高速铁路牵引供电系统运行方式的研究

高速铁路牵引供电系统运行方式的研究

王峰库

中国铁路呼和浩特局集团有限公司调度所内蒙古呼和浩特010051

摘要：随着科学技术的发展，越来越多的供电方式不断出现，为我国社会以及经济发展提供了便利。在供电系统中，用电安全问题一直是人们普遍关注的问题。对接触网安装精度及接触网应急抢修、压缩故障停时提出了较高要求。

关键词：高速铁路牵引供电系统运行

分析研究高速铁路牵引供电系统的运行特点，提高系统冗余设计的认识，探讨故障情况下采取安全可行的技术措施和科学配置牵引供电故障抢修资源，对高速铁路故障抢修工作具有非常重要和现实的指导意义。

一、高铁牵引供电系统的负荷特性

1.1负荷波动频繁

负荷大小与供电臂运行的列车数量、线路坡度及列车运行速度等有关。高铁牵引变电所的负荷会随着两供电臂内列车的数量及其负荷状态随时出现波动。

1.2受电时间长

高铁列车在高速运行的过程中，常常需要克服空气阻力行进，如果列车想要维持高速行驶，就必须持续从接触网获取电能，这使得列车本身的负载率相对较高，并且受电时间较长。

1.3牵引负荷大

高铁列车具有速度快、高峰时段密度大等特点，而空气阻力会随着速度提高成倍增加，此时的列车牵引力需要克服空气阻力运行，这使得牵引负荷较大，高速列车单车电流可达600—1000A，而普速列车电流一般不大于300A。

1.4功率因数高

采用交-直-交动车组，功率因数在0.95以上。

二、高速铁路牵引供电系统运行方式

2.1AT供电方式概述

全并联AT供电方式就是在同一方向上的上、下行接触网由1台断路器供电，上、下行接触网在每个AT所都进行一次横向点连接，从而减少单位长度的阻抗和电压的损失，提高供电能力的一种供电方式。全并联AT供电方式具有复杂的牵引网线路，更容易发生供电事故，因此，应采用独特的、单独的故障测距装置，在发生故障后及时查找和排除故障，保证整个供电系统能够更加安全、可靠、经济地运行。

2.2高速铁路供电方式

高速电气化铁路是一种以电能为动力的现代化交通运输工具，高速列车自身是不具备电源的，往往需要依靠外部能源为其提供电能。随着科技的发展，AT供电方式在高速电气化铁路供电系统中得到了广泛的应用，为高速列车的运行提供了能源依靠。AT供电方式是一种全新的供电方式，较比传统的供电方式而言，有着较高的安全性、防干扰性，因此在我国高速电气化铁路当中得到了广泛的应用。采用AT供电方式时，牵引变电所主变输出电压为55kV，经AT（自耦变压器，变比2：1）向接触网供电，一端接接触网，另一端接正馈线（简称AF线，亦架在田野侧，与接触悬挂等高），其中点抽头则与钢轨相连。这种供电方式不仅防干扰性强，同时还有这较好的防雷功能。

2.3牵引网结构

在我国当前高速电气化铁路供电系统中所引用的AT牵引网结构大多为全并联的牵引网，列车运行的安全性是高速电气化铁路牵引供电系统的首要任务，AT供电方式，是在牵引供电系统中加装吸流变压器和回流线，减轻了接触网对邻近通信线路的干扰。有效地保障了列车运行的安全性，为列车运行提供了电能保障。AT供电方式的牵引网阻抗较小，当列车高速运行时，供电电压高。AT供电方式无需提高牵引网的绝缘水平即可将牵引网的电压提高一倍。线路电流为负载电流的一半，所以AT供电牵引网能够减少高速电气化铁路牵引供电系统中电流以及电压的损失。同时AT供电方式中带回流线的直接供电方式，是在接触网同高度的外侧增设了一条回流线，减轻了接触网对邻近通信线路的干扰。

2.4AT牵引

变电所牵引变压器由三相V/X接线、两组单相牵引变压器组成，在运行时，一组正常运行，另一组留作备用。牵引变电所牵引变压器的低压侧通过2×27.5kV母线相连。每个供电臂的上、下行接触网之间用两台双极断路器相联，两台断路器之间设一组双极电动隔离开关。正常运行时，断路器闭合，实现供电臂上下行并联供电；特殊情况下可实现上下行分开供电，或V停方式供电。在两台并联断路器之间设有两台自耦变压器(采用GIS开关柜时在两段端母线上设两台自耦变压器)，自耦变压器互为备用，每台自耦变压器通过断路器接于母线上。在上、下行进线隔离开关内侧设置一台自用电变压器及一台电压互感器，供自用电及继电保护用。上、下行进线处均设置避雷器作为过电压保护用。

2.5牵引变压器接线方式

牵引变压器的连接方式主要有单相接线、阻抗匹配平衡接线、SCOTT接线法、YN/D11接线法和单相V/V接线法几种类型，而SCOTT接线法和阻抗匹配平衡接线都是平衡变接线。由于单相变压器接线方法具有可靠性高、利用率高以及简单明了等特点，再配合上自耦变压器的供电方式，在我国电气化铁路系统中广受欢迎。这种搭配方式可以在一定程度上增加电气化铁路牵引供电的半径，从而降低了铁路的运行成本。其他的供电方式的单相变供电系统出现负序电力的概率很大，给电力系统带来的负面影响非常大。单相V/V接线方式是由两组单相变压器组成的一个开口三角形，这种接线方式的优点有：一是容量利用率达到了100%；二是变电所所需设备数量比较少，因而成本较低；三是可以实现牵引网的双边供电；四是可以实现供变电所内自用电和三相负荷。缺点有：电力系统的三相负荷不对称，不对称系数是0.5，对系统能够产生一定的负序影响。三相YN/N11接线牵引变压器接线方式的优点有：一是供电安全、可靠性高，三相变压器技术运用成熟；二是采用的中性点接地方式能够很好地满足电力系统的需求；三是方便供应变电所内和地区的三相用电；三是能够实行双边供电。缺点有：一是电力系统的三相负荷不对称，不对称系数为0.5；二是接线很复杂，所涉及的设备很多，占地面积大，工程造价高；三是系统的维护和检修工作复杂，费用高；四是变压器的容量利用率很低。

三、结束语

当前我国在高速铁路牵引供电系统建设方面已经取得了较为突出的成绩，但是在实际的系统设计与日常维护工作中还存在一些问题，需要我们结合实际情况不断完善我国高速铁路牵引供电系统建设水平。同时，伴随自动化技术的应用，高速铁路牵引供电也将向着智能化、网络化、自动化不断发展，需要牵引供电专业与综合调度、车站、机车乘务员等多专业人员密切配合，才能切实做好系统的研究工作。

参考文献

[1]韩正庆，许龙.高速铁路牵引变压器后备距离保护[J].电力自动化设备，2016（04）.

[2]韩鹏.高速铁路牵引供电系统运行方式研究[J].商品与质量，2016（28）

[3]李白云.关于高速铁路牵引供电故障应急抢修方法及体会[J].中小企业管理与科技(中旬刊)，2017（12）.

[4]王飞年.浅析铁路牵引供电系统防雷技术研究与建议[J].中小企业管理与科技(中旬刊)，2017（12）.

[5]窦雪薇.基于PSCAD的高速铁路全并联AT牵引供电系统短路故障仿真计算的研究[J/OL].铁道标准设计，2018（02）.