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电气化铁路供电系统存在的问题及解决措施
2016-12-07 16:47:06.733  来源:中国低压电器网
       1 单相工频交流制的特点
 
  单相工频交流制是电气化铁路发展中的一种先进供电制式,最早出现在匈牙利。其主要优点包括:
 
  (1)牵引供电系统结构简单。牵引变电所从电力系统获得的电能经过电压变换后,经牵引网直接提供25kV单相工频交流电给电力机车或动车组,不需要在牵引变电所中设置整流和变频设备,使变电所结构大大简化;
 
  (2)供电能力大,运营费用低。相对于直流制和单相低频交流制而言,牵引供电电压的增高使供电能力大大提高,从而大大增加机车的牵引定数和运行速度,同时使牵引变电所之间的距离延长,导线截面减小,建设和运营费用显著降低;另外,交流制不像直流制那样在地中产生杂散电流并对地下金属管道和建筑造成腐蚀和危害,也不设专门防护装置。
 
  2 供电系统存在的几点问题
 
  我国现行电气化铁路供电系统及其技术在实现高速、重载电力牵引时存在主要问题如下:
 
  (1)过分相
 
  牵引供电系统中牵引变电所和分区所均设电分相:牵引变电所处为异相过分相,分区所为同相过分相。过分相机电过程复杂,自动过分相装置结构复杂,动作频繁,寿命短,可靠性低,依然是需要攻克的技术难题。并且牵引变电所处自动过分相失败则造成异相短路。
 
  (2)电分相造成的列车速度和牵引力损失
 
  受列车速度、长大编组双弓受流影响,与普速铁路相比高速铁路中性段长度增加,属于无电区,影响牵引供电系统整体性能,重载铁路速度低,过电分相时列车速度进一步降低,特殊情况下如大坡道上设置的电分相容易造成重载列车坡停。因此,电分相成为高速、重载铁路牵引供电系统中最薄弱的环节。
 
  (3)以负序为主的电能质量
 
  现阶段,电气化铁路牵引供电系统运行方式主要由牵引变压器接线方式决定,其中除纯单相接线外,其他都是两相(异相)供电,相对三相电力系统而言,牵引负荷具有不对称性。高速、重载列车牵引功率的增大也使电能质量中的负序问题愈发突出。同时,目前大量使用的交—直型(AC/DC整流)电力机车无功成份多(功率因数低)、谐波含量大,而新发展起来的交—直—交型(AC/DC/AC)电力机车和动车组却有引发高次谐波谐振隐患,一直受到电力系统和铁路供电技术人员和学者的广泛关注。
 
  电气化铁路过分相问题和电能质量问题,不仅限制了铁路的高速、重载发展,而且造成了电力部门和铁路部门相互影响和制约,对电力和铁路的发展是十分不利的,并且可能影响到国民经济的发展。
 
  3 同相供电系统技术方案
 
  为有效解决上述问题,借助现代电力电子技术和控制理论,实现电气化铁路同相供电和更高层次的贯通供电是必由之路。同相供电系统是指为电力机车或动车组提供电能的各供电区间具有相同电压相位的牵引供电系统,即全线为同一相位的单相供电系统。
 
  与既有国内外牵引供电系统方案相比,我国同相供电系统技术方案具有明显优势。具体如下:
 
  (1)采用同相供电装置可减少甚至取消电分相,大大提高列车运行的技术速度,提高线路通过能力,增加运力。尤其对于减少高速铁路速度损失、防止重载铁路大坡道停车、避免枢纽设置复杂的电分相具有重要意义。
 
  (2)牵引负荷在三相电力系统的分配更加对称,三相不平衡度指标满足国标要求。
 
  (3)提高牵引变压器容量利用率,节约电力资源和运行费用。
 
  (4)进一步增强牵引供电系统的节能效果。
 
  综上所述,同相供电技术不仅可从根本上解决电分相和电能质量问题,还可带来提高供电能力、保障运输能力、提高系统可靠性等多方面效益。
 
  个人简介
 
  解绍锋,工学博士,教授。2007年进入西南交通大学电气工程学院任教。主要从事牵引供电系统、电能质量测试分析与控制等方面的教学、科研工作。
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