中国高速铁路牵引供电系统现状及关键性技术研究

中国高速铁路牵引供电系统现状及关键性技术研究

王红艳

（呼和浩特铁路局机辆验收室010050）

摘要：随着科学技术的迅猛发展，铁路在国民经济发展过程中所发挥的作用也日趋增加，极大的推动了经济的发展和进步，但是，公共电网所带来的负序电流、谐波以及无功电流等问题也逐渐的凸显出来，本文针对上述问题，对我国高速铁路牵引供电系统运作现状进行了相应的分析，而后针对其中的关键性技术措施提出了自己的见解和思考。

关键词：中国高速铁路；牵引供电系统；现状；关键性技术；探究

最近几年来，我国高速铁路建设和发展取得了较大的进步，直到2014年9月份，我国高速铁路全部里程已经达到一万余千米，占据了世界高速铁路里程的一半，中国高速铁路的发展体现出井喷式的发展趋势，这也彰显了我国高速铁路建设的技术优势，比如，从高速铁路的牵引供电系统层面进行分析，我国已经具有了属于自己的标准技术体系。我国高速电气化铁路以及客运专线供电管理标准的条件下，对供电设备的可靠性和安全性也提出了新要求，如果仅从现阶段我国电气化铁路电气设备的运作情况来看，要想使高速铁路的运作可以符合供电管理的需求，就应当对高速铁路运作中的牵引供电系统的现状进行分析，而后对其中的关键性因素予以研究和探讨。

一、对于高速铁路牵引供电系统的应用现状分析

高速铁路涵盖着机车、动车以及客运专线等，这些技术都是极为先进、性能优越的大功率交-直-交牵引传动系统。如果仅从电力系统的电能质量指标层面分析，其功率因数会发生相应的改变，甚至可接近1，谐波电流的含量处于大幅度下降的趋势，可等效为既有交-直牵引铁路提供了高效有源电力滤波器(APF)，但是，如果和既有铁路相比较，牵引功率处于大幅度增加的趋势，此时的负序问题也会因此而凸显出来，如若此时可以将牵引供电系统和电力系统两者之间予以联系，采取必要的解决措施，就能够将困扰电力系统的负序问题等妥善处理，这也是最佳的处理办法，中国高速铁路牵引供电系统可以促使电力和铁路两者可以实现高效和谐发展[1]。

高速铁路大功率牵引将会涉及到诸多与之相适应的牵引供电系统，自耦变压器的供电方式大多都是大容量的供电手段，虽说现阶段的通信已经大多实现光缆化，通信干扰问题也并无大碍，此时的AT供电方式在通信干扰防护层面也已接近于BT供电方式，与此同时，也可对BT供电方式之中串联接入引发的断口问题予以规避，更加适用于列车的高速行驶。

AT供电方式有55kV和2*27.5kV模式的区分，笔者基于我国现阶段高速铁路迅猛发展趋势下，对我国的AT供电模式进行了相应的分析，同时也探讨了与之相关的绝缘等级和开关的择选工作等等问题[2]。

二、对于中国高速铁路牵引供电系统关键性技术的研究

（一）对于全并联AT供电系统的分析

全并联AT供电系统被普遍的应用到高速铁路之中，全并联AT网则是复线AT网的实际基础上，下线路在AT位置经由连线所完成的并联连接方式，上下行共用一个自耦变压器，也就是在原来的AT供电方法之中，将全部的AT所在的上下行接触网以及中正馈线等与钢轨实现并联连接，同时也应当在变电所出口的位置，使上下行共同使用同一个馈线供电。

图1所显示的是全并联AT供电系统的电流分布特征，沿着导线的AT可以把经由钢轨的电流平均分为四个主要部分，作用于接触网和上下行的正馈线。

接触网和正馈线的电气体现出了一定的对称性，所以，下行线路和上行线路的电流分布也极其相似，全并联AT供电系统的电流分布可以在一定程度对通信线路中的电磁干扰、电力以及电压损失问题予以削弱，它的供电性能相较于单线AT供电系统以及复线AT供电系统来讲，极大的提高了牵引网实际的传输线路长度，也相应的减少了线路之中的牵引变电所的实际数量，所以，全并联AT供电系统的应用得到了有关人士的重视，将其大范围的应用到我国的高速铁路建设之中[3]。

（二）对于高速铁路牵引变电所中的关键设备分析

高速铁路牵引变电所之中含有诸多的关键设备，其中最为重要的当属牵引变压器设备，现阶段我国高铁所使用的主变压器接线型有中点抽出式Scott接线和单项V/x接线等种类，笔者基于这两类变压接线的工作原理进行了相应的分析和探究，详见下述。

其一，对于单项V/x接线牵引变压器的应用方式分析。单项V/x接线牵引变压器含有两个单相三绕组的变压器种类，均为左右AT牵引网供电，二次侧绕组中性电抽出并接地，致使两个绕组所经过的电压均为±27.5kV，而后会与F母线或是T母线实现连接，最终形成AT供电方式，这样可以将牵引变电所出口位置的AT予以省略[4]。

单项V/x接线牵引变压器的应用体现了诸多的优势，比如，具有容量大，应用简洁以及的接地方式简单等特性，所以，此种牵引变电所在我国高速铁路的建设中的应用范围最广。

其二，对于中点抽出式Scott接线牵引变压器的应用方式分析。中点抽出式Scott接线牵引变压器的二次侧和单项V/x接线牵引变压器的应用方式体现出了一定的相似性，同时都可以从二次侧中性点抽出而后实现接地，与之相连接的F母线和T母线为其提供±27.5kV的电压。值得一提的是，220kV中点抽出式Scott接线牵引变压器是在国际上首次使用的杭甬客专上虞北牵引变电所。

中点抽出式Scott接线牵引变压器可谓是应用极为普遍的平衡变压器种类，可以对牵引供电系统给外部电网所体现出的功率不平衡问题予以一定程度的降低，将此问题妥善的解决[5]。

（三）对于高速铁路供电安全监测系统的应用方式分析

随着我国高速铁路的迅猛发展，牵引供电系统供电设备的运作过程中，不仅要确保运作效率，还是提高运行安全性和可靠性，此时，就需要借助高速铁路安全监测系统的作用，对高速铁路牵引供电系统进行全覆盖、全方位的检测，它的主要功能有弓网运行参数的检测、高速接触网悬挂参数的检测等等，确保高速铁路的设备运行安全。如呼和浩特铁路局目前投入运行的6C综合信息处理平台，实现了供电设备巡视、动态检测等检测监测数据共享及实时查阅，为设备质量问题的整治、复核、销号工作提供了新的技术手段。

结束语

综上所述，当前的社会发展背景下，人们对于交通运输快捷、便利的需求在日渐增加，这一发展形势，无疑给我国的高速铁路建设带来了新契机，高速铁路牵引供电关键技术的研究，涵盖着弓网、外部电源以及车网联系机理，利用现代科技平台，大力应用并及时改进牵引供电关键技术，建立有效的管理制度与机制，实现设备管理工作的规范化、标准化、程序化，必将大大提高铁路设备运行安全的质量与水平，可谓是当前我国高速铁路发展中的重要保障。

参考文献

[1]韩旭东,葛兴来,高仕斌等.高速铁路车—网间电耦合阻抗特性及稳定性分析[J].中国铁道科学,2015,36(2):73-78.

[2]李学斌.高速铁路牵引供电电能质量补偿系统研究[J].电气传动,2014,44(6):27-30.

[3]何正友,胡海涛,方雷等.高速铁路牵引供电系统谐波及其传输特性研究[J].中国电机工程学报,2011,31(16):55-62.

[4]祁柳生,吴云锋.高速铁路牵引供电安全检测监测系统(6C系统)的应用与管理[C].//第十一届世界轨道交通发展研究会年会暨2014中国轨道车辆技术与装备交流大会论文集.2014:126-129.

[5]郭旭刚,郭晨曦,李强等.基于DDRTS的高速铁路全并联AT牵引供电系统研究[J].北京交通大学学报,2017,41(2):123-130.