重载铁路牵引供电方案与接触网载流能力的分析

重载铁路牵引供电方案与接触网载流能力的分析摘要：列车重载意味着牵引功率高、牵引电流大，极易引起接触网及整个供电系统电压的波动。因此，为了提升重载列车的运输能力，首先必须对牵引供电系统进行研究，提升关键技术水平，提升重载铁路牵引供电系统的性能，从而实现重载铁路事业的进一步发展。关键词：重载铁路；牵引供电方案；接触网载流能力牵引供电系统是重载铁路的牵引动力能源供给部分，其适应性直接关系到铁路的整体运输能力，牵引供电系统的改造是一个非常重要的环节。一、 牵引供电方案与接触网的关系接触网的导线配置决定了其载流能力，而接触网的载流能力乂直接关系到一个供电臂内可同时存在的列车对数,从而决定了供电臂长短的设置原则，也就直接影响了全线供电方案的设计。相反，供电方案一旦确定，根据其行车组织，载流分析也直接决定了合理的导线配置，因此牵引供电方案的设置与接触网载流能力是相辅相成、互相制约的一种关系，在进行牵引供电系统设计时，不能单纯的把这两者分开来看，而要有一个结合和反复的过程。二、 重载铁路牵引供电方案电分相。（1）合理设置电分相。主要指电分相的数量和位置，应当尽量满足数量少、位置合理。在进行牵引供电系统设计时，在条件允许情况下，设置较长的供电臂，以避免电分相过多造成运输效率降低，避免能源浪费。此外，应当充分考虑电分相的位置，不设置在列车的减速地段如列车进出站，因为可能使列车直接停下，损耗动能。（2）设置地面自动过分相装置。地面自动过分相装置,指通过沿线的地磁传感器识别列车的位置，再控制分相内的选相断路器，最终实现列车带电过分相。这也是目前最适用于大坡道分相的较为理想的方案。（3）采用同相供电技术。同相供电系统的实质是单相供电系统，即全线为电力机车提供电能的供电区间具有相同的电压，为同一相位。这种技术是直接取消了电分相的设置，也是从根本上直接解决了列车分相掉速、停车等种种问题。谐波。（1）对于高频高次谐波问题，可以利用高次谐波滤波装置，目前常采用的是高通滤波器，将其置于牵引系统的变电所内，滤出高频高次谐波，从而避免谐波影响供电系统，减少发生谐振和系统故障的儿率。（2）对于低频高次谐波问题，一般可以在牵引系统的变电所内设置动态无功补偿装置，不仅可以滤除低频高次谐波，还能够改善功率因数低下的问题，从而同时实现降低高次谐波对供电系统的影响且提高功率因数。负序。（1）相序轮换的方式。这是传统的解决负序问题的方法，但由于重载铁路负荷的随机性很强，即使相序轮换，也很难达到三相对称，即轮换后可能依然存在负序电流。（2）采用平衡能力强的变压器。即在牵引变压器选择时，将其平衡能力充分考虑进去，因为平衡变压器可以使供电臂的负荷更为接近，从而减少负序电流的产生。（3）采用同相供电技术。牵引供电系统如果应用同相供电技术，可以使供电臂的负荷在三相电力系统上达到对称均匀分配，从而实现有功传递，并在一定程度上有效解决重载铁路的负序电流、电压问题。对于供电能力严重不足区段的两个牵引变电所中间插入一个牵引变电所，此种方法一般是在既有供电设施己远远不能满足运量要求，若仅仅通过改造既有供电设施，其他措施均不能解决供电能力问题时，应采取缩短供电臂，增加牵引变电所的措施。再生制动。（1）采用再生自动能量吸收装置。即在再生制动能量系统装置中采用超级电容等存储性设备，实现实时存储电车产生的再生制动能量而不再等待吸收能量，从而避免了能量过多引起牵引网压升高。这种吸收装置己适应于城市轨道交通，但由于重载铁路列车巨大的再生制动能量，还未适应于重载铁路领域。（2）供电臂实现全并联供电。目前，重载铁路普遍采用的是通过分区所实现供电臂末端并联供电，且己收获一定的效果。但如果供电系统实现供电臂全并联的供电方式，可实现上下行列车相互吸收再生制动能量，从很大程度上实现及时有效地利用再生制动能量。（3）同相供电技术。如果在牵引变电所应用同相供电技术，将变电所的供电臂进行合并，不仅可以实现再生能量的相互利用，还可以实现牵引多组运行列车。这种技术也充分实现了重载铁路的“绿色节能〃和科学发展。三、接触网载流能力的分析接触网载流需求。列车的负荷大小，主要与列车牵引质量、运行速度、线路坡度等因素有关。在运行速度、线路坡度相同的情况下，列车负荷与牵引质量成正比。对于重载铁路由于牵引质量的增大，使得牵引负荷成倍增大，造成负荷对接触网的载流能力提出更高的要求。目前，一般普速铁路牵引网载流能力常规导线配置完全可以满足供电需求。但对于重载铁路，由于牵引负荷成倍增大,牵引网载流能力成为控制电气化铁路设计的关键技术指标。接触网载流需求计算。铁路沿线线路条件千差万别，列车在运行时速度和线路坡度随时都在变化；且列车在铁路上按信号运行，在铁路运输状态发生变化时，在供电臂内列车数量疏密不等。重载铁路的牵引负荷波动性是很大的，经常会出现脉冲式的负荷，这就使得若以实时的电流曲线来校验接触悬挂的热应力进行精确计算是很难的，然而若以时间衡量的等效连续负荷曲线对有效电流进行模拟的话，确定热应力相对容易得多，简单的说导线是有过载能力的，它与时间、温度呈一定的连贯关系，而校核这种热稳定最合理的技术参数应该为导线的持续有效电流。因此在实际的工程设计中往往采取两种方法解决牵引网载流的问题。（1）牵引供电仿真软件。目前欧美日发达国家普遍采用电气化铁路牵引及供电系统仿真技术，有自己独立产权的软件。德国主要以牵引供电仿真软件进行牵引供电系统方案分析并进行优化;国内各大设计院都拥有各自的仿真软件，有的自国外引进，有的自行或联合开发。牵引供电仿真软件是根据理论对电气化铁路牵引供电系统建立动态仿真平台，建立机车模型、线路模型、牵引变电设施模型等，设置列车运行方式，对整个列车行驶过程进行实时模拟。直接以曲线及数据的型式输出各种理论参数，尤其便于牵引网的载流分析，通过仿真直接生成以时间衡量的负荷电流特性曲线，以此电流特性曲线作为选择接触网的标准曲线。在选择导线时尽量使时间衡量的负荷电流特性曲线与接触网载流特性曲线相匹配，保证导线选择的合理性。这种通过牵引仿真软件得出的结果更接近实际情况，遵循实时牵引网载流变化的需求。（2）理想化假定估算。当没有仿真软件的情况下，通常可进行理想化估算,也可得出相对准确的导线选择结果。一般通过这两个数值与前接触网载流曲线相应时间节点的载流大小进行比较，可大致得出基本合理的导线配置结论。导线配置的载流能力分析。接触线允许载流量，系指在一定的环境温度下，不超过导体最高允许工作温度时所传输的电流。持续载流量是表示接触网耐热稳定性的特征，它与风速、环境温度、太阳辐射以及导线自身的电阻率、面积等都有很大的关系，因此对于导线的允许载流量不能认定是恒定值，而是与所处的环境有着紧密关系的不定值。结束语重载铁路牵引供电系统改造的基本原则就是充分利用既有供电设施的能力，尽量减少对运营的干扰，节省投资。为减少改造工程对行车的干扰,牵