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電氣化鐵路供電系統存在的問題及解決措施
2016-12-07 16:47:06.733  來源:中國低壓電器網
       1 單相工頻交流制的特點
 
  單相工頻交流制是電氣化鐵路發展中的一種先進供電制式,最早出現在匈牙利。其主要優點包括:
 
  (1)牽引供電系統結構簡單。牽引變電所從電力系統獲得的電能經過電壓變換後,經牽引網直接提供25kV單相工頻交流電給電力機車或動車組,不需要在牽引變電所中設置整流和變頻設備,使變電所結構大大簡化;
 
  (2)供電能力大,運營費用低。相對于直流制和單相低頻交流制而言,牽引供電電壓的增高使供電能力大大提高,從而大大增加機車的牽引定數和運行速度,同時使牽引變電所之間的距離延長,導線截面減小,建設和運營費用顯著降低;另外,交流制不像直流制那樣在地中産生雜散電流並對地下金屬管道和建築造成腐蝕和危害,也不設專門防護裝置。
 
  2 供電系統存在的幾點問題
 
  我國現行電氣化鐵路供電系統及其技術在實現高速、重載電力牽引時存在主要問題如下:
 
  (1)過分相
 
  牽引供電系統中牽引變電所和分區所均設電分相:牽引變電所處爲異相過分相,分區所爲同相過分相。過分相機電過程複雜,自動過分相裝置結構複雜,動作頻繁,壽命短,可靠性低,依然是需要攻克的技術難題。並且牽引變電所處自動過分相失敗則造成異相短路。
 
  (2)電分相造成的列車速度和牽引力損失
 
  受列車速度、長大編組雙弓受流影響,與普速鐵路相比高速鐵路中性段長度增加,屬于無電區,影響牽引供電系統整體性能,重載鐵路速度低,過電分相時列車速度進一步降低,特殊情況下如大坡道上設置的電分相容易造成重載列車坡停。因此,電分相成爲高速、重載鐵路牽引供電系統中最薄弱的環節。
 
  (3)以負序爲主的電能質量
 
  現階段,電氣化鐵路牽引供電系統運行方式主要由牽引變壓器接線方式決定,其中除純單相接線外,其他都是兩相(異相)供電,相對三相電力系統而言,牽引負荷具有不對稱性。高速、重載列車牽引功率的增大也使電能質量中的負序問題愈發突出。同時,目前大量使用的交—直型(AC/DC整流)電力機車無功成份多(功率因數低)、諧波含量大,而新發展起來的交—直—交型(AC/DC/AC)電力機車和動車組卻有引發高次諧波諧振隱患,一直受到電力系統和鐵路供電技術人員和學者的廣泛關注。
 
  電氣化鐵路過分相問題和電能質量問題,不僅限制了鐵路的高速、重載發展,而且造成了電力部門和鐵路部門相互影響和制約,對電力和鐵路的發展是十分不利的,並且可能影響到國民經濟的發展。
 
  3 同相供電系統技術方案
 
  爲有效解決上述問題,借助現代電力電子技術和控制理論,實現電氣化鐵路同相供電和更高層次的貫通供電是必由之路。同相供電系統是指爲電力機車或動車組提供電能的各供電區間具有相同電壓相位的牽引供電系統,即全線爲同一相位的單相供電系統。
 
  與既有國內外牽引供電系統方案相比,我國同相供電系統技術方案具有明顯優勢。具體如下:
 
  (1)采用同相供電裝置可減少甚至取消電分相,大大提高列車運行的技術速度,提高線路通過能力,增加運力。尤其對于減少高速鐵路速度損失、防止重載鐵路大坡道停車、避免樞紐設置複雜的電分相具有重要意義。
 
  (2)牽引負荷在三相電力系統的分配更加對稱,三相不平衡度指標滿足國標要求。
 
  (3)提高牽引變壓器容量利用率,節約電力資源和運行費用。
 
  (4)進一步增強牽引供電系統的節能效果。
 
  綜上所述,同相供電技術不僅可從根本上解決電分相和電能質量問題,還可帶來提高供電能力、保障運輸能力、提高系統可靠性等多方面效益。
 
  個人簡介
 
  解紹鋒,工學博士,教授。2007年進入西南交通大學電氣工程學院任教。主要從事牽引供電系統、電能質量測試分析與控制等方面的教學、科研工作。
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