同号状态时，应该以偏差绝对值为主要的衡量依据，具体表示形式如下：

2.牵引供电系统电压水平与负荷特征仿真

2.1 基本数据

首先是牵引负荷，站在普通铁路列车角度来说，其单车负荷数值为6400kW，高铁的单车负荷为13200kW。其次是牵引变压器的数据统计，SN的数值为31.5MVA,Ud=13%。如果供电臂处于最大列车数量，整个供电臂长度将会达到30km，普通机车以及高速机车速度分别是100km/h和300km/h，在此过程中，也会涉及到很多最小追踪间隔数据，为了避免计算失误，人们可以将具体数值明确，即6min和3min，通过一系列计算之后，供电臂的最大列车数量分别是4列和3列。如果供电臂处于列车的最前端时，所产生的电压损失也会被算作牵牵引变压器所在。

2.2 牵引网电压水平与负荷特征仿真

在高速铁路单车负荷研究过程中，需要将具体的电力铁路直接供电形式展示出来，最终通过不同的数值结果对其中牵引网末端的电压损失进行合理比较。从最终的比较结果中可以看出，如果牵引功率与功率因数相同，直接供电方式便会之中的电压损失结果也最高，如果利用AT供电方式，则牵引网的电压损失最小。但DN和AT两种供电方式下的牵引网电压损失情况差距并不大，而且在AT供电方式应用过程中，向对应的投资数量也较大，为了避免相关企业出现投资量过大问题，可以利用DN供电方式对其进行代替[2]。

2.3 牵引供电系统电压水平与负荷特征

为了便于计算，在本研究过程中可以假设牵引网双边功率及功率因数相同，如果列车在此过程中按照最大功率运行，并按照最小追踪间隔发车，此时的供电臂列车数量也最大。整体来看，牵引网最大电压损失情况存在一定的不同性，当高速铁路的功率因数接近于1时，所产生的负荷也较大，直接压损也十分严重。从具体的数据统计结果可以看出，如果整个系统出现一定的短路容量，则会对整个牵引供电系统产生严重影响，但整个系统的短路容量提升十分有限，人们可以通过牵引变压器安装容量，让电压损失数量进一步降低，但该过程也会产生较高的电费数额。站在电气铁路牵引角度来说，对最终的牵引供电电压系统影响最大的便是牵引网电压损失。因此，在后续工作过程中，人们需要对AT等供电方式进行选择和应用。

总结：综上所述，如果采用电压降模式对整个牵引供电系统电压水平进行评估，能够提升整个分析工作的准确性。另外，人们还可以通过具体的仿真和对比，将三种供电方式下的牵引网电压损失展示出来，并以AT等供电方式的应用为主，有效提升电气化铁路供电过程中的电压质量，为评估方式的合理选择创造有利条件。