电气化铁路牵引供电容量优化研究

张超

摘要：随着经济社会的发展，我国铁路建设不断加快，对牵引供电系统提出了更高的要求。当前来说，已投入运行的电气化铁路在初期的运量普遍不高，系统供电能力未得到充分的利用，也就造成了资源上的极大浪费。因此，相关技术人员应对电气化铁路牵引供电容量优化问题展开深入的分析，保证系统运行安全稳定的同时，尽可能的减少投资成本，实现效益的最大化。本文将对电气化铁路牵引供电容量优进行研究，以供参考。

关键词：电气化;铁路牵引;供电容量优化

引言

在铁路的电力牵引供电工程之中，必须建立健全相应的质量控制管理体系，提高铁路电力牵引工程的质量管理工作成效，为我国铁路货物运输作出应有的贡献。

1电气化铁路和供电方式

电气化铁路供电安全问题中，要对供电方式有所了解。接触网和变电站是铁路电气化中最主要的两部分，牵引供电系统的正常运行需要两者之间的有效配合。在变电站中有多种的电器零件组成，例如断路器、变压器、电流、电压互感器等，在三相高压转变的过程中转换成电能，而三相高压从国家电网发出，这与电力机车的输入极不吻合，变电站反而与转变后的电能相吻合，而变电站还具有将电能传入到另一个系统中的功能，形成新的接触网。

2电气化铁路牵引供电容量优化的意义

牵引供电系统，主要用于为列车运行提供稳定、可靠的电能，以满足列车的用电需要。其主要由牵引变电所、牵引网等组成，前者实现了电能的转换与控制，进而为列车运行提供电能支持;后者则主要是实现了电能的安全传输。在当前的铁路系统，有着众多牵引变电所，能够将110kV、220kV的电压通过相应的技术变换为27.5kV、2×27.5kV的电压，并利用牵引网，对列车进行供电。电气化铁路牵引负荷具有以下特点：（1）随机波动性。由于受到行驶过程中不同路况的影响，牵引负荷会发生一定的波动，从而对供电容量的利用率造成影响。（2）非线性。列车对电能的获取属于非线性，会形成电压波动，对供电容量也就有了不同的需求。目前，电气化铁路的设计多分为近期及远期规划。牵引供电系统作为重要的基础设备，一般要按远期运行规划做到一次设计到位，以满足铁路未来发展的需要。铁路系统所要求的输送能力对牵引供电容量有着很大的影响。但是，远、近期的运输需要存在很大差别，近期需求往往较小，远期需求往往较大。再加上不同地域在经济发展方面的影响，造成了运输需求的不确定性，也就给牵引供电系统的设计带来了很大的挑战。如果依照近期运行需要来设计，则很可能在极短的时间内出现运能不足的问题。因此，对电气化铁路牵引供电容量进行优化设计就变得尤为重要。当前，已投入运行的电气化铁路在开始阶段的运量普遍不高，供电能力未得到充分的利用，也就造成了资源上的极大浪费。通过提出更加灵活的牵引供电运行方案，希望能够既保证系统运行的安全可靠，又节省运行成本，这对提高牵引供电容量利用率具有重要的意义。

3牵引变压器容量传统算法

（1）确定牵引变压器容量计算条件：根据线路年运输量、列车牵引定数等要求确定正常运行所需的列车对数N;根据列车在供电臂走行时间、带电运行时间及平均能耗等计算两供电臂的平均电流Iav1、Iav2和有效电流Ie1、Ie2。（2）确定牵引变压器计算容量S计：根据供电臂平均电流、有效电流与变压器绕组电流的关系，确定不同接线变压器的容量计算公式;确定满足正常列车对数N所需的变压器容量S计。（3）确定牵引变压器校核容量S校：计算满足列车紧密运行时（对应最大列车对数Nmax）所需的容量Smax;根据变压器的过负荷倍数k，确定牵引变压器的校核容量S校（S校=Smax/k）。（4）确定牵引变压器安装容量S安：比较计算容量S计与校核容量S校，二者取其大，综合考虑变压器的备用方式与变压器产品规格等确定安装容量S安。这种方法计算牵引变压器容量时，每列车的能耗都按重车考虑，Nmax取最严重情况时的列车对数，确定S安时选择大于S计或S校的一个容量等级。因此，采用这种传统算法確定的牵引变压器容量，不仅能够满足最大负荷的供电能力要求，而且一般都会有较大富余量。

4传统算法存在的不足

上述算法简捷且能有效保证变压器供电能力要求，但是存在以下两点不足。（1）采用的过负荷倍数k所对应的牵引变压器负载率远远高于其实际负载率，这种情况下，牵引变压器具有更高的过载能力，可以允许比k更高的过负荷倍数，传统算法未考虑这一实际因素。（2）决定变压器容量是否合适的关键是变压器实际运行时的电流限值、温度限值与寿命损失是否满足规定要求，传统算法未对这些参数进行校验，易使变压器容量设置偏大。

5电气化铁路牵引供电容量优化方案

通过上述分析，在铁路建设的早期阶段，铁路里程相对有限，对牵引供电容量的需求不是很大，会导致一定程度的过剩问题，影响到牵引供电系统运行的经济性。因此，有关技术人员需要进一步提出牵引供电容量的优化方案。第一种：考虑将一部分变电所暂停运行，由临近的变电所提供电能，从而通过减少变电所数量来提升电能的利用率。第二种：更改接线，由传统的Vx转变为Ii，可以减少单相变压器数量，从而节省供电容量。

6对方案的可行性分析

为实现电气化铁路牵引供电容量的优化，要对提出的优化方案进行可行性分析。该过程需要对供电指标进行计算分析，通过构建全并联AT供电系统的仿真模型，包括外部电源、牵引变压器、牵引网等，基于Matlab/Simulink仿真平台来建立模型，对相应的供电指标进行计算，并对某些数据进行校验。首先，需要进行的是阻抗特性分析，结果表明，方案一的牵引网抗阻能力低于方案二;其次，对牵引网电压水平进行仿真分析，结果表明，方案二中，尽管将接线更改为Ii，但仍然能够顺利实现2×27.5kVAT供电的支持，且运行稳定。对变压器温升和寿命损失情况进行对比分析如下：首先，我们将一部分牵引变电所暂停运行，变压器温升和寿命损失有所升高，但并未达到限值（一般来说，温升的限值为140℃，寿命损失的限值为24小时），可以满足供电容量优化的需要，该方案具有一定的可行性。要想进一步发挥该方案的优势，技术人员要在有效控制变压器温升、寿命损失的同时，尽量实现供电容量的优化。其次，将接线更改为Ii后，变压器温升尽管已接近140℃，但寿命损失远未达到限值，同样可以满足安全运行的需要，该方案同样具有可行性。不过，要特别注意的一点是，如果选择方案二进行优化，应着重考虑到变压器寿命损失的有关限制因素。

结束语

综上所述，铁路电力牵引供电工程施工较为复杂，所以对其质量的管理工作更要予以重视。通过建立专门的质量管理监督组织，在整个施工过程中对工程的质量进行有效地质量控制，保证工程的质量，确保铁路工程建设的顺利推进，为铁路运输事业的发展奠定坚实的基础、做出应有的贡献。

参考文献

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