中国高速铁路牵引供电关键技术

中国高速铁路牵引供电关键技术

沈俊辰

中铁九局集团电务工程有限公司 辽宁省营口市

摘要：近年来，我国科技技术迅速发展，铁路运输业在技术方面也取得了卓越的成就。高速铁路的出现给人们的生活带来了很大的便利和进步。高速铁路牵引供电技术是保证高速铁路安全运行的核心技术。在我国高速铁路牵引供电方面，经过多年的研究和发展，我国已形成具有自身特色的标准技术体系，部分领域还处于领先地位。本文就中国高速铁路牵引供电的关键技术进行了分析介绍，旨在推动我国高速铁路的发展。

关键词：高速铁路；牵引供电系统；关键技术

前言

随着高速铁路在中国的不断发展，其相关的技术层面也得到了相应的发展，在供变电技术、弓网关系、自动化、安全检测等重要性技术的方面也取得了巨大的发展，在当前形势下，高速铁路的牵引供电系统可以满足于高速运行中的弓网关系，其中最大的编组为 16 辆，最小的行车间距可达到 3min，基本上实现了“高密度、高速度、高强度”的行车编组，高速列车功率的需求可达到 24MW，其持续的时间长。普遍采用交-直-交传动系统，动车组谐波含量少，频谱较宽，功率因数高，由于高速铁路发展的特殊性，因此给牵引供电系统的安全带来了新的课题。

1.牵引供电系统技术特点

1.1 满足速度目标值及运输能力

长大干线高速铁路供电系统设计应满足设计初、近、远期的最高运营速度要求，试验速度为最高设计速度的 1.1 倍，供电能力应满足动车组在规定运行速度下，按最小追踪运行间隔 3 min ， 16 辆编组运行的需要。

1.2可靠性、安全性、可维护性

可靠性是说牵引供电系统一定要有科学合理的设计体系，同时要具备高品质的设备与实行体系，才能保证可靠性的实现。安全性是说相关的安全管治策略要合理、可行，以保证能规避隐患问题，牵引供电系统不该出现铁路里面的危险性干扰，同时跟别的系统的危险性互相反应的情况。可维护性是说要制定相关的维护策略，使得牵引供电系统能够提供连续性地供电，使用需要维护次数少以及不需要修理的产品。

1.3 节能、环保和节约用地要求

牵引供电系统的设计和设备选用应坚持节能减排和环保理念。在供电系统方案设计、变压器容量确定及接线方式、牵引变电设备选用、接触网线材配置等方面积极推广节能技术，在牵引供电系统进行建设的时候，要充分考虑我国环境保护法的相关要求，电磁、噪声等不能对人体、环境等造成威胁，要节能、环保，符合文明生态的要求，充分落实可持续发展。牵引变电设计应合理确定一次设备主接线、合理选择二次设备，充分利用高架桥下方空间设置牵引变电 AT 所、AT 分区所，尽可能与电力、通信信号的箱变实现平面布置的集约化设计，以达到不占或少占农田耕地的目标，实现节约用地。

1.4 动态性与随机性

动态性是指与设备或系统有关的现象、参数及指标等是时间的函数的性质.如列车的位置是动态变化的，导致牵引负荷体现出剧烈波动的动态性；设备的服役条件是动态变化的，导致设备的性能或与性能有关的指标具有动态性；随机性是指设备或系统的运行服役、故障发展、维修活动等过程的特征变量、影响因素和评价指标是时间或空间上的随机变量的性质。

2.高速铁路牵引供电关键技术

2.1接触线与承力索的正确选择

在大规模高速铁路供电系统体系结构下，由于其功能的复杂化，使用设备急剧增多以及设备间的相互协调问题，这就需要建立一个协调、可靠、安全的牵引供电系统，牵引网及其设备的安全性、可靠性评估体系急需进一步完善适应高速铁路的发展。300~350km/h 高速铁路正线接触线截面积为 150mm2时，额定工作张力一般为 30kN。承力索及弹性吊索应采用与接触线具有相同线涨系数的铜合金绞线，在满足安全系数的前提下，应尽量选用低镁含量的铜合金绞线，以降低接触网阻抗、节约能源。正线承力索额定张力一般为21kN。

2.2弓网受流系统

高速接触网悬挂类型主要有复链形悬挂和简单链形悬挂、简单链形悬挂、弹性链形悬挂3种。经过各国的运行经验和理论探讨发现，为了促使接触网更可靠，要尽量将接触网的构造进行简易化；第二，为了使接触线的波动速度加快，最终实现运营速度的加快，要尽量将接触线的张力加强；第三，为了使得接触网更可靠，接触线的使用时间更久，务必要选择锡铜等耐磨耐高温的合金接触线。现阶段，全球高速铁路运行速度达到时速350 km的很少，仅仅有两条。因此，可以得出一个结论，我国在进行建设高速客运专线的时候，要充分考虑对接触网和受电弓的选择，接触网要有非常高的可靠性，受电弓要与高速客运专线匹配，这样才能保证受流质量不出问题。

2.3牵引供电系统雷电防护技术

目前我国在建的高速铁路有相当线路区段处在多雷区和雷电活动特殊强烈地区。为了开展牵引供电系统雷电过电压防护方法的研究，高速铁路牵引供电系统的雷电防护研究，今后应深入调查分析既有线路的雷电事故，建立分析计算模型，计算牵引供电系统直击雷电过电压和感应雷电过电压，在工程实际中监测接触网雷电过电压波形及雷击故障点位置；研究雷害防护装置，分析雷害防护的动作方式和作用机理，在雷害严重的地区，检验既有防雷措施的有效性、可行性和合理性，形成适合我国电气化铁路牵引供电系统的雷害防护指南。制定牵引供电系统的雷电防护标准是高速铁路面临的关键技术。我国牵引供电系统缺乏整体雷电防护相关标准，应在研究的基础上，制定相关标准。

3.结语

随着时代的进步和科技的发展，我国通过多年的技术、资金的不断投入，并结合我国的国情，摸索并建立了一套适合我国高速铁路牵引供电系统，相关技术已到达国际先进水平，保证牵引供电安全技术的稳定进步和改善提高，是目前发展的主要目标。因此，在高速铁路迅速发展的同时，将牵引供电技术做好是我们当前的主要任务。

参考文献

[1]张岩,朱克非,郑平标,戴钰桀. 基于可靠性的牵引供电运营维修管理研究综述[J]. 铁道运输与经济,2016,01:80-85.

[2]吴凤娟. 重载铁路牵引供电系统关键技术研究[J]. 铁道建筑技术,2016,01:64-67.

[3]黄小红,李群湛. 基于模块化多电平换流器和组合式变压器的高速铁路同相牵引供电系统[J]. 高电压技术,2016,01:97-104

[4] 陈民武，蒋汶兵，王旭光，等 . 高速铁路新型同相贯通供电方案及其仿真研究 [J]. 铁道学报，2016，38（01）：28-34.[5] 钱清泉，高仕斌，何正友，等 . 中国高速铁路牵引供电关键技术 [J]. 中国工程科学，2015，17（4）：9-20.